便攜性液壓缸速度檢測裝置設(shè)計

便攜性液壓缸速度檢測裝置設(shè)計,便攜,液壓缸,速度,檢測,裝置,設(shè)計 誠信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。 本人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 便攜性液壓缸速度檢測裝置設(shè)計 系部： 機(jī)械工程系 專業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué)號： 112012131 學(xué)生： 賈飛飛 指導(dǎo)教師（含職稱）： 劉曉(講師) 1．課題意義及目標(biāo) 通過本次畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生了解和掌握到畢業(yè)設(shè)計應(yīng)遵循的步驟和程序，學(xué)習(xí)機(jī)電液氣綜合實(shí)驗(yàn)臺工作原理以及操作控制，設(shè)計一款利用編碼器可以檢測液壓缸速度的便攜性裝置，通過單片機(jī)對速度的檢測，來檢驗(yàn)理論的正確性，為學(xué)生在畢業(yè)后從事機(jī)電專業(yè)技術(shù)工作打好基礎(chǔ)。 2．主要任務(wù) （1）根據(jù)已有的測速裝置的資料，完成速度檢測裝置的設(shè)計。 （2）結(jié)合傳感器技術(shù)和檢測電路，實(shí)時檢測速度信號。 （3）通過單片機(jī)技術(shù)將信號實(shí)時顯示。 （4）設(shè)計圖紙一份。 （5）裝置要求結(jié)構(gòu)輕巧，便于安裝，在液壓實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行設(shè)計驗(yàn)證。 3．主要參考資料 [1] 李碩衛(wèi), 張國賢. 現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機(jī)械工程師,2009:02-26 [2] 爾桂花，竇曰軒編著. 運(yùn)動控制系統(tǒng). 北京：清華大學(xué)出版社, 2002：365-370 [3] 何英.基于8098單片機(jī)位置及速度檢測裝置設(shè)計[J].科技廣場,2009,(第9期). 4．進(jìn)度安排 設(shè)計各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱參考文獻(xiàn)，完成開題報告 2014-12-01至2014-12-30 2 完成檢測裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計方案的確定 2014-12-31至2015-01-05 3 完成機(jī)構(gòu)的建模與零件的加工，搭建液壓回路 2015-01-06至2015-04-20 4 調(diào)試編碼器與單片機(jī)，完成液壓缸速度檢測 2015-04-21至2015-05-31 5 編寫畢業(yè)設(shè)計論文，完善圖紙，準(zhǔn)備答辯 2015-06-01至2015-06-15 審核人： 年 月 日 便攜性液壓缸速度檢測裝置設(shè)計 摘要：本文主要介紹了用編碼器檢測液壓缸速度的一種裝置，本測速裝置采用編碼器接觸式的測速方法，以單片機(jī)STC89C52RC為控制核心的開發(fā)板，經(jīng)過各功能電路的處理，完成液壓缸速度的實(shí)時檢測與顯示。該數(shù)碼管不僅能顯示液壓缸的瞬時速度，而且還能通過傳感器的輸出信號切換顯示平均速度，最終實(shí)現(xiàn)對液壓缸速度的實(shí)時檢測。本設(shè)計應(yīng)用C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，通過單片機(jī)對液壓缸的速度進(jìn)行檢測。同時還使用接近開關(guān)直接檢測液壓缸速度，與編碼器測速比較，從而驗(yàn)證編碼器測速的合理性和可靠性。 該測速機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)輕巧，便于安裝的特點(diǎn)。并在液壓試驗(yàn)臺上驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了速度的智能檢測與顯示，證明了測速裝置的穩(wěn)定可靠。 關(guān)鍵詞：液壓傳動，單片機(jī)，編碼器，速度檢測 Design of speed detection device for portable hydraulic cylinder Abstract：In this paper, a device for detecting the speed of a hydraulic cylinder with an encoder is introduced. The speed sensor adopts encoder speed measuring method of the contact STC89C52RC MCU as the core of the development board, to accomplish the real-time detection of hydraulic cylinder speed and the real-time display, through the function of the circuit processing. The digital tube can not only show the instantaneous speed of the hydraulic cylinder, but also can display the average speed through the output signal of the sensor, and finally realize the real-time detection of hydraulic cylinder speed. The design uses C language for the micro-controller programming, through the micro-controller to detect the speed of the cylinder. At the same time, the speed of the hydraulic cylinder is directly detected by proximity switch, and the speed of the encoder is compared with that of the encoder, so as to verify the rationality and reliability of the encoder speed. The speed measurement mechanism has the advantages of compact structure and easy installation. And it is verified in the hydraulic test rig, and accomplishes the intelligent detection and the display of the speed, which prove the stability and reliability of the speed measurement device. Keywords: Hydraulic drive, Micro-controller, Encoder, Speed detection 目錄 1前言 1 1.1液壓系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用 1 1.2速度檢測控制在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用 1 1.3課題的意義 2 1.4研究內(nèi)容 2 2.