李 娟

(陜西理工學(xué)院 電氣工程系，陜西 漢中 723000)

1 扭矩標(biāo)定檢測系統(tǒng)原理及硬件設(shè)計

扭矩檢測系統(tǒng)由扭矩傳感器、傳感器信號調(diào)理電路、24位A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)處理電路、顯示電路、報警輸出電路、RS232通訊接口電路等相關(guān)電路組成。測量時，扭矩力傳感機(jī)構(gòu)與被測裝置安裝固定，根據(jù)載荷大小輸出高低不同的微電壓測量信號。微電壓信號輸入到信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路干擾消除后輸入到24位A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器輸出的微電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后輸入到單片機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成測量信號的量綱轉(zhuǎn)換后送入顯示電路進(jìn)行測量顯示；同時將采集到的測量值與用戶設(shè)定的報警數(shù)據(jù)實時進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)達(dá)到報警狀態(tài)時，對報警控制電路發(fā)出報警指令，啟動對應(yīng)報警控制點(diǎn)。

（1）扭矩傳感器及信號調(diào)理電路。扭矩傳感器信號調(diào)理電路如圖1 所示。R1～R4為電阻應(yīng)變計，粘貼于彈性元件的應(yīng)變區(qū)。Rt為溫度零點(diǎn)漂移補(bǔ)償元件、補(bǔ)償傳感器受溫度變化影響引起的零點(diǎn)漂移。Rz為零點(diǎn)平衡補(bǔ)償元件；R5、R6為靈敏度溫度漂移補(bǔ)償元件，補(bǔ)償傳感器受溫度變化影響引起的測量信號漂移。R7、R8為靈敏度標(biāo)準(zhǔn)化補(bǔ)償元件、R9～R12為非線性補(bǔ)償元件、R13為輸入阻抗匹配元件。當(dāng)傳感器承載的扭矩力發(fā)生變化時，應(yīng)變敏感區(qū)域的機(jī)械變形量會發(fā)生變化，粘貼在該區(qū)域的4片電阻應(yīng)變計的電阻值也因機(jī)械變形而產(chǎn)生變化。因每片應(yīng)變計的粘貼方向和位置不同，應(yīng)變計R1和R3的電阻變小，R2和R4的電阻變大，從而輸出扭矩測量信號。 扭矩信號經(jīng) C4、C5、L1、L2、C6、C7、C8、C9 抗干擾處理后輸入到24位A/D轉(zhuǎn)換器。

圖1 信號調(diào)理電路

（2）A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路是將傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識別的數(shù)字信號，以供單片機(jī)處理。本系統(tǒng)讓CS5532工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，儀表開機(jī)上電后，單片機(jī)向A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出連續(xù)轉(zhuǎn)換指令后，CS5532將傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化后輸入單片機(jī)。其電路如圖2 所示。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以8位單片機(jī)AT89C55WD為核心，其主要完成測量數(shù)據(jù)采集處理、設(shè)置和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理保存、報警狀態(tài)與通訊控制等。并配數(shù)據(jù)存儲器24LC02等電路。

圖2 A/D轉(zhuǎn)換電路

2 軟件設(shè)計

CS5532在啟動時有20 ms的延遲,所以要在其啟動20 ms后再對其進(jìn)行初始化。CS5532沒有加電復(fù)位功能,首先需要人工通過ADC串口發(fā)送初始化序列,即15個SYNC1(0xFF)命令字節(jié)1個SYNC0(0xFE)命令字節(jié),使ADC串口進(jìn)入命令模式;接著通過設(shè)置配置寄存器的RS位,實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位后,需配置電壓參考模式VRS位,初始化通道設(shè)置寄存器(CSR),設(shè)置是否進(jìn)行校準(zhǔn)。完成以上工作后,即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采集數(shù)據(jù)時，先通過單片機(jī)設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器的工作模式、轉(zhuǎn)換速率、內(nèi)部放大器的增益倍數(shù)等參數(shù)后，再發(fā)出連續(xù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換指令。A/D轉(zhuǎn)換器收到指令后連續(xù)向單片機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換后的測量數(shù)據(jù)。單片機(jī)將收到得測量數(shù)據(jù)經(jīng)過量綱轉(zhuǎn)換后進(jìn)行顯示控制。同時還將采集到的顯示控制值送入存儲器24LC02，以便計算測量過程中出現(xiàn)的峰值和谷值。系統(tǒng)程序流程圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

3 結(jié)語

文章將cs5532應(yīng)用于扭矩檢測，充分發(fā)揮其24位微弱信號轉(zhuǎn)換的性能特點(diǎn)，降低了扭矩信號調(diào)理電路的設(shè)計難度，同時又能滿足高精度檢測的要求?，F(xiàn)該系統(tǒng)已投入扭矩傳感器的標(biāo)定檢測中，實踐證明該方案扭矩檢測精度達(dá)到用戶要求，且具有安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。