CN105241758A - 一种基于arm的电子单纱强力机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM的电子单纱强力机，包括试样夹持部件、测力部件、夹持件施力部件、微处理器和结果输出模块，试样夹持部件包括上夹持件和下夹持件，分别夹持试样的两端，夹持件施力部件作用在上夹持件上或下夹持件上，使上夹持件相对下夹持件向相反方向运动，测力部件设在试样夹持部件上测量试样的受力，微处理器控制夹持件施力部件的作用和接收测力部件的采集信号，对信号分析处理后，通过结果输出模块给出强力机测试结果。本发明具有采集速度快、精度高、存储容量大和抗干扰能力强的优点，它可适用于我国大、中、小型纺织和化纤企业。
Description
技术领域
本发明属于纺织仪器技术领域，具体涉及一种基于ARM的电子单纱强力机。
背景技术
我国是纺织大国，但是纺织机械装备制造在国际上一点处于落后水平，有些重要的设备要依赖进口。电子单纱强力机用于测定棉、毛、丝、麻、化纤等纱线的断裂强力、断裂伸长、定负荷伸长、定伸长负荷和断裂功等拉伸性能物理指标，并将测试数据进行数理统计后打印输出。目前国产电子单纱强力机大都采用“C5l单片机+PC机”双向控制结构，成本较高。电子单纱强力机要求采集速度快、精度高、存储容量大和抗干扰能力强。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种基于ARM的电子单纱强力机，具有采集速度快、精度高、存储容量大和抗干扰能力强的优点，它可适用于我国大、中、小型纺织和化纤企业。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于ARM的电子单纱强力机，包括试样夹持部件、测力部件、夹持件施力部件、微处理器和结果输出模块，所述试样夹持部件包括上夹持件和下夹持件，分别夹持试样的两端，夹持件施力部件作用在上夹持件上或下夹持件上，使上夹持件相对下夹持件向相反方向运动，测力部件设在试样夹持部件上测量试样的受力，微处理器控制夹持件施力部件的作用和接收测力部件的采集信号，对信号分析处理后，通过结果输出模块给出强力机测试结果。
上述的测力部件包括测力传感器、信号调理电路、A/D转换器，测力传感器采集试样在上、下夹持件的作用下的拉力信号，并通过信号调理电路和A/D转换器将模拟信号转换为相应的数字量。其中A/D转换器采用ADS8320，使用复合滤波法。微处理器采用控制器AT91SAM7S64，控制器AT91SAM7S64包括PWM、SPI、USART和USB设备接口。所述夹持件施力部件包括电机和电机控制电路，所述电机控制电路从控制器获取步进脉冲信号以及方向电平信号，电机的输入端连接电机控制器，输出端连接上夹持件或者下夹持件。所述控制器和电机控制电路之间设有光耦隔离器件，对输出的步进脉冲信号和方向电平信号进行隔离。所述控制器和电机控制电路之间设有线路接收器电路，电机控制电路返回的脉冲通过线路接收器电路连接到控制器内部计数器通道，通过接收的脉冲数计算电机转过的线位移。所述结果输出模块为打印机。
本发明有益效果是:具有采集速度快、精度高、存储容量大和抗干扰能力强的优点，它可适用于我国大、中、小型纺织和化纤企业。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的强力机测力原理图。
图2是本发明的具体实施方式的PWM电机控制电路。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
一种基于ARM的电子单纱强力机，包括试样夹持部件、测力部件、夹持件施力部件、微处理器和结果输出模块，试样夹持部件包括上夹持件和下夹持件，分别夹持试样的两端，夹持件施力部件作用在上夹持件上或下夹持件上，使上夹持件相对下夹持件向相反方向运动，测力部件设在试样夹持部件上测量试样的受力，微处理器控制夹持件施力部件的作用和接收测力部件的采集信号，对信号分析处理后，通过结果输出模块给出强力机测试结果。
试样夹持部件由上、下两夹持器组成，通常上夹持器直接或间接与测力传感器相连，下夹持器按设定的速度线性移动。测力部件包括测力传感器、信号调理电路、A/D转换器等，其功能是将试样所受拉伸力值模拟信号转换为相应的数字量。夹持件施力部件包括电机和电机控制电路，用于控制下夹持器的运动和速度控制，包括速度变换及控制电路、传动变速机构。由于检测拉伸过程中下夹持器的位移可视为试样的伸长量，因此伸长测定可通过该系统同步完成。
电子单纱强力机采用等速伸长(CRE)试验的原理，微处理器发出脉冲给电机控制电路来控制电机的转动方向和转动速度，电机转动轴输出经过皮带轮带动丝杆转动，通过控制电机匀速正反转就能平稳地实现下夹持器上下运动。试样在被拉伸过程中，测力部件实时测量试样上的拉力，伸长根据发出的电机脉冲数算出，ARM处理器内部定时器记录从开始拉伸到断裂的时间。一次拉伸结束后，ARM根据记录的数据进行计算得出断裂强力、断裂强度、断裂伸长率、断裂时间和断裂功等指标数据并保存，然后重复上述过程进行下一次试验。所需试验次数全部完成后计算出各项测量指标的最大值、最小值、平均值和CV值。拉伸过程中试样所受负荷力值、伸长值、时间等都必须实时送微处理器，由微处理器作进一步运算、判定等处理，然后将中间结果暂存RAM中，经微处理器判定试样断裂，并按设定程序和工艺要求对测量结果进行统计计算，求得各项统计结果，测试结果可显示或打印。
