一種電子試驗機的測控系統的製作方法
2023-04-30 03:24:36 1
一種電子試驗機的測控系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電子試驗機的測控系統，該系統包括ARM處理器、拉力信號採集模塊、拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲模塊、通信模塊及上位機；通過採集到的拉力傳感器遞送的微弱的電壓信號經調理電路處理後送至ARM處理器，然後由ARM對這些數據進行濾波運算處理，然後經TNT4882GPIB接口晶片，送至上位機進行處理，最終顯示和列印相關數據。同時系統通過速度採集模塊和伺服控制模塊實現對電機速度的實時檢測和控制。另外，系統還設計了手動操作、限位操作和急停操作，進一步體現了設計的人性化和安全性的設計理念。
【專利說明】一種電子試驗機的測控系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電子試驗機的測控系統。
【背景技術】
[0002]目前，隨著科技水平的不斷提高，電子、電器領域的飛速發展，電子產品越來越向小型化、輕量化及薄型化的方向發展。由於撓性電路板具有(I)可彎折，適用於動態連接；
(2)立體布線，縮小線路空間；(3)體積比PCB小，可以有效降低產品體積，增加攜帶上的便利性輕；(4)重量比PCB(硬板)輕，可以減少最終產品的重量等特性。國內外應用撓性電路板及覆蓋膜為原材料製作的產品越來越廣泛，並有逐步取代剛性電路板和線性材料的趨勢。撓性電路板在電子信息產業中的地位不容忽視，市場需求量也越來越大。然而實際國內生產實際中使用的撓性電路板檢測設備老化陳舊、性能不穩和自動化程度低，這兩者之間的不平衡使設計新型撓性電路板性能檢測試驗機成為了迫切需要。
[0003]儘管國外生產的試驗機有如下特點:(I) 一般以微處理器或計算機作為試驗機測控系統核心，其測控系統大多採用電液伺服控制系統，該類系統控制精度高、測量範圍寬且功能多樣。(2)微處理器在實時顯示試驗數據、試驗記錄及描繪實驗曲線的時候，還可以控制整個試驗過程中的試驗力值、位移的速率，並可進一步實現各種控制方式的平滑切換。
[3]該類試驗機還可以對故障進行自我診斷，並實現人機對話。不過其價格昂貴目前尚未成為國內的主流產品。
[0004]而國內生產的大部分試驗機的關鍵技術和部件都是從國外引進的，因此整個技術水平一直都落後於國外，尤其是在國產試驗機的測控技術方面，由於試驗機測量控制系統的核心技術，仍然被發達國家所掌控，制約著我國試驗機的製造和發展。尤其是在撓性電路板試驗機測控系統方面，相關測控系統研發設計還很缺少。因此，進行該方面的研究有重要的實際意義。
實用新型內容
[0005]本實用新型提供一種電子試驗機的測控系統，其目的在於，為了克服上述現有技術中試驗機測控系統價格昂貴、性能不穩定及測量精度不高的問題。
[0006]一種電子試驗機的測控系統，包括ARM處理器、拉力信號採集模塊、拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲模塊、通信模塊及上位機；
[0007]所述拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲單元及通信模塊均與ARM處理器相連，所述拉力信號採集模塊的一端與撓性電路板試驗機的拉力信號輸出單元相連，拉力信號採集模塊的另一端與拉力信號調理模塊相連；
[0008]所述撓性電路板試驗機的拉力信號輸出單元屬於撓性電路板試驗機上安裝的拉力傳感器；
[0009]所述速度信號採集模塊設置於撓性電路板試驗機的直流電機轉軸上，伺服控制模塊控制撓性電路板試驗機的直流電機。[0010]所述通信模塊採用TNT4882GPIB通信接口晶片。
[0011]所述拉力信號調理模塊包括濾波電路、AD8222放大器、A/D採樣電路及ADS1256模數轉換器，濾波電路、AD8222放大器、A/D採樣電路及ADS1256模數轉換器依次相連。
