（紡織工程專業(yè)論文）智能雙顯張力儀的研制[紡織工程專業(yè)優(yōu)秀論文].pdf

智能雙顯張力儀的研制 中文提要 智能雙顯張力儀的研制 中文提要 在紡織工業(yè)中 紗線的張力是一項(xiàng)重要的工藝參數(shù) 張力儀則是檢 測這一參數(shù)的常用手段 然而目前生產(chǎn)中大多應(yīng)用的傳統(tǒng)張力儀存在著 諸多不足之處 針對這一情況設(shè)計(jì)了智能型的雙顯張力儀 以取代一些 傳統(tǒng)以及高價進(jìn)口張力儀 此儀表的最大特色在于能夠同時顯示張力值以及反映張力變化情況 的模擬光指針 同時具備了數(shù)字化的直觀性和指針式的可視性 本文對該儀表的原理 軟硬件結(jié)構(gòu)等部分作了較為詳盡的闡述 同 時與國外先進(jìn)的同類型儀表進(jìn)行了測試對比 試驗(yàn)結(jié)果證明了本儀表的 合理性和可靠性 關(guān)鍵詞 張力儀光指針單片機(jī) 作者 柏松喬 指導(dǎo)教師 陳慶官 t h er e s e a r c ho f d u a l d i s p l a yt e n s i o n m e t e r a b s t r a c t i nt e x t i l e t h et e n s i o ni sa n i m p o r t a n tp a r a m e t e r w h i c h t h em a i n m e a n st om e a s u r ei st h et e n s i o n m e t e r w h i l e m u c hm o r ei n s u f f i c i e n t s e m s t i n gi nt h e t r a d i t i o n a l t e n s i o n m e t e r s t h e r e f o r e t h en e wi n t e l l i g e n t d u a l d i s p l a yt e n s i o n m e t e ri sr e s e a r c h e d d i s p l a y i n gt h ed a t aw i t hl i g h t i n d i c a t o rt o g e t h e ri st h es u p e rs p e c i a l t y w h i c h p o s s e s s e sb o t ht h eo c u l a ro f t h ed a t aa n dt h ev i s u a l i t yo f t h ei n d i c a t o r i nt h i sp a p e r t h et h e o r i e so ft e n s i o n m e t e ra n dt h es t r u c t u r ea r et a l k e d p a r t i c a l a r l y s i m u l t a n e i t i l y c o n t r a s t e dw i t ht h eo t h e rm s t r u r n e m w h i c hi s e x c e l l e n c ei nt h ef r e m d n e s s a n di n d i c a t e db yt h er e s u l t t h et e n s i o 砌e t e ri s r e l i a b i l i t ya n de x a c t k e y w o r d s t e n s i o nl i g h t i n d i c t e d s i g l e c h i p w r i t t e nb y b a is o n g q i a o s u r p e r v i s e db y c h e nq i n g g u a n 1 1 蘇州大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)的聲明 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立 進(jìn)行研究工作所取得的成果 除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文 不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不含為獲得蘇 州大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料 對本文的研究讒 出重要貢獻(xiàn)的個人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人承擔(dān)本 聲明的法律責(zé)任 研究生簽名 辛崎日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 蘇州大學(xué) 中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 國家圖書館 清華大學(xué)論 文食作部 中國社科院文獻(xiàn)信息情報(bào)中心有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論 爨的復(fù)印件和電子文檔 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論 文 本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致 除在保密期內(nèi)的 保密論文外 允許論文被查閱和借閱 可以公布 包括刊登 論文的 全部或部分內(nèi)容 論文的公布 包括刊登 授權(quán)蘇州大學(xué)學(xué)位辦辦理 研究生簽名 導(dǎo)師簽名 日期 堡 生翅 日期 叢垂絲 智能雙顯張力儀的研制 第一章緒論 第一章緒論 在紡織工業(yè)生產(chǎn)中 紗線的張力是一項(xiàng)重要工藝參數(shù) 從織造準(zhǔn)備到織造完成 的各道工序都要涉及到張力 其大小與穩(wěn)定將直接關(guān)系到產(chǎn)品的外觀效應(yīng)及內(nèi)在質(zhì) 量 以絲織為例 絡(luò)絲工序中的張力波動大小對絡(luò)筒質(zhì)量和筒予成形均有很大影 響 如果張力過大 將使絲線受到過度的拉伸 從而損傷絲的物理機(jī)械性能 增加 斷頭和回絲 在織物中可能造成亮絲疵點(diǎn) 如果張力過小 則會導(dǎo)致絡(luò)筒成形不良 產(chǎn)生松軟的卷裝 下道工序退解時發(fā)生困難等不良后果 在織造過程中 張力控制 顯得更為重要 