CN201503326U - 装载机管路油液压力检测装置 - Google Patents

Abstract

装载机管路油液压力检测装置，涉及一种油液压力检测装置。提供一种用于装载机油路，能实时并动态显示压力变化的装载机管路油液压力检测装置。设有单片机、通信接口电路、电源和至少1个压力传感器。压力传感器的输出端接单片机的输入端口，单片机数字信号输出端口通过通信接口电路外接计算机，电源输出端接单片机。是一种集中式检测装置，其结构简单，技术上实现容易，成本也较低，因此可广泛应用于中小规模的检测系统中。

Description

装载机管路油液压力检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种油液压力检测装置，尤其是涉及一种用于装载机油路，能实时并动态显示压力变化的装载机管路油液压力检测装置。

背景技术

目前，用压力表检测系统压力只能显示实时压力，不能对整个系统的压力做动态压力变化显示，不能对数据进行存储、处理和分析。并且需要人工进行记录，费时，费力，检测结果相对不精确。运用计算机控制技术实现检测试验设备自动化、智能化是新形势下装载机行业生存发展的需要。大多数装载机试验台均以手工操作为主，试验结论人为因素影响较大，甚至出现人为误检、漏检等现象，导致不合格检修产品装上机车车辆，影响了行车作业和行车安全。在原试验台基础上开发了一套现代化检测装置，采用智能检测、自动控制、数理统计与分析等技术，可以避免上述不足，提高检测结果的准确性。

近年来，各种单片机的数据采集系统广泛应用于工业生产、测量和工业控制技术中。PIC16F877中档单片机是采用纳瓦技术、带10位A/D的40引脚8位CMOS闪存单片机，并拥有多种外围模块。同时它还拥有一些特殊单片机功能：防止关键应用晶振失效的时钟故障监视器，双时钟启动模式可使代码立即执行，上电延时复位(POR)，上电延时定时器(PWRT)，振荡器起振定时器(OST)，可编程代码保护，处理器可对程序存储器进行只读访问等。

公告号为CN2107476的实用新型专利提供一种纺纱机牵伸装置摇架压力检测器，由小轴、油缸、承压活塞、联表活塞、管簧压力表、两端螺母盖、调整片、防松螺母、密封圈、油液等组成，它具有将摇架加压杆受力转化为油缸内油液压强，从压力表显示压强和压力读数，其原理为静态液力测试，在纺纱机上用本检测器可测出摇架作用在皮辊上实际压力数值和牵伸装置施压分配情况。

公告号为CN2620863的实用新型专利提供一种千斤顶启动油压检测系统，由油泵及连接油路、位移传感器、位移显示仪表、数据通讯模块、压力变送器、压力检测仪、通讯模块用直流电源、带千斤顶启动油压检测软件的工业控制计算机、显示器、打印机组成，连接油路中依次连有截止阀、单向阀、节流阀、溢流阀，连接油路一端与被测千斤顶相连，位移传感器安装在千斤顶上，它有一可与千斤顶活塞同时伸缩的拉杆，压力变送器安装在千斤顶的进油回路上，位移显示仪表、压力检测仪均带有RS485接口，并分别通过数据通讯模块与工业控制计算机的RS232接口连接，数据采集模块的信号线与计算机的串行口联接，打印机与计算机的并行口联接。该检测系统自动化水平和测试效率高，数据准确、可靠。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有的装载机油路中油液压力检测设备存在的上述缺点，提供一种用于装载机油路，能实时并动态显示压力变化的装载机管路油液压力检测装置。

本实用新型设有单片机、通信接口电路、电源和至少1个压力传感器。压力传感器的输出端接单片机的输入端口，单片机数字信号输出端口通过通信接口电路外接计算机，电源输出端接单片机。

所述单片机可采用PIC16LF877单片机，尤其是采用Microchip(微芯)公司的PIC16LF877单片机。

由于本实用新型是一种集中式检测装置，其结构简单，技术上实现容易，成本也较低，因此可广泛应用于中小规模的检测系统中。

由于本实用新型使用单片机作为数据采集系统的核心部件，在硬件方面，能够让电路的设计更为简洁，实用，提高了整个设计的安全性和可靠性；在软件方面，使程序调试、模拟运行更容易，更方便快捷。