液壓系統(tǒng) 3 2.1液壓系統(tǒng)的簡介 3 2.1.1齒輪泵 4 2.1.2液壓缸 6 2.1.3液壓控制閥 6 2.2機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)臺 9 2.3現(xiàn)代智能檢測的原理 12 2.3.1信號采集和輸出 12 2.3.2輔助采集 12 3速度檢測裝置 14 3.1 STC89C52RC單片機(jī) 14 3.2數(shù)碼管 15 3.3編碼器 15 4方案選定及其設(shè)計過程 17 4.1液壓缸回路的搭建 17 4.2便攜性速度檢測裝置設(shè)計 21 4.2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與加工 21 4.2.2編碼器檢測 28 4.2.3直接檢測 30 4.2.4誤差分析 35 5結(jié)論 36 參考文獻(xiàn) 37 致謝 38 附錄 39 I 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1前言 速度智能檢測及控制技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國防科技等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，并隨著近些年科技的不斷創(chuàng)新，速度檢測與控制技術(shù)時時刻刻影響著人們的生活，給予人們更多的方便。工程中，機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)對速度的要求越來越高，如何智能的檢測速度和控制速度成為了不可回避的問題。 1.1液壓系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用 液壓系統(tǒng)很多時候應(yīng)用在重量型、 大體積型 、特大體積型的設(shè)備機(jī)器，多用于耐沖擊，抗撞擊，對功重要求較高的系統(tǒng)中。 液壓的傳動控制在工業(yè)中是經(jīng)常運(yùn)用的控制方式，它使用液壓完成能量傳遞的過程。由于液壓傳動控制的靈活和便捷的特點(diǎn)，液壓控制方式在工業(yè)中引起廣泛重視。液壓傳動控制是以有壓強(qiáng)流體為介質(zhì)來研究，完成各種自動化控制和機(jī)械運(yùn)動的學(xué)科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。 液壓的傳動控制在工業(yè)中是經(jīng)常運(yùn)用的控制方式，它使用液壓完成能量傳遞的過程[1]。由于液壓傳動控制的靈活和便捷的特點(diǎn)，液壓控制方式在工業(yè)中引起廣泛重視[1]。液壓傳動控制是以有壓強(qiáng)流體為介質(zhì)來研究，完成各種自動化控制和機(jī)械運(yùn)動的學(xué)科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制[2]。 1.2速度檢測控制在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用 速度檢測控制技術(shù)廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)生活中，比如電動機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測與控制，需要分時或連續(xù)的檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)時監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并通過半閉環(huán)，全閉環(huán)控制技術(shù)根據(jù)生產(chǎn)需求對發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。速度控制在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的表現(xiàn)形式有調(diào)速，穩(wěn)速和加減速。 在調(diào)速系統(tǒng)中，經(jīng)常在速度允許的范圍之內(nèi)分檔或無級的調(diào)整生產(chǎn)機(jī)械的速度。達(dá)到需求的生產(chǎn)轉(zhuǎn)速，在穩(wěn)速系統(tǒng)中通過一定的手段使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在某一個值。對于啟動和停止頻繁的生產(chǎn)機(jī)械，在啟動的時候需要加速，停止的時候減速，并使加速和減速的時候平穩(wěn)。 在日常生活中，速度無處不在，對速度的控制也隨處可見，速度的變化對我們的生產(chǎn)生活都會產(chǎn)生很大的影響。運(yùn)行的電梯時，在開始運(yùn)行和到達(dá)目的地之前，都會有一個加速和減速的過程，在二者又要要求運(yùn)動的平穩(wěn)，給人一種安全平穩(wěn)的乘坐環(huán)境。自動化生產(chǎn)線上，機(jī)械手去放物件時，在接近起點(diǎn)和終點(diǎn)還有一段距離時，就會開始變速，慢慢靠近，這樣既可以避免過大的剛性沖擊給機(jī)器或者貨物造成破壞，又可以保證工作的精度。 1.3課題的意義 智能檢測是現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展方向，隨著計算機(jī)控制技術(shù)的普及和發(fā)展，智能控制設(shè)備和智能儀器儀表在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的使用越來越普遍。結(jié)合傳感器和電路檢測技術(shù)實(shí)時采集數(shù)據(jù)，并將電信號輸出給微處理器或單片機(jī)進(jìn)行計算，將數(shù)據(jù)直觀的顯示出來，給人們提供很大的便利。 在生活實(shí)踐中，速度智能檢測應(yīng)用廣泛，直線運(yùn)動的速度檢測經(jīng)常用線性度比較高的霍爾傳感器，電感傳感器，電容接近開關(guān)，超聲波傳感器激光傳感器，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速度檢測中常用光電編碼器，霍爾式車速傳感器。因?yàn)樾D(zhuǎn)式傳感器，特別是在長距離運(yùn)動中旋轉(zhuǎn)編碼器可以，所以在很多直線運(yùn)動中也使用旋轉(zhuǎn)式編碼器。 1.4研究內(nèi)容 本文研究內(nèi)容有以下要點(diǎn)： 第一點(diǎn)：，并將其加工出來，安裝在液壓試驗(yàn)臺上進(jìn)行測試。 第二點(diǎn)：設(shè)計液壓基本回路，運(yùn)用接觸器模塊實(shí)現(xiàn)對液壓回路的控制； 第三點(diǎn)：使用以單片機(jī) STC89C52RC為核心的開發(fā)板，用C語言對其進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對信息的采集與處理，計算出液壓缸平均速度，把結(jié)果送數(shù)碼管顯示出來，達(dá)到智能檢測的效果。 2.