双头摩擦焊机测控系统的设计毕业论.doc

编号： 毕业设计说明书 题 目： 双头摩擦焊机测控系统的设计双头摩擦焊机测控系统的设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型：题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2013 年 5 月 27 日 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 摘摘 要要 随着科学技术和社会经济的发展，工业技术的提高，对机械材料的加工要求也越来越高，而焊 接是机械加工不可缺少的环节，摩擦焊机就是在这样的情况下产生的。双头摩擦焊机是利用工件端 面相互摩擦产生的热量使之达哦到塑性状态，然后顶锻完成焊接的方法。因车削工件时切屑往往牢 牢地粘在刀头上，轴与轴瓦之间润滑不良时也会产生局部焊合。 国内最大的是 400 吨摩擦焊机，能够焊接截面积高达 36000mm 的超大型工件。 目前国内焊接精度最高的是成品活塞杆摩擦焊机，用于液压缸活塞杆镀铬后进行摩擦 焊接。国内最新的是双头车桥摩擦焊机，可以对车桥桥壳的两上接头同时进行摩擦焊 接。 国内大吨位惯性摩擦焊，应用最广泛的在石油钻杆焊接应用上，如 160 吨惯性摩擦焊 接钻杆，250 吨焊接加重钻杆等，国内大吨位惯性摩擦焊技术已经日趋成熟。 国内的大吨位惯性摩擦焊，在航天及军工领域也有广泛的应用前景。 根据双头摩擦焊机焊接过程质量控制的需要，研究了一套高采样精度的双头摩擦 焊机测控系统。系统在 Visual C开发环境下编程，采用多媒体定时器控制采样精 度，减小了由于 Windows 普通定时器定时精度差给系统造成的焊接缩短量和焊接时间 等控制参数的测量误差。数据统计分析表明，系统采样精度高达 1 ms，可保证两侧相 对转速误差小于 35 rmin、相对缩短量误差在 0105 mm 以内。该系统采用模 块化设计结构，包括数据采集、串口通信、绘制趋势曲线、焊接数据实时显示、动画 演示焊接过程等功能模块。实际生产及试验表明，该测控系统控制精度高，运行高效、 稳定。 关键词：双头摩擦焊机；多媒体定时器；缩短量误差 中图分类号 TG4398 文献标识码：A 文章编号：10012303(2009)11005303 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 ABSTRACT As science and technology and socio-economic development, industrial technology improved, the mechanical materials processing requirements are also increasing, while the welding is the indispensable part machining, friction welding is in this case produced. Double friction welding is the use of friction between the workpiece and the end of the heat generated up to the plastic state, Oh, then complete the welding method of forging. When the chips are often a result of turning the workpiece firmly stick to the cutter head, poor lubrication between the shaft and the bearing will also produce local welding. The largest is 400 tons of friction welding, weld cross-sectional area can be very large workpieces up to 36000mm. Currently the highest precision welding rod friction welding is finished, chrome plated piston rod for hydraulic cylinders after friction welding. The latest is a domestic double axle friction welding, you can axle axle joints simultaneously on the two friction welding. Domestic large tonnage friction welding, the most widely used pipe welding applications in the oil, such as 160 tons of inertia friction welding drill pipe, heavy weight drill pipe welding, etc. 250 tons, the domestic large-tonnage friction welding technology