一種基于arm的電子單紗強(qiáng)力機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紡織儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是紡織大國，但是紡織機(jī)械裝備制造在國際上一點(diǎn)處于落后水平，有些重要的設(shè)備要依賴進(jìn)口。電子單紗強(qiáng)力機(jī)用于測定棉、毛、絲、麻、化纖等紗線的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長、定負(fù)荷伸長、定伸長負(fù)荷和斷裂功等拉伸性能物理指標(biāo)，并將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計后打印輸出。目前國產(chǎn)電子單紗強(qiáng)力機(jī)大都采用“C51單片機(jī)+PC機(jī)”雙向控制結(jié)構(gòu)，成本較高。電子單紗強(qiáng)力機(jī)要求采集速度快、精度高、存儲容量大和抗干擾能力強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，具有采集速度快、精度高、存儲容量大和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，它可適用于我國大、中、小型紡織和化纖企業(yè)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，包括試樣夾持部件、測力部件、夾持件施力部件、微處理器和結(jié)果輸出模塊，所述試樣夾持部件包括上夾持件和下夾持件，分別夾持試樣的兩端，夾持件施力部件作用在上夾持件上或下夾持件上，使上夾持件相對下夾持件向相反方向運(yùn)動，測力部件設(shè)在試樣夾持部件上測量試樣的受力，微處理器控制夾持件施力部件的作用和接收測力部件的采集信號，對信號分析處理后，通過結(jié)果輸出模塊給出強(qiáng)力機(jī)測試結(jié)果。
[0005]上述的測力部件包括測力傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器，測力傳感器采集試樣在上、下夾持件的作用下的拉力信號，并通過信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。其中A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS8320，使用復(fù)合濾波法。微處理器采用控制器AT91SAM7S64，控制器AT91SAM7S64包括PWM、SP1、USART和USB設(shè)備接口。所述夾持件施力部件包括電機(jī)和電機(jī)控制電路，所述電機(jī)控制電路從控制器獲取步進(jìn)脈沖信號以及方向電平信號，電機(jī)的輸入端連接電機(jī)控制器，輸出端連接上夾持件或者下夾持件。所述控制器和電機(jī)控制電路之間設(shè)有光耦隔離器件，對輸出的步進(jìn)脈沖信號和方向電平信號進(jìn)行隔離。所述控制器和電機(jī)控制電路之間設(shè)有線路接收器電路，電機(jī)控制電路返回的脈沖通過線路接收器電路連接到控制器內(nèi)部計數(shù)器通道，通過接收的脈沖數(shù)計算電機(jī)轉(zhuǎn)過的線位移。所述結(jié)果輸出模塊為打印機(jī)。
[0006]本發(fā)明有益效果是:具有采集速度快、精度高、存儲容量大和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，它可適用于我國大、中、小型紡織和化纖企業(yè)。
【附圖說明】
[0007]下面對本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明:
[0008]圖1是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的強(qiáng)力機(jī)測力原理圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的PWM電機(jī)控制電路。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0011]—種基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，包括試樣夾持部件、測力部件、夾持件施力部件、微處理器和結(jié)果輸出模塊，試樣夾持部件包括上夾持件和下夾持件，分別夾持試樣的兩端，夾持件施力部件作用在上夾持件上或下夾持件上，使上夾持件相對下夾持件向相反方向運(yùn)動，測力部件設(shè)在試樣夾持部件上測量試樣的受力，微處理器控制夾持件施力部件的作用和接收測力部件的采集信號，對信號分析處理后，通過結(jié)果輸出模塊給出強(qiáng)力機(jī)測試結(jié)果。