液壓系統(tǒng) 2.1液壓系統(tǒng)的簡介 液壓傳動又稱為容積式液壓傳動,是用液體作為介質(zhì),利用液體的壓力能和動能來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動裝置。圖1.1為液壓系統(tǒng)的組成，液壓系統(tǒng)的組成主要有： 圖1.1 液壓系統(tǒng)的組成 (1)動力元件——液壓油泵； (2)執(zhí)行元件——液壓油缸、液壓馬達(dá)； (3)控制元件——液壓閥，控制液壓油的壓力、流量與方向； (4)輔助元件——管件、壓力表、儲能器、濾油器等等； (5)工作介質(zhì)——傳遞壓力的工作介質(zhì)，通常為液壓油，同時還可起潤滑、冷卻和防銹的作用。 液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動、氣壓傳動相比較有以下優(yōu)點(diǎn)[8]： (1)功率一定，體積小巧、重量輕微、結(jié)構(gòu)緊密、慣性小，可快速的啟動與頻繁的換向，以及傳遞較大力和較大轉(zhuǎn)矩。 (2)調(diào)速范圍大，能夠?qū)崿F(xiàn)無級的調(diào)速，且可達(dá)100：1 至2000：1。而且最低轉(zhuǎn)速可穩(wěn)定達(dá)到每分鐘幾轉(zhuǎn)，同時可完成低速大力或低速速度大扭矩的傳動，不必用減速器。 (3)傳遞運(yùn)動穩(wěn)定平衡、方便性好可靠性強(qiáng)；盡管負(fù)載變化速度仍較穩(wěn)定。 (4)控制方便、調(diào)節(jié)不費(fèi)力，容易于實(shí)現(xiàn)自動化控制；在液壓傳動基礎(chǔ)加上電控或氣動的配合使用，能完成各種自動化工作循環(huán)，同時還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 (5)能夠完成過載保護(hù)，組成液壓系統(tǒng)的各元件自行可以完成潤滑，有利于延長使用壽命。 (6)組成液壓系統(tǒng)的元件一般都標(biāo)準(zhǔn)、通用，有利于設(shè)計制造加工和大范圍推廣；各元件之間使用管路連接，在液壓系統(tǒng)排列布置時容易實(shí)現(xiàn)較大機(jī)動性。 (7)與機(jī)械傳動相比容易完成直線運(yùn)動。 液壓傳動裝置存在的不足： (1)因?yàn)椴捎靡后w傳遞動力，系統(tǒng)容易出現(xiàn)泄漏液體的現(xiàn)象，造成傳動效率降低，不適用于遠(yuǎn)程傳動。 (2)對油的溫度變化比較敏感，容易造成運(yùn)動件的運(yùn)動速度不能穩(wěn)定，同時油液的清潔度對整個裝置要求很高。 (3)為降低泄漏液體現(xiàn)象的發(fā)生，液壓元件的加工精度要求提高，加工工藝變得復(fù)雜，從而造成成本升高。 (4)系統(tǒng)出錯有故障發(fā)生時時，不容易查找原因和排除。 (5)系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生噪聲，且噪聲較大。 2.1.1齒輪泵 圖2.1 外嚙合齒輪泵的工作原理 齒輪泵是一種常用的液壓泵，按其結(jié)構(gòu)形式可分為外嚙合輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。 圖 2.1 所示為普通常用的外嚙合齒輪泵的工作原理。 （1）齒輪泵存在的主要問題： 泄漏 齒輪泵中由于兩個齒輪的兩側(cè)存在間隙，當(dāng)齒輪泵工作時，高壓油從這些間隙通過流向低油壓腔。除此之外，還有兩齒輪齒頂圓嚙合的地方。其中對端面間隙對泄漏的影響是最大的，占到泄漏總量的 75%~80%。端面間隙是造成齒輪泵壓力提高的主要因素。 齒輪徑向力不平衡 齒輪泵工作時，排油腔的油壓大于進(jìn)油腔，齒輪運(yùn)動，每個齒所受到的壓力不同，導(dǎo)致軸和軸承受力不平衡，造成軸承的損傷。減小這種現(xiàn)象所帶來的影響常用的措施為減小排油口。 圖2.2 齒輪泵的徑向壓力分布 圖2.3 齒輪泵的困油現(xiàn) （2）提高壓力的措施 在齒輪泵工作中，盡可能提高齒輪泵的壓力是工作人員設(shè)計齒輪泵理想的目標(biāo)。提高壓力，最直接的方法是縮小間隙。普通外嚙合齒輪泵中，齒輪緞面與兩側(cè)泵體表面之間，齒輪的齒頂和泵體的兩個頂面存在著很大的間隙，從這些間隙流過的油占整個工作過程油量的三分之二。減小這些間隙，將大大提高油泵工作壓力，常用的措施為彈力側(cè)板，和浮動軸套。依靠油壓，作用彈力壓板，浮動軸套，減小端面和頂面兩個地方的間隙。 （3）外嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn)及使用 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低，油壓取決于吸油腔，自吸性強(qiáng)。缺點(diǎn)為由于齒輪嚙合，壓力不等，造成軸承易損壞。噪音也大。所一般應(yīng)用于低壓外嚙合齒輪泵和中壓齒輪泵。 2.1.2液壓缸 執(zhí)行元件，依靠壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用于驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)作往復(fù)直線運(yùn)動。其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，能與各類泵相配合，能實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動，應(yīng)用廣泛。圖2.4為液壓缸結(jié)構(gòu)圖。 液壓缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：活塞式、柱塞式和組合式。 按工作方式分為：液壓油單作用方式和液壓油雙作用式方式。 密封裝置：主要防止液壓油的泄露，密封裝置的優(yōu)略直接影響液壓缸的工作性能。 常用的密封方法有利用各運(yùn)動元件之間配合面之間的間隙避免漏油和利用液壓桿上活塞的環(huán)形槽之內(nèi)的密封圈與缸筒貼合防止漏油。 圖2.4 液壓缸結(jié)構(gòu)圖 2.1.3液壓控制閥 液壓控制閥是在液壓系統(tǒng)中不僅能控制液壓油的方向，還能控制液壓油的壓力和流量。從而不僅能控制液壓缸的運(yùn)動方向和速度，而且還能控制順序動作。在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮巨大作用。 （1） 普通單向閥 普通單向閥是一種使液壓油正向流通，反向截至的控制元件。單向閥工作時，液壓油正向流通，流動沖擊小，能量損失小，反向工作時由于閥芯的緣故，不能使液壓油流通。 1—閥體 2—閥芯 3—彈簧 4—閥蓋 5—彈簧座 圖2.5 單向閥 如圖2.5a和圖2.5b，分別是管式連接的直通式單向閥和板式連接的直角式單向閥。圖2.5c為普通單向閥實(shí)物圖這里為了使看圖方便，沒有畫出管式連接的螺紋和板式連接的密封圈安放槽等（以下同）。液壓油從P1口流入，克服閥芯上彈簧力的作用，從P2流出，液壓油反向流入時，通過P2口，流入閥芯中間孔，在液壓油的作用下，堵住液壓油從P1流出。 在單向閥中，彈簧選取不宜過大，彈簧力克服閥芯與閥體之間的摩擦力即可。一般情況下，單向閥的開啟壓力為0.035～0.05MPa，通過額定流量時壓力損失不應(yīng)該超過0.1～0.3MPa。 (2)幾種常見換向閥 1　 手動換向閥 手動換向閥是用手動杠桿操縱閥芯換位的換向閥。按換向定位方式不同，分為彈簧復(fù)位式2.6a定位位式2.6在手動操縱結(jié)束后，彈簧力的作用使閥芯能夠自動回復(fù)到中間位置；后者由于定位彈簧的作用使鋼球卡在定位槽中，換向后可以實(shí)現(xiàn)位置的保持。 圖2.6 手動換向閥 2　 電磁動換向閥 電磁換向閥工作時，線圈得電，邪鐵吸合推動閥芯動作，控制油路的通順與斷開。