当本实用新型应用在装载机液压检测系统中时，将压力传感器接入装载机液压系统的管路中，利用本实用新型对装载机油路中的压力进行测试，就可在上位机上显示实时压力值及其动态变化曲线，简明直观地反映装载机油路中油液压力的变化，进而为研究装载机整机的稳定性提供了数据基础，对提高装载机作业效率，对装载机的整机设计具有特别重要的意义。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成框图。

图2为本实用新型实施例的单片机系统的软件设计流程图。

图3为读操作时序图。

图4为写操作时序图。

图5为上位机软件的设计流程图。

图6为本实用新型实施例的电路组成原理图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例设有单片机1、通信接口电路2、电源3和8个压力传感器41～48。8个压力传感器41～48的输出端接单片机1的输入端口，单片机1的数字信号输出端口通过通信接口电路2外接计算机5，电源3输出端接单片机1。

对于检测对象上的模拟量，首先由压力传感器41～48收集到原始信号，并被送入单片机1的信号调理电路，为模数转换作准备，信号通过A/D转换器后，模拟量变成了数字量，然后准备发送。单片机1输出数字信号通过USB口将数据输入到计算机5。

本实用新型实施例以Microchip(微芯)公司的PIC16LF877单片机为核心，采用C语言编程，对8路由信号调理电路输出的模拟信号进行A/D转换，完成现场的数据采集。

一个实际的数据采集系统实际要求系统的实时性强，可靠性高，设计周期短，价格便宜，通用性好且便于扩充。使用快速计算机顺序采集，也存在不能同时采集、实时性不好的缺点，以致造成计算、处理上的误差以及分析统计中的困难。而单片机以它体积小、功耗小、价格低廉以及控制功能强的优点适应了这些要求，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。使用单片机作为系统的前端采集单元，可以由主控计算机发出采集命令，当采集完成后，将采集到的数据再逐一送到主计算机中进行处理。

本实用新型实施例利用FTDI公司的FT245BL芯片进行了USB通信接口的开发，设计了单片机时序控制FT245BL芯片引擎功能的硬件电路，实现了USB和并行I/O口之间数据传输协议的自动转换。单片机将采集到的数据通过USB接口发送到上位机，并接受上位机的控制命令。

USB(universal serial bus)即通用串行总线，是近年发展起来的一种快速、灵活的总线接口。它是在传统计算机组织结构的基础上引入了网络的某些技术，现已经成为新型计算机的主流接口。以往的RS2232C接口，传输速度慢、在高速采样时容易导致数据丢失、不支持热插拔，USB的特点是传输速率高、易于使用、可热插拔、接口连接灵活，并且能够提供外设电源，在嵌入式系统及智能仪表中得到了广泛的应用。而PIC系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高性价比被广泛应用于测控仪器等自动化领域。因此用PIC系列单片机实现USB主机接口，进而实现对USB外设的控制，对提高整个系统的数据存储、数据传输、设备控制等性能都有很大的作用。

USB接口虽然有使用方便和传输速率快的特点，但因为USB的协议非常复杂，同时PC机的驱动编写也很费精力，一般很难在短期内熟练掌握这些知识，这就使得很多设计人员对之望而却步。而FT245BL成功地实现了USB协议与并行I/O协议之间的转换，避开了固件设计和驱动的编写，大大缩短了开发周期，成为开发USB外围设备的上佳选择。

FT245BL是FTDI公司新推出的一款USB芯片，该芯片采用32脚的PQFP封装(塑料方形扁平封装)引脚图，体积小巧，易于嵌入到其它系统中去。

FT245BL功能强大，传输速率快，能够实USB协议与并行I/O协议之间的转换，并支持USB1.1及USB2.0规范，数据传输速率可达1MB/S。FT245BL内部主要由USB收发器、串行接口引擎(SIE)、USB协议引擎和FIFO控制器等构成。片内128byte的接收FIFO(先进先出)和384byte的发FIFO使得芯片可以实现高速数据吞吐。

