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基于MSP430的圆度仪测測控系统的研究
口肖森斌,2.3口何永义1.
1.上海大学机电工程与自动化学院上海200072
2.上海大学上海机器人研究所上海200
3.上海大学上海市智能制造及机器人重点实验室200072
摘要:研究了基于MSP430系列单片机的国度仪测控系统,设计的圆度仪是基于上、下位杋的两级控制模式,下位机
实现信号的处理及数据采集,上位机实现数据的处理及圆度的评定。通过测量,验标准件的囻度误差保持在005um以
下,符合仪器的要求。目前该系统已经用于实际生产中対工件的测量。
关键词:圆度仪MSP430LZX1cAD574
中图分类号:TH711
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2014)12-0081-04
圆度误差的精密测量在实际生产中是…项十分重的改変。当两线圈间隙相等时,它们的电感量也相等
要且繁琐的任务,传统圆度检测采用人工评定的方法,測量电桥平衡,对角线上没有输出。当测量头移动时,
检测结果通常不一致。随着微电子技术和计算机技术
个线圈间隙变小(电感增大),另一个线圈间隙变大
的快速发展,冽度检测仪器发生了根本性的变革,圆度(电感減小),其交流阻抗也相应变化,引起电桥不平
评定从人工方式向计算机数字化自动评定发展。圆度衡。从而输出一个幅度与测量头位移成正比的正弦交
仪是一种利用回转轴法测量工件園度误差的测量工流电信号。由于输出电压是交流量,只能反映位移的大
貝,是集机、电一体化的技术密集的高科技产品。
小而不能反映位移的方向,而且交流电压输出存在
系统总体设计及工作原理
定的零点残余电压。为此,传感器的后接电路需要采用
既能反映传感器位移方向又能补偿零点残余电压的差
设计的圆度仪为工作台旋转式(如图1所示)。传动直流输出电路。当有输入信号时,传感器移动,其输
感器和测头固定不动,而
出电压经放大倍率切换、交流放大、相敏检波、滤波后
被测零件放置在仪器的
传感器
得到直流输出。该输出又经过直流放大及滤波、AD转
回转工作台上,随工作台
换后送至单片机MSP430F149,再由单片机通过RS232
一起回转。
通讯接口传输给上位PC机。上位PC机对得到的数据
1.1总体设
被测零件
进行盾消除异常、滤波、标定、评定等,得到需要的结
整个系统结构如图回转工作台
果,并进行图形显示打印或储存
2所示,分为上位机评定
测头
系统和下位机控制系统,
上位机系统
下位机系统由差动变压
测量软件
器式传感器、相敏检波电
▲图1圆度仪示意图
系控参数放圆数
统制数字大度据
路、放大滤波电路、放大倍率切换电路、AD574转换
设‖指设滤倍评记
置令置,波率价录
MSP430F149单片机等构成;上位机系统为基于
Windows操作系统的评定软件,可以进行系统设置、控
制指令、设置测量参数、数字滤波、放大倍率、圆度评价:下位机系统[口通讯接口
及历史数据记录等操作。
1.2工作原理
I/O接?
单片机AD转换电路
直流滤波
MSP430F149
放大电路
在理想情况下,标准运动的轨迹是真圆,这是圆度
测量的基准。当零件不圆时,用差动变压器式电感传感
振荡电路
相敏检波电路
器,与测量板中的电阻组成电桥,传感器测測量头的位移
差动变压器
放大倍率
带动了杠杆上衔铁的移动,起两线圈与衔铁间间隙
式传感器
测量电桥
切换电路
交流放大电路
上海市科学技术委员会科技支撑项目(编号:13DZ101600)
收稿日期:2014年7月
▲图2系统结构图
、机械制造52卷第604期
2014/12
?た
2系统硬件设计
次比较型A/D转换器AD574。AD电路如图4所示。通
过MSP430F149的P3.1、P3.2输出电平来控制A/ID转
2.1放大倍率切换电路
換的帛动和数据输出。当P3.1和P3.2输出均为低电
本系统使用8通道数字控制模拟电子开关4051平时,启动12位AD转换器;启动后经25us后,当检
芯片来进行放大倍率的切换,其放大倍率切换电路如图测到P3.3端口的电压为高电平时,表明12位AD转
3所示。通过MSP430F149的P1.2、P1.3、P1.4三个输出换结東;转换结束后,在P3.1输出为低电平、P3.2输出
口,实现三位二进制选择8通道中的一个通道。通过高为高电平,可读取AD574的高8位数据;在P3.1和
精密度电阻(2个10002、1个3002、1个500)、1个1P3.2输出均为高电平时,读取ADS74的低4位数据
k2、1个3kQ2、1个5k92)进行分压,实现对输入信号的从而完成了数据的读取。
10020050050000倍率的放大。3基于单片机MSP430F149的程序设计
2.2相敏检波电路
经交流放大的调制信号,需要解调还原,电路采用
下位机系统主要是以单片机MSP430149为核
集成相敏整流器件IZX1C作为信号解调器件,采用的
,其软件主程序流程图如图5所示。利用
相敏检波电路具有判别信号相位和选频、信号还原性MSP430F149的外部中断来触发数据采样的开始;利
好、元器件少的特点。调幅信号相敏检波选频原理可用用MSP430F149的定时器中断来采集4096个点数
式(1)来表示
据,其程序流程图如图6所示;利用MSP430F149的串
口接收中断函数_ interrupt void UARI1_ RX SR()来
ucos(at)d(at)
接受上位机发来的信息;利用MSP430F149的串口发
1+cos(20)ld(04)2
送中断函数_ interrupt void UARTI_1X_ISR()向上位
机发送信息
式中:の。是单位参考信号频率;o、以是调輻前后的幅值。
2.3A/D转换电路
4上位机软件设计
根据该系统的测量范围和测量精度,选择12位逐
上位机软件是基于 Windows操作平台的圆度测量
VCCC95
I GND
+12V-12V
C15
X4
GND
GND
NH
VCE
F GND
20vsnn STATUS
28
27
R15
R2210K
10vspn msb/DBII
DB10
126
2
DBY
25
R2410K
BPLHOF DB8
DB7
23?D3
R53
」U6C
U6A寸
AN-CND DB6
22
74LS07
121
74LS07
REF-IN DB4
20
VCC
R80
ND
100
▲图3放大倍切换电路
▲图4A/D转化电路
2014/12
机械制造52卷第604期虎