[0012]試樣夾持部件由上、下兩夾持器組成，通常上夾持器直接或間接與測力傳感器相連，下夾持器按設(shè)定的速度線性移動。測力部件包括測力傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器等，其功能是將試樣所受拉伸力值模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。夾持件施力部件包括電機(jī)和電機(jī)控制電路，用于控制下夾持器的運(yùn)動和速度控制，包括速度變換及控制電路、傳動變速機(jī)構(gòu)。由于檢測拉伸過程中下夾持器的位移可視為試樣的伸長量，因此伸長測定可通過該系統(tǒng)同步完成。
[0013]電子單紗強(qiáng)力機(jī)采用等速伸長(CRE)試驗(yàn)的原理，微處理器發(fā)出脈沖給電機(jī)控制電路來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度，電機(jī)轉(zhuǎn)動軸輸出經(jīng)過皮帶輪帶動絲桿轉(zhuǎn)動，通過控制電機(jī)勻速正反轉(zhuǎn)就能平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)下夾持器上下運(yùn)動。試樣在被拉伸過程中，測力部件實(shí)時測量試樣上的拉力，伸長根據(jù)發(fā)出的電機(jī)脈沖數(shù)算出，ARM處理器內(nèi)部定時器記錄從開始拉伸到斷裂的時間。一次拉伸結(jié)束后，ARM根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算得出斷裂強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、斷裂時間和斷裂功等指標(biāo)數(shù)據(jù)并保存，然后重復(fù)上述過程進(jìn)行下一次試驗(yàn)。所需試驗(yàn)次數(shù)全部完成后計算出各項(xiàng)測量指標(biāo)的最大值、最小值、平均值和CV值。拉伸過程中試樣所受負(fù)荷力值、伸長值、時間等都必須實(shí)時送微處理器，由微處理器作進(jìn)一步運(yùn)算、判定等處理，然后將中間結(jié)果暫存RAM中，經(jīng)微處理器判定試樣斷裂，并按設(shè)定程序和工藝要求對測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計計算，求得各項(xiàng)統(tǒng)計結(jié)果，測試結(jié)果可顯示或打印。
[0014]本發(fā)明微處理器MCU采用Atmel公司推出的工業(yè)級微控制器AT91SAM7S64，該芯片擁有64KB高速Flash和16KB的RAM，具有PWM、SP1、USART和USB設(shè)備接口等豐富的外設(shè)資源，可以滿足電子單紗強(qiáng)力機(jī)的控制需求。具體硬件原理如圖1所示。
[0015]A/D轉(zhuǎn)換器是電子單紗強(qiáng)力機(jī)的核心部件，其性能直接決定了系統(tǒng)的性能。根據(jù)GB/T14344-2008說明，電子單紗強(qiáng)力機(jī)應(yīng)滿足采集的實(shí)際強(qiáng)力和指示強(qiáng)力之間的最大允許誤差小于實(shí)際強(qiáng)力的1%。假設(shè)設(shè)計的目標(biāo)強(qiáng)力機(jī)負(fù)荷測試范圍為0?5000cN(lcN =9.8X10-3N)，誤差為lcN，即負(fù)荷示值精度為±1/5000 = ±0.02 %，因此選用的A/D轉(zhuǎn)換器分辨率大于12位，線性度小于±1%即可。又根據(jù)對數(shù)據(jù)處理實(shí)時性的要求，系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)采集頻率應(yīng)達(dá)每秒100組以上才能保證不丟失峰值，考慮到設(shè)備受現(xiàn)場干擾較大，為提高數(shù)據(jù)采集的精度，軟件處理將采用復(fù)合濾波法，每組采集的總濾波數(shù)約為100，因此要求A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率最低為100X100 = lOkHzo設(shè)計中具體采用逐次逼近式串行16位微功耗CMOS型高速A/D轉(zhuǎn)換器ADS8320，它的線性度為±0.05%，工作電源在2.7V?5.25V范圍內(nèi)，采樣頻率最高可達(dá)100kHz。
