基于单片机的液压动力钳检测系统研究与实现

机AT89C55WD，完成数据采集处理、超限报警、通讯控制等。并配数据存储器24LC02、看门狗电路DS1232等电路。

信号调理电路：传感器的微弱电压信号进行正负切换、滤波，使其适合A/D转换器输入。由信号正负切换电路、信号滤波电路、传感器精密供电电路组成。

A/D转换电路：传感器输出的模拟电压信号转换为单片机能够识别的数字信号，以供单片机处理。A/D转换电路选用Cirrus Logic公司的高精度24位串行A/D转换芯片CS5532。该芯片的数据吞吐量为7～3 840 Sps、积分线性度为±0.001 5%F.S。芯片内部有高精度的仪表放大器，扩大了信号输入范围，允许小信号的输入，提高了系统的动态特性。本系统让CS5532工作在连续转换模式，仪表开机上电后，单片机向A/D转换器发出连续转换指令后，CS5532不断将传感器输出的模拟信号进行转化后输入单片机。

RS232通讯电路：采用MAX232转换芯片，将单片机输出的TTL电平信号转换为与计算机兼容的RS232信号，使仪表能和计算机通讯，采用无线与有线通信两种模式。无线通讯基于FSK调制方式，工作在433.926 MHz，采用高效前向纠错编码技术，有较强的抗干扰能力。仪表切换为无线通讯状态后，在开阔地200 m内，配合无线接收器可实现仪表与PC机无线通讯。关闭无线发射功能后，采用有线通讯。

报警控制电路：当测量值超出设定的报警点时，控制相应报警点光电耦合器导通，连接于光电耦合器的继电器也导通，从而启动报警。报警控制电路由4个光电耦合器、4个报警控制继电器、报警蜂鸣器、报警解除开关等相关元件组成。

显示驱动电路：用于显示仪表的测量值，测量状态、参数及符号。由3片8位移位寄存器74HC595H和5位LED数码管、9个发光二极管等元件组成。

3 上位机软件

检测系统上位机软件对修井作业的远程的监管，能进行仪表参数设置、实时测量值显示及存储、历史数据查询、超限报警。软件采用Visual Basic语言开发实现，相对于工业组态软件能更高效运行，开发难度较大。

3.1 串口通信设置

对串口通信MSCOM控件初始化，配置串口号、传输速率、校验位、数据位位数、停止位位数及校验位设置，使其能与数据采集仪表串口通信。为方便使用，将串口配置信息保存到set.ini文件中，软件运行直接读取set.ini取得串口通信参数。

3.2 实时测量值显示

实时测量值显示模块是上位机软件的关键模块，可实时显示测量值、峰谷值、绘制实时曲线，并存储测量数据，监控力矩超报警。实时曲线的绘制采用Iocomp组件中的iPlot控件实现。IocompPlot Pack是一套受托管的图形组件，它采用GDI+技术，画出的图像漂亮，是一个用于实时绘制曲线和图表的组件，适合开发需要高速显示数据的工程和科学类型的应用组件。

针对无线和有线两种通信模式，设计了多模式兼容通信算法。无线信号受距离和干扰的影响容易出错，在数据通信过程中采用“#数据#”数据传输格式，数据位数固定为10位，用线程监控输入缓冲区字符数和每次通信最大时间花费两种方案来控制通信。监控输入缓冲区接收到的字符数，如果达到10个，程序提取缓存数据，并分析接收到的数据合法性，数据正确就做显示及曲线绘制，数据错误说明无线通信有干扰。设定每次通信最大时间花费，可以避免因外围设备未启动或无线通信超出有效通距离，上位机软件不能正常运行的问题。由于采用高速采样通信，采样数据在通信过程中出错，直接丢弃，继续新采样数据通信。经测试本算法有线通信模式下平均数据通信时间花费为6～10ms，无线通信模式下平均数据通信时间花费为15～30 ms。采样流程如图4所示。软件界面如图5所示。

3.3 查看历史记录

为方便对测量数据的分析及回放，查看历史数据模块包括打开数据、历史曲线绘制和显示报表及导出打印功能。打开数据将实时采集保存的数据文件打开，读取文件数据送入iPlot控件，实现历史曲线绘制。用户可根据需求对曲线进行放大、缩小、保存、数据值查看等多项功能。显示报表将数据文件读出，在Data Grid表格控件显示，也可单击导出按钮将表格的数据导出到EXCEL表格中。

3.4 仪表报警参数设置

方便用户对数据采集仪表的报警上限和报警下限的读取和设置。用户可设置ALO1、ALO2正向加载报警和ALO3、ALO4反向加载报警，实现多点报警。

4 性能特点

1)设计应变式弹性体扭矩传感器，零点稳定，检测精度高，抗干扰能力强。

2)可正向和反向两个方向检测标定扭矩。

3)扭矩传感器与数据采集仪表配合，可实现扭矩实时显示、报警。

4)可设置2个上限报警点，2个下限报警点，实现多点报警。

5)数据采集仪表实时性好，每秒读取传感