圖2.7為三位四通電磁閥，左右兩端為線圈控制，中間為彈簧復(fù)位，分別有A,P,T,B四個油口。 圖2.7 三位四通換向閥 (3)直動式溢流閥 圖2.8 普通直動式溢流閥 直動式溢流閥分錐體式溢流閥圖2.8a和閥體式溢流閥2.8b。錐體溢流閥工作時，由進(jìn)優(yōu)口P流入，壓力大時，克服手輪上彈簧力的作用，液壓油從T口流出。閥體式直動溢流閥工作時，液壓油從進(jìn)油口P流入，從閥體下通道里流入，當(dāng)壓力不大時，閥芯不能移動。壓力增大，可以克服彈簧力和從P口流入的液壓油油壓時，閥體向上移動，液壓油從T口流出，油壓越大，閥體打開的口越大，T口流量越大。 (4) 單向調(diào)速閥 圖2.9 單向調(diào)速閥 單向調(diào)速閥為調(diào)節(jié)速度的裝置，自帶壓力補(bǔ)償裝置，不受壓力大小的影響。該裝置最大的特點(diǎn)為單向能夠精確調(diào)速，反向流通。 2.2機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)臺 實(shí)驗(yàn)臺主要由T型槽鋁合金臺，液壓元件，控制模塊，電機(jī)。PLC可編程控制器及手動編程器等組成。 如圖2.10所示為機(jī)電液試驗(yàn)臺，可在上面搭建電路，液壓回路等系統(tǒng)回路。 1—交流電源模塊 2—液壓泵驅(qū)動模塊 3—直流電源模塊 4—接觸器模塊5——按鈕控制模塊 6—可編程控制器模塊 7—時間/熱繼電器模塊8—傳感器模塊9—PLC工程案例實(shí)訓(xùn)模塊 圖2.10 機(jī)電液氣綜合試驗(yàn)臺 (1)交流電源模塊DB-1：電源模塊可為系統(tǒng)提供380V三相交流和220V交流電。 (2)液壓泵驅(qū)動模塊DB-5：該模塊為液壓泵控制模塊，有手動控制和自動控制兩種方式控制液壓泵的啟停。 (3)直流電源模塊DB-2：可將220V交流電轉(zhuǎn)化為直流電，為其他模塊和元器件提供所需要的DC 5V,DC 12V,DC 24V電壓。 (4)接觸器模塊DB-6：用于控制電路的的通斷，需用24V的直流電,有5個常開觸點(diǎn)四個常閉觸點(diǎn)。 (5)按鈕控制模塊DB-9：內(nèi)設(shè)8個按鈕，2個旋鈕開關(guān)，1個急停開關(guān)。 (6)時間/熱繼電器模塊DB-7：主要完成液壓繼電器控制應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、氣動回路繼電器控制實(shí)驗(yàn)、機(jī)電類電氣控制實(shí)驗(yàn)等主要輔助實(shí)驗(yàn)?zāi)K。 (7)傳感器應(yīng)用模塊DB-14；安裝有電容式，電感式，光電式，霍爾傳感器各一個，控制電壓為DC 24V。 (8)PLC工程案例實(shí)訓(xùn)模塊；主要用于交通燈實(shí)驗(yàn)和廣告燈實(shí)驗(yàn)。 交流轉(zhuǎn)直流的方法 1　 保險管： 2　 指示燈 3　 AC 220V電壓輸入 4　 電源開關(guān) 5　 DC 12V電壓表 6　 DC 5V電壓輸出 7　 DC 12V電壓輸出 8　 DC 24V電壓輸出 9　 DC 5V電壓表 10　 DC 24V電壓表 圖2.11 直流電源模塊 按圖2.12連好線路就可以分別輸出DC +5V, DC +12V, DC +24V的電壓。 （1）液壓缸硬件接線方法 圖2.12 液壓泵驅(qū)動模塊接線圖 按圖2.12 連將黑色旋鈕旋轉(zhuǎn)好線路供上電，將紅色旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動端，將黑色旋鈕旋轉(zhuǎn)到啟動端即可啟動液壓泵。至停止端即可停止液壓泵。當(dāng)然也可以將紅色旋鈕旋轉(zhuǎn)至PC端實(shí)現(xiàn)PC控制。 （2）PLC硬件接線方法 圖2.13 PLC硬件接線實(shí)物圖 按圖2.13連好電路，即可用電腦通過相關(guān)軟件對PLC進(jìn)行編程，并通過串口將PLC程序下載到可編程控制器模塊。 2.3現(xiàn)代智能檢測的原理 智能檢測系統(tǒng)遍布廣泛，盡管種類繁多，但大同小異，將被測對象的物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號，并通過信號調(diào)理電路，數(shù)據(jù)采集，信號處理，由輸出設(shè)備輸出并顯示，再加上必要的穩(wěn)壓電源設(shè)備，輸入設(shè)備構(gòu)成一個完整的檢測系統(tǒng)。 圖2.14 現(xiàn)代檢測系統(tǒng)一般組成框圖 2.3.1信號采集和輸出 信號采集是將調(diào)理好的信號經(jīng)過離散化轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的模擬電壓信號，并輸出給微處理器或單片機(jī)進(jìn)行儲存。。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是： （1）輸入模擬電壓信號范圍，單位　V； （2）轉(zhuǎn)換速度（率），單位　次／s； 信號輸出為將被測的物理量或化學(xué)量直觀的在顯示設(shè)備上顯示出來，便于人們直觀的觀察被測物體的瞬時量或累積量。 2.3.2輔助采集 接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測有無物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時，就可以發(fā)出“動作”信號 接近開關(guān)的核心部分是“感辨頭”，它對接近的物體有很高的感辨能力，是一種非接觸測量。 接近開關(guān)具有體積小，便于安裝的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，與被測量無接觸，壽命長，響應(yīng)快。其缺點(diǎn)為觸點(diǎn)識別量小。 在生活實(shí)踐中，速度智能檢測應(yīng)用廣泛，直線運(yùn)動的速度檢測經(jīng)常用線性度比較高的霍爾傳感器，電感式接近開關(guān)，電容式接近開關(guān)，超聲波傳感器激光傳感器，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速度檢測中常用光電編碼器，霍爾式車速傳感器。因?yàn)樾D(zhuǎn)式傳感器，特別是在長距離運(yùn)動中旋轉(zhuǎn)編碼器可以。所以在很多直線運(yùn)動中也使用旋轉(zhuǎn)式編碼器，比如在電纜的生產(chǎn)中，需要知道電線的走線速度，使用編碼器閉環(huán)控制通過檢測走線速度并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 表2.1 接近開關(guān)按其工作原理分類 種類 特點(diǎn) 例子 自感式、差動變壓器式 只對導(dǎo)磁物體起作用 電渦流式（俗稱電感接近開關(guān)） 只對導(dǎo)電良好的金屬起作 電容式 對接地的金屬起作用 磁性干簧開關(guān) 只對磁性較強(qiáng)的物體起作用 霍爾式 對磁性物體起作用 基于旋轉(zhuǎn)式傳感器分辨率高，實(shí)時檢測速度的優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計中使用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器檢測液壓缸直線運(yùn)動的速度。需要設(shè)計一種機(jī)械結(jié)構(gòu)可以將液壓缸直線運(yùn)動的速度轉(zhuǎn)化為編碼器可測的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速度。