經(jīng)絲上機(jī)張力的大小將直接影響織造生產(chǎn)的進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量 上機(jī) 張力過大 經(jīng)絲易發(fā)毛 毛絲和斷頭增加 生產(chǎn)效率下降 織物經(jīng)向的強(qiáng)力伸長下 降 上機(jī)張力過小貝4 會造成織口不清晰 織疵增加 織物不平挺 打緯區(qū)增大 緯 絲打不緊 織口不穩(wěn)定以及打緯時經(jīng)絲在綜筘中過多地往復(fù)移動 摩擦增多而造成 斷頭 同樣 緯向張力控制也很重要 緯向張力過大 易產(chǎn)生亮絲 急緯 斷緯以 及緯向織物強(qiáng)力和伸長下降等嚴(yán)重后果 緯向張力過小則易產(chǎn)生縮緯 松邊 這些是絲織工程中的幾個典型的張力控制 另外還有許多方面需要對張力進(jìn)行 監(jiān)控和檢測 對于絲織工程中的張力檢測可以采用定期定時的全面檢測 如檢測絡(luò) 絲張力 可每天一次 對全廠絡(luò)絲機(jī)逐錠加以檢測 觀察測定值是否在規(guī)定的工藝 參數(shù)值范圍內(nèi) 以便及時加以糾正 調(diào)整工藝 避免不良后果 由此可見 張力值是影響紡織行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo) 1 1 張力儀的發(fā)展歷程及工作原理 紗線張力儀的發(fā)展經(jīng)歷了從機(jī)械式到電子式的發(fā)展歷程 機(jī)械式張力儀又稱為 指針式張力儀 應(yīng)用較為廣泛的主要有s f y l 3 型和y g 3 0 2 型 以s f y l 3 型張力儀 為例 其主要由測試羅拉1 固定羅拉2 扭簧3 拉簧4 游絲5 指針6 阻尼 板7 刻度盤及按鈕等凡部分組成 如圖1 1 所示 在無外力作用下 測試羅拉1 扭簧3 拉簧4 與游絲5 均處于靜止平衡狀態(tài) 此時指針指向零位 在測試單絲張力 時 測試羅拉1 受外力作用 促使扭簧3 沿受力方向扭轉(zhuǎn) 同時帶動拉簧4 向扭轉(zhuǎn) 方向伸張 拉簧4 的伸張導(dǎo)致了游絲5 產(chǎn)生扭力 為維持其平衡狀態(tài) 游絲就向著 塑壁翌里整塑堡墊竺塑 羔蘭 蘭一 拉簧伸張的反方向扭轉(zhuǎn) 同軸的指針隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn) 指針穩(wěn)定后所指示的值即為被 測張力的實(shí)際值 l 測試羅拉2 固定羅拉3 扭簧4 拉簧5 游絲 卜指針卜阻尼板 圖1 一ls f y l 3 型張力儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 常見的機(jī)械式紗線張力儀還有日本n a k a s a 公司的a n 型以及t k 型 詳細(xì)規(guī) 格和技術(shù)特征見表1 1 跚 表1 一l 幾種機(jī)械式紗線張力儀的規(guī)格特征 型號形式量程 c n s f y l 2 男掩0 5 0 o 1 0 0 t k 日 二羅拉0 2 50 5 00 1 0 0 a n l 型0 2 0a n 2 型 oa n 3 型0 1 0 0 a n 日 三羅拉 a n 4 型0 2 0 0a n 5 型0 3 0 0a n 6 型0 5 0 0 y g 3 0 2 男椅 o 1 0 0 其它型號的張力儀 比如英國錫萊發(fā)展有限公司的機(jī)械式張力儀 意丈利的某 品牌機(jī)械式張力儀 以及國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的機(jī)械式紗線張力儀等等 這里不作詳 盡列舉 機(jī)械式的紗線張力儀雖然能大致讀出張力值 但存在一些固有的缺點(diǎn) 如操作 2 一 蒜 n y 一一 如乞 智能雙顯張力儀的研制 第一章緒論 麻煩 修理不便 尤其是動態(tài)測定中的響應(yīng)較慢 以致讀數(shù)隨著張力頻率的變化而 有較大誤差 目前環(huán)錠紡的錠速已經(jīng)超過1 8 0 0 0 r m i n 張力頻率約3 0 0 h z 左右 其 值以及其變化是機(jī)械表無法讀出的 且隨著生產(chǎn)的發(fā)展 對張力的控制逐步量化 精確 這使得傳統(tǒng)的指針式單紗張力儀愈發(fā)不能適應(yīng)時代發(fā)展的要求 電子紗線張 力儀由此應(yīng)運(yùn)而生 電子紗線張力儀的主要原理是利用一個彈性傳感器元件 通常為電阻式傳感器 采用懸臂梁式彈性元件 其上下對稱粘貼兩片電阻應(yīng)變片 組成全橋 對張力進(jìn)行 測量 工作流程為當(dāng)彈性元件受力后 測量電橋阻值發(fā)生變化 將紗線的張力瞬時 變化值轉(zhuǎn)換成電信號 經(jīng)過放大 濾波然后輸出 按其輸出方式 電子紗線張力儀 可分為普通型和智能型兩種 普通電子紗線張力儀又可以分為兩種 其一是將濾波后的結(jié)果經(jīng)過a d 轉(zhuǎn)換器 后直接驅(qū)動液晶顯示器 顯示出即時張力 以滿足張力精確量化的要求 但這種顯 示方式在張力變化頻率較高時 難以讀出張力值 使用不太方便 其二是在外部接 記錄儀 將所測得的張力值打印出來 以滿足對張力波動進(jìn)行分析的需求 但由于 這樣一套設(shè)備體積較為龐大 不便于在車間進(jìn)行便攜式測量 因此應(yīng)用較少 智能型電子紗線張力儀在內(nèi)部使用了單片機(jī) 以單片機(jī)為核心 對a d 轉(zhuǎn)換后 的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 并對各種參數(shù) 最大值 最小值 均方差 變異系數(shù)以及平 均值 進(jìn)行數(shù)字顯示 而且 可以根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存 以便傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn) 行進(jìn)一步的分析 因?yàn)檫@種智能型張力儀具有數(shù)據(jù)處理能力 并可顯示多個參數(shù)值 因此應(yīng)用效果較好 但同時價格也很昂貴 電子紗線張力儀的主要型號有英國錫萊發(fā)展公司的電子張力儀 德國s c 刪i d t 公司的e t m 系列電子張力儀以及國產(chǎn)的y g 3 0 1 型 s f y g l 4 型 y g 9 8 4 型等等 具體 規(guī)格和技術(shù)特征見表1 2 渤 智能雙顯張力儀的研制 第一章緒論 表1 2 幾種電子紗線張力僅的規(guī)格特征 項(xiàng) 目 主要規(guī)格及技術(shù)特征 y g 3 0 1 型s f y g