专利名称：机械传动效率测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种效率测量仪器，尤其涉及一种测量机械传动效率的机械传动效率测量装置。
在机械设计与制造领域，机械装置的传动效率历来是人们关注的问题，因为，机械传动效率的高或低直接影响着机械传动装置的质量与寿命。而一台机械传动装置的机械效率在加工制造后究竟有多大，在现有技术中必须用两台仪器来测量，其步骤是，首先通过转矩、转速测量仪先测量机械传动装置的输入轴的转矩与转速和输出轴的转矩与转速，然后通过用手工方法计算机械效率值。因此，这种测量方法显得比较落后和麻烦。由此还可以看出，现有技术的测量仪器即转矩、转速测量仪存在两大缺陷，一是传感器参数设置是用双列直插开关的某一位的拨上拨下的不同组合来实现的。因此，每当研究人员或工作人员重新设置或初次设置参数时总离不开使用说明书，一旦说明书遗失或损坏就无法设置参数；二是转矩、转速测量仪无法消除由于传感器小电机启动所造成的测量机械传动装置转速的误差。
本实用新型的目的在于提供一种能直接测量机械传动装置的机械效率，并弥补现有技术转矩转速测量仪存在的设置参数麻烦和传感器小电机驱动时无法准确测量机械传动装置转速的两大缺陷和不足的机械传动效率测量装置。
本实用新型的目的是这样实现的一种机械传动效率测量装置，包括采集传感器信号，其特点是还包括一放大整形电路，该放大整形电路与传感器信号连接，用于将传感器信号进行放大且整形；一中央控制单元CPU，它与处理放大整形电路信号的倒相器的输出端连接；设置在中央控制单元CPU输入端的一参数设置电路；连接在中央控制单元CPU复用端的一存贮电路；设置在中央控制单元CPU复用端与程序数字存贮器复用端的一可编程输入与输出接口电路；设置在输入与输出接口电路输出端的驱动电路，设置在中央控制单元CPU输出端的数字显示段码驱动电路；与驱动电路与数字显示段码驱动电路连接的是显示电路。
在上述的机械传动效率测量装置中，其中，所述的参数设置电路由三个按钮和一与三个按钮连接的门电路组成。
在上述的机械传动效率测量装置中，其中，在所述的放大整形电路与中央控制单元CPU之间设有一倒相器，该倒相器的输入端与放大整形电路的输出端连接，其输出端与中央控制单元CPU的输入端P3口的4个引脚连接。
在上述的机械传动效率测量装置中，其中，所述的存贮电路包括一与中央控制单元CPU(20)复用端连接的地址锁存器；一与中央控制单元CPU(20)复用端连接且与地址锁存器输出端连接的可擦除只读程序存储器，其输出端与中央控制单元CPU的复用端连接；一与地址锁存器(41)输出端连接的可读/写数据存储器。
本实用新型由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有明显的优点和积极效果。本实用新型利用单片微处理器体积小，功能全，价格低，可靠性高等独特优点，经优化设计，实现了用最少的硬件和操作进行测量参数数字化设置，并且消除了由于传感器小电机启动所造成的测量机械传动装置转速的误差，从而构成对机械传动装置的传动力矩，转速以及机械效率等机械量参数进行一体化测量的智能化测量系统。
通过以下对本实用新型机械传动效率测量装置的一实用新型结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为
图1是依据本实用新型提出的机械传动效率测量装置的电路原理图；图2是本实用新型机械传动效率测量装置的总程序流程图；图3是本实用新型机械传动效率测量装置的初始化流程图；图4是本实用新型机械传动效率测量装置的仪表自校/参数设置程序流程图；图5是本实用新型机械传动效率测量装置的主程序流程图；图6是本实用新型机械传动效率测量装置的定时器0中断响应程序流程图；图7是本实用新型机械传动效率测量装置的定时器1中断响应程序流程图；图8是本实用新型机械传动效率测量装置一实施例减速机传动效率曲线图。
