基于单片机的液压节流调速实验的自动测试系统设计.pdf

2 0 1 0年 l 2月 第 3 8卷 第 2 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS De c ．2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 2 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 2 4 ． 0 2 1 基于单片机的液压节流调速实验的自动测试系统设计 胡学武 ，盛小明 苏州大学机 电工程 学院 ，江苏苏州 2 1 5 0 2 1 摘要液压节流调速是工业生产中常用的技术措施．也是液压传动与控制课程中实验教学的重要内容。设计一种利用 MC S 5 1 单片机技术实现液压节流凋速实验的 自动化测试系统，介绍其软硬件设计。为液压节流元件的生产和液压实验的教 学创新提供了参考。 关键词 液 压节流调速 ； 自动测试 ；MC S 5 1单片机 中图分 类号 T H I 3 7 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 2 4 0 5 92 De s i g n o f Au t o ma t i c Te s t i ng S y s t e m f o r Hyd r a ul i c Thr o t t l i ng Fl o w S pe e d Co nt r o l Ex p e r i me nt Ba s e d o n Si ng l e Ch i p Pr o c e s s o r HU xu e wu． S HENG Xi a o mi n g C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ， S o o c h o w U n i v e r s i t y ， S u z h o u J i a n g s u 2 1 5 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t S p e e d c o n t r o l b y h y d r a u l i c t h r o t t l i n g fl o w i s a g e n e r a l t e c h n i q u e me a s u r e i n i n d u s t r y p r o d u c t i o n ．I t i s i mp o r t a n t c o n t e n t o f e x p e r i me n t a l t e a c h i n g i n i l y d r a u l i c t r a n s n fi s s i o n a n d c o n t r o 1 ．An a u t o ma t i c t e s t i n g s y s t e m o f h y d r a u l i c t h r o t t l i n g fl o w s p e e d c o n t r o ] e x p e r i me n t b a s e d o n MC S 5 1 t e c h n o l o g y w a s d e s i g n e d ．T h e d e s i g n s o f h a n l w a r e a n d s o ft w a r e w e r e i n t r o d u c e d ．I t p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r p r o du c t i o n o f h yd r a u l i c t h r o t t l i n g e l e me nt a n d t e a c hi n g o f hy d r a u l i c e xp e r i me nt ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i e t h r o t t l i n g fl o w s p e e d c o n t r o l；A u t o ma t i c t e s t i n g ；MCS 5 1 s i n g l e c h i p p r o c e s s o r 液压 节流调速是工业生产 中常用的技术措施 ，也 是 液压传动与控制课程中实验教学的重要 内容。 传统的液压节流调速实验的控制和测试都是手动操作 完成 的。随着 电子技术 和计算机技术 的发展 ，出现 了 许多应用微 型计算机 和可编程控 制器 实现液压节流调 速实验 的 自动控 制和 自动测试 系统 ，这些 系统 的不足 之处是成 本 太高 ，利用 单 片机 技 术可 以弥 补这 一 不 足 。 作者设 计了一种利用 A T 8 9 C 5 1 单片机实现 液压 工作 油 缸 X K 自 RV P 节流 凋速 实验的 自动控制与测试 系统 。 1 液压节流调速实验简介 液压节 流调速 回路结构简单可靠 、成本低 、使用 维护方便 ，但效率 较低 ，因此在小功率系统 中得到广 泛应用 。