专利名称：能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及塑料管材抗冲击性能测试设备的控制装置，具体地说是一种能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器。它用于控制落锤冲击试验机的抓锤、定位、冲击、防反弹等一系列试验步骤之中。
背景技术：
落锤冲击试验机是测试塑料管材抗冲击性能的机械设备，整个落锤冲击试验机的运动机构通常由变频器驱动的卷扬机、落锤吸衔电磁铁、阻挡卡板电磁铁、位置检测装置等构成，这些机构要由一台控制器监控。目前，控制落锤冲击试验机使用的控制仪器大多是独立运行的，不能由上位计算机进行远程控制，不能满足用户实现试验设备联网监控的需要。
实用新型内容为了弥补现有落锤冲击试验机缺乏远程控制功能的不足，本实用新型的目的是提供一种基于单片机的控制器，具有RS232通讯接口，上位计算机通过该接口能够监视落锤吸衔电磁铁的当前所处的位置，设定定位位置，发送控制指令完成抓锤、寻零、到位、松锤等动作。本实用新型既可独立工作，也可与上位计算机联网工作，并能够自动控制运动机构完成抓锤、寻零、定位、冲击、阻止二次冲击等动作。
本实用新型采用的技术方案是以单片机为核心，采用通讯接口通讯，包括倍频电路、计数器、输入输出电路、数据存储器、程序存储器、显示器及键盘，其中输入电路中的差分接收电路输入信号为编码器，输出送至由可编程逻辑门电路构成的倍频电路进行四倍频，再将形成的两路表示落锤吸衔电磁铁的当前所处的位置和运动方向的脉冲信号送到计数器，所述计数器的数据通过缓冲器被单片机读取，经单片机运算得出落锤吸衔电磁铁的当前的位置信号，单片机分别与地址锁存器、地址译码器与程序存储器、数据存储器通讯，并通过复位端与上电复位电路相连；220V交流开关状态信号由整流桥经输入电路中的光电隔离器送入单片机，单片机通过键盘或通讯接口接收指令，并将处理结果通过输出到显示电路和输出电路；所述输出电路中继电器的常开触点为开关量的输出信号，通过变频器接至交流电机，或直接与电磁铁相连；显示电路由安装在面板上的数码显示器及发光二极管构成，数码显示器一方面由与单片机相连接的显示器/键盘控制器、通过显示字段驱动电路驱动，另一方面由与单片机相连接的显示器/键盘控制器经反相缓冲驱动器、阵列显示驱动器驱动；所述发光二极管输入端经开关量输出锁存器接收单片机的信号(用于显示寻零、定位、冲击状态)；所述计数器由第一～二可逆计数器构成；所述单片机设有石英振荡器，经第一～二分频器接至数码显示器。
本实用新型的优点是1.具有通讯接口，便于远程监控。
2.采用高分辨率的检测装置，并与变频器配合控制，定位精度高。
3.具有“就地”、“远程”工作方式，两种工作方式间的无扰切换。
4.功能全，能够自动完成落锤冲击试验所需要的各种动作。
5.在硬件上采用隔离技术，控制器由单片机及其外围电路组成，全部采用CMOS器件，功耗低、可靠性高。
6.操作方便，能显示实际位置值、设定位置值以及零点和冲击限位状态，所有操作均通过单键或单条命令完成。
7.本实用新型的输入信号均采用光电耦合器隔离，控制变频器的输出采用继电器隔离，控制电磁铁的输出采用无触点交流继电器隔离，提高了抗干扰能力。
图1是本实用新型的电路结构图。
图2是本实用新型一个实施实例的面板布局图。
图3是本实用新型单片机为核心部分的电路原理图。
图4是本实用新型以显示器/键盘控制器为核心部分的电路原理图。
以下结合附图和实施实例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