[0012]所述AD8222放大器的正電源通過分壓電阻輸入端接入+15V電源，負電源通過分壓電阻輸入端接入-15V電源。
[0013]所述拉力信號採集模塊與拉力信號調理模塊的電路上未走線部分覆蓋有一層銅，並將覆銅部分接地。
[0014]所述ARM處理器採用LM3S8962ARM處理器。
[0015]所述速度信號採集模塊採用正交編碼器，所述正交編碼器通過晶片Am26LS32通過光耦隔離器與ARM處理器相連。
[0016]還包括與通過ARM處理器相連的限位開關，所述限位開關通安裝在撓性電路板試驗機的豎梁上，通過ARM處理器與撓性電路板試驗機的直流電機的驅動電路相連。
[0017]還包括與ARM處理器相連的急停按鈕，所述急停按鈕通過ARM處理器與撓性電路板試驗機的供電迴路相連。
[0018]通過設置與ARM處理器相連的手動操作按鈕，ARM處理器與撓性電路板試驗機的控制單元相連，控制撓性電路板試驗機的測試位置進行復位；
[0019]通過與ARM處理器相連的急停按鈕，ARM處理器與撓性電路板試驗機的控制單元相連，控制撓性電路板試驗機的供電迴路的通斷；
[0020]通過與ARM處理器相連的限位開關，ARM處理器與撓性電路板試驗機的控制單元相連，控制撓性電路板試驗機的直流電機的驅動電路，由驅動電路通過直流電機電機主軸帶動相同齒形膠帶轉動，然後通過相同齒形膠帶將動力轉移到減速器的絲槓上，最後通過絲槓的旋轉來帶動動橫梁上、下運動至設定位置。
[0021]通過高速光耦隔離器IS07240實現LM3S8962與外圍電路的隔離保護，也有利於避免外部幹擾耦合進ARM處理器，確保ARM的外圍電路出問題時的安全。
[0022]有益效果
[0023]本實用新型提供了一種電子試驗機的測控系統，該系統包括ARM處理器、拉力信號採集模塊、拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲模塊、通信模塊及上位機；所述拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲單元及通信模塊均與ARM處理器相連，所述拉力信號採集模塊的一端與撓性電路板試驗機的拉力信號輸出單元相連，拉力信號採集模塊的另一端與拉力信號調理模塊相連；所述速度信號採集模塊設置於試驗機的直流電機轉軸上，伺服控制模塊控制撓性電路板試驗機的直流電機。結構簡單、成本較低，運用本實用新型所述的測控方法對試驗機對撓性電路板進行測試控制時，測量精度高，測控系統可靠性和自動化程度高。
[0024]本實用新型可以靈活的移植應用到車間級或工廠製造設備級，作為撓性電路板試驗機測控系統，解決車間級或設備級撓性電路板試驗機測控系統的問題。
[0025]通過數字高速光耦隔離器IS07240實現LM3S8962與外圍電路的隔離保護，也有利於避免外部幹擾耦合進ARM處理器。
[0026]另外，系統還設計了手動按鈕操作按鈕、限位開關和急停按鈕，手動按鈕可以在試樣斷裂後需要操作人員自動調整位置的情況；限位開關用於防止由於電機速度過大引發系統不安全；急停按鈕用於緊急情況下斷開系統整體供電，保證測試安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型的測控系統結構示意圖；
[0028]圖2為拉力信號調理模塊中的濾波電路示意圖；
[0029]圖3為拉力信號調理模塊中的放大電路示意圖；
[0030]圖4為拉力信號調理模塊中的模數轉換電路示意圖；
[0031]圖5為通信模塊電路示意圖；
[0032]圖6為伺服電機控制模塊的驅動電壓電路示意圖；
[0033]圖7為GPIB三線掛鈎通訊原理示意圖；
[0034]圖8為運用本實用新型對撓性電路板的測試結果示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的實施方式不限於此。