l 4 型e t m 系列 形式三羅拉式三羅拉式三羅拉式 測量范圍 e n o 1 0 0o 2 0 00 5 l o o 0 1 5 0 0 測量精度1 1 士5士1士1 電源 v 9 99 功耗 m w 約2 0 0 1 5 0 不詳 1 6 0 1 0 0 外形尺寸 長 寬 高 r a m2 5 0 6 5 3 l2 6 9 6 2 4 6 3 5 重 量倌 5 0 0 3 2 04 0 0 1 2 傳統(tǒng)張力儀存在的問題 隨著科技發(fā)展的日新月異 紡織機(jī)械轉(zhuǎn)速越來越高 紗線速度越來越快 雖然 張力儀的各方面性能都做了很大的改進(jìn) 但傳統(tǒng)張力儀還是存在著一些問題 1 2 1 傳統(tǒng)張力儀的導(dǎo)絲器材料不好 傳統(tǒng)張力儀的導(dǎo)絲器采用的是耐磨的陶瓷材科 高速運(yùn)動的絲條與導(dǎo)絲器摩擦 產(chǎn)生靜電 因此也就帶來了靜電干擾的問題 由于張力儀內(nèi)部放大器是一種弱電系 統(tǒng) 具有很高的靈敏度 很容易受至4 外界或內(nèi)部一些無規(guī)則電信號的影響 如果干 擾信號和有用信號幅度相當(dāng)時 就會導(dǎo)致放大器在輸出端的有用信號很難分辨 甚 至被干擾信號所淹沒 從而使儀表產(chǎn)生難以估計(jì)的誤差 為了消除靜電干擾 有些 廠家采用金屬材料來做張力儀的導(dǎo)絲器 導(dǎo)絲器另一端接地 以便將產(chǎn)生的靜電荷 傳導(dǎo)出去 這樣一來 靜電干擾的問題就得到了解決 但是隨之帶來的是金屬材料 的耐磨性問題 金屬材料不耐磨 在高速運(yùn)動的絲條的摩擦下 導(dǎo)絲器極易被磨損 影響張力的測量 使其壽命大大縮短 1 2 2 張力儀的信號放大問題較難解決 張力儀傳感器的輸出電壓為微伏級 故張力儀對放大器的要求比較高 選擇一 款合適的放大器就成為解決張力儀放大問題的關(guān)鍵 過去采用的是普通運(yùn)算放大器 4 智能雙顯張力儀的研制 第一章緒論 其體積大 功耗大 各方面性能很難達(dá)到張力儀放大要求 如今廣泛采用集成運(yùn)算 放大器 為了滿足不同客戶的需求 銷售商提供了各種各樣的集成運(yùn)算放大器 每 種都有各自不同的性能 特點(diǎn)和價格 以美國t i 公司 拘i n a l 2 8 為例 它是一種低電 壓通用型儀表放大器 其特性優(yōu)良 體積小 但是價格昂貴 1 2 3 測量過程中張力值動態(tài)變化的可視性問題 傳統(tǒng)指針式的張力儀在測量過程中 可以動態(tài)地顯示出張力的波動范圍 具有 可視性的特點(diǎn) 但其響應(yīng)較慢 以致讀數(shù)隨著張力頻率的變化而有較大誤差 并且 缺乏精確性和數(shù)據(jù)收集 處理功能 電子紗線張力儀通過傳感器將張力值以電信號 的形式傳到內(nèi)部 然后經(jīng)過一系列處理 由顯示器完成數(shù)顯功能 以滿足張力精確 量化的要求 其克服了指針式張力儀的缺點(diǎn) 卻又失去了指針式張力儀的直觀性 可視性 1 3 本課題研究的主要內(nèi)容和意義 當(dāng)前我國的紡織行業(yè)正處在一個新的發(fā)展時期 經(jīng)過 砸錠 轉(zhuǎn)型 一系列的 優(yōu)化整會后 國內(nèi)紡織生產(chǎn)力水平得到了釋放 生產(chǎn)力水平大幅上升 進(jìn)一步縮小 了與國外同行業(yè)間的差距 提高了國際競爭力 但我們也要認(rèn)識到我們所面臨的困 境 入世以來 雖然我國的紡織出口規(guī)模加大 但美國及歐盟對我國的紡織品出口 限制也在增加 各種壁壘接踵而來 面對這種機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的局面 把好質(zhì)量關(guān) 永遠(yuǎn)都是必要的 生產(chǎn)領(lǐng)域的質(zhì)量控制尤其重要 國外發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)都有嚴(yán)格的 量化標(biāo)準(zhǔn) 而在我國許多工廠還停留在經(jīng)驗(yàn)判斷上 許多重要工藝設(shè)置都是憑經(jīng)驗(yàn) 大致而為 經(jīng)不起嚴(yán)格檢驗(yàn) 隨著我國紡織工業(yè)的發(fā)展 傳統(tǒng)的張力檢測儀器已經(jīng) 不能夠完全適應(yīng)現(xiàn)在的需求 此外 國外的某些同類型的儀器雖然可以滿足要求 但價格卻十分昂貴 因此本課題主要的研究內(nèi)容就是研制一個智能型的電子張力儀 同時可以滿足低成本以及當(dāng)前高速和更加準(zhǔn)確的張力量化控制的要求 1 在導(dǎo)絲桿前端加上金屬導(dǎo)絲頭 變滑動摩擦為滾動摩擦 既減少導(dǎo)絲器的磨 損 又可以解決靜電積聚的問題 2 本課題采用m a x i m 公司的m a x 4 1 9 4 儀表放大器 體積小 功耗微 與i n a l 2 8 相比 其優(yōu)越之處在于性能相近 但體積較小 價格便宜 約為i n a l 2 8 的十分之一 3 本課題采用軟件模擬形成光指針 同步顯示數(shù)字量的顯示方式 來解決測 智能雙顯張力儀的研制第一章緒論 量過程中張力值動態(tài)變化的可視性問題 近年來 市面上出現(xiàn)了一種光指針 數(shù)字l c d 雙顯儀表 如圖l 一2 所示 該儀 表在數(shù)顯功能的基礎(chǔ)上增加了光指針功能 是一種集模擬顯示和數(shù)字顯示優(yōu)點(diǎn)于一 身的新型顯示技術(shù) 圖1 2 雙顯儀表效果圖 這種雙顯系統(tǒng) 同時顯示模擬量和數(shù)字量 既可以直觀地顯示精確的數(shù)字量 又 可以一目了然地動態(tài)顯示出張力的變化趨勢和范圍 提高了對被測信號波動變化傾 向的判斷能力 可以為控制張力 配置合適的工藝以及開發(fā)產(chǎn)品提供可靠的依據(jù) 但這種儀表要專用模具開發(fā) 對研究中的儀表則成本太高 如何發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn) 克服成 本高的缺點(diǎn)將在本課題中加以討論 6 智能雙顯張力儀的研制 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 智能儀表的硬件電路設(shè)計(jì)包括微處理器的選擇 電路設(shè)計(jì) 外部設(shè)備的選擇與 電路設(shè)計(jì)等 在儀表的硬件中 往往外設(shè)占有很大的比重 主機(jī)部分是通過輸入 輸出通道經(jīng)測量元件和執(zhí)行器件直接連結(jié)至被測或被控對象 并通過各種接口與顯 示器 打印機(jī)等人機(jī)部件相連 