微機在玩具金屬絲撓曲性試驗機中的應(yīng)用

【摘　要】利用微機自動控制系統(tǒng)，動態(tài)地檢測金屬絲彎曲力及彎曲極限次數(shù)。
??? 關(guān)鍵詞：金屬絲 撓曲 試驗機
　
1 引　言
　? 金屬絲撓曲性試驗機是玩具安全測試中常用的重要測試儀器之一。由于玩具安全檢驗時可能選擇不同國家的標(biāo)準(zhǔn)，所以試驗的程序也不一樣。金屬絲撓曲性試驗最關(guān)鍵的試驗要求為：彎曲的角度控制和彎曲力的檢測。過去采用人工手動操作，很難保證試驗過程的準(zhǔn)確與一致。采用微機自動控制，可以按照不同標(biāo)準(zhǔn)方法調(diào)用預(yù)先編制的相應(yīng)試驗程序進行試驗，極大地方便了使用者進行測試操作。本試驗機采用M68HC08單片機進行適時控制，可自動完成金屬絲的撓曲性試驗程序，動態(tài)地檢測金屬絲彎曲力，具有完善的報警顯示功能，且體積小、噪聲低、效率高，為玩具的安全測試提供了保證。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2．1 系統(tǒng)簡介
　? 金屬絲撓曲性試驗機主要由電動執(zhí)行機構(gòu)、試樣夾具、檢測控制電路和報警顯示部分組成。
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??? 如圖1所示，由力矩傳感器對金屬絲的彎曲力進行檢測，經(jīng)放大后的信號直接送M68HC08的A/D輸入口。鍵盤電路用來選擇試驗程序和設(shè)定各試驗參數(shù)。數(shù)碼顯示板用以顯示試驗程序的代號和試驗過程中的參數(shù)記錄。本機輸出為控制電機正反運轉(zhuǎn)的兩路電平信號。
2．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　M68HC08是MOTOROLA公司1999年推出的新一代八位單片計算機系列產(chǎn)品，其中JL3具有12路8位A／D轉(zhuǎn)換接口，其內(nèi)部總線速度可達8MHz，內(nèi)有4KBit閃速存儲器及128Bit RAM，且自帶960Bit監(jiān)控與自檢程序。
2．2．1 鍵盤輸入電路
　　鍵盤輸入電路如圖2所示，PA口作為鍵盤輸入，設(shè)置為輸入工作方式，按鍵SB1～SB6分別連接于PA0～PA5。按鍵SB1～SB6主要完成系統(tǒng)功能設(shè)定和試驗機的運行及停止。
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2．2．2 數(shù)碼顯示電路
　　PB口的8條數(shù)據(jù)線PB0～PB7分別與LED半導(dǎo)體發(fā)光數(shù)碼管的a，b，c，d，e，f，g，dp字段相連接，PD口的PD4至PD7分別通過電阻R10至R13與VT1至VT4的基極相連。這樣，通過PB口送出顯示代碼 ，由PD口送出掃描位選信號，輪流點亮LED1至LED4四位半導(dǎo)體數(shù)碼管，主要用以顯示系統(tǒng)功能參數(shù)設(shè)置，并顯示運行中彎曲次數(shù)和金屬絲彎曲力檢測的實際數(shù)值。
2．2．3 光電隔離輸出驅(qū)動電路
　　PD口的PD2、PD3數(shù)據(jù)線通過電阻驅(qū)動光電耦合器件GO1和GO2。該兩只光電耦合器件內(nèi)部復(fù)合了可控硅電路，可直接驅(qū)動交流繼電器J1、J2。
2．2．4 電機主回路電路
　　電機主回路電路如圖3所示，當(dāng)J1吸合時，電機正轉(zhuǎn)，金屬絲被彎曲至一邊，當(dāng)J2吸合時，電機反轉(zhuǎn)，金屬絲被反向彎曲至另一邊。J1、J2通過常閉觸點J1－3、J2－3回路進行互鎖保護。
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??? 在電機正反向切換中，主程序設(shè)置了0．2秒的停轉(zhuǎn)時間。當(dāng)J1、J2均未吸合時，常閉觸點J1－2、J2－2使電機電樞繞組直接短路，電機工作于能耗制動方式，可以在小于0．2秒的時間內(nèi)迅速停止運轉(zhuǎn)，避免了電機因慣性而停轉(zhuǎn)時間太長的現(xiàn)象。