has matured. Domestic large tonnage friction welding in the aerospace and military fields have broad application prospects.For controlling the quality of friction welding process of the double-side friction welding machine，the high accuracy measuring and controlling system of double- side friction welding machine is discussed in this paperthe software is developed with Visual C，the sampling precision is realized by multimedia timer，the measure errror of weldment shortening and the error of weldment time caused by the low precise system timer under Windows is reducedThe statistical analysis of data shows that the system can each 1ms timing precision，the error of relative rotary speed is lower than 35 rmin，and the error of relative shortening ranges from 01 mm to 05 mmThe whole system is composed of data acquisition module，serial communication module,trend curve module，real-time data display module and animated tour moduleThe system formed in module runs efficient and steady in practical production Key words：double-side friction welding；multimedia timer；shorten volume error 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 目 录 1 绪论.1 1.1 选题背景.1 1.2 研究现状.1 1.3 研究目的与意义.2 1.4 研究的主要内容.3 1.4.1 各部分原理的了解3 1.4.2 编写单片机程序，程序功能3 1.4.3 系统检测和调试3 2 总体方案.3 2.1 实现方案.3 2.2 精度控制的实现方法.4 3 双头摩擦焊机测控系统的概述.5 3.1 双头摩擦焊机测控系统的发展历程.5 3.2 系统总体构成.6 3.3 软件总体结构.6 4 双头摩擦焊机测控系统的输入部分研究.8 4.1 编码器模块.8 4.1.1 编码器的选择8 4.1.2 编码器的工作原理8 4.1.3 编码器的功能9 4.2 压力传感器模块.10 4.2.1 压力传感器的工作原理11 4.2.2 压力传感器的功能12 4.2.3 压力传感器的选择12 4.2.4 压力传感器的检测13 4.3 多功能数据采集卡 PCI171214 4.3.1 多功能数据采集卡 PCI1712 的特点14 4.3.2 多功能数据采集卡 PCI1712 的功能.15 4.4 光栅尺模块.16 4.4.1 光栅位移传感器基本原理16 4.4.2 光栅位移传感器安装方式17 4.4.3 位移传感器使用注意事项18 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 4.5 PCI 光栅尺数据采集卡19 4.5.1 PC 光栅尺数据采集卡的工作原理19 4.5.2 PC 光栅尺数据采集卡的功能19 5 双头摩擦焊机测控系统的传输部分研究.20 5.1 RS232 串口简介20 6 双头摩擦焊机的测控系统的控制部分研究.22 6.1 单片机简介.22 6.2 STC89C52 单片机功能模块图23 6.1.1 时钟电路23 6.1.2 复位及复位电路24 7 硬件系统设计.27 7.1 Altium Designer 09 电路设计软件平台介绍27 7.2 单片机最小系统电路设计.28 7.3 电源电路设计.28 7.4 A/D 转换电路设计29 7.5 RS-232 串口通信电路设计29 7.6 LCD12864 液晶显示电路设计30 7.7 DS18B20 温度传感器电路设计30 7.8 按键电路设计.31 7.9 晶振电路设计31 8 单片机程序设计.31 8.1 Keil uVision4 软件开发平台介绍31 8.2 单片机程序设计思路.32 8.2.1 系统初始化32 8.2.2 液晶显示驱动程序设计32 8.2.3A/D 转化 MAX1241 驱动程序设计33 8.2.4DS18B20 温度传感器驱动程序设计33 8.2.5 串口通信程序设计33 8.2.6 按键判断程序设计33 8.2.7 定时器程序设计34 