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基于单片机技术的机械设备计时器的研制 免费猫

发布时间:2020-02-17 14:22:06 阅读: 来源:液压油滤芯厂家

基于单片机技术的机械设备计时器的研制

本文介绍一种基于单片机和振动传感器技术,采用软、硬件结合设计的新型数字式机械设备计时器,分析了原理、硬件结构、技术方法、配套设备和软件功能。

1 计时器组成及工作原理

(1)硬件组成及计时原理

计时智能控制系统采用硬件触发加软件检测、控制的方法,利用机械设备运转时产生的振动信号,通过微处理器来判断是否有代表设备运行的信号出现,控制计时并进行简单运算,触发计时器进入工作状态,再由CPU读取开机时间参数,并存储;振动信号消失后,计时触发信号消失,计时器停止工作,并将当前工作时间和累计工作时间分别存储。通过通讯口进行简单查询或与计算机连接读取数据并进行分析,得到机械设备工作的有关数据。硬件原理图如图1所示。

计时器核心采用性价比高、体积小、支持低功耗模式的87C51芯片作为微处理器,该芯片集成了2个定时/计时器、2个外中断源、串行I/O口、并行I/O口;具有算术运算、逻辑运算、控制转移等功能,并可对其编程实现多种功能。工业芯片使用范围为-40~70℃,性能可靠稳定。为增加计时精度,增加1片频率为32768Hz的手表晶振;数据存储选用E2PROM芯片,用耗能低且可靠性高的4位点阵液晶显示屏显示数据。

(2)软件系统构成及功能

软件系统按模块化进行设计,主要由主程序模块、信号检测程序模块、中断程序模块、通讯程序模块和数据分析程序模块等组成。主程序模块进行定时、串口和中断系统初始化,并循环检测是否有机械设备运行触发信号。应用程序采用中断方式调用。主程序模块流程图如图2所示,检测程序流程如图3所示。

2 技术实现方案

(1)计时控制技术

机械设备运转时产生振动的振幅约为80~100μm,频率约为5~100Hz。根据需要,采用由硬件触发加软件检测、控制的方法,由振动传感器和单片机的有机合作作为计时器的智能控制核心,以τ电路为主的数字电路完成软硬件的结合。原理图如图4所示。

振动传感器感应的振动信号转化为电信号后,经放大、整形处理,产生周期性二值数字信号及运动瞬间的触发信号,信号经τ电路处理为反映机械实际振动状态的二值电平信号送入微处理器,由软件识别机械设备的动、静态,决定整个系统工作与休眠。

工作时,软件以一定的时间间隔检测外部动态电平,由瞬态信号了解机械设备的工作起始,记录其启动时刻,并进行工作计时和累加,微处理器通过硬件检测提供的信息,准确地把握外部设备的工作状态。当外部工作设备处于静止状态时,微处理器指挥系统同步进入静止状态,并将工作时间累加,等待再次触发。

(2)电源管理技术

为消除人为因素的影响,计时器使用过程中不使用任何外部电源供电、补充充电和更换电池;保证计时器内部电源长时间连续可靠工作。为此,除计时器本身采用低功耗模式设计、硬件选用CMOS元件外,还采用特殊的电源管理技术,供电电路设计如图5。

整体分区供电:智能控制电路、主机和显示器一个电源,时钟芯片一个电源,正常安装使用前二者相对独立。根据计时器在机械设备上的工作特点,理论上对计时器的供电可视为脉冲放电,因此,前者作为主电源,选用容量大、放电特性好的1号锂电池(输出电压:3V;容量:16500mAh);时钟芯片采用钮扣电池,维持时钟同步。

分时供电:计时器未启用时,开关断开,仅由钮扣电池以微小的电流维持时钟芯片与当前时钟同步,需要安装使用时,通过不可重复动作开关1,使锂电池转入正常供电,此时,锂电池和钮扣电池并联,整个计时器进入待机状态。

(3)安全技术

在计时器外观、安装等方面采用了特殊的设计方案:采用集成度高、体积小的元件,以利于封装;除通讯口外计时器采用全封闭设计。外壳采用注塑壳体,底盖通过螺钉与主体连接,底面作为安装面与设备密封安装后,除能进行计时阅读和数据查询外,不能进行任何操作。如需要,可将通讯口密封,与机械设备一起置于野外、水下、井下等。

3 计时数据管理

(1)数据查询

数据查询是计时器功能的扩展,通过数据查询器可查询计时器内部储存数据,包括设备每次开机时刻、每次工作时间、累计工作时间,并能对当前数据进行检索,获取设备使用的详细情况。

(2)数据分析

数据分析通过软件来完成,利用微机读取计时器有关数据,结合维修、保养、能耗等数据,设计程序,找出它们之间的关系,指导生产和管理。

4 结论

机械设备计时器的基本功能是真实、客观地记录设备的工作时间。它采用了成熟的微电子和振动传感技术,先进的软、硬件结合的监测、控制技术,合理的电源管理技术。既能完成计时的需要,又能对数据实施有效的管理,实现对数据的二次利用。

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