[0036]如圖1所示，為本實用新型的測控系統結構示意圖，一種電子試驗機的測控系統，包括ARM處理器、拉力信號採集模塊、拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲模塊、通信模塊及上位機；
[0037]所述拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲單元及通信模塊均與通過光耦隔離器ARM處理器相連，所述拉力信號採集模塊的一端與撓性電路板試驗機的拉力信號輸出單元相連，拉力信號採集模塊的另一端與拉力信號調理模塊相連；
[0038]所述速度信號採集模塊設置於撓性電路板試驗機的直流電機的轉軸上，伺服控制模塊控制撓性電路板試驗機的直流電機。
[0039]所述通信模塊採用TNT4882GPIB通信接口晶片。
[0040]所述拉力信號調理模塊包括濾波電路、AD8222放大器、A/D採樣電路及ADS1256模數轉換器，濾波電路、AD8222放大器、A/D採樣電路及ADS1256模數轉換器依次相連。
[0041]所述AD8222放大器的正電源輸入端分壓電阻輸入端接入+15V電源，負電源輸入端分壓電阻輸入端接入-15V電源。
[0042]所述拉力信號採集模塊與拉力信號調理模塊的電路上覆蓋有一層銅。
[0043]所述ARM處理器採用LM3S8962ARM處理器。
[0044]所述速度信號採集模塊採用正交編碼器，所述正交編碼器通過晶片Am26LS32經過光耦隔離器與ARM處理器相連。
[0045]還包括與ARM處理器控制的限位開關，所述限位開關通安裝在撓性電路板試驗機的動橫梁的滑軌上，通過ARM處理器實現對直流電機的驅動電路相連，由驅動電路通過電機主軸帶動相同齒形膠帶轉動，然後通過相同齒形膠帶將動力轉移到減速器的絲槓上，最後通過絲槓的旋轉來帶動動橫梁的上下運動。該設計能夠防止由於橫梁的突然上升而將撓性電路板或拉力傳感器損壞現象的發生。
[0046]還包括與ARM處理器相連的急停按鈕，所述急停按鈕通過ARM處理器與撓性電路板試驗機的供電信號相連。
[0047]採用電子試驗機的測控系統，通過拉力信號採集模塊採集到的拉力傳感器傳送的電壓信號經拉力調理模塊處理後經光耦隔離器送至ARM處理器，經ARM處理器對數據進行濾波運算處理，然後經TNT4882GPIB接口晶片，送至上位機進行處理，最終顯示和列印相關數據；
[0048]同時，利用與ARM處理器相連的速度採集模塊和伺服控制模塊構成閉環控制鏈路，實現對撓性電路板試驗機的直流電機速度的實時檢測和控制；
[0049]通過設置與ARM處理器相連的手動操作按鈕，ARM處理器與撓性電路板試驗機的控制單元相連，控制撓性電路板試驗機的測試位置進行復位或任意停止在位置操作；
[0050]通過與ARM處理器相連的急停按鈕，ARM處理器與撓性電路板試驗機的控制單元相連，控制撓性電路板試驗機的供電迴路的通斷；
[0051]通過與ARM處理器相連的限位開關，ARM處理器與撓性電路板試驗機的控制單元相連，控制撓性電路板試驗機的直流電機的驅動電路，由驅動電路通過直流電機電機主軸帶動相同齒形膠帶轉動，然後通過相同齒形膠帶將動力轉移到減速器的絲槓上，最後通過絲槓的旋轉來帶動動橫梁上、下運動至設定位置。
[0052]通過高速光耦隔離器IS07240實現LM3S8962與外圍電路的隔離保護，也有利於避免外部幹擾耦合進ARM處理器，確保ARM的外圍電路出問題時的安全。
[0053]首先撓性電路板試驗樣本按試驗機的測試要求夾裝在試驗機兩個夾頭上，當測試開始時拉力信號採集模塊採集拉力信號，將拉力傳感器遞送的微弱的電壓信號，經如圖2所示的濾波電路和如圖3所示的雙通道可調增益AD8222運算放大器放大調理後傳遞給A/D採樣電路，然後再由如圖4所示的ADS1256處理後通過SPI方式經雙向多通道數字光耦IS07240傳送至ARM處理器。接著由ARM對這些數據進行濾波運算處理，然後經如圖5所示的TNT4882GPIB接口晶片，送至上位機，上位機裝載有LabView軟體，通過LabView的人機互動界面，進行進一步處理數據，最終顯示和列印相關數據，同時上位機實現對整個系統的管控。
