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便携式智能砂型硬度计的设计与研发

作　者: 张新玉
导　师: 凌宏江
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 砂型硬度计 C8051F350 电源管理串行通信
分类号: TG235
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 25次
引　用: 1次
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内容摘要

在铸造生产过程中,型砂的质量对铸件质量有着重要的影响。在实际生产现场,通常只对型砂混合料的质量进行检测与控制,对于已经制作好的铸型,能够快速而简便检测的性能指标是砂型的表面硬度。由于砂型的表面硬度直接影响着铸件的质量,因此快速、准确的测定砂型表面硬度,对于控制型砂表面紧实程度,防止铸件表面缺陷诸如砂眼、起皮、机械粘砂等起着重要的作用。用于测定砂型表面硬度的仪器称作砂型表面硬度计。由于用硬度计来测量砂型硬度方法简单,又不损坏铸型,因而它是加强质量管理、提高铸件表面质量的一种简单可行的方法。为此,砂型表面硬度计自然成为铸造行业必不可少的测试仪器。目前铸造厂家广泛使用的硬度计大多是采用弹簧测力的机械表盘式结构的模拟式仪表。其存在的主要问题有测试数据不够准确,型号较多测试数据相互间不通用无对比性,测量数据的记录、保存和处理不方便。因此,开发一款高精度、通用性、智能化、高性价比的硬度计是当前急需解决的课题。本文首先简单介绍了铸造砂型硬度计的测试原理,并推导出压力与砂型硬度计显示刻度值之间的转换算法表达式。然后设计并绘制了数显式砂型硬度计样机装配图、零件图和样机壳体注塑模。另外通过对砂型硬度计压头进行改造,设计了一款通用型压头,便于数据的统一。接着本文详细介绍了该砂型硬度计的硬件设计和软件设计方案。该砂型硬度计以C8051F350单片机为核心,采用24位高精度Σ-ΔA/D转换器,通过FSS1500N力传感器测量力值,将压头的压力值变换为硬度值后由LED直接显示。该方案大大提高了测试的准确度和灵敏度,同时还具有数据存储和PC上位机提取数据分析的功能。本文详细介绍了主控单片机C8051F350控制A/D转换及压力硬度变换、UART串口转USB、参数调整等下位机程序模块的软件程序设计和上位机数据提取分析保存软件设计。最后本文给出了该砂型硬度计样机的调试验证结果,结果表明该砂型硬度计在实现数字式显示的同时,达到了砂型硬度计测试的精度要求,为成品定型,批量生产,缩小体积,提高便携性打下了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题的目的、来源及意义  9-10
  1.2 砂型硬度计测试原理  10-12
  1.3 目前国内外砂型硬度计研究状况  12-15
  1.4 课题的主要任务及内容  15-17
2 砂型硬度计的机械结构设计及传感器选择  17-24
  2.1 砂型硬度计压头设计  17-19
  2.2 传感器的选择  19-22
  2.3 砂型硬度计整体装配图及其注塑模设计  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 便携式智能砂型硬度计硬件设计  24-39
  3.1 砂型硬度计总体设计  24-25
  3.2 主控MCU 选型及设计  25-30
  3.3 砂型硬度计电源管理系统设计  30-33
  3.4 砂型硬度计测力系统设计  33-34
  3.5 单片机UART 通信转USB 通信接口电路设计  34-36
  3.6 人机界面电路设计  36-37
  3.7 实时时钟电路设计  37-38
  3.8 本章小结  38-39
4 便携式智能砂型硬度计控制软件设计  39-61
  4.1 单片机下位机控制软件设计  39-55
  4.2 PC 上位机控制软件设计  55-59
  4.3 本章小结  59-61
5 便携式智能砂型硬度计控制系统的软硬件调试  61-67
  5.1 砂型硬度计的硬件部分调试  61-62
  5.2 砂型硬度计的软件部分调试  62-63
  5.3 砂型硬度计硬件抗干扰措施  63-64
  5.4 砂型硬度计软件抗干扰措施  64
  5.5 调试运行测试结果分析  64-65
  5.6 可能存在的误差分析  65
  5.7 本章小结  65-67
6 结论与展望  67-69
  6.1 结论  67
  6.2 展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-74

便携式智能砂型硬度计的设计与研发

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