如图1～4所示，本实用新型以单片机U7为核心，采用通讯接口RS232/TTL电平转换器U4通讯(与上位机相连)，外供稳压电源，包括倍频电路、计数器、输入输出电路、数据存储器、程序存储器、显示器及键盘，其中脉冲编码器发来的两路相位相差90度的方波信号通过由输入电路中的差分接收电路U3A、U3B输入给由可编程逻辑门电路U14构成的倍频电路进行四倍频，再将形成的两路表示落锤吸衔电磁铁的当前所处的位置和运动方向的脉冲信号送到由第一～二可逆计数器U16、U17，所述第一～二可逆计数器U16、U17的数据通过第一～二缓冲器U19被单片机U7读取，经单片机U7运算得出落锤吸衔电磁铁的当前的位置信号，单片机U7通过地址锁存器U8、二级地址译码器(由一级地址译码器U9和二级地址译码器U11A、U11B、U11C构成)选址，访问程序存储器U10、数据存储器U12中的数据，并通过复位端与上电复位电路U13(采用NE555)相连；外部的220V交流开关状态信号(零位，限位)由整流桥经输入电路中的第二～四光电隔离器Q2～Q4送入单片机U7，单片机U7通过键盘(经第一转接件X1)或通讯接口(经第二转接件X2)接收指令，并将处理结果输出到显示电路和输出电路；所述输出电路中继电器的常开触点为开关量的输出信号，通过变频器接至交流电机，或直接与电磁铁相连；所述显示电路由安装在面板上的第九～十六数码显示器LED9～LED16及第一～三发光二极管LED1～LED3构成，第九～十六数码显示器一方面由与单片机U7相连接的显示器/键盘控制器U2、通过由第一～八三极管T1～T8构成的显示字段驱动电路驱动，另一方面由与单片机U7相连接的显示器/键盘控制器U2经反相缓冲器U20、阵列显示驱动器U21驱动；所述第一～三发光二极管LED1～LED3输入端经开关量输出锁存器U5接收单片机U7的信号，用于显示寻零、定位、冲击状态；所述计数器由第一～二可逆计数器U16、U17构成；所述单片机U7设有石英振荡器，经第一～二分频器U6A～U6接至显示器/键盘控制器U2。U15为拨码开关的输入缓冲器。
本实用新型原理如下采用单片机U7作为主控制单元，通过接口芯片将RS232电平信号变成TTL电平信号，接收上位计算机通过串行接口发下来的查询命令和控制命令，单片机U7对该命令进行分析判断，确认正确无误后，进行相应的操作，并将结果形成应答数据发送给上位计算机。
脉冲编码器发来的两路相位相差90度的方波信号通过差分接收电路U3A、U3B输入由可编程逻辑门电路U14构成的倍频电路进行四倍频，形成两路表示落锤吸衔电磁铁的当前所处的位置和运动方向的脉冲信号，送到由两片四位异步可逆计数器U16、U17级联构成的8位可逆计数器U16、U17，该可逆计数器U16、U17的数据通过缓冲器U19被单片机U7读取，并在单片机U7内进行累加、乘系数等运算，计算出落锤吸衔电磁铁的当前的位置；外部的220Vac开关状态信号(零位，限位)经第一～三光电隔离器LED1～LED3送入单片机U7。单片机U7一方面实时采集上述信息，另一方面通过键盘或通讯接口接收指令，根据需要进行处理，并将处理结果输出到数码显示器和(位置数据)输出电路(控制数据)。开关量的输出信号为继电器的常开触点；采用变频器控制交流电机的转速，从而控制落锤的升降速度。
具体操作步骤和功能如下1.通过预置高度显示窗下的“△”、“”键或上位机发送的指令，可设定落锤的预置高度给定值；2.键盘区的 “△”、“”和“停止”键控制落锤的快升、快降、慢升、慢降、停止等操作；3.“清零”键用于将当前实际高度设为零；4.本实用新型在受命进行“寻零”操作时，完成如下动作吸衔电磁铁下降，检测到限位信号后，停止，减速上升，检测到限位信号消失后，将当前位置设为某一定值，停止；5.本实用新型在受命进行“定位”操作时，采取如下方法控制变频器驱动电机拖动落锤吸衔电磁铁先以全速向设定位置靠拢，当落锤吸衔电磁铁的当前位置与设定位置之差小于一定值时，控制器控制变频器进行减速，直到落锤吸衔电磁铁到达设定位置时，控制器控制变频器进行制动停机；6.本实用新型在受命进行“冲击”操作时，完成如下动作吸衔电磁铁松开，检测到限位信号后，延迟0.1秒，弹出阻挡电磁铁，延迟10秒，缩回阻挡电磁铁。
7.本实用新型在受命进行“抓锤”和“放锤”操作时，完成如下动作吸衔电磁铁上电，延迟1秒，吸衔电磁铁下电。