如图1所示，这是本实用新型机械传动效率测量装置的电路原理图。本实用新型机械传动效率测量装置，包括采集传感器信号，还包括一与传感器连接用于将传感器信号进行放大且整形的放大整形电路10；一与放大整形电路10的倒相器11的输出端连接的中央控制单元CPU20；设置在中央控制单元CPU20输入端的一参数设置电路30；连接在中央控制单元CPU20输出端的一存贮电路40；设置在与中央控制单元CPU20控制输出端与CPU20 P0端口输出端连接的一可编程输入与输出接口电路50；设置在输入与输出接口电路50输出端的驱动电路61，设置在中央控制单元CPU20输出端的数字显示段码驱动电路62；与驱动电路61与62连接的是显示电路70。其中，所述的传感器选用ZJ型或CGQ型磁电式转矩转速传感器，传感器工作时产生近似180°相位差的二组正弦信号，负荷增至传感器额定负载时，相位差增大至近似270°，测量系统采用定时器分时切换的方法测量出输入信号的相位差和信号周期，且测量时将两个传感器输出的四组信号送至放大整形电路10；该放大整形电路10采用型号为741的集成电路芯片，741集成电路芯片将传感器信号进行放大且整形；在放大整形电路后设有一倒相器11，该倒相器11用于处理放大整形后的传感器信号，其输入端与放大整形电路10的输出端连接，其输出端与中央控制单元CPU20的输入端P3口的4个引脚连接。
所述的中央控制单元CPU20用于控制并协调存储电路40、输入与输出接口电路50、驱动电路60等各部件的工作，该中央控制单元CPU20采用的是型号为8031单片机芯片，8031单片机芯片的输入端P3.0、P电3.1、P3.4、P3.5脚接收了倒相器11输出端2、4、6、8脚送出的信号，经中央控制单元CPU208031单片机测量电路内的专用程序计算出机械传动力矩、转速及机械效率，通过75492和74LS07驱动后由LED显示器显示测量值。
所述的参数设置电路30设置在中央控制单元CPU 20输入端，它由三个按钮31和一门电路32组成，参数设置电路30的设立扩展了输入端口。其原因是，由于8031单片机只有四个八位I/O端口，P0口作为分时复用的数据/地址双向总线，P1口用于显示段码输出，P2口作为程序存储器扩展和I/O接口芯片扩展的控制口，P3口用于内部定时器对四组输入信号计数及CPU读/写控制，现只剩下P3口的P3.2和P3.3二位端口，而两个传感器需设置十个参数，同时还需设置转矩、转速调零，初值恢复等功能，所以，测量系统必须扩展输入端口功能，经优化设计，在本实用新型中，系统应用数字逻辑功能，只用3个二位式按钮31和一块74LS08门电路芯片32，便组成输入参数与功能设置的接口电路与P3.2和P3.3二位端口相连接，以完成对仪表参数设置、修改、调零、恢复初始值等一列测量功能。
所述的存贮电路40包括地址锁存器41与程序存储器42和数据存储器43组成。由于中央控制单元CPU20即8031单片机芯片内部不带有程序存储器，要使它正常运行，在本系统中扩展了一片程序存储器42，它采用了一型号为27128的集成电路可擦除只读存储器芯片，用于保存系统运行的程序，并在中央控制单元CPU20与程序存储器42之间，即在8031单片机芯片端口P0.0至P0.7脚与集成电路27128输入端A0.0至A0.7之间设置一地址锁存器41，在本实用新型中，该地址锁存器41采用了一带有三态缓冲输出的型号为74LS373的集成电路锁存器作为地址锁存器41，同时考虑到装置中需要掉电保存功能参数，为此设置一数据存储器43，在本实用新型中，该数据存储器43选用可读/写的型号为2816A的集成电路程序存储器作为数据存储器43，用于永久保存仪表测量功能参数，由此将程序存储器得到了扩展和利用。
