CN202195978U - 一种全自动材料试验机测控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉一种全自动万能材料试验机测控装置。本实用新型包括精密电源模块，单片机模块，AD转换模块，串行通讯模块，编码器解码模块，阀控接口，PC测控软件。本实用新型采用高精度的数据采集及加载控制电路：改善了数据采集的同步性，对不同信号传递时间的修正，提高数据的分辨率，改进传感信号的滤波效果。控制方式能够实现等速、等应力、等应变等多种控制方式；采用三闭环控制算法实现对内闭环的控制，实现在发生载荷突变时控制过程的平滑过渡以及对温度变化和泄露对试验结果的影响的补偿；采用PC测控软件，整个软件被分成三大块：主程序、设备配置模块和试验模块，方便于试验模块的集成，以及实验过程的自主编制。本实用新型实现当主程序切换到某个预置的试验模块时，与该试验相关的控制过程、数据记录和结果分析都被完美定制，把试验员从专业、繁琐的参数设置中解脱出来。同时将其各种功能集成在一起，降低生产成本，管理方便，保护AD转换部分、电源部分。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种全自动材料力学性能测试方案，尤其是一种全自动液压伺服试验机测控装置，材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变形过程，在试验机上进行对这些性能指标的具体测定。
背景技术
目前材料试验机测控装置主要采用液晶或数显形式，且通过实验员操作手阀来实现加载过程控制，对试验员经验和技术要求高，操作复杂，工作强度大且力值精度低，越来越无法满足材料的标准试验要求。而有些带自动控制的操控装置，因为由用户来编制试验程序，导致无法实现多种材料的需求。为此本实用新型提出一种操作简便、性能可靠、可扩展试验类型的高精度液压伺服试验机测控系统。完全通过自动控制实现加载过程的控制，解放了试验员，且能通过PC软件自动分析材料的力学性能指标，实时显示各种加载曲线。大大降低了试验员的工作强度，提高了试验精度。
实用新型内容
一种全自动材料验机测控装置，主要由精密电源模块(1)，单片机模块(2)，高精度AD转换模块(3)，开关量输入输出模块(4)，液压阀接口模块(5)，编码器解码模块(6)，串行通讯模块(7)组成，其特征在于高精度AD转换模块(3)与单片机模块(2)通过串行总线连接，开关量输入输出模块(4)与单片机的I/O口连接，液压阀接口模块(5)与单片机的一个脉冲输出口和一个I/O口连接，编码器解码模块(6)与单片机的两个外部中断口和一个I/O口连接，串行通讯模块(7)与单片机的串行输入输出口连接。
本实用新型三大特点：
(1)高精度的数据采集及加载控制电路
数据采集系统主要性能指标包括：分辨率，数据采集速率和通频带宽度(采用高带宽的频率)，数据采集系统由传感器(压力传感器，形变传感器，位移传感器)，信号调理电路(整流桥式电路)，AD转换模块(AD77102路转换器)组成。加载控制系统是采用单片机ATMEGA16L芯片作为主控单元，通过计算机与其通讯实现控制。
(2)三闭环控制算法
三闭环控制包括载荷、变形和位移控制，设计性能优越的基于参数自整定的PID闭环控制算法可以确保通道切换时载荷的平滑过渡。
(3)模块化设计且方便扩展的试验软件
通过实验控制程序操作进行相关的试验，检测试验的过程和管理试验的结果，还可以在试验软件中按照试样过程的标准试验过程编制程序，设计特定的试验。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由单片机，模拟信号数据采集电路，编码器解码电路，加载控制电路，RS232通讯电路，数字比例液压控制阀，力传感器，变形传感器，位移传感器组成。模拟信号数据采集电路与力传感器，变形传感器连接，同时与微处理的IO口通过串行总线连接；编码器解码电路与位移传感器连接，并同时与微处理器的两个外部中断口连接；加载控制电路接受微控制器发出的PWM信号，经过步进电机控制器与数字比例液压控制阀；微控制器除了与上述部件连接外，还通过RS232通讯电路与PC连接；PC运行测控软件实现人机交互和数据的处理与显示。
本实用新型的工作过程是：打开总开关，接通电源，测控装置上电。打开PC测控软件时会自动通过PC串口和RS232电路与微处理进行通讯，读取微处理的数据，显示曲线到电脑屏幕上，同时下发试验参数给微处理器。微处理器接受PC下发的控制参数后，开始做实验准备。微处理器采集模拟信号处理电路的数据，获取三个传感器的值，之后通过模糊PID算法计算液压控制阀的开度值后，输出对应的PWM信号控制步进电机控制器器，从而驱动步进电动机将阀口带动到对应的开度。之后继续采集三个传感器的值，并通过模糊PID计算下一步的阀口开度。如此循环往复，实现闭环自动控制。
本实用新型与背景技术相比具有的优势是：
1、改善了数据采集的同步性，对不同信号传递时间的修正，提高数据的分辨率，改进传感信号的滤波效果。控制方式能够实现等速、等应力、等应变等多种控制方式。