8.2.8 主程序设计34 9 上位机程序设计.35 9.1 VB6.0 编程环境介绍.35 9.2 上位机应用程序设计.35 9.2.1 界面设计35 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 9.2.2 简要流程图36 10 系统调试.37 10.1 硬件调试.37 10.2 软件调试.37 10.2.1 单片机程序调试37 10.2.2 上位机程序调试38 10.2.3 实验演示结果.38 11 总结与展望.39 11.1 总结.39 11.2 展望.39 谢辞.40 参考文献.41 附录一.42 附录二.43 附录三.44 第 1 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 1 绪论 1.1 选题背景 随着社会的快速发展，科学技术的迅猛发展，人民生活水平的提高，工作效率的加快，制造业 也要不断满足人们生活的的各项需要，因此社会对制造业的要求也是越来越 em 铁业的发展水平可 以直接衡量这个国家的经济水平，钢铁的加工除了应用于人们的日常生活中，还工业，农业，建筑 行业，国防，军事，防御，科技文化产业方面都起着至关重要的作用，因此，钢铁加工技术和加工 方法已经越来越引起人们的关注。摩擦焊机就是一种典型的加工钢铁的机械设备。 而双头摩擦焊机是在普通的摩擦焊机基础上进行的改造和提升制造出来的，控制系统 由可编程控制器（PLC）或微型计算机组成的逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。 可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和 微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制 的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适应很多工业控制现场的恶劣环境。但是由 于 PLC 的针对性较强，每一台 PLC 都是根据一个设备而设计的，所以价格较昂贵。而 单片机价格相当便宜，如果在抗干扰功能上有所提高的话完全可以代替 PLC 实现对工 控设备的控制。当然单片机并不象 PLC 那么有针对性，所以由单片机设计的控制系统 可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级。 双头摩擦焊接机，它由卧式床身，主轴箱、导轨、顶锻装置构成，主轴箱两端各 有一个与主轴刚性连接的卡盘，在卡盘对面的导轨上各带有顶锻装置，采用多片式摩 擦片做为启刹车装置，启刹车均由继电器控制下的液压油缸驱动多片式摩擦片来完成， 使主轴在工作时同时受大小相等方向相反的轴向力，使推力轴承基本不受力，极大提 高了轴承寿命，同时多片式摩擦片也极大的提高了机床寿命，本实用新型生产效率高， 工作精度高，适于金属或高分子材料焊接使用。 1.2 研究现状 随着科学技术的发展，社会对金属加工的要求也是越来越高，各种加工技术也不断提升，为此， 人们也研制出各式各样的摩擦焊机系统。 摩擦焊机是利用工件端面相互摩擦产生的热量使之达到塑性状态，然后顶锻完成 焊接的方法。因车削工件时切屑往往牢牢地粘在刀头上，轴与轴瓦之间润滑不良时也 会产生局部焊合，摩擦焊就是从这些现象出发而发明的。 摩擦焊可分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种。 (1) 连续驱动摩擦焊:由电动机带动一个工件旋转,同时把另一工件压向旋转工件，使 其接触面相互摩擦产生热量和一定塑性变形,然后停止旋转,同时施加顶锻压力完成焊 接。焊接质量与转速、摩擦时间、摩擦压力、顶锻压力和工件顶锻变形量有关。 (2) 惯性摩擦焊:由电动机驱动飞轮达到要求的转速，然后把一个工件压向夹持在飞轮轴上的转动工 件，工件间的摩擦阻力使飞轮减速,并将飞轮的动能转换成焊接所需的热能。焊接质量与飞轮惯性 矩、转速和顶锻力有关。摩擦焊所用的摩擦焊机包括驱动系统（惯性摩擦焊机还包括飞轮）和加压 装置。全自动焊机还有上、下料装置、去飞边装置和参数自动监控系统。 国内最大的是 400 吨摩擦焊机，能够焊接截面积高达 36000mm 的超大型工件。目前国内焊接精度 最高的是成品活塞杆摩擦焊机，用于液压缸活塞杆镀铬后进行摩擦焊接。国内最新的是双头车桥摩 擦焊机，可以对车桥桥壳的两上接头同时进行摩擦焊接。国内大吨位惯性摩擦焊，应用最广泛的在 石油钻杆焊接应用上，如 160 吨惯性摩擦焊接钻杆，250 吨焊接加重钻杆等，国内大吨位惯性摩擦 焊技术已经日趋成熟。 国内的大吨位惯性摩擦焊，在航天及军工领域也有广泛的应用前景。 第 2 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 几种国产的尖端摩擦焊机 (1) 400 吨摩擦焊机 图 1-1 400 吨摩擦焊机 这是目前国内最大的摩擦焊机，也是目前全球最大的连续驱动摩擦焊机，用来焊 接钢铝导电杆，最大焊接面积高达 36000 平方毫米。 (2) 双头车桥摩擦焊机 取代电子束焊接和气保焊的双头车桥摩擦焊机，两个焊口同时焊接，焊接节拍约 三分钟。与电子束焊接相比，摩擦焊接车桥焊接效率高、成本低、无辐射污染。 (3) 成品活塞杆摩擦焊机 液压缸活塞杆镀铬后再进行摩擦焊接，不仅提高生产效率，还能够降低成本，在 国外是成熟工艺。