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数据采集的硬件设计

来源:拉力试验机厂家    发布时间:2014-09-27 08:29
 数据采集的硬件设计
 
3.1压力传感器
压力传感器是等加荷材料试验机中测量试样实际承受压力的关键元件之一。为了达到试验精度,传感器需采用非线性误差小、可重复性好、输出灵敏度高的带有温度补偿的高精度压力传感器。
压力传感器是将电阻应变片贴在测力传感器内部,共贴有四块电阻应变片,采用电桥电路将电阻应变片的阻值变化转换为电压变化。本系统采用的压力传感器的应变片为全桥连接,其中R1和R3为纵向排列,反映受力情况。R2和R4为横向排列,起补偿作用,如图3.1所示。
 数据采集的硬件设计 
图3.1压力传感器应变片连接图
由全桥接法的输出电压
由全桥接法的输出电压 
其中,U1—供桥电压;
R—应变片的电阻值;
ΔRi—应变片Ri的阻值变化;
 
 
S—应变片的灵敏度系数;
 
 
εi—应变片Ri的横向应变。
 
3.2通信接口电路
由于现场设备和上位工控机之间距离较远,故通信采用串行异步接口的工作方式,即通过RS232转换器和下位单片机通信,来完成数据传输。系统上下位机之间数据通信的结构如图3.2
 
图3.2 数据通信的结构图
图3.2 数据通信的结构图
 
MX232与显示器连接电路如图3.3
 
 
 
 
 
 
 
MX232与显示器连接电路MX232与显示器连接电路 
图3.3  MX232与显示器连接电路
 
3.3电桥的调平
试件在未受载、无应变的初始条件下,应变电桥满足平衡条件(初始输出值为零)。本设计采用电阻并联法。如图2-3所示,调节电阻RA即可桥臂阻值比,使电桥满足平衡条件。
  电桥调平
图3.4电桥调平
3.4 CS5530与电桥的电路连接:
CS5530的VA+接电源AVCC,VD+接地。OSC1和OSC2之间接晶体振荡器,两个NC引脚接地,C1和C2接一电容,VA-端和DGND端接地。电桥中输入端接+6V的电压,输出端接CS5530的Ain+和Ain-两个引脚,另外两个引脚接地。具体电路图如下图3.4:
图3.5 CS5530与电桥的电路连接 
图3.5 CS5530与电桥的电路连接
3.5 CS5530与89C51的电路连接
    CS5530 内部有一个完整的自校正系统,分为自校准和系统校准两种方式。内部校准可在需要的时候进行,但必须在系统初始化后进行。偏差校准在前,增益校准在后。校正结果存在偏差和增益寄存器中。
 CS5530是SPI总线结构,其SCLK接时钟信号,接到单片机89C51的P08号引脚,/CS为片选信号,接单片机89C51的20号引脚,SDO为发送数据端,接单片机89C51的17号引脚,SDI为接收数据端,接单片机89C51的16号引脚。单片机89C51 的P08 脚控制A/D 片CS5530 的片选端/ CS , 通过P16 、P17 和P20 实现与A/ D 片的命令数据传送。其电路如下图3.6:
CS5530与89C51的电路连接 
图3.6 CS5530与89C51的电路连接
3.6 MAX232与89C51的电路连接
MAX232的C1+和C1-引脚之间接电容,C2+C2-引脚之间也接上电容,VCC接开关电源+5V,GND接地,T2in接单片机89C51的11号引脚,T2out接单片机89C51的10号引脚。具体电路如下图3.6:
在PC 机中一般有两个标准RS - 232C 串行接口COM1 和COM21MCS - 51 系列单片机片内含有一个全双工的串行接口, 通过编程也可实现串行通信功能1.
MAX232可以用作单片机和单片机之间、单片机和PC 机串行口之间的符合RS2232 串行接口电路。只要将待进行串行传输的设备的发送和接收端相应的接上, 编程即可。
MAX232与89C51的电路连接 
图3.7  MAX232与89C51的电路连接
3.7 位移光电编码器与单片机89C51的电路连接
光电码盘接口电路时运动控制和伺服电机连接的桥梁,有以下作用:
·伺服电机出来的码盘信号是差分信号,通过光电码盘接口电路才能和运动控制单元连接。
·将运动控制单元和伺服电机通过光电偶进行隔离,防止伺服电机对运动控制单元造成干扰.
光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外,为判断旋转方向,码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号,所以码盘有两个输出。从而降低了工作量和难度,提高了系统的可靠性和抗干扰能力,而且设计通用可行.其与单片机的电路如图3.8:
MAX232与89C51的电路连接 
图3.8位移光电编码器与单片机89C51的电路连接
3.8电源电路
  本系统需要一个+5V的模拟电压和一个+5V的数字电压。本设计为取三相交流电中相差120º的两相经二极管整成直流电,一路经7086芯片输出+5V的电压,再通过电感滤波,得到+5V的模拟电压。另一路经L4960芯片输出+5V电压,再经电感滤波得到+5V数字电压。故电源电路如下3.9:
图3.9电源电路 
图3.9电源电路
 
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