2．2．5　直流電機變速控制
　　本機采用的直流侍服電機M是系統(tǒng)的輸出執(zhí)行部件，其運行轉(zhuǎn)速由輔助電源電壓V1或V2控制在兩種轉(zhuǎn)速上，輔助電源電壓V1、V2由PD口的PD1高電平或低電平控制。
2．2．6 彎曲角度檢測控制
　　電機經(jīng)多級齒輪減速后，帶動擺桿在120°范圍內(nèi)作弧形周期擺動。兩只霍爾磁敏傳感器分別安裝于擺動弧度的起始和終止位置，可對擺動桿進行位置檢測?；魻杺鞲衅鞯男盘栍蒔A口的PA6、PA7輸入。
2．2．7 金屬絲彎曲力檢測放大電路　
? 　如圖4所示，Ra與Rb是粘貼在拉力探頭變形金屬板上的應(yīng)變電阻片。當(dāng)金屬板受到一個方向的力時，Ra阻值將會增加，Rb則減少。反之，當(dāng)受到另一個方向的力時，則Ra減少，Rb增加。調(diào)節(jié)W1可以使F2輸出電壓在滿量程時為＋5V。調(diào)節(jié)W2使F2輸出電壓在拉力探頭無拉力作用時，輸出+2.5V電壓。
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2．3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　本試驗機的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，分為主程序、鍵盤中斷程序、數(shù)碼管掃描顯示程序 、A／D轉(zhuǎn)換中斷程序、定時中斷程序。軟件如圖5所示。結(jié)構(gòu)主程序首先進行初始化，設(shè)定所有I／O口的工作方式，定義六個功能鍵。每個按鍵功能均由鍵盤中斷程序執(zhí)行，各鍵功能見表1。
　　　　　　　　　　
　　按運行鍵后，PD2、PD3交替輸出高電平信號，電機周期性正反運轉(zhuǎn)。其周期由定時中斷程序執(zhí)行。同時，A／D轉(zhuǎn)換程序?qū)鞲衅鞣糯箅娐返男盘朧0進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)電壓V0等于2．5V時，可視為傳感器無拉力負荷。
??? 因此，實際測量的拉力F為：　
? 　F＝K.｜V0－2．5｜
式中，K為對拉力的比例常數(shù)。
　 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，金屬絲的彎曲力若大于設(shè)定值F0，試驗機應(yīng)自動停機。在程序中，當(dāng)調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換程序后，將A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果與預(yù)置的F0進行比較，當(dāng)F－F0＜0時，程序轉(zhuǎn)入停機報警。
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3 控制效果及總結(jié)
　　采用微機對金屬絲彎曲試驗機進行控制，可以使金屬絲彎曲測試結(jié)果更加符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，使檢測結(jié)果準(zhǔn)確一致，并在一定程度上降低了檢測工作的勞動強度。過去人工手動進行金屬絲彎曲試驗時，無法在試驗過程中監(jiān)視金屬絲的彎曲力，現(xiàn)在采用彎曲試驗機可以彌補這一不足，同時彎曲試驗的周期也得到了保證。該試驗機在玩具安全檢測中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1　Motorola單片機應(yīng)用開發(fā)研究中心．新一代八位單片機 M68HC08簡介．北京：清華大學(xué)出版社 ，1999
2　涂時亮等．單片微機軟件設(shè)計技術(shù)．科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1988