永磁直線電機的溫度測試系統(tǒng)設計-

1、科技信息2010年第19期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 0引言直線電機是一種作直線運動而不需要任何中間轉換機構的動力裝置,具有結構簡單、噪聲低、動態(tài)響應速度快等優(yōu)點。電機的溫升是電機性能的重要指標之一,它關系到電機運行的可靠性和壽命,是電機整體設計中的首要考慮因素。永磁直線電機在運行中周圍存在著交變強磁場,容易干擾溫度傳感器工作,導致動態(tài)溫度測試誤差很大,有時甚至燒毀器件1。本文主要研究直線電機溫度測試方法和測試系統(tǒng)。1系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)主要由8051單片機、溫度采集與A/D 轉換電路、報警電路,看門狗和存儲器電路、鍵盤電路、溫度顯示電路、串口通信電路組成。系

2、統(tǒng)原理框圖如圖1所示。 圖1系統(tǒng)原理框圖本文采用8051單片機作為溫度測試系統(tǒng)的下位機,PC 機作為上位機,將溫度傳感器的電壓信號,經過采樣電路采集放大后經串行輸出、雙極性輸入A/D 轉換器MAX1270進行A/D 轉換,將轉換后的數(shù)字量送入單片機進行處理,系統(tǒng)擴展4個數(shù)碼管(LED,可同步顯示被測溫度,采用標準RS232C 協(xié)議完成PC 機和單片機間的通信。1.1溫度采集電路本文溫度傳感器選用Pt100溫度傳感器,其測量范圍:-200+850,最大允通電流為5mA ,具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。為提高溫度檢測精度,Pt100傳感器可以采用四線制測量法(非橋路法,即在鉑電阻的

3、根部兩端各連接兩根導線的方式,其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I ,把R 轉換成電壓信號U ,再通過另兩根引線把U 引至采樣電路。采用四線制測量,可有效消除引線電阻影響,使測量結果更加準確。其測量原理如圖2所示。 圖2傳感器四線制測量電路 Pt100兩端電壓U 1=I S R t 。I S 為恒流,R t 為Pt100阻值。引線L 1、L 2存在電阻會影響測量結果,為此,將L 1、L 2端口處信號輸入高輸入電阻抗(1012,差分放大,這樣L 1、L 2中電流0,L 1、L 2電阻可忽略不計,所以有U i =U 1。這也消除了引線電阻。四線制盡管耗費了較多的導線,但能保證系統(tǒng)的精度。1.2A/D

4、 轉換電路永磁直線電機的溫度變化較為緩慢,溫度信號對A/D 轉換速度要求不高,本系統(tǒng)采用逐次逼近型12位AD 轉換芯片MAX1270,其具有8通道、多量程雙極性輸入、串行輸出,外圍不增加任何硬件電路即可實現(xiàn)對雙極性模擬信號的A/D 轉換。1.3報警電路本系統(tǒng)當檢測到電機溫度出現(xiàn)異常時,如溫度過高或變化劇烈時,啟動聲光報警。聲光報警電路由晶體管、報警燈和蜂鳴器組成。由單片機I/O 口輸出信號控制晶體管的導通或截止,晶體管導通,則報警電路工作。1.4串口通信電路由于下位機CPU 的數(shù)據(jù)處理能力有限,可以把數(shù)據(jù)傳給上位機,利用PC 機強大的數(shù)據(jù)處理能力來完成數(shù)據(jù)分析工作。單片機與上位機的通訊采用標準

5、RS232接口,系統(tǒng)采串口通訊電平轉換芯片MAX3221E 實現(xiàn)電平轉換,采用10位異步收發(fā),1位起始位,8位數(shù)據(jù)位和1位停止位,下位機編程時分配一個本機號碼,通訊時PC 機向下位機發(fā)送帶有機號的控制命令,下位機從控制命令中提取機號并與自己的機號比較,當機號相同時,下位機響應上位機命令。本系統(tǒng)采用通信方式1,定時器1設計為工作方式2,8位定時器,自動重裝功能,波特率設計為9600bps 。溫度數(shù)據(jù)的走向有三條路徑:第一條是下位機顯示,將當前溫度用數(shù)碼管直觀的顯示出來;第二條是存儲在24C16中,使用下位機的按鍵能夠重新讀出;第三條就是通過MAX232輸送給上位機,上位機軟件采用VB 編寫,能夠