FT245BL实现与PIC16LF877的接口，主要通过8根数据线及读写控制线来完成和单片机的数据交互。D0～D7为数据线，接PIC16LF777的RD0～RD7，RD、WR、TXF、RXF为读写线，分别接PIC16LF777的RC2、RC3、RC4、RC5。

本实用新型实施例采用Microsoft公司的Microsoft Visual Studio 2005中的Visual C++为软件平台编写了上位机出程序。其中，使用了FTDI公司提供的驱动D2XX DLL USB Drivers，利用包含在其动态连接库内的函数，完成上位PC机PIC16LF877的USB通信，以软件的形式控制单片机的工作；在界面上，动态显示8路的采集数据曲线，为液压系统油路压力的实时监控提供了方便。

系统软件由上位机(PC机)软件和下位机(单片机)软件组成，上位机主要是发送命令和接收数据，并对接收到的数据进行处理、分析，通过软件界面显示数据的变化情况，从而实现在线监测功能；下位机是采集，并将信号数据发送到上位机。

1.单片机系统的软件设计流程

PIC单片机的编程有汇编语言和C语言两种，使用C语言来开发单片机系统编写，拥有代码效率高、软件调试直观、维护升级方便、代码的重复利用率高、便于跨平台的代码移植等优点，C语言编程在单片机系统设计中已得到越来越广泛的运用，因此本系统选用C语言来开发单片机系统。

初始时，先对A/D模块和接口进行初始化，然后通过查询的方式检查是否有数据从上位机发送，当PC机向单片机发送数据时，单片机将接收的数据存入一个8位的数据寄存器rxbuff，通过对rxbuff进行判断，决定是否开始采集数据。

单片机系统的软件设计流程图如图2所示。

2.单片机端的USB接口控制软件的设计

FT245BL与PIC16LF877之间进行通信时，首先，应该通过设置TRISC＝0x07，定义单片机的RC4 RC5引脚为输入，RC2 RC3引脚为输出。

FT245BL与PIC16LF877之间的数据交互是通过查询的方式进行的，RXF#和TXE#分别为读写的查询标志。

读操作时序如图3所示，

当RXF#为低，表示当前FIFO接收缓冲区内有数据，可以执行读操作读取接收缓冲区数据。在RD#电平由高变低，FIFO控制器将接收缓冲区中的数据输出到8位数据端口上，微控制器此时只需读取I/O 口就可以将数据取到内部数据总线上来，再将RD#信号拉高以完成1个字节数据的读取。当将FIFO接收缓冲区中的数据全部取出后，RXF#被拉高表示数据为空。在RXF#为高时，禁止从FIFO接收缓冲区读取数据。根据时序，读取数据程序如下：

void receivedata()

{

TRISD＝0xFF；                    //D 口为输入模式

if(！RC5){                      //RXF#信号为低，表明有数据来自上位机

RC2＝0；                      //RD#信号置低电平，开始读取数据

rxbuff＝PORTD；               //读到的数据送接收寄存器rxbuff

RC2＝1；}                     //RD#信号置高电平，禁止读取数据

}

写操作时序见图4。

当TXE#为低，表示当前FIFO发送缓冲区空，可以向发送缓冲区写人数据。在WR为高电平时，微控制器将8位数据D0～D7送到并行I/O 口上，在WR信号电平由高变低时，数据被写入发送缓冲区中。当TXE#为高时，表示当前FIFO发送缓冲区已满或者正在写入上一个字节，此时禁止向发送缓冲区中写入任何数据。微控制器向FT245BL写人数据时应确保TXE#为低。根据时序，发送数据程序如下：

void senddata(unsigned char data)

{

TRISD＝0x00；                   //D口为输出模式

if(！RC4){                      //TXF#信号为低，准备发送数据

RC3＝1；                      //WR信号置高电平，开始发送数据

PORTD＝data；                   //选择要发送的数据

RC3＝0；}                       //WR信号置低电平，禁止发送数据

}

3.上位机的软件设计

上位机软件的设计流程图如图5所示，

(1)上位机界面设计

左边是通道选择区域，其主要控件包括：8个check(选择)控件，用于选定显示实时曲线的通道；8个彩色的button控件，可以改变曲线的颜色；

右边是动态数据曲线显示区域，可以显示电压或者压力的实时动态曲线。

(2)上位机端的USB接口控制软件的设计

当FT245BL的USB接口连到主机时，需在PC机上装上驱动才可以使用。FTDI公司提供了两种驱动，分别为Virtual COM Port Drivers和D2XX DLL USB Drivers。