并將其在機(jī)電實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行測試，以單片機(jī)開發(fā)板為載體，將速度顯示在數(shù)碼管上。接下來介紹單片機(jī)，數(shù)碼管與編碼器的工作原理。 3速度檢測裝置 3.1 STC89C52RC單片機(jī) STC89C52RC單片機(jī)的引腳如圖3.1所示，因?yàn)槭艿郊呻娐沸酒_數(shù)目的限制，所以許多引腳配置雙功能，功能簡要說明如下 圖3.1 STC89C52RC單片機(jī) VCC： STC89C52RC電源正端輸入，接+5V。 VSS：電源地端。 其引腳分配如下： P3.0：RXD，串行通信輸入。 P3.1：TXD，串行通信輸出。 P3.2：INT0，外部中斷0輸入。 P3.3：INT1，外部中斷1輸入。 P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。 P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。 P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 3.2數(shù)碼管 數(shù)碼管是常見的顯示元件，可以顯示阿拉伯?dāng)?shù)字，由多個發(fā)光二極管封裝組成，內(nèi)部引線焊接，外部接公共電極，其形狀為“8”字，通常多一個二極管為小數(shù)點(diǎn)。 數(shù)碼管種類很多，按二極管個數(shù)個數(shù)可分為7個二極管管封裝的數(shù)碼管和8個二極管封裝的數(shù)碼管，多余的一個二極管封裝作為一個小數(shù)點(diǎn)。按公共電極可分為共陰數(shù)碼管和共陽數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管顧名思義公共電極為陽極接+5V，該型數(shù)碼工作時，給一個封裝二極管陰極低電平，該二極管點(diǎn)亮。給高電平時，二極管不亮。共陰二極管公共極接地。工作原理正好與共陽數(shù)碼管相反。圖3.2為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管原理圖。 （a）引腳圖 （b）共陽 （c）共陰 圖3.2 數(shù)碼管 3.3編碼器 編碼器是一種常用的速度檢測傳感器。由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。圖3.3為編碼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編 碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 圖3.3 編碼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 通常情況下編碼器的輸出波形如圖 2 所示。當(dāng)編碼器動作時將產(chǎn)生 A、B 兩相脈沖信號, 且 A 、B 兩相信號 的波形 完全相同, 僅是存在 90
相位差。編碼器 的運(yùn)動 方向分為正負(fù)兩個方向: 正方向運(yùn)動時對應(yīng)的脈沖輸出波形對應(yīng)圖 1 從左向右的波形; 負(fù)方向運(yùn)動時對應(yīng)的脈沖輸出波形從右向左的波形。 圖3.4 編碼器輸出信號圖  4方案選定及其設(shè)計過程 概述 設(shè)計的整體思路如下： 第一步，基于機(jī)電液氣綜合試驗(yàn)臺設(shè)計出簡單的接觸器控制回路，進(jìn)一步了解相應(yīng)原件和模塊的使用方法； 第二步，搭接所用的變速回路，在實(shí)現(xiàn)接觸器控制的基礎(chǔ)上，通過按鈕進(jìn)行控制，并加入編碼器，實(shí)現(xiàn)自動化控制； 第三步，在單片機(jī)開發(fā)板上編寫和調(diào)試測速程序，對編碼器進(jìn)行調(diào)試并在數(shù)碼管上顯示脈沖數(shù)； 第四步，將便攜性測速機(jī)構(gòu)安裝在液壓缸上，實(shí)時檢測速度，并在單片機(jī)上顯示平均速度。 第五步，用霍爾傳感器直接檢測液壓缸速度，并與編碼器測速比較，分析誤差原因，改進(jìn)方案，減小測速誤差。 現(xiàn)將液壓換接回路及其控制系統(tǒng)所要用到的元件使用方法簡要介紹如下：4.2液壓速度換接回路的設(shè)計過程。 4.1液壓缸回路的搭建 （1）基本換向閥換向回路 將電線交流模塊中AC220V OUT與直流電源模塊AC220V IN相連（L-L,N-N）。將交流電流轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)可用的直流電流，實(shí)驗(yàn)中常用的直流電通常為5V,12V,24V。接著將直流模塊中DC24V OUT 與液壓泵控制模塊中DC24V IN相連，（L-L,N-N）,接著在液壓泵模塊中用電線將DC24V IN與PC控制口相連，此時液壓泵的驅(qū)動電路連接完成。接著將直流電源模塊中的DC24V OUT與按鈕控制模塊和交流接觸器模塊相連。圖4.1為基本回路連接圖。 圖4.2中，KM1控制液壓桿伸出，KM2控制液壓桿縮回。按下SB2按鈕，KM1線圈得電，伸出接觸器KM1中的觸點(diǎn)常開KM1閉合，電磁換向閥左端的YA1得 圖4.1 換向回路接觸器控制實(shí)物圖 電工作，液壓缸進(jìn)油口進(jìn)油，出油口出油，液壓桿伸出，由于縮回接觸器控制電路中連接一個常閉觸點(diǎn)KM1,所以在同一時間內(nèi)，只有一個接觸器在工作。同樣的控制原理，按下按鈕SB3，接觸器KM2線圈得電，縮回接觸器中動斷觸電KM2閉合，YA2工作，液壓缸出油口進(jìn)油，進(jìn)油口出油，液壓桿縮回。按下按鈕SB1,接觸器失電，液壓缸處于卸荷狀態(tài)。 圖4.2 換向回路接觸器控制接 圖 4.3 換向回路原理圖 讓液壓缸開始工作時，先開啟交流電源中的按鍵，接著開直流電源模塊中的按鍵，將泵站起停旋鈕扳到啟動（初始狀態(tài)時，液壓泵控制旋鈕在手動位置，泵站起停旋鈕在停止位置。）操作結(jié)束時，先將溢流閥關(guān)閉（壓力表顯示為0），接著將液壓泵控制模塊關(guān)閉，然后關(guān)掉直流電源模塊，最后將交流電源模塊按鍵關(guān)閉。 （2）變速回路 將電線交流模塊中AC220V OUT與直流電源模塊AC220V IN相連（L-L,N-N）。將交流電流轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)可用的直流電流，實(shí)驗(yàn)中常用的直流電通常為5V,12V,24V。接著將直流模塊中DC24V OUT 與液壓泵控制模塊中DC24V IN相連，（L-L,N-N）,接著在液壓泵模塊中用電線將DC24V IN與PC控制口相連，此時液壓泵的驅(qū)動電路連接完成。接著將直流電源模塊中的DC24V OUT與按鈕控制模塊和交流接觸器模塊相連。 圖4.4 變速回路接觸器控制實(shí)物圖 電磁閥1左端YA1工作，液壓桿迅速伸出，同時按下SB2,SB3，電磁閥左端口得電，電磁閥2右端YA2得電,油路不通，單向調(diào)速閥工作，旋轉(zhuǎn)旋鈕到不同的位置，閥口大小不同，從而達(dá)到控制液壓桿伸出速度的目的。按SB4,電磁閥1右端YA3得電，液壓缸桿快速縮回。KM1控制液壓桿迅速伸出，KM2控制電磁閥2得電工作，KM1,KM2同時工作，控制液壓桿慢速伸出，KM3控制液壓桿快速縮回。 