所述的可编程输入与输出接口电路50的输入端与中央控制单元CPU 20即8031单片机芯片输出控制端P3.6、P3.7、P2.6、ALE、Rest脚和P0.0-P0.7引脚相连接。
所述的驱动电路60包括设置在输入与输出接口电路50输出端的驱动电路61，该驱动电路61采用的是型号为75492集成电路芯片，另一数字显示段码驱动电路62与中央控制单元CPU20即与8031单片机电路输出端P1.0至P1.7脚连接，该驱动电路62采用的是型号为74LS07集成电路芯片。
所述的显示电路70与驱动电路61、62连接，用于将测量系统的测量结果显示出来。在本实用新型中显示电路70采用了22个LED数码显示器，其中转速显示占用10个LED显示器，转矩显示占用10个LED显示器，机械效率显示占用2个LED显示器。为此，本系统通过输入与输出接口电路50即8155I/O集成电路接口芯片，采用动态扫描方式显示测量结果，同时也可充分利用其内部的存储器存放数据，省略了外部存储器，简化了电路。
如图2所示，这是本实用新型机械传动效率测量装置的总程序流程图。为保证系统正常启动，开机后即在系统初始化前，延时模块先执行115ms延时程序，再执行系统初始化程序，自校/参数设置程序，最后执行系统测量主程序。
如图3所示，这是本实用新型机械传动效率测量装置的初始化流程图。执行系统初始化程序模块时，首先选定定时器工作方式为只要TR0,TR1置1，定时器/计数器就被选通，而不管INT0,INT1的电平是高还是低；并将它设置为定时器方式，对内部脉冲进行计数，选择其操作模式为全16位计数。由于系统显示方式采用两个定时器溢出中断方式，所以有必要设置定时器响应中断的优先权，将设置参数时显示控制时间定时器T0的中断响应优先权设为高于其输出显示控制定时器T1。
如图4所示，这是本实用新型机械传动效率测量装置的仪表自校/参数设置程序程序流程图。为了每次测量前检验系统核心部件是否正常，在程序中设计了校验仪表的子程序，当开启仪表电源开关，在仪表显示屏中有0,1,2,……9的数字从左至右循环移动。如果需输入传感器参数或检查设置参数是否正常，可调用功能输入子程序完成传感器参数的设置，参数设置完成后返回总程序，执行主程序使仪表进入测量状态。
如图5所示，这是本实用新型机械传动效率测量装置的主程序流程图。仪表接收到测量信号，先取出原来测量时的初值，检查是否需要调零，若需要可调用调零程序将传感器初始相位差造成的不正确测量值清除。经确认无误，可进行初始化并保存调零初值。然后执行测量两个传感器输出的相位差和信号周期的程序，并调用浮点算法程序计算出转矩、转速和机械效率。算法程序采用四个字节浮点数并规格化，三个字节存放尾数，一个字节存放指数，其中最高位为符号位，正为‘0’，负为‘1’，指数范围为-128-+127。运算数据的有效范围为-0.5*2-128-0.5*2+127。它足够表示转矩、转速的测量精度。执行完计算程序后，将测量结果送显示单元显示，若数据正确则重新初始化后返回主程序首址继续测量，否则，调用调零程序重新调零，最后重返主程序首址继续测量。
如图6所示，这是本实用新型机械传动效率测量装置的定时器0中断响应程序流程图。8031微处理器有两个定时器，其中，定时器0用于实现设置参数时，使修改位具有显示闪烁功能。定时器0每隔约64ms溢出中断一次，每次中断后重置TL0初值为6，并使中断0计数器的值加1，当计数器的第3位为1时，开显示，此位为0时，关显示，使显示器亮或暗的周期各为256ms。