6、完成溫度顯示,畫出溫度變化曲線,記錄系統(tǒng)時間等其他操作。1.5硬件抗干擾設計為減小強磁場環(huán)境下系統(tǒng)干擾、提高可靠性,在硬件方面采取了相應的抗干擾措施:(1在電源輸入端設置低通濾波器,濾去高次諧波成份;(2在溫度傳感器兩端,以及其它地方使用壓敏電阻器,吸收不同極性的過電壓;(3在單片機系統(tǒng)與總線收發(fā)器之間加入高速光耦6N137進行隔離,以提高抗干擾能力。光耦器件以隔離兩個系統(tǒng)的地線,同時光耦還可以形成電流環(huán)電路的傳送形式以抑制噪音;(4信號線采用屏蔽線或雙絞線,以防止周圍感性負載的輻射干擾,利用長距離雙扭導線間分布電感與分布電容濾去干擾脈沖,電源線與信號線分開走線,以免電磁感應產生干擾2。2系統(tǒng)

7、軟件設計本系統(tǒng)軟件采用模塊化和結構化設計方法,便于功能擴展,程序模塊主要包括:主程序,數(shù)據(jù)處理、按鍵處理、數(shù)字濾波、越限報警等子程序。該系統(tǒng)軟件工作流程是,系統(tǒng)開機后,啟動ADC0809轉換器將熱敏電阻上的電壓值轉換為數(shù)字值存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中,然后對該測量值進行算法處理以得到待顯示的溫度值,通過RS-232接口傳輸至PC 機,同時再將該十六進制數(shù)表示的溫度值轉換為LED 顯示所需的十六進制數(shù),通過查表將其對應的字型碼送LED 顯示。系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。圖3主程序流程圖由于本系統(tǒng)工作在強磁場環(huán)境中,電源干擾問題顯得很突出,所以必須采用一定的技術來進行監(jiān)控,及時使CPU 作出(下轉第448頁永

8、磁直線電機的溫度測試系統(tǒng)設計楊海寧1秦曉峰2(1.平頂山市工業(yè)學校計算機部河南平頂山467000;2.河南理工大學電氣工程與自動化學院河南焦作454003【摘要】本文設計了一種永磁直線電機的實時溫度測試系統(tǒng),采用PT100作為溫度檢測元件,利用8051單片機作為溫度測試系統(tǒng)的下位機,PC 機作為上位機,采用標準RS-232C 協(xié)議完成PC 機和單片機之間的通信,給出了相應的軟、硬件抗干擾措施。該系統(tǒng)能在強磁場干擾環(huán)境下穩(wěn)定工作,具有自動記錄、處理數(shù)據(jù),異常報警等功能?！娟P鍵詞】永磁直線電機;溫度測試;8051單片機;抗干擾措施機械與電子505科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY IN

9、FORMATION 2010年第19期(上接第505頁反應,并且使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。同時強磁場環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn),導致程序“跑飛”或進入“死循環(huán)”,為避免這種現(xiàn)象,本文采用硬件“看門狗”技術,用看門狗監(jiān)視程序的運行。若程序發(fā)生“死機”,則看門狗產生復位信號,引導單片機程序重新進入正常運行,本系統(tǒng)選用了具有電源監(jiān)控及看門狗MAX813L 芯片3。系統(tǒng)采用了一定的軟件抗干擾措施,即使用復合數(shù)字濾波算法,當測量數(shù)據(jù)存在較大偏差時,采用比較取舍法剔除個別錯誤數(shù)據(jù),即對每個采集點連續(xù)采樣幾次,根據(jù)所采數(shù)據(jù)的變化規(guī)律,確定取舍,從而剔除偏差數(shù)據(jù)。3結論本文設計了一種基于8051單片機和

10、PT100溫度傳感器的直線電機溫度測試系統(tǒng),結合軟、硬件抗干擾措施,實現(xiàn)了溫度的精確測試,通過單片機串口與上位機通信,實現(xiàn)了遠程溫度測試和監(jiān)測。該直線電機溫度測試系統(tǒng)具有操作簡便、精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等特點。對直線電機性能分析和測試具有重要的參考價值。【參考文獻】1黃廣霞,袁宵梅.直線電機溫度測試系統(tǒng)的設計.煤礦機電,2008(2:40-41.2姬虎艷,等.直驅電機測試系統(tǒng)多路信號采集的調理電路設計.機械設計與制造,2009(9:48-49.3王磊.電機運行溫度監(jiān)測儀的研制.電機與控制應用,2009,36(10:59-61.作者簡介:楊海寧(1980.7,女,漢族,河南平頂山人,20