圖4.5 接觸器控制的變速回路原理圖 圖4.6 變速回路接觸器控制接線圖 按下按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，伸出接觸器中KM1動斷觸點(diǎn)閉合，YA1得電工作，液壓桿迅速伸出。同時按下SB3,慢速伸出接觸器中KM2線圈得電，動斷觸點(diǎn)KM2在慢速伸出接觸器回路中閉合，電磁閥2得電，油路堵死，調(diào)速回路工作。液壓桿慢速伸出。按下按鈕SB4,KM3線圈得電，縮回接觸器回路中動斷觸點(diǎn)KM3閉合，快速伸出接觸器回路中動斷觸點(diǎn)KM3斷開，液壓桿快速縮回，由于控制回路中KM1,KM3互鎖，在同一時間只有一個在工作。（按下SB4，SB3按與不按，由于單向調(diào)速閥的特性，對液壓桿縮回速度影響不太。）圖4.7為各按鈕的功能圖。 圖4.7 SB1,SB2,SB3,SB4按鈕功能圖 4.2便攜性速度檢測裝置設(shè)計 4.2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與加工 增量式光電編碼器是一種體積小巧、 精度高、 響應(yīng)速度快捷、 性能穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速與位置傳感器在測速控質(zhì)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。光電編碼器在位移測量中的應(yīng)用原理光電編碼器是一種高精度的角位移傳感器。因其具有直接輸出數(shù)字量、響應(yīng)快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高、輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)。用光電編碼器測量直線位移時，需用傳動機(jī)構(gòu)將直線位移轉(zhuǎn)換為光電編碼器的轉(zhuǎn)動角度。常見的方式有齒輪齒條式，拉繩式。 拉繩編碼器由光電編碼器，帶螺紋的輪轂，不銹鋼繩，發(fā)條彈簧和箱體組成，精密編碼器的軸與不銹鋼繩纏繞的輪轂固定，編碼器的外殼與箱體固定。由于拉繩編碼器行程量大，精度高的優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于測量直線位移運(yùn)動的速度。測速時編碼器固定在被測物體不懂得一側(cè)，拉繩一端的掛鉤固定在移動的一端，被測一端開始運(yùn)動，拉繩伸出帶動輪轂與編碼器的軸轉(zhuǎn)動，編碼器輸出脈沖信號，脈沖數(shù)與拉繩的移動距離成比例。拉繩縮回時，發(fā)條彈簧帶動輪轂旋轉(zhuǎn)，使拉繩保持拉緊狀態(tài)。圖4.8為常見的拉繩式編碼器。 圖4.8 拉繩編碼器 利用液壓試驗(yàn)臺平坦，體積小的優(yōu)勢我們采用了一款計米輪摩擦式測速裝置，該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)輕巧，便于安裝，測速精度高，適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。由于拉伸編碼器加工精度高，成本高，且運(yùn)動時會發(fā)生斷繩的現(xiàn)象，計米輪接觸式編碼器成本低易于加工，且精度較高，所以我們采用計米輪接觸式編碼器進(jìn)行速度檢測。 圖4.9 測速裝置實(shí)物裝配順序圖 （1）計米輪接觸式編碼器測速原理 液壓缸桿運(yùn)動時推動連接塊，使在一起的計米輪轉(zhuǎn)動，計米輪帶動編碼器上的光柵旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測，給單片機(jī)輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)能反映當(dāng)前計米輪的轉(zhuǎn)速。將轉(zhuǎn)速顯示在數(shù)碼管上。 （2）機(jī)構(gòu)設(shè)計 將機(jī)構(gòu)通過Pro/E進(jìn)行建模，裝配并進(jìn)行模擬仿真，并采用CAM技術(shù)加工制作。圖4.10為便攜性測速裝置三維模型。 圖4.10 便攜性測速裝置三維模型 （3） 檢測裝置的結(jié)構(gòu)組成 液壓缸桿與連接塊連接，用螺母固定，加固片與連接塊用螺釘連接，母固定，螺釘穿過編碼器座，加固片和連接塊，用螺母和墊片固定，并使編碼器座可以自由轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動范圍由加固片的滑槽大小決定。編碼器與編碼器座用螺釘固定，計米輪與編碼器軸連接，用銷釘固定，橡皮筋用于連接加固片和編碼器座，使計米輪上的O型圈與試驗(yàn)臺上的T型鋁板始終接觸，從而保證計米輪與編碼器準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動，避免出現(xiàn)液壓缸運(yùn)動過程中丟失脈沖的現(xiàn)象。圖4.11，4.12為便攜性測速裝置結(jié)構(gòu)圖和編碼器與液壓桿連接圖。 1計米輪 2.O型圈 3.橡皮筋 4.編碼器座 5.加固片 6.連接塊 7.編碼器 圖4.11便攜性測速裝置結(jié)構(gòu)圖 1.計米輪 2.O型圈 3.橡皮筋 4.編碼器座 5.加固片 6.連接塊 7.編碼器 圖4.12 編碼器與液壓桿連接 （4）檢測裝置零件的組成與設(shè)計 檢測裝置由計米輪，編碼器座，加固片，連接塊四個零件，還有橡皮筋，O型圈，碼盤等元件組成。計米輪采用D50的PVC棒料，在數(shù)控車床上通過編程進(jìn)行加工。連接塊采用PVC板材，在數(shù)控銑床上采用CAM技術(shù)，用Pro/E建模，在CAXA上建立毛胚，設(shè)置刀具，加工軌跡進(jìn)行模擬加工，導(dǎo)出G代碼，在銑床上加工，縮短加工時間，大大提高加工效率。編碼器座和加固片采用黑色亞克力板，在激光切割機(jī)上加工。圖4.13為編碼器與加工所得的零件，下面以連接塊的建模和加工過程為例給予介紹。 圖4.13 編碼器與與加工的零件 打開Pro/E,新建一個零件圖，在工具欄中點(diǎn)擊文件，在下拉菜單欄中點(diǎn)擊新建，出現(xiàn)一個框圖，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊零件，在名稱欄中輸入零件名稱，取消掉缺省方格中的對勾后，出現(xiàn)另外一個框圖選取毫米制并點(diǎn)選。新建完成以后，點(diǎn)擊保存，選擇保存路徑并確定。 為了方便快速建模，對拉伸命令設(shè)置快捷鍵，在工具欄中點(diǎn)選工具，在點(diǎn)選映射鍵，點(diǎn)擊新建，輸入名稱L（名稱隨便），點(diǎn)擊錄制，然后進(jìn)行拉伸操作，操作完成后，點(diǎn)擊停止，確定，然后運(yùn)行，最后保存，保存路徑默認(rèn)即可，無需改變。在以后拉伸命令中輸入L即可。 輸入L，點(diǎn)選Front平面，草繪一個30X40的長方形，關(guān)于中心線左右對稱。在中心點(diǎn)繪制直徑16的圓，尺寸由液壓桿和試驗(yàn)臺決定。并在同一個草繪中畫四個直徑6的圓關(guān)于中心線對稱，兩兩圓心相距18mm，20mm。并在草繪中點(diǎn)選對勾，結(jié)束草繪。選取實(shí)體拉伸，拉伸深度10mm,對稱拉伸。點(diǎn)擊綠色對勾，結(jié)束拉伸命令。輸入L,在Right平面上草繪，繪制兩個直徑4mm的圓，兩圓距離30mm。點(diǎn)選對勾結(jié)束草繪，拉伸深度31mm,對稱拉伸。點(diǎn)選綠色對勾完成拉伸命令，連接塊繪制完成，保存。 圖4.14 連接塊Pro/E模型 將連接塊在Pro/E中備份為dwg格式的二維平面圖，用Caxa打開，在Caxa中模擬加工。