基于主从式总线结构的转矩流变仪现场控制器的设计

　　橡塑材料在挤出、注塑、吹膜、压延等加工成型的过程中,其流动性通常是必须考虑的因素之一.转矩流变仪是研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备.由计算机控制的转矩流变仪可以通过计算机的强大功能,克服老一代转矩流变仪的实验时间长及数据处理量大等缺点,且可通过算法程序实时地消除背景噪音影响,方便地标出实验曲线的特征值[1].基于星型结构的转矩流变仪现场控制器是以计算机为核心的自动化测试仪器.

　　1　系统的硬件设计

　　系统需要测控的参数有温度、转速、扭矩和压力,通过各个模块分别测量和控制,基于星型结构的转矩流变仪现场控制器由6个部分组成:主控电路模块、温度测量与控制模块、速度测量与控制模块、压力测量模块和主控计算机系统即上位机,其硬件组成框图如图1所示.

　　1·1　主控电路的设计

　　在整个电路模块中,主控电路模块不仅承担着接收从上位机通过串口发送到的数据和命令,还承担着把数据和命令发送到各个测量子模块电路中去,用以控制各个子电路完成相应的测控任务.除此以外,由于本系统中主控电路中的单片机不仅要与上位机进行通信,还要和4个子电路进行串行数据通信,单一的单片机无法满足系统的要求.因此,采用了两个单片机AT89C52和AT89C2051,其中AT89C52负责与子电路的单片机通过串口进行数据通信,AT89C2051负责与上位机进行通信,两个单片机之间通过P0口进行数据通信.主控电路和子电路多机通信的接口电路如图2所示.

　　1·2　转矩测量的设计

　　转矩测量的方法可以分为:传递法、平衡力法及能量转换法,转矩流变仪采用平衡力法来进行转矩的测量.在电动机驱动转轴旋转的过程中,会在固定的支架上产生一个和转轴转动方向相反的作用力,利用这个力进行扭矩的测量.通过转矩的作用产生的平衡反向力经力臂传递到压力传感器,传感器产生应变导致应变片的电阻产生变化,从而产生输出电压.经过放大和相关的数据处理就能得出相应的压力的大小,由公式M=FL(N·m).可得出相应转矩的大小.其工作电路和原理如图3所示.其部分测量电路如图4所示.

　    1·3　温度测量和加热控制的设计

　　本系统采用了热电偶进行温度测量.由热电偶测出待测温度,通过温度集成芯片测出的冷端温度,进行温度补偿,近而获得测量温度.在此测量的过程中,主要是运用AT89C52进行相关的数据处理.整个系统的硬件电路包括热电偶温度传感器组、5路数据采集及A/D转换芯片.放大电路、集成温度传感器AD590和加热电路组成.其部分电路如图5所示.