基于单片机C8051F350的弹簧片测试与分选系统
摘要:从弹簧片测试系统的理论基础分析入手,推导出了测试公式,介绍了硬件结构框图和主要软件功能。
引言
在石油勘探用的磁电式地震检波器的生产过程中,为了最大限度地减小传感器的失真度,要求装入传感器腔体中的上下两个弹簧片,当悬体处于静止状态时,它们的两个支承面应处在同一个水平面位置上,这就要求根据传感器的谐振频率和芯体的悬体质量,对上下弹簧片进行搭配,使装配出的传感器的频率和中心度参数,都能符合设计要求。基于单片机C8051F350的弹簧片自动测试与分选系统,充分发挥了该单片机内置的24位Δ-Σ模数转换器的特点,精度高,速度快,能对弹簧片的支撑力和弹性系数等参数,进行测试与分选,满足了生产的需要。
1 基本测试原理和测试系统结构
根据胡克定理,存在如下公式:
![](../img/eep/emb/emb-44699ut1dw4seuew.png)
式中:k为弹性系数;F为作用力;x为位移。
由公式(1)可知,通过对位移量和作用力的设置和测量,采用适当的数学模型,即可计算出弹簧片处在同一个水平面位置时,所能支承起的等效物体质量和弹性系数。
根据传感器的性能要求,在实际使用中,主要使用其处在同一个水平面位置的性能参数,这就意味着在测算弹簧片的弹性系数时,所能改变的位移量很小,一般在0.5毫米以下,如此计算得出的数据,才能近似等于弹簧片处在同一个水平面位置时的弹性系数。显然,测试系统对位移和作用力的设定和测量,有着极高的精度要求,尤其对位移量的要求,应能分辨0.05毫米。我国检波器生产企业最早引进和仿制的弹簧片测试系统设备,其核心部件是高精度位移传感器和加力器,加力器是一种自制的电磁式施力部件,当电流通过加力器的线圈时,产生的电磁力带动施力杆,使其沿着测试头轴线方向上下移动,由位移传感器对弹簧片产生的变形进行测量。我们提出的采用步进电机和荷重传感器结合、基于单片机C8051F350的技术方案,克服了这种测试设备存在的结构复杂、故障率高和自动化程度低等缺点,已经成功应用到生产实际中。
测量机构的机械结构由固定机架、零位传感器、承片盘、加力步进电机、滚珠丝杠传动机构、加力杆和荷重传感器等组成。单片机接到操作者的启动命令以后,控制加力步进电机驱动器,使加力步进电机转动,并通过丝杠传动机构,带动加力杆从零位传感器的零位开始,向下运动到预定位置,给放置在承片盘上的弹簧片加力,荷重传感器将代表压力的毫伏电压信号输出给单片机。单片机计算出支撑力和弹性系数,再根据预先设定的分选板的坐标原点及分档步距参数,计算出具体分选坐标值,并通过串行接口,把坐标信息发送给矩阵逻辑电路。此后,单片机驱动加力步进电机,使加力杆返回到零位传感器的零位,从而消除了机械运动的积累误差,等待下一次测试命令。矩阵逻辑电路在接到单片机发来的分选坐标后,驱动10×20挂钉矩阵板上相应的LED闪烁,提醒操作者将弹簧片挂在该LED对应的挂钉上。
2 单片机C8051F350的模数转换器接口
C8051F350是高度集成的片上系统混合信号单片机[1],它采用了与8051单片机兼容的专利内核CIP-51,但其性能远超普通8051系列单片机,速度可高达50MIPS,它的最大亮点是具有一个8路输入的24位Δ-Σ模数转换器,内含可编程增益放大器和多路选择器,采样速度可达1ksps。此外,它还有两路8位电流输出型DAC;有17个耐5V电压的数字I/O口,8k系统可编程的FLASH存储器,含非易失性存储器,768字节的片上RAM,4个16位通用定时器,带有3个捕捉/比较模块的可编程定时器/计数器阵列;片上看门狗定时器,电源监视器,电压比较器,温度传感器,高精度内部振荡器,2.7V~3.6V的低压供电;有增强型的硬件串行接口SPI,SMBus/I2C和UART,片内JTAG调试和边界扫描系统等。该系列的单片机在电子仪器仪表和智能传感器等领域,有着广泛的应用前景。
![](../img/eep/emb/emb-44700kqrptew2dr0.jpg)
C8051F350单片机的Δ-Σ模数转换器最高位数是24位,最大转换速度为1ksps,并具有单次转换和连续转换功能,其原理结构如图1所示。在其输入级配备有BURNOUT电流源,主要用于对输入信号进行短路和开路故障的检测;为了给输入信号提供高输入阻抗,输入级还有可选择的输入缓冲器;可变增益放大器能提供八级增益倍数,最大为128倍;参考电压可以配置为内部2.5V,也可选用外部参考电源;具有内部偏移校正和增益校正,偏置DAC主要用于内部校正;调制器的时钟由系统时钟经过分频电路而来;输出级的滤波器有快速滤波和SINC3滤波两种方式,前者速度快,后者精度高。
要正确使用C805
单片机 步进电机 传感器 C8051F350 SPI 201405 相关文章:
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