（紡織工程專(zhuān)業(yè)論文）智能雙顯張力儀的研制[紡織工程專(zhuān)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(xiàn)的張力是一項(xiàng)重要的工藝參數(shù) 張力儀則是檢 測(cè)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(duì)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(jià)進(jìn)口張力儀 此儀表的最大特色在于能夠同時(shí)顯示張力值以及反映張力變化情況 的模擬光指針 同時(shí)具備了數(shù)字化的直觀性和指針式的可視性 本文對(duì)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(shí)與國(guó)外先進(jìn)的同類(lèi)型儀表進(jìn)行了測(cè)試對(duì)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)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(shū)而使用過(guò)的材料 對(duì)本文的研究讒 出重要貢獻(xiàn)的個(gè)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(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所 國(guó)家圖書(shū)館 清華大學(xué)論 文食作部 中國(guó)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(xiàn)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(dòng)大小對(duì)絡(luò)筒質(zhì)量和筒予成形均有很大影 響 如果張力過(guò)大 將使絲線(xiàn)受到過(guò)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(guò)小 則會(huì)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(shí)發(fā)生困難等不良后果 在織造過(guò)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(guò)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(zhǎng)下 降 上機(jī)張力過(guò)小貝4 會(huì)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(shí)經(jīng)絲在綜筘中過(guò)多地往復(fù)移動(dòng) 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(guò)大 易產(chǎn)生亮絲 急緯 斷緯以 及緯向織物強(qiáng)力和伸長(zhǎng)下降等嚴(yán)重后果 緯向張力過(guò)小則易產(chǎn)生縮緯 松邊 這些是絲織工程中的幾個(gè)典型的張力控制 另外還有許多方面需要對(duì)張力進(jìn)行 監(jiān)控和檢測(cè) 對(duì)于絲織工程中的張力檢測(cè)可以采用定期定時(shí)的全面檢測(cè) 如檢測(cè)絡(luò) 絲張力 可每天一次 對(duì)全廠絡(luò)絲機(jī)逐錠加以檢測(cè) 觀察測(cè)定值是否在規(guī)定的工藝 參數(shù)值范圍內(nèi) 以便及時(shí)加以糾正 調(diào)整工藝 避免不良后果 由此可見(jiàn) 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(xiàn)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(chēng)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(cè)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(pán)及按鈕等凡部分組成 如圖1 1 所示 在無(wú)外力作用下 測(cè)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(shí)指針指向零位 在測(cè)試單絲張力 時(shí) 測(cè)試羅拉1 受外力作用 促使扭簧3 沿受力方向扭轉(zhuǎn) 同時(shí)帶動(dòng)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?lè)€(wěn)定后所指示的值即為被 測(cè)張力的實(shí)際值 l 測(cè)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(jiàn)的機(jī)械式紗線(xiàn)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(jiàn)表1 1 跚 表1 一l 幾種機(jī)械式紗線(xiàn)張力儀的規(guī)格特征 型號(hào)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(hào)的張力儀 比如英國(guó)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(guó)內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的機(jī)械式紗線(xiàn)張力儀等等 這里不作詳 盡列舉 機(jī)械式的紗線(xiàn)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(dòng)態(tài)測(cè)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(guò)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(wú)法讀出的 且隨著生產(chǎn)的發(fā)展 對(duì)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(shí)代發(fā)展的要求 電子紗線(xiàn)張 力儀由此應(yīng)運(yùn)而生 電子紗線(xiàn)張力儀的主要原理是利用一個(gè)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(duì)稱(chēng)粘貼兩片電阻應(yīng)變片 組成全橋 對(duì)張力進(jìn)行 測(cè)量 工作流程為當(dāng)彈性元件受力后 測(cè)量電橋阻值發(fā)生變化 將紗線(xiàn)的張力瞬時(shí) 變化值轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 經(jīng)過(guò)放大 濾波然后輸出 按其輸出方式 電子紗線(xiàn)張力儀 可分為普通型和智能型兩種 普通電子紗線(xiàn)張力儀又可以分為兩種 其一是將濾波后的結(jié)果經(jīng)過(guò)a d 轉(zhuǎn)換器 后直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器 顯示出即時(shí)張力 以滿(mǎn)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(shí) 