本課題中張力儀的硬件組成主要包括導(dǎo)絲器 傳感 器 微處理器 放大電路 l c d 顯示電路 電源電路以及一些控制按鍵等 2 1 導(dǎo)絲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本課題在導(dǎo)絲桿前端加上金屬導(dǎo)絲頭 變滑動摩擦為滾動摩擦 既減少導(dǎo)絲器 的磨損 又可以解決靜電積聚的問題 2 1 1 導(dǎo)絲器的測量原理 張力儀金屬導(dǎo)絲器是由三個帶滾動軸承的導(dǎo)輪構(gòu)成 其中兩個為固定導(dǎo)輪 起 導(dǎo)絲和托絲作用 一個為張力輪 起測量作用 如圖2 1 導(dǎo)輪的安裝精度有一定 的要求 三個導(dǎo)輪應(yīng)在同一平面上 這樣阻力最小 從而減少測量誤差 圖中 t l t z 為經(jīng)紗張力 a b 為經(jīng)紗經(jīng)過張力輪2 時和豎直方向的夾角 f 為經(jīng)紗張力對張 力輪2 的壓力 根據(jù)力的合成原理有 f t x c o sn i 2 c o sb t f 1 3 固定導(dǎo)輪2 張力輪 圖2 1 張力儀導(dǎo)絲器結(jié)構(gòu)示意圖 在實(shí)際測量過程中 測量桿在f 的作用下會產(chǎn)生微小的偏移 f 通過測量桿作用 7 智能雙顯張力僅的研制 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 在雙孔梁上 使之產(chǎn)生變形 如圖2 2 所示 12 3 1 張力輪2 測量桿3 雙孔粱傳感器 圖2 2 張力儀測量結(jié)構(gòu)示意圖 2 1 2 導(dǎo)絲器的選擇 傳統(tǒng)張力儀的導(dǎo)絲器采用韻是陶瓷材料 耐磨性很好 但其與高速運(yùn)動的絲條 摩擦易產(chǎn)生靜電 對張力儀放大器產(chǎn)生靜電感應(yīng)而帶來干擾 由于張力儀內(nèi)部放大 器是一種弱電系統(tǒng) 具有很高的靈敏度 很容易受到外界或內(nèi)部一些無規(guī)則電信號 的影響 如果干擾信號和有用信號可相比較時 那么放大器在輸出端的有用信號將 很難分辨 甚至被干擾信號所淹沒 從而使儀表產(chǎn)生難以估計(jì)的誤差 因此導(dǎo)絲器 的選擇應(yīng)本著盡量消除靜電的原則 將靜電的干擾作用降至最低 靜電的消除有兩種主要方式 1 一是中和 二是泄漏 中和主要是通過空氣進(jìn)行 由于空氣中含有帶電粒子 帶電體在與空氣接觸中 其所帶有的電荷逐漸得到中和 但因空氣中帶電粒子的數(shù)量有限 且受空氣濕度的影響很大 所以這種中和極為緩 慢 泄漏主要是通過帶電體本身以及與它相連接的其它物體進(jìn)行 在張力測量過程 中 由于摩擦而使張力儀導(dǎo)絲器出現(xiàn)靜電 如果只靠中和來使靜電消失所需時間是 很長的 是測量所不允許的 為此考慮采取泄漏的方式 加速靜電消失 為了較好地消除靜電干擾 本課題采用不銹鋼材料來做張力儀的導(dǎo)絲器 導(dǎo)絲器 另一端接地 以便將產(chǎn)生的靜電荷及時傳導(dǎo)出去 同時加蓋鋁質(zhì)儀表殼 用以靜電 屏蔽 這樣一來 靜電干擾的問題就可以得到較好的解決 由于采用了金屬材料做張力儀的導(dǎo)絲器 隨之帶來了金屬材料的耐磨性問題 金屬材料不耐磨 在高速運(yùn)動的絲條的摩擦下 導(dǎo)絲器極易被磨損 給張力的測量 帶來影響 并使其壽命大大縮短 于是考慮在導(dǎo)絲器內(nèi)嵌入微型軸承 將滑動摩擦 8 塑豎翌星整壟竺箜里型 墨三蘭莖壟堡望里堂 生 變?yōu)闈L動摩擦 以減少導(dǎo)絲器的磨損 2 1 3 導(dǎo)絲器的內(nèi)部構(gòu)造 本課題的導(dǎo)絲器設(shè)計(jì)參考了德國s c i i m i d t 公司生產(chǎn)的d t m x 系列張力儀 但是由于 其結(jié)構(gòu)精密 無法拆卸以進(jìn)行研究 所以在陳慶官教授的指導(dǎo)下 根據(jù)所學(xué)知識對 其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了猜想 設(shè)計(jì) 張力儀導(dǎo)絲器的固定導(dǎo)輪和張力輪內(nèi)部都嵌入了兩個微型滾動軸承 因而轉(zhuǎn)動 靈活 摩擦阻力很小 使張力儀能準(zhǔn)確反映張力大小 具體結(jié)構(gòu)如圖2 3 所示 123 4 l 導(dǎo)輪殼 卜微型軸承3 導(dǎo)輪軸4 一導(dǎo)輪座 圖2 3 張力儀導(dǎo)絲器內(nèi)部構(gòu)造 導(dǎo)輪軸3 一端與導(dǎo)輪座4 聯(lián)接 另一端通過兩個微型滾動軸承2 與導(dǎo)輪殼1 聯(lián)接 導(dǎo)輪殼在微型軸承的作用下繞著導(dǎo)輪軸轉(zhuǎn)動 為了防止微型軸承與導(dǎo)輪殼 導(dǎo)輪軸之間 導(dǎo)輪軸與導(dǎo)輪座之間在導(dǎo)輪運(yùn)轉(zhuǎn)時 產(chǎn)生不應(yīng)有的相對滑動 必須選擇正確的配合 我們采用過盈配合來實(shí)現(xiàn)聯(lián)接 過 盈聯(lián)接的結(jié)構(gòu)簡單 定心性好 承載能力較大并能承受振動和沖擊 工作時由于兩 配合件的彈性變形和裝配過盈量 從而在配合面間產(chǎn)生很大的正壓力 靠此正壓力 產(chǎn)生的靜摩擦力來防止兩配合件的相對滑動 但由于聯(lián)接的承載能力直接取決于配 合過盈量的大小 故對配合面加工精度要求較高 由于微型軸承是標(biāo)準(zhǔn)件 因此在微型軸承的配合中 應(yīng)通過改變導(dǎo)輪軸和導(dǎo)輪 殼的尺寸公差來獲得過盈配合 這樣 微型軸承外圈與導(dǎo)輪殼間采用基軸制 即微 智能雙顯張力儀的研制 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 型軸承外圈是標(biāo)準(zhǔn)軸 導(dǎo)輪殼按圓柱體公差的一般基軸制的孔來制造 微型軸承內(nèi) 圈與導(dǎo)輪軸的配合采用基孔制 微型軸承內(nèi)圈的孔是基準(zhǔn)孔 導(dǎo)輪軸則按圓柱體公 差的一般基孔制的軸來制造 在導(dǎo)絲座的右端設(shè)計(jì)了螺紋 使導(dǎo)絲器與測量桿拆卸比較容易 因此可以方便 地更換受損的導(dǎo)絲器 2 2 傳感器的選擇 在幾何量和機(jī)械量的測量中 最常用的傳感器是某些金屬和半導(dǎo)體材料制成的 電阻應(yīng)變片式傳感器 它的工作原理是基于電阻的應(yīng)變效應(yīng) 即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變 形時 