何昭君

摘要：影響滾動軸承壽命的關(guān)鍵因素之一是軸承運行時的溫度，為此，溫度也就成為檢測軸承運行狀態(tài)與重要參數(shù)。隨著自動化檢測技術(shù)的發(fā)展，軸承溫度智能化測量也就成為動態(tài)監(jiān)控軸承溫度技術(shù)發(fā)展主要方向。本設(shè)計從硬件、軟件及安裝三個就滾動軸承實時溫度智能測量系統(tǒng)設(shè)計進行了分析，以期為滾動軸承實時溫度智能測量系統(tǒng)實現(xiàn)提供一個可行的技術(shù)框架。

關(guān)鍵詞：滾動軸承;溫度;智能測量系統(tǒng)

中圖分類號：V263.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0005-02

0? 引言

隨著旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備運行速度、負載程度及設(shè)備加工精度要求的不斷提高，對其支撐的軸承運行質(zhì)量要求也隨之提升。具體而言，運行速度加快、負載程度加大也就增加了支撐軸承的轉(zhuǎn)動速度和軸承成熟的載荷，二者的改變也就影響了設(shè)備加工精度。二者改變的直接影響因素就是提升了滾動軸承的工作溫度，故，監(jiān)控軸承的工作溫度也就成為評價軸承工作質(zhì)量的關(guān)鍵要求。為了監(jiān)控滾動軸承工作溫度，其實時溫度測量成為軸承企業(yè)或使用廠家關(guān)注的問題[1]，王方哲等人[2]提出了滾動軸承內(nèi)圈溫度無線監(jiān)測技術(shù)設(shè)想。隨著智能檢測技術(shù)的發(fā)展，溫度智能測量裝置已得到廣泛研究和使用[3、4]，這也就為滾動軸承實時溫度智能測量系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)提供了技術(shù)原理知識和實踐的可行性。

1? 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)原理設(shè)計

滾動軸承實時溫度智能測量系統(tǒng)工作原理：首先由溫度傳感器AD590在軸承外環(huán)上探測到變化的溫度，并通過的線性關(guān)系轉(zhuǎn)變成電壓，接著送進濾波器把信號放大，從而使電壓信號穩(wěn)定，最后要把信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）、單片機（AT89C51）處理出來，顯示在三位數(shù)碼管上。

在使用AD590測量物體溫度時，要把其整體當成一個恒流源，在它的兩邊連接上直流電源，它的工作電壓一般是5～30V。然后在其輸出端的方向上串聯(lián)一個恒值電阻，1kΩ的即可，那么此時流過電阻兩端的電流將會和被測物體的溫度成正比，電阻兩端的電壓信號約為1mV/K。

1.2 AT89C51設(shè)計

89C51的復(fù)位電路如圖1所示：通過對相同型號單片機資料的研究，把一個電容（22uF）與電阻（2K）串聯(lián)，電容上接一個正極電源，電阻下接地，和第八、十九引腳組成復(fù)位電路。單片機（AT89C51）的+5V電源由39引腳引入，第19引腳接地，時鐘振蕩電路由12Mhz晶體振蕩器和第17引腳與第18引腳之間的兩個20pF無極性電路組成。

2? 軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 主程序

如圖2所示，首先給系統(tǒng)通電，開始復(fù)位清除顯示屏，接著啟動A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804），接收來自溫度傳感器（AD590）探頭檢測到的信號，通過轉(zhuǎn)換器的模擬電壓信號被轉(zhuǎn)化成二進制數(shù)字信號后，再把二進制轉(zhuǎn)換成十進制，最后在顯示屏顯示出來。ADC0804執(zhí)行轉(zhuǎn)換輸出為二進制，但對于接下來數(shù)碼管的顯示，需要轉(zhuǎn)換成十進制才可以，所以接下來是我們執(zhí)行的關(guān)鍵。經(jīng)查詢資料，本研究我們使用的放大器是放大五倍的A3放大器，所以可得最高測量溫度為5.0v/5=1.0V，即100℃。又查詢資料了解到ADC0804的最大轉(zhuǎn)換值為FFH（255）。由公式255*x=100可得，x=0.4，那么得數(shù)要先乘以4并除以10。十進制轉(zhuǎn)換調(diào)整過程為ADC0804（二進制）→AT89C51（十進制）→乘以4→顯示。

2.2 程序?qū)崿F(xiàn)分析

2.2.1 程序的主體實現(xiàn)