8.本实用新型在受命进行“卡板工作”和“卡板复位”操作时，完成如下动作阻挡卡板电磁铁上电，延迟10秒，下电。
所述 “△”、“”、“停止”、“清零”、“寻零”、“定位”、“冲击”、“抓锤”、“放锤”、“卡板工作”及“卡板复位”键均通过第一转接件X受显示器/键盘控制器U2的控制，所述“复位”与上电复位电路U13相连。
本实用新型所述单片机U7采用80C31，地址锁存器U8采用74HC373，程序存储器U10采用27C512，数据存储器U12采用28C64，地址译码器U9采用74HC138，上电复位电路U13采用NE555，RS232/TTL电平转换器U4采用MAX232，开关量输出锁存器U5采用74HC273，为显示器/键盘控制器U2采用82C79。
权利要求1.一种能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器，其特征在于以单片机为核心，采用通讯接口通讯，包括倍频电路、计数器、输入输出电路、数据存储器、程序存储器、显示器及键盘，其中输入电路中的差分接收电路输入信号为编码器，输出送至由可编程逻辑门电路构成的倍频电路进行四倍频，再将形成的两路表示落锤吸衔电磁铁的当前所处的位置和运动方向的脉冲信号送到计数器，所述计数器的数据通过缓冲器被单片机读取，经单片机运算得出落锤吸衔电磁铁的当前的位置信号，单片机分别与地址锁存器、地址译码器与程序存储器、数据存储器通讯，并通过复位端与上电复位电路相连；220V交流开关状态信号由整流桥经输入电路中的光电隔离器送入单片机，单片机通过键盘或通讯接口接收指令，并将处理结果通过输出到显示电路和输出电路。
2.按照权利要求1所述能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器，其特征在于所述输出电路中继电器的常开触点为开关量的输出信号，通过变频器接至交流电机，或直接与电磁铁相连。
3.按照权利要求1所述能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器，其特征在于显示电路由安装在面板上的数码显示器及发光二极管构成，数码显示器一方面由与单片机相连接的显示器/键盘控制器、通过显示字段驱动电路驱动，另一方面由与单片机相连接的显示器/键盘控制器经反相缓冲驱动器、阵列显示驱动器驱动；所述发光二极管输入端经开关量输出锁存器接收单片机的信号(用于显示寻零、定位、冲击状态)。
4.按照权利要求1所述能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器，其特征在于所述计数器由第一～二可逆计数器构成。
5.按照权利要求1所述能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器，其特征在于所述单片机设有石英振荡器，经第一～二分频器接至数码显示器。
专利摘要本实用新型公开一种能够受计算机远程控制的落锤冲击试验机控制器，它具有通讯接口，能够由上位机或通过面板上的键盘控制落锤冲击试验机完成抓锤、定位、冲击、防反弹等一系列试验步骤。基于单片机技术，接收旋转编码器发来的两路脉冲信号，由可编程逻辑门电路进行四倍频，送到8位可逆计数器，通过数据锁存器被单片机读取并在单片机内进行累加、乘系数等运算，计算出落锤吸衔电磁铁的当前的位置；外部的220Vac开关状态信号经光电隔离器送入单片机。单片机将位置数据送到到数码显示器显示，将控制数据送到输出电路。采用变频器控制交流电机的转速，从而控制落锤的升降速度。本实用新型抗干扰能力强，运行安全可靠。
文档编号G01N3/303GK2665700SQ20032013124
公开日2004年12月22日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者韩卫光 申请人:中国科学院沈阳计算技术研究所