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基于无线传输的应变式扭矩测量系统设计

作　者: 安英博
导　师: 卢博友
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 扭矩测量 单片机 无线传输 LabVIEW
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 191次
引　用: 8次
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内容摘要


转轴是机械中用于传递运动及动力的最常用的部件,扭矩正是最直接反映转轴运行状态的重要参数。扭矩的周期性变化会造成转轴的疲劳断裂,过大的扭矩还有可能导致转轴扭转变形断裂,甚至会造成严重的生产事故,因此提高扭矩测量的准确性以及扭矩异常分析的可靠性,是减少事故发生、保证生产正常进行的重要手段,具有重要的现实意义。本文分析比较了国内外扭矩测量系统的发展状况,结合现代工业、农业机械设备测试的需求,设计了一种新型应变式扭矩测量系统。系统针对应变电桥输出信号微弱易受干扰的特点,选用仪表放大器AD623进行信号调理电路设计,实现了电压信号的稳定放大。鉴于信号采集发射模块尺寸的特殊需求,系统选择高性能C8051F120单片机,通过C语言编程实现了片内12位精度的A/D转换及控制功能,并对相关外围电路进行了设计。考虑到工业设备、农业机械工作环境的复杂性,选用WAP200B无线传输模块对单片机和PC机间的通信数据进行传输,通过433MHz无线数据传输专用频段实现了扭矩的在线测量,避免了以往有线传输方式繁琐的连线,便于系统在艰苦恶劣环境中得到应用。终端PC机使用LabVIEW软件进行数据采集处理虚拟仪器平台的设计,实现了PC机与无线模块间的串行通信,以及测量信号的在线采集、分析、计算和存储功能。系统设计克服了传统集流环有线传输方式的缺陷,使得安装操作更加简便,用户输入被测转轴扭矩与应变电桥输出电压的比值,即可实时观察电压信号和扭矩值的变化,并能查询单个数据点所对应的扭矩值,测试结束后还可以用excel打开已保存的.lvm子文件来查看详细的记录数据。经过系统模拟测试,其结果表明该系统运行速度快,传输精度高,抗干扰能力强,相对误差小,能够实现扭矩电压信号的在线采集、可靠传输和分析处理功能,是一款工业、农业旋转机械普遍适用的扭矩测量系统,尤其适用于农业机械的野外测试。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外发展概况  10-12
    1.2.1 国内研究发展概况  10-11
    1.2.2 国外研究发展概况  11-12
  1.3 研究内容和技术路线  12-15
    1.3.1 研究内容  12-13
    1.3.2 技术路线  13-15
第二章 基本原理及系统方案  15-22
  2.1 基本原理  15-17
    2.1.1 应变效应及压阻效应  15-16
    2.1.2 扭矩测量原理  16-17
  2.2 方案选择  17-21
    2.2.1 放大器的选择  18
    2.2.2 单片机的选择  18-19
    2.2.3 开发语言的选择  19
    2.2.4 无线模块的选择  19-20
    2.2.5 显示方式的选择  20-21
  2.3 系统总体结构  21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 硬件系统设计  22-39
  3.1 调理电路组成及设计  22-24
    3.1.1 AD623 简介  22-23
    3.1.2 信号调理电路设计  23-24
  3.2 单片机C8051F120  24-30
    3.2.1 引脚定义  25-26
    3.2.2 ADC0 的组成及控制  26-28
    3.2.3 串行通信  28-30
  3.3 单片机开发工具  30-32
    3.3.1 目标板F120TBC  30-32
    3.3.2 仿真器U-EC5  32
  3.4 无线传输及外围电路设计  32-38
    3.4.1 WAP200B 模块  32-36
    3.4.2 RS-232 串口电路设计  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 软件设计  39-54
  4.1 单片机软件设计  39-47
    4.1.1 主程序设计  40-41
    4.1.2 SYSCLK 程序设计  41-42
    4.1.3 ADC 程序设计  42-43
    4.1.4 UART 程序设计  43-47
  4.2 虚拟仪器软件设计  47-53
    4.2.1 LabVIEW 简介  47-48
    4.2.2 串口驱动设计  48-49
    4.2.3 程序设计结构  49-50
    4.2.4 登陆界面设计  50-51
    4.2.5 数据采集处理设计  51-52
    4.2.6 数据存取设计  52-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章 实验调试与分析  54-60
  5.1 A/D 转换及串口通信验证  54-55
  5.2 无线模块及通信测试  55
  5.3 扭矩测量系统的标定  55-59
    5.3.1 小轴模拟标定法  55-57
    5.3.2 系统的标定方法  57-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章 结论与展望  60-61
  6.1 结论  60
  6.2 展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
作者简介  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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