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(cè)得的張力值打印出來(lái) 以滿(mǎn)足對(duì)張力波動(dòng)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(chē)間進(jìn)行便攜式測(cè)量 因此應(yīng)用較少 智能型電子紗線(xiàn)張力儀在內(nèi)部使用了單片機(jī) 以單片機(jī)為核心 對(duì)a d 轉(zhuǎn)換后 的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 并對(duì)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(duì)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(gè)參數(shù)值 因此應(yīng)用效果較好 但同時(shí)價(jià)格也很昂貴 電子紗線(xiàn)張力儀的主要型號(hào)有英國(guó)錫萊發(fā)展公司的電子張力儀 德國(guó)s c 刪i d t 公司的e t m 系列電子張力儀以及國(guó)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(jiàn)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(xiàn)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(cè)量范圍 e n o 1 0 0o 2 0 00 5 l o o 0 1 5 0 0 測(cè)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(zhǎng) 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(wèn)題 隨著科技發(fā)展的日新月異 紡織機(jī)械轉(zhuǎn)速越來(lái)越高 紗線(xiàn)速度越來(lái)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(wèn)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(dòng)的絲條與導(dǎo)絲器摩擦 產(chǎn)生靜電 因此也就帶來(lái)了靜電干擾的問(wèn)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(wú)規(guī)則電信號(hào)的影響 如果干 擾信號(hào)和有用信號(hào)幅度相當(dāng)時(shí) 就會(huì)導(dǎo)致放大器在輸出端的有用信號(hào)很難分辨 甚 至被干擾信號(hào)所淹沒(méi) 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(lái)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(lái) 靜電干擾的問(wèn)題就得到了解決 但是隨之帶來(lái)的是金屬材料 的耐磨性問(wèn)題 金屬材料不耐磨 在高速運(yùn)動(dòng)的絲條的摩擦下 導(dǎo)絲器極易被磨損 影響張力的測(cè)量 使其壽命大大縮短 1 2 2 張力儀的信號(hào)放大問(wèn)題較難解決 張力儀傳感器的輸出電壓為微伏級(jí) 故張力儀對(duì)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(wèn)題的關(guān)鍵 過(guò)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(mǎn)足不同客戶(hù)的需求 銷(xiāo)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(jià)格 以美國(guó)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?xún)?yōu)良 體積小 但是價(jià)格昂貴 1 2 3 測(cè)量過(guò)程中張力值動(dòng)態(tài)變化的可視性問(wèn)題 傳統(tǒng)指針式的張力儀在測(cè)量過(guò)程中 可以動(dòng)態(tài)地顯示出張力的波動(dòng)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(xiàn)張力儀通過(guò)傳感器將張力值以電信號(hào) 的形式傳到內(nèi)部 然后經(jīng)過(guò)一系列處理 由顯示器完成數(shù)顯功能 以滿(mǎn)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(guó)的紡織行業(yè)正處在一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期 經(jīng)過(guò) 砸錠 轉(zhuǎn)型 一系列的 優(yōu)化整會(huì)后 國(guó)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(guó)外同行業(yè)間的差距 提高了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力 但我們也要認(rèn)識(shí)到我們所面臨的困 境 入世以來(lái) 雖然我國(guó)的紡織出口規(guī)模加大 但美國(guó)及歐盟對(duì)我國(guó)的紡織品出口 限制也在增加 各種壁壘接踵而來(lái) 面對(duì)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(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)都有嚴(yán)格的 量化標(biāo)準(zhǔn) 而在我國(guó)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(guó)紡織工業(yè)的發(fā)展 傳統(tǒng)的張力檢測(cè)儀器已經(jīng) 不能夠完全適應(yīng)現(xiàn)在的需求 此外 國(guó)外的某些同類(lèi)型的儀器雖然可以滿(mǎn)足要求 但價(jià)格卻十分昂貴 因此本課題主要的研究?jī)?nèi)容就是研制一個(gè)智能型的電子張力儀 同時(shí)可以滿(mǎn)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(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦 既減少導(dǎo)絲器的磨 損 又可以解決靜電積聚的問(wèn)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(jià)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(lái)解決測(cè) 智能雙顯張力儀的研制第一章緒論 量過(guò)程中張力值動(dòng)態(tài)變化的可視性問(wèn)題 近年來(lái) 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(shí)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(dòng)態(tài)顯示出張力的變化趨勢(shì)和范圍 