[0016]AT91SAM7S64通過內(nèi)部PWM控制器提供的步進(jìn)脈沖信號PLUSE以及10 口提供的方向電平信號。DIR給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。脈沖信號PULSE的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，脈沖個數(shù)決定了電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度；方向電平信號DIR決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。為了使微處理器你和電機(jī)控制電路能夠進(jìn)行正常的通信，避免相互干擾，系統(tǒng)采用光耦隔離器件對輸出的PULSE和DIR信號進(jìn)行隔離。圖2為AT9ISAM7S64通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)的接口電路圖。設(shè)計中使用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)為10，步進(jìn)電機(jī)選用85BYGH450A，其固有步距角為
1.8。，因此細(xì)分后驅(qū)動電機(jī)步距角=1.8° /10 = 0.18°。在傳動比為1:2，絲桿間距為4mm下，可計算出CPU每發(fā)出1個脈沖，對應(yīng)的下夾持器的運(yùn)動長度為(4x2) / (360/0.18)=0.004mm,由此即可計算出PWM的脈沖頻率。電機(jī)驅(qū)動器返回的脈沖通過線路接收器電路MC3486可連接到AT91SAM7S64內(nèi)部計數(shù)器通道，通過測量接收的脈沖數(shù)即可計算出試樣伸長。
[0017]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，包括試樣夾持部件、測力部件、夾持件施力部件、微處理器和結(jié)果輸出模塊，所述試樣夾持部件包括上夾持件和下夾持件，分別夾持試樣的兩端，夾持件施力部件作用在上夾持件上或下夾持件上，使上夾持件相對下夾持件向相反方向運(yùn)動，測力部件設(shè)在試樣夾持部件上測量試樣的受力，微處理器控制夾持件施力部件的作用和接收測力部件的采集信號，對信號分析處理后，通過結(jié)果輸出模塊給出強(qiáng)力機(jī)測試結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，所述測力部件包括測力傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器，測力傳感器采集試樣在上、下夾持件的作用下的拉力信號，并通過信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS8320，使用復(fù)合濾波法。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，所述微處理器采用控制器 AT91SAM7S64，控制器 AT91SAM7S64 包括 PWM、SP1、USART 和 USB 設(shè)備接 口。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，所述夾持件施力部件包括電機(jī)和電機(jī)控制電路，所述電機(jī)控制電路從控制器獲取步進(jìn)脈沖信號以及方向電平信號，電機(jī)的輸入端連接電機(jī)控制器，輸出端連接上夾持件或者下夾持件。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，所述控制器和電機(jī)控制電路之間設(shè)有光耦隔離器件，對輸出的步進(jìn)脈沖信號和方向電平信號進(jìn)行隔離。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，所述控制器和電機(jī)控制電路之間設(shè)有線路接收器電路，電機(jī)控制電路返回的脈沖通過線路接收器電路，連接到控制器內(nèi)部計數(shù)器通道，通過接收的脈沖數(shù)計算電機(jī)轉(zhuǎn)過的線位移。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，其特征在于，所述結(jié)果輸出模塊為打印機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ARM的電子單紗強(qiáng)力機(jī)，包括試樣夾持部件、測力部件、夾持件施力部件、微處理器和結(jié)果輸出模塊，試樣夾持部件包括上夾持件和下夾持件，分別夾持試樣的兩端，夾持件施力部件作用在上夾持件上或下夾持件上，使上夾持件相對下夾持件向相反方向運(yùn)動，測力部件設(shè)在試樣夾持部件上測量試樣的受力，微處理器控制夾持件施力部件的作用和接收測力部件的采集信號，對信號分析處理后，通過結(jié)果輸出模塊給出強(qiáng)力機(jī)測試結(jié)果。本發(fā)明具有采集速度快、精度高、存儲容量大和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，它可適用于我國大、中、小型紡織和化纖企業(yè)。
【IPC分類】G01N3/16
【公開號】CN105241758
【申請?zhí)枴緾N201510693075
【發(fā)明人】江濤, 高紅博, 周倪青
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月20日