当选择安装VCP驱动程序时，操作系统将基于FT245BM的USB接口设备虚拟成为串行通信口，其PC编程完全与串口编程一样，对这一虚拟的串行口的操作就等同于对该USB接口设备的操作，因此在应用程序中可以利用串行通信控件来简化PC机端软件的设计。使用该驱动传输速率可以达到300KB/S。

当选择D2XX DLL USB Drivers作为USB接口的设备驱动程序，应用程序通过FTD2XX.DLL、FTD2XX.SYS、Windows USB Driver Stack来实现对FT245BM的读写。D2XXDLL USB Drivers提供了一个动态连接库，内部包含了一套函数，因此，在程序编写时只需调用FTD2XX.DLL中的函数，便可完成对USB接口设备的读写操作。使用该驱动传输速率可以达到1MB/S。FTD2XX.DLL提供了丰富的接口函数来访问FT245BL，主要函数简介如下：

FT_Open：打开FTDI的USB接口；

FT_Read：从FTDI的USB接口读取数据；

FT_Write：向FTDI的USB接口写入数据；

FT_Close：关闭FTDI的USB接口。

本系统选择D2XX DLL USB Drivers作为USB接口的设备驱动程序。在主对话框类CMainDlgde头文件中定义写函数void writedata(char Buf)和读函数int readdata()。

(3)双缓冲技术实现动态数据曲线的绘制

在各种检测系统中，需要实现对各种被控对象实时状态数据的采集及控制数据的输出。为了便于用户操作，往往在界面上将当前的实时数据采用动态曲线的方式直观地显示出来。显示实时动态数据曲线的方式具体实现时有很多种，本实施例利用对话框资源中的picture(图画)控件绘制动态曲线的方法。利用该方法得到的动态数据曲线，系统界面上非常形象直观，数据曲线及纵向格线均可在一定时间间隔后动态自右向左移动，动画效果很好。

图6给出本实用新型实施例的电路组成原理图，在图6中，单片机U1采用Microchip(微芯)公司的PIC16LF877单片机，单片机U1的AN0～AN7端口分别接8个压力传感器，单片机U1的晶振时钟电路可采用4MHz晶振X1，单片机复位电路由电阻R7和电容C7等组成；通信接口电路由集成电路U2和晶振X2等外围电路组成，通信接口电路输出端经USB口外接计算机。

系统的电源电压VCC由220V的交流电经过稳压器输出16V的直流电压，再经过三端稳压电源LM7805AT输出+5V的电压。

以下给出图6中的主要器件参考型号和主要元件参考数值。

电阻R1：470Ω，R2、R3：27Ω，R4：1.5KΩ，R5：4.7KΩ，R6：10KΩ电，R7：1KΩ；电容C1：0.1uF，C2：33nF，C3：15pF，C4：27pF，C5：15pF，C6：27pF，C7：0.1uF；单片机U1：PIC16F877A型；U2：FT245BL型；晶振X1：4M；X2：6M晶振。

本实用新型是一种由单片机与微机组成的基于USB通信协议的装载机油路中油液压力检测装置，它是以单片机为控制核心，充分利用单片机集成度高、控制功能强、系统结构简单、价格低廉等优点。同时，利用了微机在数据处理、模拟仿真、通信方面的强大功能，既可以通过软件对单片机进行控制，又能对采集数据进行存储、处理和分析。

Claims (2)

1.装载机管路油液压力检测装置，其特征在于设有单片机、通信接口电路、电源和至少1个压力传感器；压力传感器的输出端接单片机的输入端口，单片机数字信号输出端口通过通信接口电路外接计算机，电源输出端接单片机。

2.如权利要求1所述的装载机管路油液压力检测装置，其特征在于所述单片机为PIC16LF877单片机。

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