便携式数控定扭矩扳手控制器的研究与开发

发布时间：2020-04-11 15:40

【摘要】：电动工具是一种能够将人类的动作范围和力度进行拓展,并可以大大提升工作效率的工具,在人类日常的工作和生活当中饰演着相当重要的角色。随着社会生产的机械化和自动化程度不断地提升,用于加强和紧固螺栓的电动扳手在许多行业中得到了广泛的应用。而当前国内的电动扳手,已逐渐无法满足人们日益增长的使用需求。本着节约资源和成本的基本原则,本文从电动扳手的便携性、可靠性、扭矩可控性等方面进行研究,设计了一款可以精确控制输出扭矩,有效控制正反转,并且扳手工作状态可追溯的便携式数控定扭矩扳手。同时对整个驱动系统设置保护模块,增强使用的安全性。本文对便携式数控定扭矩扳手控制系统进行研究与开发。在阐述了这一课题的背景与意义的同时,对当前国内外电动扳手的现状以及设计电动扳手的必要性进行了简要分析。进而详细论述了电动扳手控制器系统设计的理论依据和控制模型,并依据控制数学模型提出对便携式数控定扭矩电动扳手的硬件设计要求。依据提出的硬件设计要求,将控制系统硬件进行划分,设计了系统主控制器电路、电机驱动电路、电流检测电路、转速检测电路、电源电路、液晶显示与按键控制电路和系统保护电路。且分别对各电路模块功能的实现方式和设计原理进行介绍。在硬件电路的基础上对扳手控制器系统的软件进行编写。阐述了系统软件设计的总体流程。并依据个模块所需要实现的功能,对电机软启动、转速检测、A/D采集、液晶显示、按键中断和数据存储程序等软件进行了编写。同时对基于C#的上位机通信界面进行简单介绍。将数控定扭矩扳手进行组装调试制成测试样机,使用委托厂商所搭建的扭矩测试平台反复测试,获得大量数据。通过数据分析和结果验证,设计了便于用户调节的现场校准方式,完成了扭矩输出范围800~3200N · m误差低于3%的扳手设计要求,通过厂商验收,现已投入量产。
【图文】：

逡逑图３．１电动板手控制器系统的硬件框图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．１邋Ｈａｒｄｗａｒｅ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｗｒｅｎｃｈ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑３．１系统主控制器模块逡逑便携式数控定扭矩扳手控制器的核心模块是单片机的最小系统单元，这一模逡逑块需要对整个控制器系统的各个模块进行控制、数据处理与存储，需要有较强的逡逑响应速度统筹整个控制器系统中的保护模块，运行中断控制以保护系统的正确和逡逑安全运行，，还要能够与上位机传输信息和便捷的通过从ｐｃ机烧录程序。综合系逡逑统设计的基本需求，考虑控制系统的性能、成本、工况、功耗等因素，本设计采逡逑用的是由美国Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司研制生产的一款拥有高性能的主控芯片逡逑ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ［２５１，该模块主要电路如图３．２所示。逡逑最小系统模块电路从功能上可划分为：基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ的最小系统模块、逡逑基于ＲＳ４８５的通讯模块，用于对数据进行存储的ＡＴ２１Ｃ５１２外部Ｅ２ＰＲＯＭ模块逡逑和基于Ｐｉｃｋｉｔ邋３．５的程序编译下载模块。以下将依次对各个模块的功能和特性进逡逑行阐述。逡逑３N１基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ的最小系＾＾逡逑本设计选择ＰＩＣ单片机的主要原因是其运算能力强、抗干扰性能好、功耗低、逡逑应用广泛、价格便宜。最小系统单元是由ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ单片机和晶体振荡器以及逡逑一定数量的阻容元器件构成

与ＢＬＩ端口提供与ＴＴＬ电平兼容的ＰＷＭ信号，即可实现４象限模式的幅值和逡逑方向控制，与数字控制器的接口非常简单，使用非常方便，简化了电路设计逡逑电机驱动模块电路如图３．４所示：逡逑－３０Ｖ逡逑逦Ｘ逦逡逑——逦逡逑逦ＨＨ邋逦逦逡逑ｂ逦逦４：逦ｈＭ逡逑Ａ：Ａ逡逑逦３ＨＢ邋ＢＨＯ邋上逦逦逦｜｜ｚ逦Ｉ邋＾逦逡逑＿＿４逦：逦邋ｈ，＿＿ｎ－Ｊ逦￣￣逡逑逦—Ｄ：Ｓ邋ＢＬＯ邋—逦１逡逑逦＝－＼ｓ邋３ＬＳ邋逦１逡逑逦＾邋ｂｕ邋＾￣逦ｒ逦逡逑逦—Ａｌｌ邋Ｖｃｃ邋－ｉｉ逦逦邋＂Ｕ＿逦１｜｜．逡逑逦＾邋ＡＨＩ邋ＡＬＳ邋逦逦逦逡逑逦＾ＫＤ５Ｌ邋ＡＬＯ邋逦ｇ－，逦逡逑Ｉ逦ＬＤＥＬ邋ＡＨＳ』逦—逦逦逦逦逦逦逦逦逡逑ＬＬｅ邋逦Ｌ邋挪沾。逦Ｅ＝］逦逡逑丫丫逦－：！？－0￥邋１逦＾Ｃ４逡逑ＬＪＪ邋逦逡逑图３．邋４邋ＨＩＰ４０８１电机驱动电路逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．４邋ＨＩＰ４０８１邋Ｍｏｔｏｒ邋Ｄｒｉｖｅ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑３．３电流检测模块逡逑电动扭矩扳手拧紧螺栓是一个动态的过程，在拧紧螺栓的过程中，直流电机逡逑电路中的电流将呈倍数增加，通过实验测量电流数值可达上百安培，而电路电流逡逑值是整个控制系统建立数学模型的重要参数之一，故需设计准确可靠的的电流检逡逑测电路是扳手控制系统的重点。逡逑本设计采用电流采集芯片ＡＣＳ７５８－１００Ｕ对电机电路中的电流进行采集，并逡逑通过运算放大电路、滤波电路接入单片机
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS914.5

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本文编号：2623754