随着国产成品活塞杆摩擦焊机的研制成功，液压缸活塞杆成品摩擦 焊接工艺会慢慢在国内普及。 (4) 国产先进的 160 吨、250 吨惯性摩擦焊机 这是目前国内最先进，技术最成熟的 YL-160，YL-250 惯性摩擦焊机，广泛应用于 国内外的石油钻杆生产线中，目前提供的惯性摩擦焊机为国内自主研制，经过多年生 产实践中持续不断的改进，惯性摩擦焊机质量可靠，性能稳定，各项静态及动态参数 指标均已达到国际同类产品先进水平。 图 1-2 YL-160 型惯性摩擦焊机 1.3 研究目的与意义 传统的摩擦焊机在市面上存在很多缺陷，比如说控制系统复杂，不易于操作，工 第 3 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 艺流程繁琐，生产效率比较低等。而双头摩擦焊适合于焊接杆件和管件，工艺简单、 质量好，劳动条件好，生产率高，耗电量少，易于机械化和自动化。双头摩擦焊在工 厂生产线上广泛用于发动机燃烧室、排气阀、轴、轴套、杆件、管子与法兰、石油钻 杆和钻芯的连接和变截面杆件的连接。接头焊后不会产生金属间化合物。双头摩擦焊 也常用于异种金属焊接，如铝与铜、钢、镍、镁合金；铜与钢、银等。摩擦焊在铝-铜 导线过渡接头的焊接方面应用尤广。 1.4 研究的主要内容 1.4.1 各部分原理的了解 (1) 了解双头摩擦焊机的工作原理 (2) 了解双头摩擦焊机测控系统的基本构成 (3) 了解双头摩擦焊机测控系统个模块的原理 (4) 搭建系统硬件环境，包括PCI卡及光栅尺数据采集卡的装配，传感器的连接和安装。 (5) 一些必要的电路模块绘制、制作。 (6) 在电脑上编写上位机程序，程序功能 (7) 编写界面窗口 (8) 读取 PCI1712 卡信息（转速、压力信号） (9) 读取光栅尺数据采集卡信息（位移信号） (10) 整合读取到的信息并显示到界面，判断焊机工作状态 (11) 跟据焊机工作状态给 PLC 发送相应的控制信号 (12) 接收 PLC 返回信号 注：上位机程序应可视化，显示参数信息，并在界面设置按键等输入控件，以对系统 进行输入调整设置。 1.4.2 编写单片机程序，程序功能 (1) 实现与上位机的通信 (2) 处理上位机发送的控制信号 (3) 向上位机发送状态信号 (4) 控制焊机调整工作状态 1.4.3 系统检测和调试 2 总体方案 2.1 实现方案 该系统主要由左右侧编码器，左右侧光栅尺，左右侧压力传感器等输入系统和单片机控制系统 及焊机输出系统构成。右侧编码器的作用主要是检测左右侧旋转夹具的转速。压力传移动夹具朝着 工件的移动速度感器的功能是检测旋转夹具对工件的压力大小。左右光栅尺主要作用是检测左右夹 第 4 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 具向工件移动的速度，能够精确的控制前进的速度，从而能够保证摩擦焊机的加工的精度，由于光 栅尺的精度能够达到 mm，所以可以控制量误差在 0.5mm 以内。下面是方案实现的结构分析图。 图 2-1 系统方案图 2.2 精度控制的实现方法 由于控制焊接阶段的关键参数摩擦时间和摩擦缩短量都是在定时器中计算， 因此为了保证两侧焊接质量的一致性，提高系统的采样周期和采样精度是整个测控系 统的关键。Windows 系统定时器是 IBM PC 硬件和 ROMBIOS 构造的定时器逻辑的一个 简单扩展。PC 的 ROM 初始化 8253 定时器芯片每隔 54915 ms 产生一次中断，导致 Windows 系统定时器的最小扫描周期约 55 ms，而且这个定时器消息的优先级很低，所 以利用普通系统定时器无法准确控制两侧焊件的摩擦缩短量或摩擦时间，不能获得两 侧质量一致的焊接接头。为解决上述问题，本测控系统采用微软公司的多媒体定时器 控制采样间隔和采样精度，多媒体定时器的采样精度高达 1 ms，中断优先级别高，相 当于硬件中断。 调用多媒体定时器需要在工程中添加 mmsystemh 头文件，并将库文件 winmmlib 链接到工程中，程序初始化时调用函数 MMRESULTtimeGetDevCaps(lpTIMECAPSptc，UINT cbtc)获得多媒体定时器的分辨率 范围，调用函数 timeBeginPeriod(UINTuPeriod)设置系统需求的定时器分辨率，本系 统设置为 1ms。程序运行时，先使能一个普通系统定时器，在该定时器中上位机实时 读取 PLC 传输过来的串口数据，当接收到摩擦开始信号后，调用函数 MMRESULT 第 5 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 timesetEvent(UINT uDelay，UINT uResolution，LPTIMECALLBACK lpTimeProc，DWORD dwUser，UINT fuEvent)设置多媒体定时器，采样间隔 uDelay 设 置为 5 ms，声明全局回调函数 void PASCA L TimeProc(UINT wTimerID,UINT msg，DWORD dwUser，DWORDdw1，DWORD dw2)，系统回调函数完成多媒体定时器的事件 消息触发，实现压力采集、焊接缩短量、转速测量，焊接时间的计算等需要周期性执 行的任务。