本发明微处理器MCU采用Atmel公司推出的工业级微控制器AT91SAM7S64，该芯片拥有64KB高速Flash和16KB的RAM，具有PWM、SPI、USART和USB设备接口等丰富的外设资源，可以满足电子单纱强力机的控制需求。具体硬件原理如图1所示。
A/D转换器是电子单纱强力机的核心部件，其性能直接决定了系统的性能。根据GB/T14344-2008说明，电子单纱强力机应满足采集的实际强力和指示强力之间的最大允许误差小于实际强力的1％。假设设计的目标强力机负荷测试范围为O～5000cN(1cN＝9.8×10-3N)，误差为lcN，即负荷示值精度为±1/5000＝±0.02％，因此选用的A/D转换器分辨率大于12位，线性度小于±1％即可。又根据对数据处理实时性的要求，系统动态数据采集频率应达每秒100组以上才能保证不丢失峰值，考虑到设备受现场干扰较大，为提高数据采集的精度，软件处理将采用复合滤波法，每组采集的总滤波数约为100，因此要求A/D转换器的采样率最低为100×100＝10kHz。设计中具体采用逐次逼近式串行16位微功耗CMOS型高速A/D转换器ADS8320，它的线性度为±0.05％，工作电源在2.7V～5.25V范围内，采样频率最高可达100kHz。
AT91SAM7S64通过内部PWM控制器提供的步进脉冲信号PLUSE以及IO口提供的方向电平信号。DIR给步进电机驱动器。脉冲信号PULSE的频率与电机的转速成正比，脉冲个数决定了电机旋转的角度；方向电平信号DIR决定电机的正反转。为了使微处理器你和电机控制电路能够进行正常的通信，避免相互干扰，系统采用光耦隔离器件对输出的PULSE和DIR信号进行隔离。图2为AT9ISAM7S64通过步进电机驱动器控制电机的接口电路图。设计中使用的步进电机驱动器的细分数为10，步进电机选用85BYGH450A，其固有步距角为1.8°，因此细分后驱动电机步距角＝1.8°/10＝0.18°。在传动比为1：2，丝杆间距为4mm下，可计算出CPU每发出1个脉冲，对应的下夹持器的运动长度为(4x2)/(360/0.18)＝0.004mm，由此即可计算出PWM的脉冲频率。电机驱动器返回的脉冲通过线路接收器电路MC3486可连接到AT91SAM7S64内部计数器通道，通过测量接收的脉冲数即可计算出试样伸长。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于,包括试样夹持部件、测力部件、夹持件施力部件、微处理器和结果输出模块，所述试样夹持部件包括上夹持件和下夹持件，分别夹持试样的两端，夹持件施力部件作用在上夹持件上或下夹持件上，使上夹持件相对下夹持件向相反方向运动，测力部件设在试样夹持部件上测量试样的受力，微处理器控制夹持件施力部件的作用和接收测力部件的采集信号，对信号分析处理后，通过结果输出模块给出强力机测试结果。
2.根据权利要求1所述的基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于，所述测力部件包括测力传感器、信号调理电路、A/D转换器，测力传感器采集试样在上、下夹持件的作用下的拉力信号，并通过信号调理电路和A/D转换器将模拟信号转换为相应的数字量。
3.根据权利要求2所述的基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于，所述A/D转换器采用ADS8320，使用复合滤波法。
4.根据权利要求1所述的基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于，所述微处理器采用控制器AT91SAM7S64，控制器AT91SAM7S64包括PWM、SPI、USART和USB设备接口。
5.根据权利要求4所述的基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于，所述夹持件施力部件包括电机和电机控制电路，所述电机控制电路从控制器获取步进脉冲信号以及方向电平信号，电机的输入端连接电机控制器，输出端连接上夹持件或者下夹持件。
6.根据权利要求5所述的基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于，所述控制器和电机控制电路之间设有光耦隔离器件，对输出的步进脉冲信号和方向电平信号进行隔离。
7.根据权利要求5所述的基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于，所述控制器和电机控制电路之间设有线路接收器电路，电机控制电路返回的脉冲通过线路接收器电路，连接到控制器内部计数器通道，通过接收的脉冲数计算电机转过的线位移。
8.根据权利要求1所述的基于ARM的电子单纱强力机，其特征在于，所述结果输出模块为打印机。
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2015
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