通過AD590測得基本溫度信號轉(zhuǎn)換成微弱電壓信號，經(jīng)運放器放大發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）中，可以直接控制讀取信號的兩個端口（/rd與/wd），即可讀取經(jīng)轉(zhuǎn)換化后的二進制信號。此時設(shè)定程序控制信號的刷新時間，時間定位50ms為一個循環(huán)，系統(tǒng)會自動檢測并與設(shè)定的溫度閥值比較，即此時溫度<設(shè)定值，p2.1置為0，此程序歸入判斷子程序中，并在此基礎(chǔ)上加入定時器T0。另外還要設(shè)置一個下限值，當然設(shè)置程序也同上類似，把二進制轉(zhuǎn)換成十進制進行比較。

數(shù)碼管顯示部分：方式采用實行動態(tài)掃描，當p1口收到發(fā)送來的數(shù)據(jù)時，會控制相應(yīng)數(shù)碼管中的三極管導(dǎo)電，用來顯示相應(yīng)的數(shù)字字符（p2.4，p2.5，p2.6輪流置為1）。

2.2.2 程序的具體實現(xiàn)

①主程序循環(huán)部分。

啟動A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）開始執(zhí)行命令/wr=0。把片外存儲器中R0地址中的內(nèi)容發(fā)送來實現(xiàn)，當執(zhí)行此語句時，把/wr置為0，接著輸送數(shù)據(jù)到p0口。設(shè)置按鍵“*”為顯示設(shè)定值溫度子程序，接著設(shè)置何時讀取A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）的數(shù)據(jù)子程序，當電壓信號轉(zhuǎn)換完二進制信號后，由INTR發(fā)出低脈沖為信號，即為讀取信號。

②初始化。

ADC0804啟動運行，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，執(zhí)行指令/wr=0，輸出P0。檢測有無按鍵，使用按鍵轉(zhuǎn)顯示程序。判斷轉(zhuǎn)換結(jié)果，完成發(fā)射低脈沖信號，AT89C51接收信號，開始讀取。調(diào)用二進制轉(zhuǎn)換程序，結(jié)果存30H，31H。

③設(shè)定溫度子程序。

把存儲在30H，31H二進制數(shù)字碼用調(diào)整指令轉(zhuǎn)換成十進制。

④二進制轉(zhuǎn)換成十進制子程序。

調(diào)用33H，34H進行十進制轉(zhuǎn)換。

⑤顯示子程序。

暫取寄存器R1地址調(diào)用，為了快速執(zhí)行，P1.5=1，并維持P1口低四位，顯示出十位數(shù)，個位數(shù)同理顯示。為了數(shù)碼管可以清楚的觀察顯示出的溫度，設(shè)置延時時間（這里設(shè)置為1.5ms）。

⑥T0中斷子程序。

中斷子程序被執(zhí)行后，系統(tǒng)默認加載初始值，接著把此時的十位數(shù)據(jù)與上次測量得出過的數(shù)值進行比較。因此當系統(tǒng)判斷出此時顯示的溫度值大于系統(tǒng)設(shè)定值之后，P2.1=1，反之清零，然后中斷執(zhí)行返回。個位數(shù)同樣如此判斷。

3? 傳感器與軸承連接設(shè)計

如圖3所示：軸承外環(huán)與軸承座之間垂直區(qū)域鉆入小孔，并攻絲，把改良過探頭擰入鉆好螺紋的小孔中。目的是使溫度傳感器的探頭，能夠準確穩(wěn)定接觸到軸承外環(huán)上，保持穩(wěn)定不動，引線接在不銹鋼護管內(nèi)，以此來保護溫度傳感器在工作時，不因線材問題影響其工作。軸承座與外環(huán)之間應(yīng)進行長度測定，測量好長度打孔，選擇合適長度的探頭，最后把改良過的溫度傳感器探頭擰入軸承座小孔中，進行固定。

4? 結(jié)語

滾動軸承實時溫度智能測量系統(tǒng)設(shè)計是對軸承溫度的實時檢測，以防止軸承溫度過高產(chǎn)生故障，從而導(dǎo)致生產(chǎn)停滯，效率降低。同時也為檢測維修人員提供了技術(shù)上的支持，可以讓他們準確、快速的找到故障點，進行快速維修。未來還將在軸承上加以修復(fù)功能，以更加突出“智能”的作用，雖然目前還未研究出，但是未來會逐步實現(xiàn)對人力的解放，進入智能化的時代。

參考文獻：

[1]李艷超，楊兵華，劉歡，等.基于紅外技術(shù)的滾動軸承溫度場測量系統(tǒng)[J].軸承，2020（9）：63-66.

[2]王方哲，朱永生，閆柯，等.滾動軸承內(nèi)圈溫度無線監(jiān)測技術(shù)[J].機械工程學(xué)報.2018（22）：8-14.

[3]李曉磊.智能溫度測量系統(tǒng)設(shè)計[J].電腦與電信，2019（6）：29-33.

[4]李國鴻，郭海東，左思佳.航空發(fā)動機排氣溫度測量通道故障智能檢測方法研究[J].測控技術(shù)，2019（12）：60-65.