11、03年畢業(yè)于河南理工大學,獲本科學士學位,2003.7至今,在平頂山市工業(yè)學校從事教學工作,主要研究領域為電工理論與技術。責任編輯:王靜科科(上接第500頁利用切削力和工件受力變形相抵消的原理,采用雙刀架對中,即不需要使用中心架,也不需要使用跟刀架,只需采用適當?shù)毒邘缀谓嵌鹊碾p刀“對刀”切削,不但大大減小了工件彎曲變形,而且還能用大進給量,提高切削速度,同時進行粗車、半精車或精車,縮短加工時間,保證加工質量。在車床床鞍上裝上前后兩個中拖板刀架,中拖板的絲杠也改成左右旋螺紋傳動。采用前后兩把車刀徑向相對安裝,半精車車刀正裝,精車刀反裝,沿同一軸向方向走刀,左右旋轉絲杠帶動兩個中拖板刀架同時作徑向

12、進刀或退刀,使兩刀同時切削,達到切削力相抵消的目的。為了使切削力平衡,精車刀需采用0后角或小負后角,增加精車刀所產生的切削力,使之與半精車(切削余量大所產生的切削力相平衡。徑向切削力相互抵消,清除了細長絲杠切削容易變形的缺陷。同時精車刀的負后角形成的刀面對工件產生摩擦,使之起到一定的壓光作用,改進了表面質量,提高了勞動生產效率。細長絲杠由于其長徑比較大、散熱性能差,車削細長絲杠不僅生產效率很低,而且質量不易保證。所以,為了提高勞動生產效率和工作質量,提出解決車削細長絲杠難題的方法。但必須針對具體情況和不同要求單獨或混合采用,才能達到預期的效果。作者簡介:吳國杰(1963,畢業(yè)于中國礦業(yè)大學,現(xiàn)

13、工作于江蘇煤炭地質局一四七勘探隊。責任編輯:常鵬飛表1優(yōu)化設計迭代計算歷程力的前提下,使車廂整體的結構重量最輕,其數(shù)學模型為:Find X=x 1,x 2,L ,x 20T 奐R 23Min W (X s.t.R (X x Li x i x Ui(i=1,2,L,23其中,設計變量X=x 1,x 2,L ,x 23T 是23個板厚變量;目標函數(shù)W (X 為車廂結構的重量;R (X 為結構特征應力,在數(shù)值上等于所有構件應力的最大值,在表達上為所有構件應力的K 次均方根包絡函數(shù);是材料許用應力;x Ui 和x Li 分別是x i 的上、下限。3.2優(yōu)化結果分析按生產實際要求,鋼板厚度設計變量的優(yōu)化

14、設計結果應圓整為板厚序列數(shù)值,最大復合應力不得大于鋼材許用應力180MPa ,進過4次迭代,優(yōu)化計算收斂。迭代計算歷程如表1所示。從表中可以看出優(yōu)化后車廂結構質量從2,184kg 下降到1,828kg ,最大復合應力從196.21MPa 下降到167.86MPa ,滿足了許用應力約束。4結束語本文將ANSYS 與導重準則法相結合,完成了對結構的分析與優(yōu)化設計,這種結構優(yōu)化設計算法既發(fā)揮了有限元軟件強大的分析功能,又充分利用了高效優(yōu)化算法的優(yōu)越性,提高了優(yōu)化效率,具有較高的工程應用價值?！緟⒖嘉墨I】1陳樹勛.精密復雜結構的幾種現(xiàn)代設計方法M.北京:北京航空航天大學出版社,1992.2博弈創(chuàng)作室.

15、APDL 參數(shù)化有限元分析技術及其應用實例M.北京:中國水利水電出版社,2003.3陳樹勛,喻定新.結構最優(yōu)化設計的一種自動高效迭代算法J.現(xiàn)代制造工程,2004(4:77-81.4陳樹勛,應鴻烈.拉臂式壓縮垃圾車車廂結構的載荷表達與優(yōu)化設計J.機械設計,2010(3:62-67.責任編輯:曹明明設計變量迭代次數(shù)01234圓整X14 3.209 3.089 3.298 3.298 3.0X24 3.277 3.096 3.028 3.028 3.0X34 3.208 2.893 2.372 2.372 2.5X44 3.217 2.911 2.392 2.392 2.5X54 3.206 2.

16、891 2.891 2.891 3.0X64 3.202 2.883 2.364 2.364 2.5X74 3.203 2.885 2.367 2.367 2.5X84 3.202 2.883 2.883 2.883 3.0X94 3.199 2.880 2.361 2.361 2.5X104 3.200 2.881 2.362 2.362 2.5X114 3.201 2.882 2.882 2.882 3.0X124 3.200 2.880 2.362 2.362 2.5X134 3.200 2.880 2.362 2.362 2.5X144 3.200 2.880 2.362 2.362 3.0X154 3.200 2.888 2.371 2.371 2.5X164 3.201 2.947 2.947 2.947