材料試驗機測量控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種材料試驗機測量控制電路，包括單片機、用于連接試驗機力值傳感器的力值通道、用于連接試驗機電子引伸計的小變形通道、用于連接試驗機測量變形的光電編碼器的大變形通道、用于連接試驗機測量試臺位移的光電編碼器的位移通道、用于連接試驗機電機調速器的調速器接口、用于連接PC機的USB接口和用于將控制信號發(fā)送給PC機與控制試驗機試臺運行的控制盒，所述力值通道、小變形通道、大變形通道、位移通道、調速器接口、USB接口和控制盒分別與單片機連接，所述單片機與USB接口之間連接有光電耦合器。本實用新型的控制電路可靠性高，通過光電耦合器將PC機與控制電路隔離，完全解決了PC機與試驗機之間漏電或感應電造成的電路失效。
【專利說明】材料試驗機測量控制電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種控制電路，尤其是一種材料試驗機測量控制電路，屬于材料試驗機控制領域。
【背景技術】
[0002]材料試驗機測量控制電路是PC機與材料試驗機之間的外圍接口電路，負責接受PC機指令控制驅動系統(tǒng)，通過力值傳感器、位移傳感器、電子引伸計、光電編碼器等采集試驗機的數據并發(fā)送給PC機，PC機與外圍設備之間的接口 ；近十幾年來，我國在通用材料試驗機測控電路技術方面迅速達到國際先進水平。
[0003]隨著PC機和微電子技術的不斷進步，也推動這一領域的發(fā)展，提高精度、可靠性、方便性、節(jié)能型、安全性等。但目前的材料試驗機測量控制電路，容易造成PC機與材料試驗機之間漏電或感應電造成的電路失效，因此可靠性不高，而且采用RS232接口連接PC機，傳輸速率只有230400位/秒。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種傳輸速率快、可靠性高的材料試驗機測量控制電路。
[0005]本實用新型的目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0006]材料試驗機測量控制電路，包括單片機、用于連接試驗機力值傳感器的力值通道、用于連接試驗機電子引伸計的小變形通道、用于連接試驗機測量變形的光電編碼器的大變形通道、用于連接試驗機測量試臺位移的光電編碼器的位移通道以及用于連接試驗機電機調速器的調速器接口，其特征在于:還包括用于連接PC機的USB接口和用于將控制信號發(fā)送給PC機與控制試驗機試臺運行的控制盒，所述力值通道、小變形通道、大變形通道、位移通道、調速器接口、USB接口和控制盒分別與單片機連接，所述單片機與USB接口之間連接有光電稱合器。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述單片機與位移通道之間連接有解碼電路，所述測量試臺位移的光電編碼器的輸出信號經解碼電路發(fā)送給單片機。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述力值通道上設有第一 AD轉換器，所述第一 AD轉換器采用CS5332、集成有放大器的AD轉換芯片，
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述小變形通道上設有第二 AD轉換器，所述第二 AD轉換器采用CS5332、集成有放大器的AD轉換芯片。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述調速器接口所連接的電機調速器包括伺服調速控制器、步進控制器和頻率脈沖輸入式變頻控制器。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述控制盒設置有九個與單片機連接的按鍵，分別為上、下、運行、停止、清零、慢上、慢下、微上和微下按鍵，所述控制盒將上、下、運行、停止、清零的控制信號發(fā)送給PC機，通過慢上、慢下、微上和微下按鍵控制試臺的點動運行。[0012]作為一種優(yōu)選方案，還包括用于通過邏輯信號停止運行的門陣列以及用于對試臺移動設置范圍的上限位和下限位，所述上限位和下限位分別與單片機、門陣列連接，所述門陣列與單片機連接。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，還包括用于提供電源給數字電路部分的開關電源和用于提供電源給模擬電路部分的線性電源。
[0014]作為一種優(yōu)選方案,所述單片機米用AtMega64芯片。
[0015]本實用新型相對于現有技術具有如下的有益效果:
[0016]1、本實用新型的控制電路采用USB接口代替RS232接口，而USB具有快速、方便、跨平臺和適應性強的優(yōu)點，傳輸速率由230400位/秒提高到1024000位/秒，符合PC機外圍設備統(tǒng)一到USB的發(fā)展方向。
[0017]2、本實用新型的控制電路可靠性高，通過光電耦合器將PC機與控制電路隔離，完全解決了 PC機與試驗機之間漏電或感應電造成的電路失效(非隔離連接的主要失效模式)，減少元件數量，提高平均無故障時間。
[0018]3、本實用新型的控制電路采用CS5532高精度、集成有放大器的AD轉換芯片，提高了性能和可靠性。
[0019]4、本實用新型的控制電路組合使用開關電源和線性電源，對于主要耗電的數字電路部分采用開關電源來降低能耗，模擬電路部分采用線性電源來提高電源穩(wěn)定性，在不影響性能的前提下節(jié)能降耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的結構原理框圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例1:
[0022]本實施例中，采用的硬件配置如下:
[0023]PC 機:USB 接口、2.2GHz 以上 CPU，2G 內存，Windows XP/7/8 操作系統(tǒng);
[0024]材料試驗機采用的力值傳感器:靈敏度2mV/V全橋式傳感器(如S形IOkN傳感器)；電機調速器:松下A5系列全數字交流伺服；測量變形的光電編碼器:2500P/R增量式光電編碼器，5Vdc。