首先對平面圖建立坐標(biāo)系，設(shè)置坐標(biāo)原點(diǎn)，接著制作60x60x10的毛胚，點(diǎn)選菜單欄中的加工，點(diǎn)選下拉菜單中的常用加工中的平面區(qū)域粗加工，將中間直徑16mm的圓銑削，因?yàn)椴捎肞VC板加工，主軸轉(zhuǎn)速1000r/min,切削速度100，走到方式選取環(huán)切走刀，選用直徑10mm的立銑刀，行距3mm,每次走刀深度2mm,拾取輪廓線，右鍵完成。 點(diǎn)取孔加工命令，選取鉆孔，安全高度30mm,鉆孔深度14mm,主軸轉(zhuǎn)速1000r/min,鉆孔速度80，拾取四個圓，鉆頭直徑6mm,右鍵完成。 接著進(jìn)行平面輪廓精加工，基本參數(shù)與粗加工相同。接著實(shí)體仿真，選取已經(jīng)完成的加工軌跡，右鍵模擬加工。圖4.13為實(shí)體加工仿真圖。最后將程序?qū)С?，修改一下格式? 圖4.15 為實(shí)體加工仿真圖 開總開關(guān)，將數(shù)控銑床總旋鈕打開，接著開啟控制面板的綠色按鈕，打開急停開關(guān)，將機(jī)床回參考點(diǎn)，然后將毛胚夾在虎鉗上，要求加工表面平整，然后設(shè)置G54坐標(biāo)原點(diǎn)，完成以后把銑刀移到安全位置，在程序編寫狀態(tài)下，將CAXA導(dǎo)出的G代碼程序輸入數(shù)控銑床，將旋鈕轉(zhuǎn)到Memory位置，按下自動加工按鈕，銑床開始加工。 粗加工程序G代碼 % O1200 G40 G49 G69 G80 N12 G90 G54 G0 X2.9 Y0. S1000 M03 N14 G43 H0 Z30. N16 Z6. N18 G1 Z-4. F60 N20 G17 G2 I-2.9 J0. F100 N22 G1 Z6. N24 G0 Z30. N26 Z2. N28 G1 Z-8. F60 N30 G2 I-2.9 J0. F100 N32 G1 Z2. N34 G0 Z30. N36 Z0. N38 G1 Z-10. F60 N40 G2 I-2.9 J0. F100 N42 G1 Z0. N44 G0 Z30. N46 M05 N48 M30 % 4.2.2編碼器檢測 在便攜性速度檢測裝置中，采用AB兩相增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)一圈可以輸出100個脈沖。可以根據(jù)在一定的時間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)計算液壓缸柱塞的運(yùn)動速度。在方案中將其與一加工精度高直徑49.79mm的計米輪同軸安裝，計米輪在橡皮筋的拉緊作用下與液壓試驗(yàn)臺工作面接觸。在液壓缸柱塞運(yùn)動過程中，依靠摩擦力 圖4.16編碼器測速系統(tǒng) 帶動計米輪旋轉(zhuǎn)，把液壓缸柱塞的直線位移轉(zhuǎn)化為光電式編碼器的脈沖數(shù)字信號輸 出并通過單片機(jī)處理計算平均速度在數(shù)碼管顯示。如圖4.16所示 編碼器旋轉(zhuǎn)一周，脈沖個數(shù)為N個，則旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率是： P=2π/N 計米輪半徑為Dmm,則位移分辨率（單位mm/s）是： Ps=π D/N 若脈沖個數(shù)為m個，則由編碼器測量的位移量s(單位：mm) s=Ps*m 液壓缸柱塞運(yùn)動速度 v=s/t 即：v=π* D*m/(N*t) 注：t為接收m個脈沖所用的時間（單位：s）。 本文使用的是89C52RC的單片機(jī)開發(fā)板，按編碼器提示，編碼器上的白色線與單片機(jī)上的Vcc引腳連接，黑色線與單片機(jī)的GND引腳相連，A相信號線與單片機(jī)的P1.0引腳連接，B相信號線與P1.1引腳連接。兩個霍爾傳感器的信號線分別與P1.2,P1.3引腳連接。各自其余的兩根電源線分別與單片機(jī)的兩個Vcc引腳和GND引腳連接。圖4.17為編碼器和霍爾開關(guān)的連接圖。 圖4.17編碼器和霍爾開關(guān)連接電路圖 采用C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，首先對各個寄存器初始化定義，接著編寫數(shù)碼管顯示的程序，編碼器采集數(shù)據(jù)的程序，計算速度的程序，并掃描按鍵。圖4.18為主程序流程圖。 首先用define作預(yù)處理宏定義，將編碼器的直徑，脈沖數(shù)做宏定義，方便在后面的程序中修改。對數(shù)碼管，編碼器A,B兩相信號線端口，以及按鍵初始化，由于采用數(shù)碼管動態(tài)顯示，編寫數(shù)碼管中要顯示的數(shù)碼部分。Couter,couter1分別為當(dāng)前脈沖值和前一次脈沖值，初始化定義完成以后，進(jìn)行函數(shù)的編寫，首先編寫延時程序，延時函數(shù)在程序中是非常重要的程序，服務(wù)于編碼器脈沖的采集與數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)。數(shù)碼管顯示函數(shù)包括正負(fù)的判斷，四個數(shù)碼管正負(fù)號，百位，十位，個位數(shù)字的分配和數(shù)字的顯示三部分。編碼器采集數(shù)據(jù)函數(shù)有正轉(zhuǎn)計數(shù)和反轉(zhuǎn)計數(shù)兩部分，信號B從0到1表示為編碼器正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)計數(shù)加；B信號從1到0表示為編碼器反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)計數(shù)減。還有兩個中斷函數(shù)，定時器0中斷為數(shù)碼管服務(wù)，定時器1中斷 圖4.18 主程序流程圖 為編碼器采集脈沖數(shù)服務(wù)，每隔1s采集一次脈沖值，編碼器脈沖數(shù)采集一直在累加，當(dāng)前脈沖數(shù)與前1s脈沖數(shù)相減所得數(shù)值與位移分辨率Ps相乘，即為瞬時速度，顯示在前兩個數(shù)碼管上。 霍爾傳感器SQ1安放在液壓桿初始位置，當(dāng)液壓桿做完一個完整動作后，伸出時霍爾傳感器SQ1感應(yīng)到液壓桿上的磁鐵，就會將信號傳傳給單片機(jī)，將之前數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)累加起來，計算出平均速度，顯示在后兩個數(shù)碼管上。 4.2.3直接檢測 在測速裝置中加上兩個霍爾傳感器SQ1,SQ2。如圖4.19所示，液當(dāng)液壓缸碰到傳感器SQ1，傳感器SQ1發(fā)出信號，單片機(jī)開始計時，當(dāng)液壓缸碰到傳感器SQ2，傳感器SQ2發(fā)出信號，此時單片機(jī)計時停止。SQ1與SQ2之間的安裝距離是170mm，單片機(jī)即可通過編寫的程序計算出液壓缸的平均速度。然后將所得到的速度值輸給數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)速度的顯示。顯示速度單位（mm/s）。圖4.20為速度換接回路霍爾傳感器檢測液壓缸速度裝置實(shí)物。 圖4.19 速度換接回路液壓缸速度檢測原理圖 本文使用的是89C52RC的單片機(jī)開發(fā)板，按編碼器提示，編碼器上的白色線與單片機(jī)上的Vcc引腳連接，黑色線與單片機(jī)的GND引腳相連，A相信號線與單片機(jī)的P1.0引腳連接，B相信號線與P1.1引腳連接。兩個霍爾傳感器的信號線分別與P1.2,P1.3引腳連接。各自其余的兩根電源線分別與單片機(jī)的兩個Vcc引腳和GND引腳連接。 霍爾傳感器檢測速度與編碼器測速相比比較簡單。與編寫編碼器測速程序一樣，先對數(shù)碼管的位選控制信號，段選控制信號，兩個霍爾傳感器信號IO口定義。