它的電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化 應(yīng)變片式電阻傳感器是以應(yīng)變片為傳感元件的傳感器 它具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 精度高 測量范圍廣 2 使用壽命長 性能穩(wěn)定可靠 3 結(jié)構(gòu)簡單 尺寸小 重量輕 因此在測試時 對工件工作狀態(tài)及應(yīng)力分布 影響小 4 頻率響應(yīng)特性好 應(yīng)變片響應(yīng)時間為1 0 s 5 可在高低溫 高速 高壓 強(qiáng)烈振動 強(qiáng)磁場 核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣 環(huán)境條件下工作 6 應(yīng)變片種類繁多 價格便宜嗍 但同時 它也存在著一些缺點(diǎn) 1 在大應(yīng)變狀態(tài)下具有較大的非線性 2 輸出信號微弱 3 不適用于高溫環(huán)境中 1 0 0 0 2 以上 4 應(yīng)變片測出的只是某一面積上的平均應(yīng)變 不能完全顯示應(yīng)力場中應(yīng)力梯 度的情況 1 0 智能雙顯張力儀的研制 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 圖2 4 雙孔粱式力傳感器 本課題采用的正是基于這種應(yīng)變片式的粱式力電阻傳感器 如圖2 4 所示 為 雙孔粱式力傳感器 多用于小量程工業(yè)電子稱和商業(yè)電子秤 圖2 5 恿斯登全橋電路 在雙孔梁上下表面有四個應(yīng)變電阻r 心 組成圖2 5 所示的惠斯登全橋電路 當(dāng)f 作用在雙孔梁時 r r 2 受到拉伸 電阻值增大 r 地受到壓縮 其阻值 減小 此時電橋失去平衡 產(chǎn)生u o 電壓輸出 即 u o u i r r k o i 其中 k 為靈敏度系數(shù) 為應(yīng)變 u i 為輸入電壓 則雙孔梁的應(yīng)變?yōu)?3 f d a 2 6 e b h 2 其中d 為梁端到梁中心的距離 6 為梁端到應(yīng)變電阻的距離 h 為梁厚度 b 為梁 寬度 e 為材料的彈性模量 a 為應(yīng)變電阻基長 則雙孔粱傳感器的輸出電壓為 u o 3 k f u i d a 2 6 e b h 2 可見 輸出電壓u o 與外力f 成正比 由于雙孔梁力傳感器的4 個應(yīng)變電阻組成全橋差動電路 故輸出電壓的靈敏度 智能雙顯張力儀的研制 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 高 線性度好 但其輸出電壓為1 0 1 0 1v 級 信號十分微弱 須經(jīng)一定倍數(shù)放大 才能被計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所識別 此外 當(dāng)受力點(diǎn)的位置變化時 一孔的彎矩增 加 另一孔的彎矩減少 這可在橋內(nèi)自動補(bǔ)償 從而提高測量的精度 2 3 放大電路的解析 2 3 1 儀表放大器的發(fā)展與特點(diǎn) 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展 運(yùn)算放大電路也得到廣泛的應(yīng)用 儀表放大器為精 密差分電壓放大器 儀表放大器把關(guān)鍵元件集成在放大器內(nèi)部 其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它 具有高共模抑制比 高輸入阻抗 低噪聲 低線性誤差 低失調(diào)漂移 增益設(shè)置靈 活和使用方便等特點(diǎn) 使其在數(shù)據(jù)采集 傳感器信號放大 高速信號調(diào)節(jié) 醫(yī)療儀 器和高檔音響設(shè)備等方面倍受青睞 儀表放大器是一種具有差分輸入和相對參考端 單端輸出的閉環(huán)增益組件 具有差分輸出和相對參考端的單端輸出 與運(yùn)算放大器 不同之處是運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益是由反相輸出端與輸出端之間連接的外部電阻決 定 而儀表放大器則使用與輸入端隔離的內(nèi)部反饋電阻網(wǎng)絡(luò) 儀表放大器的兩個差 分輸入端施加輸入信號 其增益即可由內(nèi)部預(yù)置 也可由用戶通過引腳內(nèi)部設(shè)置或 者通過與輸入信號隔離的外部增益電阻設(shè)置 高共模抑制比 共橫抑制比 c m r r 是差模增益 a d 與共模增益 a c 之 比 即c m r r 2 0 崦 o h d h c d b 儀表放大器具有很高的共模抑制比 c m r r 典型值為 7 0 1 0 0d b 以上 高輸入阻抗要求儀表放大器必須具有極高的輸入阻抗 儀表放大器的同相和 反相輸入端的阻抗都很高而且相互十分平衡 其典型值為1 0 9 1 0 1 2 kq 低噪聲 由于儀表放大器必須能夠處理非常低的輸入電壓 因此儀表放大器不 能把自身的噪聲加到信號上 在l k h z 條件下 折合到輸入端的輸入噪聲要求小于 l o n v h z 低線性誤差輸入失調(diào)和比例系數(shù)誤差能通過外部的調(diào)整來修正 但是線性誤 差是器件的固有缺陷 它不能由外部調(diào)整來消除 一個高質(zhì)量的儀表放大器典型的 線性誤差為0 0 1 有的甚至低于0 0 0 0 1 低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移儀表放大器的失調(diào)漂移也由輸入和輸出兩部分組 成 輸入和輸出失調(diào)電壓典型值分別為1 0 0 lv 和2 m v 低輸入偏置電流和失調(diào)電流誤差雙極型輸入運(yùn)算放大器的基極電流 f e t 型輸 1 2 智能雙顯張力儀的研制 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 入運(yùn)算放大器的柵極電流 這個偏置電流流過不平衡的信號源電阻將產(chǎn)生一個失調(diào) 誤差 雙極型輸入儀表放大器的偏置電流典型值為l n a 5 0 p a 而f e t 輸入的儀表放 大器在常溫下的偏置電流典型值為5 0 p a 充裕的帶寬儀表放大器為特定的應(yīng)用提供了足夠的帶寬 典型的單位增益小 信號帶寬在5 0 0 k h z 4 m h z 之間 具有 檢測 端和 參考 端儀表放大器的獨(dú)特之處還在于帶有 檢測 端 和 參考 端 允許遠(yuǎn)距離檢測輸出電壓而內(nèi)部電阻壓降和地線壓降 i r 的影響 可減至最小 2 3 2m a x 4 19 4 內(nèi)部電路及性能 