提高了對(duì)被測(cè)信號(hào)波動(dòng)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(kāi)發(fā)產(chǎn)品提供可靠的依據(jù) 但這種儀表要專(zhuān)用模具開(kāi)發(fā) 對(duì)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(guò)輸入 輸出通道經(jīng)測(cè)量元件和執(zhí)行器件直接連結(jié)至被測(cè)或被控對(duì)象 并通過(guò)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(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦 既減少導(dǎo)絲器 的磨損 又可以解決靜電積聚的問(wèn)題 2 1 1 導(dǎo)絲器的測(cè)量原理 張力儀金屬導(dǎo)絲器是由三個(gè)帶滾動(dòng)軸承的導(dǎo)輪構(gòu)成 其中兩個(gè)為固定導(dǎo)輪 起 導(dǎo)絲和托絲作用 一個(gè)為張力輪 起測(cè)量作用 如圖2 1 導(dǎo)輪的安裝精度有一定 的要求 三個(gè)導(dǎo)輪應(yīng)在同一平面上 這樣阻力最小 從而減少測(cè)量誤差 圖中 t l t z 為經(jīng)紗張力 a b 為經(jīng)紗經(jīng)過(guò)張力輪2 時(shí)和豎直方向的夾角 f 為經(jīng)紗張力對(duì)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(cè)量過(guò)程中 測(cè)量桿在f 的作用下會(huì)產(chǎn)生微小的偏移 f 通過(guò)測(cè)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(cè)量桿3 雙孔粱傳感器 圖2 2 張力儀測(cè)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(dòng)的絲條 摩擦易產(chǎn)生靜電 對(duì)張力儀放大器產(chǎn)生靜電感應(yīng)而帶來(lái)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(wú)規(guī)則電信號(hào) 的影響 如果干擾信號(hào)和有用信號(hào)可相比較時(shí) 那么放大器在輸出端的有用信號(hào)將 很難分辨 甚至被干擾信號(hào)所淹沒(méi) 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(guò)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(guò)帶電體本身以及與它相連接的其它物體進(jìn)行 在張力測(cè)量過(guò)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(lái)使靜電消失所需時(shí)間是 很長(zhǎng)的 是測(cè)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(lái)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(shí)傳導(dǎo)出去 同時(shí)加蓋鋁質(zhì)儀表殼 用以靜電 屏蔽 這樣一來(lái) 靜電干擾的問(wèn)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(lái)了金屬材料的耐磨性問(wèn)題 金屬材料不耐磨 在高速運(yùn)動(dòng)的絲條的摩擦下 導(dǎo)絲器極易被磨損 給張力的測(cè)量 帶來(lái)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(dòng)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(dòng)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(guó)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(wú)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(shí)對(duì) 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(gè)微型滾動(dòng)軸承 因而轉(zhuǎn)動(dòng) 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(guò)兩個(gè)微型滾動(dòng)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(dòng) 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(shí) 產(chǎn)生不應(yīng)有的相對(duì)滑動(dòng) 必須選擇正確的配合 我們采用過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接 過(guò) 盈聯(lián)接的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 定心性好 承載能力較大并能承受振動(dòng)和沖擊 工作時(shí)由于兩 配合件的彈性變形和裝配過(guò)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(lái)防止兩配合件的相對(duì)滑動(dòng) 但由于聯(lián)接的承載能力直接取決于配 合過(guò)盈量的大小 故對(duì)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(guò)改變導(dǎo)輪軸和導(dǎo)輪 殼的尺寸公差來(lái)獲得過(guò)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(lái)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(lái)制造 在導(dǎo)絲座的右端設(shè)計(jì)了螺紋 使導(dǎo)絲器與測(cè)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(cè)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(shí) 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(cè)量范圍廣 2 使用壽命長(zhǎng) 性能穩(wěn)定可靠 3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 尺寸小 重量輕 因此在測(cè)試時(shí) 對(duì)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(shí)間為1 0 s 5 可在高低溫 高速 高壓 強(qiáng)烈振動(dòng) 強(qiáng)磁場(chǎng) 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(lèi)繁多 價(jià)格便宜嗍 但同時(shí) 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(xiàn)性 2 