定義動態(tài)數(shù)碼管要顯示的部分。然后編寫數(shù)碼管顯示函數(shù)，兩個傳感器檢測信號的程序，兩個定時器中斷的程序。液壓桿伸出時接近開關(guān)SQ1先有信號，打開定時器1，開始計時，當(dāng)?shù)竭_(dá)接近開關(guān)SQ2處時，關(guān)閉定時器1，計算速度，計算完畢計時清零并顯示速度。因?yàn)槎〞r器每0.05s計時一次，SQ1,SQ2兩個接近開關(guān)距離170mm,所以速度v=170×20/N,N為液壓桿運(yùn)動170mm定時器計數(shù)的次數(shù)。液壓桿縮回時，接近開關(guān)SQ2有信號，計時開始，直到接近開關(guān)SQ1有信號計時結(jié)束，開始計算速度，計算完畢，計時清零，前兩個數(shù)碼管顯示本次縮回速度，后兩個數(shù)碼管顯示累加平均速度。圖4.21為液壓桿縮回時數(shù)碼管顯示本次速度與累加平均速度值。 圖4.20 速度換接回路霍爾傳感器檢測液壓缸速度裝置實(shí)物 圖4.21 數(shù)碼管上顯示的速度值 編碼器測速系統(tǒng)中瞬時速度為液壓桿運(yùn)動每隔1s的速度值。平均速度為（液壓桿伸出和縮回為一個完整動作），累加前幾次的平均速度值。 霍爾傳感器測速系統(tǒng)中瞬時速度為液壓桿伸出或縮回本次平均速度，平均速度為液壓桿每做完一個完整的動作后，累加前幾次的平均速度。 表4.1，4.2分別為為編碼器測速系統(tǒng)和霍爾傳感器測速系統(tǒng)的平均速度。 表4.1 編碼器測速 累計次數(shù) 平均速度（mm/s） 累計次數(shù) 平均速度（mm/s） 累計次數(shù) 平均速度（mm/s） 1 52 17 48 33 48 2 52 18 48 34 48 3 52 19 49 35 48 4 51 20 49 36 48 5 51 21 49 37 48 6 50 22 48 38 48 7 50 23 48 39 48 8 49 24 48 40 48 9 49 25 48 41 48 10 49 26 48 42 48 11 48 27 48 43 48 12 47 28 47 44 48 13 47 29 47 45 48 14 46 30 48 46 48 15 47 31 48 47 48 16 47 32 48 48 48 注：本次測速中液壓缸行程200mm,液壓缸完成一個動作400mm。壓力表指數(shù)1.5MPa. 表4.2 霍爾傳感器測速 累計次數(shù) 平均速度（mm/s） 累計次數(shù) 平均速度（mm/s） 累計次數(shù) 平均速度（mm/s） 1 55 17 54 33 54 2 54 18 54 34 54 3 54 19 54 35 54 4 54 20 53 36 54 5 54 21 53 37 54 6 54 22 52 38 54 7 54 23 52 39 54 8 53 24 53 40 54 9 53 25 53 41 54 10 54 26 54 42 54 11 54 27 54 43 54 12 54 28 54 44 54 13 54 29 54 45 54 14 54 30 54 46 54 15 54 31 54 47 54 16 54 32 54 48 54 注：本次測速中兩接近開關(guān)距離170mm,壓力表指數(shù)1.5MPa 由表4.1可得液壓桿第一個動作平均速度為52mm/s，最終平均速度為48mm/s。同樣的情況，在表4.2中，由霍爾傳感器檢測速度顯示所得，第一次平均速度為55mm/s,隨著累計次數(shù)的增加，最終速度為54mm/s.兩個測速系統(tǒng)所得結(jié)果誤差為11%，在誤差允許之內(nèi)。并且由秒表累計液壓缸動作48次的時間342.85s,可得液壓缸平均速度為56s,由此可得，與秒表測速相比，編碼器測速誤差為14.2%,也在誤差允許范圍之內(nèi)。所以，我們有理由相信，編碼器檢測液壓缸速度的方法和程序都是正確的，將來我們就可以使用單片機(jī)來對速度進(jìn)行智能檢測。 由此表明隨著液壓桿完成伸出和縮回動作累加次數(shù)的增加，其最終速度會穩(wěn)定在某一個值。通過與霍爾傳感測速系統(tǒng)，和秒表測速的比較，驗(yàn)證了編碼器測速的合理性和可靠性。 4.2.4誤差分析 通過實(shí)驗(yàn)臺上模塊及線路搭接的完成，采用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)液壓桿運(yùn)動時編碼器脈沖的檢測與采集，從而通過C語言編程得到速度，并將速度顯示在單片機(jī)開發(fā)板的數(shù)碼管上。采用編碼器可以實(shí)現(xiàn)速度的隨時檢測，從而實(shí)現(xiàn)速度的實(shí)時顯示。由于考慮到誤差的影響，所以程序中設(shè)定每5ms測定一次。 根據(jù)定時器對液壓桿感應(yīng)兩個霍爾傳感器的時間，由v=L/t,直接計算出液壓桿的速度，與編碼器測速存在一定的誤差，主要由計米輪運(yùn)動時的偏心，打滑以及編碼器自身因素和液壓試驗(yàn)臺各元件的不穩(wěn)定的因素造成。 （1）計米輪的誤差 偏心 將裝配好的測速機(jī)構(gòu)安裝在液壓桿上，由于液壓桿在伸出的過程中，有時會繞桿的中心線旋轉(zhuǎn)，使計米輪出現(xiàn)偏心現(xiàn)象造成計米輪實(shí)際直徑變小。 打滑 碼盤座與連接塊之間用橡皮筋拉緊，依靠摩擦力計米輪轉(zhuǎn)動。由于外界因素，計米輪會出現(xiàn)打滑，造成丟失脈沖的現(xiàn)象，造成速度偏小。 （2）編碼器自身因素 光柵安裝時的偏心誤差，碼盤軸的軸系誤差，光柵的制造誤差是造成編碼器測速精度自身的主要因素。 （3）液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺上各元件的不穩(wěn)定及誤差影響 實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)臺為昆山巨林機(jī)電液綜合試驗(yàn)臺，此實(shí)驗(yàn)臺是集可編程控制器、變頻器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、電器控制模板、液壓元件模塊、氣動元件模塊為一體，除可進(jìn)行常規(guī)的電器組合控制實(shí)驗(yàn)外，還可進(jìn)行數(shù)控編程、直流、交流電機(jī)控制、變頻器的應(yīng)用、液壓、氣動等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以及機(jī)電液課程設(shè)計。 實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)板上各個閥體的誤差，及液壓缸的震動，導(dǎo)致所測信號的不穩(wěn)定，使得所測結(jié)果不準(zhǔn)確。 5結(jié)論 本文介紹了一種便攜性液壓缸速度檢測裝置設(shè)計過程，從液壓系統(tǒng)，速度檢測裝置，方案的選定及設(shè)計等方面對速度檢測裝置進(jìn)行了詳細(xì)說明。在液壓回路的搭建中，通過接觸器，實(shí)現(xiàn)了液壓缸兩種速度的切換；在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)了測速機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)輕巧便于安裝的功能的實(shí)現(xiàn)；在速度檢測上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集與實(shí)時顯示。以下是本次設(shè)計的成果： （1）搭建了能夠