本課題的張力儀采用m 刪公司的儀表放大器m 讎x 4 1 9 4 m u x 4 1 9 4 是一款增 益可調(diào)的高精度儀表放大器 它具有滿擺幅輸出 r a i l t o r a i l 單電源工作 高 精度以及高增益帶寬等特點(diǎn) 這種固定增益儀表用放大器具有一種關(guān)斷模式功能 它可以將截止電流降低到8 姒 采用傳統(tǒng)的三運(yùn)放結(jié)構(gòu) 可以獲得最大的直流精度 m a x 4 1 9 4 具有滿擺幅的輸出 并且輸入端可以在一2 0 0 m v i i v 范圍內(nèi)波動 其允許 電流只有9 3 雌 單電源工作電壓為 2 7 v 十7 5 v 雙電源為 1 3 5 v 3 7 5 v 該 放大器都采用了8 引腳的s o 封裝 且具有寬工作溫度范圍 一4 0 0 c 8 5 c m a x 4 1 9 4 屬于低功耗儀表放大器 采用三級放大布局 輸入端由兩個工作放大 器組成 他們提供了一個固定增益的差分和一個共模增益 輸出端是一個普通的微 分放大器 它提供了大小為1 1 5 d b 的共模抑制 g i o v v 故m a x 4 1 9 4 的增益可 以完全控制在1 1 0 0 0 0 之間 其內(nèi)部電路如圖2 6 所示 以往一些應(yīng)用中 為了 達(dá)到高放大倍數(shù)的目的而不得不采用外部多級放大布局 導(dǎo)致了放大后的信號混雜 大量的干擾信號 有時甚至淹沒了有用的信號 m a x 4 1 9 4 由于內(nèi)部集成了三級放大 布局 在很大程度上消弱了干擾信號的影響 智能雙顯張力儀的研制 第二章張力儀的硬件設(shè)計(jì) 注 r 1 r 2 2 5 k q 圖2 6m a x 4 1 9 4 內(nèi)部放大電路示意圖 對該放大器而言 共模輸入范圍都為v 一 0 2 v v c c 1 1 v 理想狀態(tài)下 放大器只 需在i n 玳 兩個輸入端輸入一對差動電壓 如果兩個輸入端保持相同電壓 輸出的就 是v i u w 在礬 礬 兩個輸入端輸入的一對差動電壓 通過增益電阻 從而產(chǎn)生電流 該電流同時也經(jīng)過兩個輸入放大器a l 和a 2 的反饋電阻 從而產(chǎn)生 個差動電壓 9 v o u t 2 一v o l y r l i g 限1 r g r 1 2 1 其中 v o u t l 和v o u t 2 分別為a 1 和a 2 的輸出電壓 r 6 為增益電阻 r 1 為輸入放大 器的反饋電阻 i g 由下面的方程式確定 i g v 呲 v 玳 r g 2 2 2 2 式代入 2 1 得 v o u t 2 一v o u t v i n v l n 2 r 1 r g 十l 因?yàn)?v o u t v o u v o u 所以放大器的輸出電壓表達(dá)如下 v o u t v i m 一v i n 2 r 1 r g 1 r 的阻值為2 5 1 7 點(diǎn)陣 對于一個8 位二進(jìn)制數(shù) 每一個點(diǎn)陣代表十進(jìn)制數(shù)1 6 得至 的 結(jié)果存入d i v r e s 和d i v r e s i 將d i v r e s i 當(dāng)前值 與d i v r e s 2 前一值 比較 相等 則顯示不變 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 否則調(diào)用光指針顯示子程序 然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理 如圖3 2 調(diào)用光指針顯示子程序時 先顯示d i v r e s 個 字符 然后將前 一值d l y r e s 2 與當(dāng)前值d i v r e s i 相減 結(jié)果存入d i v r e s 2 若d i v r e s l 小于d i v r e s 2 則 顯示d i v r e s 2 個 字符 否則子程序返回 如圖3 3 所示 圖3 2 光指針主程序框圖 光指針顯示子程序 圖3 3 光指針顯示子程序框圖 望墼翌墨莖查堡塑堡型 莖蘭蘭 莖查些墮整竺j 生 部分程序如下 d i v a bc l r f d i v r e s d i v r e s 1 6 結(jié)果放入d i 也s 中 m o v l w 0 f o h a n d w f a c c a f s w a p f a c c a w m o v w fd i v r e s i n c fd i v r e s m o v fd r e s w m o v w f d v r e s l s u b w fd i v r e s 2 w d i v r e s l 與d r e s 2 比較 b r f s cs t a t u s z r e t u r n 相等 返回進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 c a l ld i s p l a y 不等 調(diào)用光指針顯示子程序 o v e rm o v fd i v r e s i w d i v r e s l 的值賦給d i v r e s 2 m o v w f d i v r e s 2 用做比較 r e t u r n 返回進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 d i s p l a ym o v l w0 9 0 h 光指針顯示子程序 c a l ls e n d c m d 調(diào)用l c d 命令子程序 d i s l 0 0 p 1 c i wb 1 1 1 1 1 1 1 1 c a l l p u t e l c d 調(diào)用l c d 數(shù)據(jù)子程序 d e c f s z d r e s f g o t 0 d i s l o o p l m o v fd i 也s 1 w s u b w f d i v r e s 2 f d i v r e s 2 d i v r e s l 結(jié)果存 b t f s s s t a t u s c n d i v r e s 2 g o t o0 v e r d i v r e s 2 d 于d i v r e s l d i s l o o p 2m o v i w d i v r e s 2 大于d i v r e s l c a l l p u t c l c d d e c f s zd i v r e s 2 f 智能雙顯張力儀的研制 第三章張力儀的軟件設(shè)計(jì) g o t o d i s l o o p 2 r e t u r n 3 2 2 光指針白勺改進(jìn) 在上一節(jié)中的光指針技術(shù)雖然具有先進(jìn)性 