经过实验和实际焊接，当采用普通系统定时器控制焊接过程时，左侧和右 侧的焊后缩短量误差在 1014 mm，而采用多媒体定时器控制焊接过程时，左侧和 右侧的焊接缩短量误差在 0105 mm。 3 双头摩擦焊机测控系统的概述 随着科技的不断发展，人们科学水平的不断提高，网络测控系统技术应用越来越 广泛，逐渐被人们认可。网络测控系统技术的应用主要体现在以太网的广泛应用，以 太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等 优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广 泛应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。从目前国际、国内工业以 太网技术的发展来看，目前工业以太网在制造执行层已得到广泛应用，并成为事实上 的标准。未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信 息集成中发挥越来越重要的作用。 目前，在国际上有多个组织从事工业以太网的标准化工作，2001 年 9 月，我国科 技部发布了基于高速以太网技术的现场总线设备研究项目，其目标是：攻克应用于工 业控制现场的高速以太网的关键技术，其中包括解决以太网通信的实时性、可互操作 性、可靠性、抗干扰性和本质安全等问题，同时研究开发相关高速以太网技术的现场 设备、网络化控制系统和系统软件。 3.1 双头摩擦焊机测控系统的发展历程 测控系统从它诞生到现在大致已经历过了四个阶段：即由气动到电动的集中控制 式系统，集散式（DCS）控制系统，最前沿的是包括 FCS 的网络集成全分布式系统。 （1）集中控制式测控系统 其体系结构的特点概括为：统一集中控制；一对一物理联接；功能单一、结构复杂、可以 升级扩展；系统高效，可以对全局进行优化。 （2）集散控制式测控系统 集散控制式测控系统, 以控制站的直接数字控制对现场的分散被控对象进 行实时分散控制，而以操作站的中央管理计算机进行集中操作、显示、报警、优化控 制功能等，随着计算机可靠性的提高，价格的大幅度下降，出现了数字调节器、右编 程控制器（PLC）以及由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的集散控制系统。 （3）网络分布式测控系统 第 6 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 90 年代国际上出现了全分布式的智能化测控网络和基于网络的测试设备。这种测 控系统具有良好的互操作性，系统的整体可靠性高，具有很强的开放性。典型的实例 是分布式数字地震仪。 3.2 系统总体构成 测控系统采用可编程逻辑控制器(PLC)与工业计算机(IPC)相结合的测控模式。PLC 作为 系统的下位机，起强、弱信号过渡的作用，实现组合逻辑的输入输出控制，完成焊接 过程的自动控制。IPC 作为系统的上位机，通过 RS232 串口与 PLC 通信，控制、指和 监测 PLC。为了使工控机能够检测到外部的物理信号，选用研华的多功能数据采集卡 PCI1712。PCI1712 具有 16 路单端模拟量输入通道，用于采集左、右两侧的压传 感器信号，PCI1712 集成了三个可编程定时器计数器，可检测两侧主轴编码器转 速。 选用长春光机所的光栅尺和光栅尺数据采集卡检测两侧滑台的位置。系统结构示 意如图 3-1 所示。 图 3-1 系统结构示意图 3.3 软件总体结构 系统软件可划分为 PLC 梯形图程序和上位机的测控软件两部分。PLC 采用步进指 令编程，根据焊机的动作要求，顺序输出组合逻辑，实现焊接过程的自动完成。上位 机以微软公司的 Windows xp 作为开发平台，应用程序开发工具选用 Visual C， 该软件具有数据采集、数据存储、串口通信、绘制趋势曲线、实时显示焊接数据、动 第 7 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 画演示焊接过程、打印输出等功能。当焊接开始后，PLC 监测到工件 1 接触到工件 3 的 左侧，并且工件 2 接触到工件 3 的右侧后，PLC 通过 RS232 串口以指定的协议向工控机 发出摩擦开始信号，工控机收到该信号后，使能多媒体定时器，在每个定时周期内计 算摩擦时间或摩擦位移，当摩擦时间或摩擦位移到达预设值后，工控机通过串口向 PLC 发送停止位，立即停止左侧工件 1 和右侧工件 2 的转动，同时对两侧接头施加较大的 等量的顶锻压力，保持压力一段时间，使两侧接头都产生一定的近乎相等的顶锻变形 量，从而形成两侧质量一致的焊接接头。软件工作流程图如图 3-2 所示。 第 8 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 图 3-2 软件工作流程图 4 双头摩擦焊机测控系统的输入部分研究 4.1 编码器模块 图 4-1 编码器 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、 传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为 码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工 作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电 信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码 器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有 关，而与测量的中间过程无关。 