基于单片机的智能扭矩测量仪(附protel文件)

基于单片机的智能扭矩测量仪(附protel文件)(18000字)
摘   要
生产过程的自动控制，发动机输出功率及功率特性的检测，机械设备的功率传输效率的测定都需要扭矩在线检测技术的应用。
本文针对其他扭矩传感器的缺点，研制开发了一种结构简单，工作稳定的新型高精度应变式扭矩测量仪。文章对该扭矩仪的工作原理、结构参数设计、电路设计和系统误差进行了详细的研究。其内容共分为5章。
在第1章中，介绍了国内外扭矩传感器的研究情况，对各种扭矩测量方法进行了比较论证，并提出了本设计要达到的主要技术指标。
在随后的两章中，首先对应变式扭矩仪的工作原理进行了研究和分析，推导出了扭矩传感器扭矩输入量与输出电压值之间的比例关系，然后，对应变式扭矩测量仪的特性做了详细介绍。
第4章对应变式扭矩仪的硬件电路设计作了详细的阐述，从各个硬件的选取到整体系统的组合设计，电源部分也做了详细说明。
第5章对软件部分做了设计，首先是整体系统的流程设计，然后对各个硬件部分的子程序进行了编程。

关键词：应变  扭矩测量仪  传感器

Based on SCM's smart torque measuring instrument
Abstract
The applications of torque online measurement technique are needed
in the auto-control of procedure in production,the detecting of power characteristic and output of engine,and determination of transmission
efficiency of mechanical equipment.
In this paper,contraposing the shortcomings of other torque sensors a kind of strain gauge high-precision torque instrument is designed and developed,which has simple structure and high stability.The total paper is divided into five chapters.
In the first chapter,the domestic and overseas study status of torque sensor is firstly induced.Then,a discussion is done among all kinds of measuring methods of torque.At last,the technical indicators of instrument is given.
In the succedent two chapters,the principle of strain gauge torque instrument is firstly analyzed and researched.Then the proportional relations between torque input of torque sensor and voltage output.At last,the characteristics of strain gauge torque instrument are introduced in detail.
In the fourth chapter,the circuit design of strain gauge torque instrument is expatiated in detail. Hardware from selecting various parts to the combination of the overall system design.
  In the fifth chapter, the software are designed. The first is the overall system design process, and then programme all of the subroutine hardware part .
Keywords ：strain gauge、torque measurement 、sensor

利用单片机将计算技术与测量技术结合在一起，就可组成智能化测量仪表。因为智能仪表可以解决许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化仪表电路，提高仪表可靠性，降低仪表的成本以及加快新产品的开发速度。
本文研制的便携式扭矩测量仪正是采用了智能技术，其设计重点从传统的模拟和逻辑电路设计转向单片机模块、接口电路及输入输出通道设计、智能化单片机程序的开发，低功耗、智能化的设计思路在研制过程中得以实现。
1.1智能化仪表功能特点
传统测量仪表对于输入信号的测量准确性完全取决于仪表内部各功能部件的精密性和确定性水平。仪表内部元器件的温度漂移电压和时间漂移电压都将反映到测量结果中。另外传统仪表对于测量结果的正确性也不能完全保证。所谓正确性是指仪表应在其各个部件完全无故障的条件进行测量，而传统仪表在其内部某些部件发生故障时仍继续给出测量结果，显然这时的测量结果不正确。而智能化测量仪表的功能特点使上述问题的解决有了突破性进展。下面是研制的扭矩测量仪所具有的特点。
1、采用实时自动调零技术
扭矩的测量可以提供零位工作状态，即传感器上无载荷的情况，此时仪表的测量结果就是由仪表内部元器件所产生的零点漂移值，将此值存入单片机内部数据存贮器RAM中;当传感器上加载时，实际的测量值中包含零点漂移值，此时只要将用单片机程序实现测量值与零点漂移相减，即可获得准确的测量值。
2、采用自动校准技术
扭矩测量仪必须进行周期性校准，以保证其额定精度的合法性。传统测量仪的校准通常是采用与更高一级的同类仪表进行对比测量实现的。这种方法费时费力，给用户造成很大的不便。智能扭矩测量仪提供自动校准方法。
在校准仪表时，在传感器上加载标准量，此时测量值为标准值，通过数据处理，可得一系列标准参数，如增益、标度等。将标准参数存入非易失性RAM中，从而可以在以后的各次实际测量中使用。这种校准方法完全基于单片机的计算与存贮功能，可以降低仪表对内部器件稳定性要求，对仪表的设计与制造有重大意义。
3、自检功能
自检就是仪表对自身各主要部件进行的一种自我检测过程，目的是检查各部件的状态是否正常，以保证测量结果的正确性。
4、消除随机误差
随机误差存在与每一次测量过程中，而且其大小、符号都是不确定和不可预知的。但是N个测量数据中所包含的随机误差具有统计规律。概率统计理论证明，随机误差服从正态分布。N个测量值中包含的随机误差具有对称性或相消性，因此可以用统计平均方法消除随机误差。概率统计理论还证明，对于N个带有随机误差的的测量数据，当N逐步增大时，其平均值是真值的无偏估计。因此，智能仪表完成一次测量，实际上是对被测量进行了N次采样之后，取这N次采样值的平均值。正是由于智能仪表就有上述特点，这种仪表在测量的自动化，测量结果的数据处理以及功能多样化方面，都取得了巨大的进展。在研制高精度，高性能，多功能的测量仪表时，必须考虑采用单片机使之成为智能仪表。

目录
第一章 序言 ………………………………………………………………………1
1.1智能化仪表功能特点……………………………………………………………..1
1.2智能化扭矩测量仪研制的意义…………………………………………………..2
1.3扭矩传感器的国内外研究现状…………………………………………………..3
1.4研制的内容及预期目标……………………………………………......................6
第二章  基本原理………………………………………………………………...7
2.1 引言………………………………………………………………….....................7
2.2 应变式扭矩传感器的基本原理………………………………………………….7
第三章  传感器的特性………………………………………………………...11
3.1 传感器的静态特性……………………………………………….......................11
3.2 电阻应变式传感器温度误差及其补偿 …………………………….................12
第四章  扭矩传感器的硬件设计 …………………………………………..13
4.1 硬件总体结构…………………………………………………………………...13
4.2 模拟/数字转换电路 ……………………………………………………………14
4.3 传感器的选用 …………………………………………………………..  …. .15
4.4  LCD显示模块 …………………………………………………………… ….16
4.5 键盘接口电路  ………………………………………………………………...18
4.6 外部存贮电路 …………………………………………………………….. …..18
4.7 电源电路模块 ………………………………………………………….. …..20
4.8 单片机模块  …………………………………………………………………...20
第五章 软件设计……………………………………………… ………………..22
5.1测量算法…………………………………………………………………………22
5.2器件编程 …………………………………………………………………… ….26
5.3 监控程序设计…………………………………………………………………...33 总结.......38
参考文献 ............39