[0054]拉力傳感器遞送的微弱的差分電壓信號+OP和-0P，經濾波和AD8222運算放大器放大調理後傳遞給A/D採樣電路，這樣將調理後的AINtl和AIN1信號傳輸給ADS1256實現模數的精確轉換。
[0055]拉力信號調理模塊的濾波電路圖如圖2，首先壓力信號經過共模電感差分電壓信號然後通過IOuF的鉭電容C76實現對測力採樣電路的差分電壓信號的隔離和濾波，然後通過由電阻R39和R40及電容C64組成的低通濾波器濾除AD採樣過程中耦合進來的低頻信號，接著由電容C65再次實現對兩路差分電壓信號的隔離和濾波。因為系統採樣率是15KHz的高頻信號，調理電路在設計時，為了避免由於供電電源的工頻信號的幹擾，影響運算放大器AD8222的放大處理精度，在電源信號加到運算放大器之前，首先信號經過共模電感可以使線路上的共模EMI信號被控制在很低的電平上。接著差分電源電壓信號通過由C67、C68、C69、Rll和R12組成的混合低通濾波網絡，然後差分電壓信號經過R11、R13和R36分壓後再次分別經過R36、R35和C62和R32、R33和C61組成的低通濾波網絡濾波和隔離後接著由電容C65再次實現對兩路差分電壓信號的隔離和濾波。在電路中添加濾波去耦電容、有源濾波器和安裝屏蔽罩等方法。在設計和繪製印製電路板時，在電源線與地線之間加上旁路濾波電容，同時將電源線和地線進行適當的加寬，這樣能有效地抑制電源線上的電壓波動引起的幹擾。[0056]同時通過ARM自帶的QEI模塊實現對電機恆定速度的精確採集，然後由ARM採用三維自適應模糊PID控制方法處理進輸出的控制信號通過電機驅動模塊實現對電機速度的準確控制。
[0057]速度信號採集模塊和伺服控制模塊形成閉環鏈路，通過ARM處理器實現對電機轉速的平穩控制。具體控制過程如下:
[0058]速度信號採集模塊通過正交編碼器將檢測到的直流電機速度信號，傳送至帶有索引脈衝的QEI模塊的ARM處理器，接著QEI模塊對由正交編碼器轉輪所產生的編碼進行解碼，從而計算位置對時間的積分，並確定旋轉的方向。另外，QEI模塊還能捕獲編碼器轉輪的運行速率。
[0059]伺服電機控制模塊採用電壓驅動控制方式，伺服電機控制模塊的驅動電壓電路示意圖，如圖6所示，從ARM處理器輸出的DIN、SCLK和/SYNC三個數位訊號通過高速數字光耦IS07240以SPI通訊方式(DIN_DA、SCLK_DA和/SYNC_DA)送給數模轉換器DAC7512實現數模轉換，然後由DAC7512的Vout引腳與運放0PAMP07的正相輸入端相連，同時由電源模塊AVCC通過電阻R6、R7與運放OPAMP的負相輸入端相連，進而組成加法運算電路(ERR0R_HI=2Vout-AVCC),由ERR0R_HI運算放大器輸出端輸出±5V的電壓模式來實現度直流電機的運動狀態控制，即通過調整電壓5V的大小來實現對電機轉速快慢的控制；通過電壓的有無來實現對電機的啟動和停止狀態的控制；通過電壓的正負來實現對電機的轉動方向(正轉或反轉)的控制實現對電機速度的實時檢測和控制。圖6中電容C29、C30實現電源與地之間的濾波，圖6中土AVCC是±5V直流供電。
[0060]GPIB主要通過三線掛鈎技術，三線掛鈎原理如圖7所示，實現與一臺或多臺儀器的聽、講、控功能。具體指講者必須先知道是否所有的聽著已準備好接收數據。只有在都準備就緒的條件下，講者才被允許把要廣播的數據放置到數據線上去。講者向所有聽者宣布數據線上數據有效。聽者在得知數據線上數據有效後才允許從數據線上接收數據。接收完畢後，還應當通知講者，只有當講者得知所有聽者都已接收完畢，方可從數據線上把數據撤除。圖6中NRFD是由聽者送向講者，它是由各聽者的RFD (即準備就緒)經線與後形成，因此只要有一個聽者還未準備就緒(RFD=O),則NRFD=1。DAV是由講者送給聽者的數據有效線。當數據線上數據有效，則講者使DAV=I。從數據線上撤除數據後，講者使DAV=0。NDAC也是由聽者送向講者的一條線，它由各聽者DAC (即數據接收完畢)經線與後形成。當所有聽者皆接收完畢，則NDAC=O,只要還有一個聽者沒有接收完畢，則NDAC=I。