但是其在具體顯示方面還不夠精細(xì) 顯示比較的粗糙 它是將5 x 7 點(diǎn)陣作為一個單元 顯示器一行可以顯示1 6 個字符 對于一個八位二進(jìn)制數(shù)而言 一個字符代表二進(jìn)制數(shù)為 1 0 0 0 0 因此顯示比較粗 略 所以 在后來的研究中作者考慮將5 7 點(diǎn)陣分成5 個1 7 單元 也即 將顯示精 度提高了五倍 使得光指針顯示變得更加細(xì)膩 精確 要想將5 7 點(diǎn)陣分成5 個1x 7 單元 就必須要l c d 能夠顯示出 i 0 舢 洲 川l 這樣的五個字符 一般而言l c d 模塊的顯示內(nèi)容是由用戶決定的 對字符型而言 有些顯示內(nèi)容是可以直接從內(nèi)部c g r o m 中調(diào)用的 而有些c g r o m 中沒有的專用字符或符號 則只能由用戶自定義 本文的光指針符號就是屬于這類 自定義符號 3 2 2 1 字符代碼 d 嗽刪d a t a 及c g r 棚首地址關(guān)系 k s 0 0 6 6 u p 0 0 的字符發(fā)生器r a m c g r a m 可存儲8 個自行編輯的任意5 7 點(diǎn)陣字符圖形 自編程字符圖形代碼為o o h 0 7 h 或0 8 腫 o f h 共8 個字符圖形代 碼 為了在液晶顯示屏上顯示存儲在c g r a m 中的自行編程的字符圖形 必須把它們 的代碼寫入d i r a m 中 字符代碼 c g r a m 地址 字符圖形之間的關(guān)系如表3 1 所 示 表中的 表示既可以為 o 也可以為 l 表中的字符圖形為 中 它 是由8 行0 與1 的組合數(shù)據(jù)表示出來的 此8 行數(shù)據(jù)存儲在c g r a m 的8 個單元中 這8 個單元的c g r a m 地址表示每個數(shù)據(jù)存放在c g r a m 中的位置 它們的0 位一2 位與字符圖形各行的序號相對應(yīng) 而這8 個單元的地址的3 位一5 位與d d r a m 中 的字符代碼0 位一2 位相同 表示這8 個c g r a m 單元是用來存放同一個字符代碼 所表示的字符圖形數(shù)據(jù)的 一個d d r a m 中的字符代碼0 0 h 或0 8 h 就確定了一個執(zhí) 行編程字符 中 的圖形 換言之 要想取出c g r a m 中的圖形數(shù)據(jù) 必須向d d r a m 中送入4 位一7 位的字符代碼 例如對表3 1 來說 要取出c g r a m 中的字符圖形 中 的數(shù)據(jù) 就必須向d d r a m 中送入代碼 o o h 或 0 8 h 智能雙顯張力儀韻研制 第三章張力儀的軟件設(shè)計(jì) 表3 1字符代碼 c g r a m 地址 字符圖形之間的關(guān)系 字符代碼 d d 礎(chǔ) 嗽撼 西鼬x i 電址竿符圖形e c g 喇據(jù) 76543210 5432107654321 0 融 彘位贏缸馘磊l t讎 00 0 xxx 00100 00 l x 00100 0l0 xx x11111 0 000 x0 00000011 x x 1 0 1 0l 100 xx x 1010 1 10 1 x x11l1l 11 0 xx x00100 1llxx x0 01 0 0 3 2 2 2 確定光指針圖形數(shù)據(jù)及其字符代碼 要精細(xì)地模擬光指針 就要先定義五個圖形 l l i m l m 卜 洲i 但其中 l 圖形可以用c g r o m 中代碼為 f f 的字符代替 這樣 只需要定義 四個字符 i i i 洲i i 其中 j 圖形的c g r a m 數(shù)據(jù)為8 個 o h i l 圖形為8 個 1 8 h 圖形為8 個 1 c h 川 則為8 個 1 e h 共 3 2 個字節(jié) 由于k s 0 0 鯽 0 0 模塊只給出c g r a m8 個字符代碼0 0 h 0 7 h 所以 四個圖形的字符代碼自定義為 j 0 0 h 0 0 1 h m i 0 2 h 0 i l 0 3 h 根據(jù)c g r a m 地址確定法 6 位地址中的高3 位為字符代碼的低3 位 郎0 0 h 0 7 h 地址的低3 位是行計(jì)數(shù)器的內(nèi)容 變化范圍從0 0 h 劐0 7 h 由于圖形數(shù)據(jù) 是從第一行依次寫入的 所以在設(shè)置c g r a m 地址時 把這三位置 0 這樣用 戶定義的8 個字符的字符數(shù)據(jù)在c g r a m 的首地址固定為表3 2 所示 表3 2 字符代碼與c g r a m 地址對應(yīng)表 字符代碼c g 齜址字符代碼c g 融 曲址 0 0 h0 0 h o l h0 8 h 0 2 h1 0 h 0 3 h1 8 h 0 4 h2 旺 0 5 h2 8 h 0 6 h3 0 h 0 7 h3 8 h 智能雙顯張力儀的研制 第三章張力儀的軟件設(shè)計(jì) 3 2 2 3c g r a m 地址設(shè)置指令 k s 0 0 6 6 u p 0 0 模塊的c g r a m 地址設(shè)置指令格式如表3 3 所示 表3 3 設(shè)定c g r a m 地址 l r si v wd b 7d b 6d b 5d b 4d b 3 d b 2d b ld b 0 00o1a c 5a c 4a c 3 a c 2a c la c o 表中a c 0 a c 5 為自定義字符在c g r a m 中的首地址 因此設(shè)置某一字符字模 數(shù)據(jù)首地址的指令代碼為 指令代碼 4 0 i i 首地址 因?yàn)楣庵羔橈@示圖形的字符代碼為0 0 h 0 3 h 所以c g r a m 地址的起始地址為 0 0 h 則指令代碼為4 0 h 3 2 2 4 把圖形數(shù)據(jù)寫入c g r a m 單元內(nèi) 本文所采用單片機(jī)的是p i c1 6 f 7 7 型 其中要用到的寄存器為 p o n t e r l 一數(shù)據(jù)量p o n i t e r 2 一查表偏移量 數(shù)據(jù)寫入及調(diào)用的子程序如程序3 4 所示 程序3 4 初始化 m o v l w4 0 h c a l l c a l l m o 唧 m o v w f m o v l w m o v w f l o o pm o v f c a l l c a l l s e n d c m d d e l a y 2 0 h p o n i t e r l 0 0 h p o n i t e r 2 p o n i t e r 2 0 c o n v e r t l p u t c l c d 設(shè)置c g 艮 m 地址為0 這樣四個圖形的 顯示代碼就為0 0 h 0 3 h 