如图7所示，这是本实用新型机械传动效率测量装置的定时器1中断响应程序流程图。定时器1为8031微处理器另一定时器，定时器1为实现动态扫描显示控制功能，它置TH1初值为252，则定时器每隔1024μs溢出中断一次执行显示程序，动态扫描显示时间约1.2ms。
下表列出了一实施例的减速机传动效率测试数据
图8是一减速机传动效率曲线图，即将上表中列出的减速机传动效率测试数据用曲线来表示。
由此可以看出，本实用新型机械传动效率测量装置与现有技术相比，具有以下的优点
1．本实用新型机械传动效率测量装置可直接测量机械传动装置的机械效率。
2．本实用新型机械传动效率测量装置经优化设计后的测量电路结构紧凑，元器件少，体积小，功能全，性能可靠，并且测量数据准确。
3．本实用新型机械传动效率测量装置传感器参数设置数字化，调整、存储参数灵活、方便，准确可靠。
4．本实用新型机械传动效率测量装置具有调零值保存和测量初值恢复的功能，并能消除为测量低速传动力矩而开启传感器小电机时产生的转速误差。
综上所述，本实用新型机械传动效率测量装置利用单片微处理器体积小，功能全，价格低，可靠性高等独特优点，经优化设计，实现了用最少的硬件构成对机械传动装置的传动力矩、转速以及机械效率等机械量参数进行一体化测量的智能化测量系统。
权利要求1．一种机械传动效率测量装置，包括采集传感器信号，其特征在于还包括一放大整形电路(10)，该放大整形电路(10)与传感器信号连接，用于将传感器信号进行放大且整形；一中央控制单元CPU(20)，它与处理放大整形电路(10)信号的倒相器(11)的输出端连接；设置在中央控制单元CPU(20)输入端的一参数设置电路(30)；连接在中央控制单元CPU(20)复用端的一存贮电路(40)；设置在中央控制单元CPU(20)复用端与程序数字存贮器(43)复用端的一可编程输入与输出接口电路(50)；设置在输入与输出接口电路(50)输出端的驱动电路(61)，设置在中央控制单元CPU(20)输出端的数字显示段码驱动电路(62)；与驱动电路(61)与数字显示段码驱动电路(62)连接的是显示电路(70)。
2．如权利要求1所述的机械传动效率测量装置，其特征在于所述的参数设置电路(30)由三个按钮(31)和一与三个按钮(31)连接的门电路(32)组成。
3．如权利要求1所述的机械传动效率测量装置，其特征在于在所述的放大整形电路(10)与中央控制单元CPU(20)之间设有一倒相器(11)，该倒相器(11)的输入端与放大整形电路(10)的输出端连接，其输出端与中央控制单元CPU(20)的输入端P3口的4个引脚连接。
4．如权利要求1所述的机械传动效率测量装置，其特征在于所述的存贮电路(40)包括一与中央控制单元CPU(20)复用端连接的地址锁存器(41)；一与中央控制单元CPU(20)复用端连接且与地址锁存器(41)输出端连接的可擦除只读程序存储器(42)，其输出端与中央控制单元CPU(20)的复用端连接；一与地址锁存器(41)输出端连接的可读/写数据存储器(43)。
专利摘要本实用新型涉及一种机械传动效率测量装置，包括采集传感器信号，其特点是还包括与传感器连接的放大整形电路；与处理放大整形电路信号的倒相器连接的中央控制单元CPU；设置在CPU输入端的参数设置电路；连接在CPU复用端的存贮电路；设置在CPU复用端与程序数字存贮器复用端的可编程输入与输出接口电路；连接在输入与输出接口电路输出端的驱动电路，设置在CPU输出端的数字显示段码驱动电路；与驱动电路与数字显示段码驱动电路连接的显示电路。
文档编号G01L3/00GK2447762SQ0024987
公开日2001年9月12日 申请日期2000年10月31日 优先权日2000年10月31日
发明者夏守浩, 刘福岩, 张凯 申请人:华东理工大学