[0061]本實用新型將拉力標定的數據存儲到EEPROM中，每次系統開機以後，ARM處理器通過讀寫EEPROM中的數據實現系統開機自動標定的功能。方便、快捷減少了操作人員的工作量。另外，系統還設計了手動按鈕操作按鈕、限位開關和急停按鈕，手動按鈕可以在試樣斷裂後需要操作人員自動調整位置的情況；限位開關用於防止由於電機速度過大引發系統不安全；急停按鈕用於緊急情況下斷開系統整體供電，保證測試安全。
[0062]還設有與ARM處理器相連的調試串口和JATG下載調試口，調試串口用於系統調試用，而JATG下載調試口用於實現系統程序的在線調試和下載優化程序功能。
[0063]在設定拉伸速度為50.8mm/min時，由圖8可知在對四個相同規格(為了測試的準確性採用四個試樣求取平均值)為長250mm、寬為20mm的試樣材料進行拉伸試驗時，各性能參數如下所述:[0064]根據基於LabView的拉伸強度及延伸率測試圖如圖8以及表1所述的測試結果，在設定拉伸速度為50.8mm/min時，由圖8可知在對四個一組規格為長250mm、寬為20mm的試樣材料進行拉伸試驗時，各性能參數如表1所述:
[0065]表1拉伸實驗測試結果
[0066]
【權利要求】
1.一種電子試驗機的測控系統，其特徵在於，包括ARM處理器、拉力信號採集模塊、拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲模塊、通信模塊及上位機； 所述拉力信號調理模塊、速度信號採集模塊、伺服控制模塊、存儲單元及通信模塊均與ARM處理器相連,所述拉力信號米集模塊的一端與撓性電路板試驗機的拉力信號輸出單兀相連，拉力信號採集模塊的另一端與拉力信號調理模塊相連； 所述速度信號採集模塊設置於撓性電路板試驗機的直流電機轉軸上，伺服控制模塊控制撓性電路板試驗機的直流電機。
2.根據權利要求1所述的電子試驗機的測控系統，其特徵在於，所述通信模塊採用TNT4882GPIB通信接口晶片。
3.根據權利要求2所述的電子試驗機的測控系統，其特徵在於，所述拉力信號調理模塊包括濾波電路、AD8222放大器、A/D採樣電路及ADS1256模數轉換器，濾波電路、AD8222放大器、A/D採樣電路及ADS1256模數轉換器依次相連。
4.根據權利要求3所述的電子試驗機的測控系統，其特徵在於，所述AD8222放大器的正電源輸入端通過分壓電阻接入+15V電源，負電源輸入端通過分壓電阻接入-15V電源。
5.根據權利要求3所述的電子試驗機的測控系統，其特徵在於，所述拉力信號採集模塊與拉力信號調理模塊的電路上未走線部分覆蓋有一層銅，並將覆銅部分接地。
6.根據權利要求1-5任一項所述的電子試驗機的測控系統，其特徵在於，所述ARM處理器採用LM3S8962ARM處理器。
7.根據權利要求6所述的電子試驗機的測控系統，其特徵在於，所述速度信號採集模塊採用正交編碼器，所述正交編碼器通過晶片Am26LS32通過光耦隔離器與ARM處理器相連。
8.根據權利要求1所述電子試驗機的測控系統，其特徵在於，還包括與通過ARM處理器相連的限位開關，所述限位開關安裝在撓性電路板試驗機的豎梁上，通過ARM處理器與撓性電路板試驗機的直流電機的驅動電路相連。
9.根據權利要求1所述電子試驗機的測控系統，其特徵在於，還包括與ARM處理器相連的急停按鈕，所述急停按鈕通過ARM處理器與撓性電路板試驗機的供電迴路相連。
【文檔編號】G01R35/00GK203465555SQ201320573097
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】路曉慶, 王耀南, 來金鋼 申請人:湖南大學