电子式材料试验机控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种电子式材料试验机控制系统，它涉及材料测量控制系统领域。它的传感检测电路通过模数转换器与单片机相连，单片机通过数模转换器与伺服电机转速输入模块相连，单片机还通过信号隔离电路与伺服电机动作模块相连，矩阵键盘和开关信号均通过微处理器与单片机相连，单片机与存储器、日历时钟和通信转换器相互连接，单片机还与液晶显示器相连，故障监控器与单片机相连。本实用新型专利技术能独立实现试验机测试的全部功能。经现场使用证明，整个试验测试系统运行稳定、精度高，达到了材料试验机的精度要求，具有低成本、抗干扰能力强等特点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是材料测量控制系统领域，具体涉及一种电子式材料试验机控制系统。
技术介绍
电子式材料试验机是量大面广的测试设备，广泛应用于矿业、冶金、钢铁、建材、化工、微电子等行业。电子式材料试验机的研制投资少，见效大，作为具有高性能的机电一体化的材料性能测试装置系统，工作具有较大的实际意义。针对材料试验机系统功能单一、扩展试验复杂，设计开发以单片机为控制核心的控制系统，独立实现材料试验机控制的全部功能，适用于各种金属、非金属材料的拉伸、压缩、剥离、撕裂等性能的测试。材料试验机的控制系统由试验控制器、伺服驱动器及交流伺服电机、力传感器、限位开关等部分组成。系统试验控制器协调整个试验的工作过程，其试验性能较高，同时试验控制器预留与计算机的通信接口，可为试验机控制系统的做进一步研究开发。而目前的材料控制系统不能独立实现试验机测试的全部功能，整个试验测试系统运行不够稳定、精度不高。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本技术目的是在于提供一种电子式材料试验机控制系统，能独立实现试验机测试的全部功能。经现场使用证明，整个试验测试系统运行稳定、精度高，达到了材料试验机的精度要求，具有低成本、抗干扰能力强等特点。为了实现上述目的，本技术是通过如下的技术方案来实现:电子式材料试验机控制系统，包括传感检测电路、伺服电机转速输入模块、伺服电机动作模块、矩阵键盘、开关信号、模数转换器、数模转换器、信号隔离电路、微处理器、单片机、液晶显示器、存储器、故障监控器、日历时钟和通信转换器，传感检测电路通过模数转换器与单片机相连，单片机通过数模转换器与伺服电机转速输入模块相连，单片机还通过信号隔离电路与伺服电机动作模块相连，矩阵键盘和开关 信号均通过微处理器与单片机相连，单片机与存储器、日历时钟和通信转换器相互连接，单片机还与液晶显示器相连，故障监控器与单片机相连。本技术的试验机控制器以单总线方式进行协同工作，分工完成试验各项功能。单片机采用实时处理的方式负责试验的主要任务，它能够控制系统总线，占有系统资源；从微处理器负责试验中的键盘控制命令解释、位置信息报告及伺服电机动作命令的执行等工作。这种结构的控制器反应速度有了很大提高，以适应于材料试验机要求的较高精度力伺服控制的要求。单片机通过串行总线与模数转换器、日历时钟相连，同时还负责存储器、液晶显示器、通信转换模块和故障监控模块等的控制。在材料试验过程中，力信号由传感器转换成电压信号，单片机采集数据并处理后，将数据存储在容量为大容量的存储器中，处理后的数据分别以字符形式和曲线形式在液晶显示屏上动态刷新显示；同时单片机进行改进的PID控制算法运算，输出电机控制的数字量，该数字量通过数字模拟转换器及驱动电路，控制电机的驱动器工作，继而控制电机以设定的转速运转。本技术能独立实现试验机测试的全部功能。经现场使用证明，整个试验测试系统运行稳定、精度高,达到了材料试验机的精度要求,具有低成本、抗干扰能力强等特点。以下结合附图和具体实施方式来详细说明本技术。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术中的伺服系统驱动器连线图。具体实施方式为使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本技术。参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案:电子式材料试验机控制系统，包括传感检测电路1、伺服电机转速输入模块2、伺服电机动作模块3、矩阵键盘4、开关信号5、模数转换器6、数模转换器7、信号隔离电路8、微处理器9、单片机10、液晶显示器11、存储器12、故障监控器13、日历时钟14和通信转换器15，传感检测电路I通过模数转换器6与单片机10相连，单片机10通过数模转换器7与伺服电机转速输入模块2相连，单片机10还通过信号隔离电路8与伺服电机动作模块3相连，矩阵键盘4和开关信号5均通过微处理器9与单片机10相连，单 片机10与存储器12、日历时钟14和通信转换器15相互连接，单片机10还与液晶显示器11相连，故障监控器13与单片机10相连。