它根据流 量控 制阀在 回路 中安装位置的不 同 可分为进油路节 流调速 回路 、回油路节流调速 回路和 旁油路节流调速回路。图 1为液压节流调速实验系统 图，实验方法见文献 [ 1 ] 。 负荷 油缸 图 1 液 压节 流调速实验 系统 图 收稿 日期 2 0 0 91 1 3 0 作者简介 胡学武 1 9 6 1 一 ，男 ，高级工 程师 ，主要研 究方 向为 自动化系统应用 。电话 1 3 8 1 2 6 2 5 6 1 8 ，Em a i l h u x u e w u s u da ．e d u． c n。 6 O 机床与液压 第 3 8卷 在 液压节流 调速实 验 系统 图 中 ，与单 片机 测试 系统连接的电信号有 2个电磁换向阀的 4个电磁 线圈 1 Z T 、2 Z T 、3 Z T、4 Z T和 2个 行 程 开 关 1 X K 、 2 XK。 2 单片机控制液压节流调速实验硬件电路设计 单片机控制液压节流调速实验硬件电路是 自动测 试系统的技 术 平 台，其 硬件 电路 原理 框 图如 图 2所 示 。电路 以 A T 8 9 C 5 1单 片 机 为 核 心 ，晶 振 采 用 2 4 M H z ，其 目的是为 了缩短程序运行时间 ，复位 电路设 置为上 电复位和手动复位 双重功能 。 塑 苎 P 1 I N T 0 PO 霾 篝 歌 肇 蠡 塞 套 一 f _ P 3 塑 皇 塑 重 一 IN T 1 P 2 国 亘 P 3 AT8 9 C5 1 图2 硬件电路原理框图 实验状态控制与指示电路有 3个功能 1 实 验启动按键和实验进行与停止状态指示 ； 2 与软 件程序相配合的显示实验台液压压力值的按键； 3 根据键盘操作的 4种不 同液压节流调速方式 的状态指 示 。 液压油路换 向电磁阀的电磁铁驱 动电路采用 了晶 体管驱动中间继电器的工作方式，为防止误动作加 入了信号互锁逻辑；行程开关取样 电路采用了光电 耦合技术措施 ，以消除环境因素对 自动测试系统的 干扰 。L E D数码 管电路用 于显 示液 压压 力值 和 实验 测试 的油缸运 动的速 度值 ，有效 位为 4位 ，并 与 软 件程序相配合使小数点为浮点方式。硬件电路供电 为 5 V。 3 单片机控制液压节流调速实验软件程序设计 软件程序是实现单 片机控制液压节流调速实验 自 动化 的核心 ，主要分为 3个模块 ，充分利用 了单 片机 的中断资源 ，有 机地实现 了 自动测试 。 图3为主程序流程图。单片机复位后进入主程 序 ，实时显示 通 过键盘 输入 的液 压压 力值 ，按 值 处理键可以进入计算并显示油缸克服的负载 值， 显示 值 5 S 后 自动恢复到实时显示通过键盘输入 的 液压压力值状态 。 图4为 I N T 0程序流程图。I N T 0中断是用于处理 键盘输入的专 用程序 ，当 4 3键 盘有键 按下 时 自动 产生外部 0号 中断 ，程序进入 I N T 0后 ，在确认有 键 按下后 ，查键号 ，根 据不 同的输入按键转入不同的处 理程序输入的是数字键时作为更新压力值处理；输 入的是小数点键时按输入顺序点亮相应的数码管小数 点 ，实现带小数点的数字的输入与显示 ；输入 的是项 目指针键时作为设定 4种不 同液压节流调速方式的循 环操作 。 图 3 主程序流程图 图 5为 I N T 1程序 流 程 图 。 N T 1中 断 是 实 现 自动控制液压节流调速实 验过程的程序 ，在液压管 路都连接完成后 ，按 下启 动实验按键 ，产生外部 1 号中断，实验按照程序流 程 自动完成液压节流调速 的 自动操作与测试 。I N T 1 中断程序主要对 3个方 面 的 内 容 进 行 协 调 操 作 1 控 制 电磁 铁 的 通 断 确保调速油缸 与负载油 缸 的正确 运 动 ； 2 通 过 检测行程开关信号 ，启 动 或停止单片机定时计数器 ， 计算和显示油缸运动速度。 4结束语 Y 查键号 ，转入各键 返 二 确 定项 目指针 图4 I N rI U程序流程图 开T 晰时 I Z T 通，2 Z T 断 ，3 Z T 断，4 Z T 通 l ’ L 重 卤 臣 T l 计数 ，停T O 计时 ，取T 1 计数 值 I ZT断，2 Z T通 ，3 ZT 通 ，4 Z T断 计算，显示速度V 延时5 s 1 ZT断 ，2 ZT断，3 Z T断 ，4 ZT断 图5 I N T 1程序流程图 测试油缸运 动时间 ； 3 用单片机实现液 压节流调速实验 的 自动测试 ，开 拓了液压传动与控制课程的实验内容，与其他自动化 实验方案相 比 ，具有成本低 的优势 。此外 ，用单 片机 实现液压节流调速实验 的 自动化还具有机电一体化程 度高、实用技术性强的特点，可以用来拓展高年级本 科生 的课外科研活动 ，培养工科类 大学生 的工程技术 技能，提高学生专业素养。 参考文献 【 1 】张俊歌． Q C S 0 1 4 A液压教学实验台使用说明书[ M] ． 秦 川液压件厂 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】李建忠． 单片机原理及应用[ M] ． 西安 西安电子科技大 学 出版社 ， 2 0 0 2 ． 【 3 】周航慈． 单片机应用程序设计技术[ M] ． 北京 北京航空 航天大学 出版社 ， 2 0 0 2 ．