4.1.1 编码器的选择 选型应注意三方面的参数： （1）械安装尺寸：包括定位止口，轴径，安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工 作环境防护等级是否满足要求。 （2）分辨率：即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。 （3）电气接口：编码器输出方式常见有推拉输出(F 型 HTL 格式)，电压输出(E)，集电 极开路(C，常见 C 为 NPN 型管输出，C2 为 PNP 型管输出)，长线驱动器输出。其输出方 式应和其控制系统的接口电路相匹配。 4.1.2 编码器的工作原理 图4-2 编码器原理图 第 9 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 工作原理:由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和 接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成 A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差 （相对于一个周波为360度） ，将 C、D 信号反向，叠加在 A、B 两相上，可增强稳定信 号；另每转输出一个 Z 相脉冲以代表零位参考位。 由于 A、B 两相相差90度，可通过比较 A 相在前还是 B 相在前，以判别编码器的正 转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线， 其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定 的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型 的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、 或直接称多少线，一般在每转分度510000线。 信号输出:信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路 （PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中 TTL 为长线差分驱动（对称 A,A-;B,B-;Z,Z-）, HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC 和计算机连接 的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。 A.B 两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。 A、B、Z 三相联接，用于带参考位修正的位置测量。 A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电 磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。 对于 TTL 的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。 对于 HTL 的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。 4.1.3 编码器的功能 编码器的定义与功能：在数字系统里，常常需要将某一信息（输入）变换为某一特 定的代码（输出） 。把二进制码按一定的规律编排，例如8421码、格雷码等，使每组代 码具有一特定的含义（代表某个数字或控制信号）称为编码。具有编码功能的逻辑电 路称为编码器。编码器有若干个输入，在某一时刻只有一个输入信号被转换成为二进 制码。如果一个编码器有 N 个输入端和 n 个输出端，则输出端与输入端之间应满足关 系 N2n。 例如8线3线编码器和10线4线编码器分别有8输入、3位二进制码输出和 10输入、4位二进制码输出。 1.4线2线编码器，下面分析4输入、2位二进制输出的编码器的工作原理。4线2 线编码器的功能如表4-1所示。 第 10 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 表4-1 4线2线编码器的功能 根据逻辑表达式画出逻辑图如图4-3所示。该逻辑电路可以实现如表4-1所示的功 能，即当 I0I3中某一个输入为1，输出 Y1Y0即为相对应的代码，例如当 I1为1时， Y1Y0为01。这里还有一个问题请读者注意。当 I0为1，I1I3都为0和 I0I3均为0时 Y1Y0 都是00，而这两种情况在实际中是必须加以区分的，这个问题留待后面加以解决。 当然，编码器也可以设计为低电平有效。 图4-3 4线2线编码器逻辑图 综上所述，对编码器归纳为以下几点： （1）编码器的输入端子数 N（要进行编码的信息的个数）与输出端子数 n（所得编 码的位数）之间应满足关系式 N2n。 （2）编码器的每个输入端都代表一个二进制数、十进制数或其它信息符号，而且 在 N 个输入端中每次只允许有一个输入端输入信号（输入低电平有效或输入高电平有 效） ，输出为相应的二进制代码或二十进制代码（BCD 码） 。 （3）正确使用编码器的控制端，可以用来扩展编码器的功能。 第 11 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 4.2 压力传感器模块 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。一般普通压力传感器的输出为 模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。 或在一段连续的 时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。而我们通 常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感 器。 图 4-1 为压力传感器图片： 图 4-4 压力传感器 4.2.1 压力传感器的工作原理 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、 压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电 容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和 较高的精度以及较好的线性特性。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片 是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感 器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两 种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特 殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应 变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。 这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并 通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D 转换和 CPU）显示或 执行机构。 压力传感器参数： 量程：00.5Mpa/0200Mpa 精度：0.25 %FS 长期漂移：0.1% FS 零点失调：1% FS/ 第 12 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 满程失调：1% FS/ 零点温漂：0.05% FS / 满程温漂：0.05% FS / 工作温度：-40 +120 存储温度：-40 +120 补偿温度：-20 +85 工作电压：936VDC 电流输出：420mA 毫伏输出：05VDC 绝缘电阻：100M(50VDC) 介质兼容：316SS 或 304 不锈钢 法兰规格：DN50 PN4.0 GB9116.7-8.8 /T1 定时器工作方式 2，T0 定时器工作方式 1 PCON|= 0x80; SCON = 0x50; /REN=1 允许串行接受状态，串口工作模式 1 IE = 0x92; TH1 = 0xFD; /baud*2 /* 19200、数据位 8、停止位 1、效验位无 (11.0592) TL1 = 0xFD; TH0=0xDC; TL0=0x00; SM0 = 0; /串口工作方式 1 SM1 = 1; REN = 1;/允许串口接收 EA = 1;/开总中断 ES = 1;/开串口中断 TR1 = 1; TR0 = 1; 2 液晶显示驱动程序设计 /*/ /* 延时函数 */ /*/ void delay(int ms) while(ms-) uchar i; 第 45 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 for(i=0;i= 1; /右移，指向下一位 /* *Function:读 18B20 的一个字节 */ unsigned char ReadByte (void) /读取单字节 unsigned char idata i,u=0; for(i=0;i= 1; D18B20 = 1; if(D18B20=1) u |= 0x80; TempDelay (2); _nop_(); return(u); 第 51 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 /* *Function:读 18B20 */ void read_bytes (unsigned char idata j) unsigned char idata i; for(i=0;i4; /电压高 8 位 senddata2=voltage/16; /电压低 4 位 for(i=0;i3;i+) SBUF=senddatai; /发送 