本具体实施方式的试验机控制器以单总线方式进行协同工作，分工完成试验各项功能。单片机采用实时处理的方式负责试验的主要任务，它能够控制系统总线，占有系统资源；从微处理器负责试验中的键盘控制命令解释、位置信息报告及伺服电机动作命令的执行等工作。这种结构的控制器反应速度有了很大提高，以适应于材料试验机要求的较高精度力伺服控制的要求。组成结构如图1所示。单片机通过串行总线与模数转换器、日历时钟相连，同时还负责存储器、液晶显示器、通信转换模块和故障监控模块等的控制。在材料试验过程中，力信号由传感器转换成电压信号，单片机采集数据并处理后，将数据存储在容量为大容量的存储器中，处理后的数据分别以字符形式和曲线形式在液晶显示屏上动态刷新显示；同时单片机进行改进的PID控制算法运算，输出电机控制的数字量，该数字量通过数字模拟转换器及驱动电路，控制电机的驱动器工作，继而控制电机以设定的转速运转。本具体实施方式在力测量电路中，传感器采用应变式载荷传感器，主要测量试样的实际承受力。传感器是试验机中试样实际力值测量的关键元件，为了实现要求的力伺服精度，且考虑到整个系统的实现成本，采用高精度电阻应变式载荷传感器。力信号经拾取后，经信号放大调理，再以差动方式输入24位高精度A/D转换器，将其模拟信号变成数字信号，再经SPI串行总线送入微处理器进行数据标定及相关处理，得到实际力值，实现高精度的力测量。本具体实施方式的试验控制器中采用CS1161作为系统参数的存储芯片，有效地解决系统中参数数据非易失存储问题，可以实现材料试验机零点跟踪及智能式自身校正功能。系统正常运行时，各种设定参数及运行时的重要参数均保留在CS1161中，实现掉电数据自动保护及低压鉴别复位功能。选择存储器Am29R)40用来固化液晶显示的背景图、汉字库字模及保存试验过程中的相关试验数据。采用一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，实现了记录每次材料试验的时间。本具体实施方式在试验机控制器中，需要实现试验控制提示界面显示、试验数据显示及试验曲线显示等功能。显示功能在单片机的控制下，在点阵图形液晶显示模块AG320240上实现。为方便操作，系统中设有12个功能键，内部预留4个按键。通过键盘可实现人机对话，向试验测试系统输入试验相关参数和控制命令。键盘采用矩阵形式排列，按键设置在行列式交点上，采用矩阵结构可以节省很多个I/O 口线。本具体实施方式的伺服电机控制模块由伺服驱动器和专用伺服信号组成，驱动电机以设定的速度正转、反转、适时停转，从而控制悬臂梁的升、降、停。驱动器与伺服电机构成内部速度闭环控制，其速度伺服特性可以通过伺服驱动器的参数进行调整。由于整个伺服系统控制的对象是试验力，试验力信号经力信号采集通道反馈回微处理器，构成外部试验力闭环控制。交流伺服电机的控制方式主要有位置控制、速度控制和力矩控制三种，为保证试验夹具准确、平稳的提供试验力，选用了速度控制方式实现对伺服电机的控制，通过控制器中的PID控制算法以及利用伺服驱动器内部速度控制算法，达到理想的控制效果。试验机控制器向伺服驱动器输出模拟速度控制信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
电子式材料试验机控制系统，其特征在于，包括传感检测电路(1)、伺服电机转速输入模块(2)、伺服电机动作模块(3)、矩阵键盘(4)、开关信号(5)、模数转换器(6)、数模转换器(7)、信号隔离电路(8)、微处理器(9)、单片机(10)、液晶显示器(11)、存储器(12)、故障监控器(13)、日历时钟(14)和通信转换器(15),?传感检测电路(1)通过模数转换器(6)与单片机(10)相连，单片机(10)通过数模转换器(7)与伺服电机转速输入模块(2)相连，单片机(10)还通过信号隔离电路(8)与伺服电机动作模块(3)相连，矩阵键盘(4)和开关信号(5)均通过微处理器(9)与单片机(10)相连，单片机(10)与存储器(12)、日历时钟(14和通信转换器(15)相互连接，单片机(10)还与液晶显示器(11)相连，故障监控器(13)与单片机(10)相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖高华，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：实用新型
国别省市：