調(diào)用指令發(fā)送子程序 延時 以等待忙指令 調(diào)用查表子程序 調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 塑堡翌墨整壟堡竺翌型 墨三蘭 莖查垡鱉鱉竺堡生 i n c fp o n i t e r 2 1 查表偏移量加一 c a l l d e l a y 調(diào)用延時子程序 d e c f s zp o n i t e r l 1 g o t ol o o p 循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù) r e t u r n c o n v e r t l a d d w fp c l 1 偏移量加當(dāng)前p c l 值 t a b l e l d b 1 0 h 1 0 h 1 0 h 1 0 h 1 0 h 1 0 h 1 0 h 1 0 h d b 1 8 h 1 8 h 1 8 h 1 8 h 1 8 h 1 8 h 1 8 h 1 8 h d b 1 c h l c h l c h i c h l c h 1 c h t c h l c h d b i e h 1 腳 l 刪 1 e h 1 e h 1 e h l e h 1 e h m o v l w 8 0 h 初始化第一行 設(shè)置d d r a m 地址 c a l ls e n d c m d m o v l w 0 0 h 顯示第一個光指針圖形 c a l l p u t e l c d m 叫l(wèi) w 0 1 h 顯示第二個光指針圖形 c a l l p u t e l c d m o 刪0 2 h 顯示第三個光指針圖形 c a l l p l l t c l c d m o v l w0 3 h 顯示第四個光指針圖形 c a l l p u t e l c d 3 2 2 5 光指針的形成 光指針的形成是通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)的 其程序框圖如圖3 1 所示 程序框圖 中的a c c b l o a c c c l o 分剮為存放商和余數(shù)的寄存器 f f 字符為液晶模塊 c g r o m 中字符代碼為 f f 的字符 川 它是由8 個f f h 字節(jié)組成的 與自定 義的四個圖形共同構(gòu)成形成光指針?biāo)璧奈宸N圖形 本程序的光指針是通過外部的 數(shù)據(jù)變化來體現(xiàn)的 涉及到數(shù)據(jù)的采集 a d 轉(zhuǎn)換以及液晶輸出等一系列過程 智能雙顯張力儀的研制 第三章張力儀的軟件設(shè)計(jì) 圖3 4 光指針形成程序框圖 程序?qū)崿F(xiàn)過程中 首先要進(jìn)行l(wèi) c d 的初始化 包括自定義字符的寫入程序 一 次 d 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)學(xué)處理 在本文中除以1 6 因?yàn)樗玫膌 c d 面板一 行可以顯示1 6 個字符 得到商以及余數(shù) 商就是要顯示的主指針 圖形即為上面 所提到的 f f 字符一 i i l l i 而余數(shù)則為尾數(shù)指針 即為上面定義的四個圖形 之一 用來提高精度 本文中由于尾數(shù)指針的存在 使得精度提高了五倍 顯示 流程為先顯示主指針 顯示的個數(shù)為商的大小 接著顯示尾數(shù)指針 框圖中的常數(shù)a 為最低精度 用來確定尾數(shù) 當(dāng)尾數(shù)小于a 時就不顯示 認(rèn)為余數(shù)為零 當(dāng)大于a 時就循環(huán)減a 并將循環(huán)次數(shù)保存在i 中 因?yàn)樽钚【萢 為 洲i 字符所代表的數(shù) 字大小的五分之一 因此i 不會大于五 然后以i 為查表偏移量進(jìn)行查表 從而確 定尾數(shù)的圖形 具體的對應(yīng)關(guān)系如表3 4 所示 l 尾數(shù)圖形 1 0m l 1 1 1 1 1 il2 3 4 5 智能雙顯張力儀的研制 第三章張力儀的軟件設(shè)計(jì) 3 2 2 6 顯示效果 顯示效果如圖3 5 所示 照片中為所測電壓從小到大變化而得到的三張雙顯效 果圖 圖中光指針下方的數(shù)字為對應(yīng)的電壓值大小 可以驗(yàn)證光指針的正確性 通 過測試和計(jì)算 滿屏?xí)r輸入電壓為4 9 1 8 v l c d 面板的第一行用來顯示光指針 可 以顯示1 6 個5 x 7 字符 即共可以顯示8 0 列 1 6 5 光指針 最小分辨率可達(dá)到 6 1 m v 也就是說精度達(dá)到了1 2 5 可以非常細(xì)膩地反映出電壓值的變化情況 圖3 5 效果顯示圖 3 2 3 張力平均值 均方差的計(jì)算及藜軟件實(shí)現(xiàn) 由于在實(shí)時梭測中張力的波動情況非常復(fù)雜 單單一個即時張力值在某種程度 上不能完金反映出當(dāng)肘的變化情況 因此 本課題中對張力的測量增加了兩個參數(shù) 張力平均值和均方差 平均值可以用來度量張力的分布位置 即表示張力平均水平的高低 用數(shù)學(xué)公 式表示為 i 專善蟹 均方差可以用來度量張力分布的離散程度 即反映張力波 廠了 一 動的絕對值 數(shù)學(xué)表摯式為萬2 占善 一 2 通過這兩個參數(shù)的設(shè)置 可以更加方便地對張力進(jìn)行測量和控制 在本課題中 采用r b 0 腳的外部中斷功能進(jìn)行切換顯示均方差和平均值 當(dāng)按 下r b 0 腳對應(yīng)的按鍵時 進(jìn)入中斷處理 開始對自此以后的2 5 5 個點(diǎn)進(jìn)行采樣求均 方差以及平均值 并通過l c d 顯示出來 另外 為了使算法簡單化 在程序中對算法進(jìn)行了優(yōu)化 其數(shù)學(xué)過程如下 求平均值工和均方值艿2 智能雙顯張力儀的研制 第三章張力儀的軟件設(shè)計(jì) i 2 專善 2 n 2 5 5 船專 一 2 專 一2 x x 2 專 一2 2 專 一2 寺 萬 乞 x 2 專 石 2 專 一 具體的程序流程圖如圖3 6 所示 在主程序中 循環(huán)對當(dāng)前的張力進(jìn)行測量和 顯示 同步顯示出數(shù)字量和光指針 當(dāng)要顯示均方差和平均值時 按動對應(yīng)按鍵 進(jìn)入中斷 進(jìn)行均方差和平均值的計(jì)算和顯示 豐翔庠中斷服務(wù)子程序 圖3 6 均方差 平均值計(jì)算及顯示程序流程圖 呈 一 一南鹵 一 一 智能雙顯張力儀的研制 第三章張力儀的軟件設(shè)計(jì) 3 2 4 保持功能的實(shí)現(xiàn) 由于動態(tài)張力的易變