輸出信號(hào)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(cè)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(chǎng)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(chēng)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(gè)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(shí) 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(shí)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(zhǎng) 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(jiàn) 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(gè)應(yīng)變電阻組成全橋差動(dòng)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(xiàn)性度好 但其輸出電壓為1 0 1 0 1v 級(jí) 信號(hào)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(shí)別 此外 當(dāng)受力點(diǎn)的位置變化時(shí) 一孔的彎矩增 加 另一孔的彎矩減少 這可在橋內(nèi)自動(dòng)補(bǔ)償 從而提高測(cè)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(xiàn)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(hào)放大 高速信號(hào)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(duì)參考端 單端輸出的閉環(huán)增益組件 具有差分輸出和相對(duì)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(gè)差 分輸入端施加輸入信號(hào) 其增益即可由內(nèi)部預(yù)置 也可由用戶(hù)通過(guò)引腳內(nèi)部設(shè)置或 者通過(guò)與輸入信號(hào)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(hào)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(xiàn)性誤差輸入失調(diào)和比例系數(shù)誤差能通過(guò)外部的調(diào)整來(lái)修正 但是線(xiàn)性誤 差是器件的固有缺陷 它不能由外部調(diào)整來(lái)消除 一個(gè)高質(zhì)量的儀表放大器典型的 線(xiàn)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(gè)偏置電流流過(guò)不平衡的信號(hào)源電阻將產(chǎn)生一個(gè)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(hào)帶寬在5 0 0 k h z 4 m h z 之間 具有 檢測(cè) 端和 參考 端儀表放大器的獨(dú)特之處還在于帶有 檢測(cè) 端 和 參考 端 允許遠(yuǎn)距離檢測(cè)輸出電壓而內(nèi)部電阻壓降和地線(xiàn)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(mǎn)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(mǎn)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(dòng) 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(jí)放大布局 輸入端由兩個(gè)工作放大 器組成 他們提供了一個(gè)固定增益的差分和一個(gè)共模增益 輸出端是一個(gè)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(jí)放大布局 導(dǎo)致了放大后的信號(hào)混雜 大量的干擾信號(hào) 有時(shí)甚至淹沒(méi)了有用的信號(hào) m a x 4 1 9 4 由于內(nèi)部集成了三級(jí)放大 布局 在很大程度上消弱了干擾信號(hào)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(duì)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(gè)輸入端輸入一對(duì)差動(dòng)電壓 如果兩個(gè)輸入端保持相同電壓 輸出的就 是v i u w 在礬 礬 兩個(gè)輸入端輸入的一對(duì)差動(dòng)電壓 通過(guò)增益電阻 從而產(chǎn)生電流 該電流同時(shí)也經(jīng)過(guò)兩個(gè)輸入放大器a l 和a 2 的反饋電阻 從而產(chǎn)生 個(gè)差動(dòng)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(duì)于一個(gè)8 位二進(jìn)制數(shù) 每一個(gè)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(shí) 先顯示d i v r e s 個(gè) 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(gè) 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(gè)單元 顯示器一行可以顯示1 6 個(gè)字符 對(duì)于一個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)而言 一個(gè)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(lái)的研究中作者考慮將5 7 點(diǎn)陣分成5 個(gè)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(gè)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(gè)字符 一般而言l c d 模塊的顯示內(nèi)容是由用戶(hù)決定的 對(duì)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(méi)有的專(zhuān)用字符或符號(hào) 則只能由用戶(hù)自定義 本文的光指針?lè)?hào)就是屬于這類(lèi) 自定義符號(hào) 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(chǔ)8 個(gè)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(gè)字符圖形代 碼 為了在液晶顯示屏上顯示存儲(chǔ)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(xiě)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(lái)的 此8 行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在c