2、采用模糊自适应PID算法实现对内闭环的控制，实现在发生载荷突变时控制过程的平滑过渡以及对温度变化和泄露对试验结果的影响的补偿。
3、采用模块化设计的试验软件，整个软件被分成三大块：主程序、设备配置模块和试验模块，方便于试验模块的集成，以及实验过程的自主编制。
4、实现当主程序切换到某个预置的试验模块时，与该试验相关的控制过程、数据记录和结果分析都被完美定制，把试验员从专业、繁琐的参数设置中解脱出来。
附图说明：
图1是本实用新型的逻辑框图；
图2是本实用新型实施例的电路连接图；
图1中：精密电源模块1，单片机模块2，高精度AD转换模块3，开关量输入输出模块4，液压阀接口模块5，编码器解码模块6，串行通讯模块7。
具体实施方式：
结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
连接流程如图1，图2所示：高精度AD转换模块与单片机模块通过串行总线连接，开关量输入输出模块与单片机的I/O口连接，液压阀接口模块与单片机的一个脉冲输出口和一个I/O口连接。编码器解码模块与单片机的两个外部中断口和一个I/O口连接。串行通讯模块与单片机的串行输入输出口连接。而精密电源模块为其他模块提供工作电源。
精密电源模块1由LM2575开关稳压芯片及其外围电路组成。
单片机模块2由AVR系列单片机ATMEGA16L，RC复位电路，晶振时钟电路组成。单片机作为主控单元接收A/D转换模块输出的数字信号，经三闭环算法测量值与所计算的目标值进行比较，进而控制步进电机应走的步数，通过阀控接口输出相应信号给驱动器，从而控制液压阀开度。
高精度AD转换模块3由RC滤波电路，OP07放大电路，AD7710AN高精度AD芯片及其外围组成。AD转换模块进行数据采集，将模拟信号转换成数字信号，AD7710AN高精度AD芯片实现同时转换、同时读取数据。
串行通讯模块7由max232芯片及其外围电路组成。串口通讯模块实现信号传递，使max232与单片机ATMEGA16L兼容。
编码器信号解码模块6由光电耦合器TLP521-1，74LS74组成。光电编码器对位移进行测量，控制主轴动作，进而输出脉冲。
开关量输出模块4由双向光电耦合器MOC3081及其驱动电路组成。开关量包括0和1两种状态，对信号进行采集，具有过载保护的能力。
本实用新型的工作过程：
首先打开总开关，接通电源，精密电源模块1给各模块供电工作。单片机(ATMEGA16L)2作为主控单元进行加载控制，将所测式样装在整机机械结构上，装上试样后，载荷、形变传感器获得相应的信号经放大后通过A/D转换器(AD7710AN高精度AD芯片)3进行数据采集和转换，位移信号通过拉线编码器采集并通过编码器信号解码模块6解码获得。三路信号同时传递给单片机2。单片机2一方面对数据进行处理，并将数据通过串行通讯模块7实时传递给PC，而PC上的试验程序接受数据并以图形及数值形式显示出来；另一方面单片机2将采集到的信号与目标值进行比较，通过PID算法计算步进电机应走的步数，进而通过阀控接口5输出相应信号给驱动器，从而控制液压阀(液压单向阀)开度，实现三闭环控制。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种全自动材料验机测控装置，主要由精密电源模块(1)，单片机模块(2)，高精度AD转换模块(3)，开关量输入输出模块(4)，液压阀接口模块(5)，编码器解码模块(6)，串行通讯模块(7)组成，其特征在于高精度AD转换模块(3)与单片机模块(2)通过串行总线连接，开关量输入输出模块(4)与单片机的I/O口连接，液压阀接口模块(5)与单片机的一个脉冲输出口和一个I/O口连接，编码器解码模块(6)与单片机的两个外部中断口和一个I/O口连接，串行通讯模块(7)与单片机的串行输入输出口连接。
2.根据权利要求1所述的全自动材料验机测控装置，其特征是单片机模块(2)由AVR系列单片机ATMEGA16L、RC电路、晶振时钟电路组成，其特征是RC电路与单片机的复位口连接，晶振电路与单片机的主频输入口连接。
3.根据权利要求1所述的全自动材料验机测控装置，其特征是高精度AD转换模块(3)由RC滤波电路，OP07放大电路，AD7710AN高精度AD芯片及其外围组成，其特征是RC滤波电路与OP07的信号输入口连接，OP07输出口与AD7710的输入口连接。
4.根据权利要求1所述的全自动材料验机测控装置，其特征是编码器解码模块(6)由光电耦合器TLP521-1、74LS74组成，其特征是TLP521-1进行信号的隔离，并将编码器的两路输出信号隔离后连接到74LS74，进行旋转方向的判别。
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| CN106918499A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-07-04 | 成都市惠家胶粘制品有限公司 | 保护膜耐拉强度质检系统 |
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