[0025]如圖1所示，本實施例的控制電路包括單片機、力值通道、小變形通道、大變形通道、位移通道、調速器接口、USB接口、控制盒、開關電源、線性電源、門陣列以及上限位和下限位，所述力值通道、小變形通道、大變形通道、位移通道、調速器接口、USB接口、控制盒、門陣列以及上限位和下限位分別與單片機連接，所述單片機與USB接口之間連接有光電耦合器，所述單片機與位移通道之間連接有解碼電路，所述力值通道上設有第一 AD轉換器，所述小變形通道上設有第二 AD轉換器，所述第一 AD轉換器和第二 AD轉換器均采用CS5332、集成有放大器的AD轉換芯片，所述單片機采用AtMega64芯片。
[0026]本實施例的控制電路各元件的工作原理如下:
[0027]所述單片機通過USB接口和光電隔離與PC機連接，PC機發(fā)送指令給單片機，單片機把采集的信號發(fā)送給PC機。[0028]所述力值通道，用于連接力值傳感器，把力值傳感器輸出的mV級信號通過第一 AD轉換器集成的放大器進行放大，再通過第一 AD轉換器進行AD轉換，發(fā)送給單片機。
[0029]所述小變形通道，用于連接電子引伸計，把電子引伸計輸出的mV級信號通過第二AD轉換器集成的放大器進行放大，再通過第二 AD轉換器進行AD轉換，發(fā)送給單片機，采用CS5532高精度、集成放大器的AD轉換芯片，以測量微米級(0.1um-1Omm)的變形。
[0030]所述大變形通道，用于連接測量變形的光電編碼器，把光電編碼器輸出信號發(fā)送給單片機，以測量毫米級(0.02mm-2000mm)的變形。
[0031]所述位移通道，用于連接測量試臺位移的光電編碼器，把光電編碼器輸出信號經解碼電路發(fā)送給單片機，以測量微米級(0.02um-2000mm)的試臺位移。
[0032]所述調速器接口，單片機把PC機發(fā)來的速度信號變?yōu)轭l率脈沖信號和方向信號發(fā)送給電機調速控制器。
[0033]所述控制盒，設置有9個與單片機連接的按鍵，分別為上、下、運行、停止、清零、慢上、慢下、微上和微下按鍵，所述控制盒將上、下、運行、停止、清零的控制信號發(fā)送給PC機，通過慢上、慢下、微上和微下按鍵控制試臺的點動運行。
[0034]所述上限位和下限位，可以對試臺移動設置范圍，保障安全，信號發(fā)給單片機和門陣列，當單片機收到有上限位信號時，停止試臺向上的運行；當單片機收到有下限位信號時，停止試臺向下的運行。
[0035]所述門陣列，在出現故障時(如單片機失控)，可以通過邏輯信號停止運行。
[0036]所述開關電源，提供電源給主要耗電的數字電路部分，從而降低能耗；
[0037]所述線性電源，提供電源給模擬電路部分，提高穩(wěn)定性。
[0038]以上所述，僅為本實用新型優(yōu)選的實施例，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型所公開的范圍內，根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.材料試驗機測量控制電路，包括單片機、用于連接試驗機力值傳感器的力值通道、用于連接試驗機電子引伸計的小變形通道、用于連接試驗機測量變形的光電編碼器的大變形通道、用于連接試驗機測量試臺位移的光電編碼器的位移通道以及用于連接試驗機電機調速器的調速器接口，其特征在于:還包括用于連接PC機的USB接口和用于將控制信號發(fā)送給PC機與控制試驗機試臺運行的控制盒，所述力值通道、小變形通道、大變形通道、位移通道、調速器接口、USB接口和控制盒分別與單片機連接，所述單片機與USB接口之間連接有光電稱合器。
2.根據權利要求1所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:所述單片機與位移通道之間連接有解碼電路，所述測量試臺位移的光電編碼器的輸出信號經解碼電路發(fā)送給單片機。
3.根據權利要求1所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:所述力值通道上設有第一 AD轉換器，所述第一 AD轉換器采用CS5332、集成有放大器的AD轉換芯片。
4.根據權利要求1所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:所述小變形通道上設有第二 AD轉換器，所述第二 AD轉換器采用CS5332、集成有放大器的AD轉換芯片。
5.根據權利要求1所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:所述調速器接口所連接的電機調速器包括伺服調速控制器、步進控制器和頻率脈沖輸入式變頻控制器。
6.根據權利要求1所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:所述控制盒設置有九個與單片機連接的按鍵，分別為上、下、運行、停止、清零、慢上、慢下、微上和微下按鍵，所述控制盒將上、下、運行、停止、清零的控制信號發(fā)送給PC機，通過慢上、慢下、微上和微下按鍵控制試臺的點動運行。
7.根據權利要求1所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:還包括用于通過邏輯信號停止運行的門陣列以及用于對試臺移動設置范圍的上限位和下限位，所述上限位和下限位分別與單片機、門陣列連接，所述門陣列與單片機連接。
8.根據權利要求1所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:還包括用于提供電源給數字電路部分的開關電源和用于提供電源給模擬電路部分的線性電源。
9.根據權利要求1-8任一項所述的材料試驗機測量控制電路，其特征在于:所述單片機采用AtMega64芯片。
【文檔編號】G01N3/02GK203432844SQ201320487332
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權日:2013年8月9日
【發(fā)明者】張運府 申請人:珠海聯(lián)度科技有限公司