g r a m 的8 個(gè)單元中 這8 個(gè)單元的c g r a m 地址表示每個(gè)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(hào)相對(duì)應(yīng) 而這8 個(gè)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(gè)c g r a m 單元是用來(lái)存放同一個(gè)字符代碼 所表示的字符圖形數(shù)據(jù)的 一個(gè)d d r a m 中的字符代碼0 0 h 或0 8 h 就確定了一個(gè)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(duì)表3 1 來(lái)說(shuō) 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(gè)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(gè)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(gè) o h i l 圖形為8 個(gè) 1 8 h 圖形為8 個(gè) 1 c h 川 則為8 個(gè) 1 e h 共 3 2 個(gè)字節(jié) 由于k s 0 0 鯽 0 0 模塊只給出c g r a m8 個(gè)字符代碼0 0 h 0 7 h 所以 四個(gè)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(xiě)入的 所以在設(shè)置c g r a m 地址時(shí) 把這三位置 0 這樣用 戶(hù)定義的8 個(gè)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(duì)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(xiě)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(xiě)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(gè)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(shí) 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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(guò)軟件控制來(lái)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(gè)f f h 字節(jié)組成的 與自定 義的四個(gè)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(guò)外部的 數(shù)據(jù)變化來(lái)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(guò)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(guò)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(xiě)入程序 一 次 d 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)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(gè)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(gè)圖形 之一 用來(lái)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(gè)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(lái)確定尾數(shù) 當(dāng)尾數(shù)小于a 時(shí)就不顯示 認(rèn)為余數(shù)為零 當(dāng)大于a 時(shí)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(huì)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(duì)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(cè)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(duì)應(yīng)的電壓值大小 可以驗(yàn)證光指針的正確性 通 過(guò)測(cè)試和計(jì)算 滿(mǎn)屏?xí)r輸入電壓為4 9 1 8 v l c d 面板的第一行用來(lái)顯示光指針 可 以顯示1 6 個(gè)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(shuō)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(shí)梭測(cè)中張力的波動(dòng)情況非常復(fù)雜 單單一個(gè)即時(shí)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(duì)張力的測(cè)量增加了兩個(gè)參數(shù) 張力平均值和均方差 平均值可以用來(lái)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(zhuān)善蟹 均方差可以用來(lái)度量張力分布的離散程度 即反映張力波 廠了 一 動(dòng)的絕對(duì)值 數(shù)學(xué)表?yè)词綖槿f(wàn)2 占善 一 2 通過(guò)這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)置 可以更加方便地對(duì)張力進(jìn)行測(cè)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(duì)應(yīng)的按鍵時(shí) 進(jìn)入中斷處理 開(kāi)始對(duì)自此以后的2 5 5 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣求均 方差以及平均值 并通過(guò)l c d 顯示出來(lái) 另外 為了使算法簡(jiǎn)單化 在程序中對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化 其數(shù)學(xué)過(guò)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(zhuān)善 2 n 2 5 5 船專(zhuān) 一 2 專(zhuān) 一2 x x 2 專(zhuān) 一2 2 專(zhuān) 一2 寺 萬(wàn) 乞 x 2 專(zhuān) 石 2 專(zhuān) 一 具體的程序流程圖如圖3 6 所示 在主程序中 循環(huán)對(duì)當(dāng)前的張力進(jìn)行測(cè)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(shí) 按動(dòng)對(duì)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(dòng)態(tài)張力的易變