while(TI=0); TI=0; voltage =readmax1241(); void LCD_CurrentValue(unsigned int LcdNumVal) int i; char temp4=0 ; temp0=(numberLcdNumVal%1000/100); temp1=(numberLcdNumVal%100/10); temp2=(numberLcdNumVal%10); lcd_pos(3,4); /设置显示位置为第三行 for(i=0;i4;i+) lcd_wdat(tempi); /voltage=5000*voltage/4095; voltage_display0=(U16)(voltage/1000+48); voltage_display1=(U16)(voltage/100)%10+48); voltage_display2=(U16)(voltage/10)%10+48); voltage_display3=(U16)(voltage%10+48); 第 54 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 voltage_display4=0 ; lcd_pos(4,4); /设置显示位置为第三行 for(i=0;i5;i+) lcd_wdat(voltage_displayi); 6 串口通信程序设计 /* 串口中断程序 */ void ser_int (void) interrupt 4 using 1 if(RI = 1) /RI 接受中断标志 RI = 0; /清除 RI 接受中断标志 if(getflag=7) getflag=0; getdatagetflag = SBUF; getflag+; /getdata = SBUF; /接收 Flag=1; 7 按键判断程序设计 void keyscan() if(key0=0) delay(10); if(key0=0) led1=0; while(!key0); flag1=1; led1=1; clr_screen(); 第 55 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 if(key1=0) delay(10); if(key1=0) led1=0; while(!key1); flag1=2; led1=1; clr_screen(); if(key2=0) delay(10); if(key2=0) led1=0; while(!key2); flag1=3; led1=1; n+; clr_screen(); if(key3=0) delay(10); if(key3=0) led1=0; while(!key3); flag1=4; led1=1; n-; clr_screen(); 第 56 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 7 定时器程序设计 void T0zd(void) interrupt 1 TH0=(65536-2000)/256;/给计数寄存器赋值，0.1 毫秒的定时单位 TL0=(65536-2000)%256; TIM+; 8 主程序设计 void main (void) U8 i; delay(50); /上电，等待稳定 systeminit(); lcd_init(); /初始化 LCD while(1) GetTemp(); keyscan(); switch(flag1) case 0: lcd_pos(1,0); /设置显示位置为第一行 for(i=0;i16;i+) lcd_wdat(DIS9i); lcd_pos(2,0); /设置显示位置为第二行 for(i=0;i16;i+) lcd_wdat(DIS10i); lcd_pos(3,0); /设置显示位置为第三行 for(i=0;i16;i+) 第 57 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 lcd_wdat(DIS11i); lcd_pos(4,0); /设置显示位置为第四行 for(i=0;i16;i+) lcd_wdat(DIS12i); break; case 1: lcd_pos(1,0); /设置显示位置为第一行,左侧编码器 for(i=0;i10;i+) lcd_wdat(DIS1i); lcd_pos(1,6); lcd_wdat(getdata0); lcd_pos(2,0); /设置显示位置为第二行，右侧编码器 for(i=0;i10;i+) lcd_wdat(DIS2i); lcd_pos(2,6); lcd_wdat(getdata1); lcd_pos(3,0); /设置显示位置为第三行，左侧压力 for(i=0;i8;i+) lcd_wdat(DIS3i); lcd_pos(3,5); lcd_wdat(getdata2); lcd_pos(4,0); /设置显示位置为第四行，右侧压力 for(i=0;i8;i+) lcd_wdat(DIS4i); lcd_pos(4,5); 第 58 页 共 59 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 lcd_wdat(getdata3); break; cas