一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】為了保證機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)電參數(shù)成為操作人員進(jìn)行分析判斷和決策的依據(jù)，精確及時(shí)地將各種參數(shù)檢測(cè)并顯示出來(lái)對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行意義重大。發(fā)明了一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)主要完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備線圈電流、控制電壓等模擬量信息的采集以及機(jī)電設(shè)備開(kāi)關(guān)狀態(tài)、觸頭狀態(tài)等數(shù)字量信息的采集功能。采用的是“一主二從”的處理器架構(gòu)，多處理器架構(gòu)可以保證大數(shù)據(jù)量采集以及數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性；測(cè)試儀添加了人性化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)可以即時(shí)在LCD界面顯示，用戶可以通過(guò)人機(jī)接口對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行操作，智能化水平較高。
【專利說(shuō)明】-種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] ；本發(fā)明涉及一種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)裝置對(duì)機(jī)電的各種參數(shù)進(jìn)行檢查和測(cè) 量，可W及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常情況，加強(qiáng)故障預(yù)防達(dá)到早期診斷的目的，從而有效的避免嚴(yán)重的 突發(fā)事故，保證設(shè)備和人員的安全，提高經(jīng)濟(jì)效益。

【背景技術(shù)】 [0002] ：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的要求和依 賴程度越來(lái)越高。機(jī)電設(shè)備對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)率、質(zhì)量、成本、安全、環(huán)保等，在一定意義上 有決定性作用。在現(xiàn)代機(jī)器制造企業(yè)中，主要是由工人操縱機(jī)器設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，為了保正設(shè) 備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)設(shè)備的檢測(cè)顯得日益重要。傳統(tǒng)的檢測(cè)儀器大多由硬件電路來(lái)完成，不僅 功能單一，而且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，不易維護(hù)。隨著微電子技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，檢測(cè)儀器 正向組合式、多功能、智能化和微型化方向發(fā)展?，F(xiàn)代數(shù)字部件的快速發(fā)展為檢測(cè)儀提供了 強(qiáng)有力的支持，檢測(cè)儀器都無(wú)一例外地采用了微處理器來(lái)增強(qiáng)其功能。廣泛地應(yīng)用微處理 器芯片能增強(qiáng)儀器的智能化程度，提高其穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)處理的精確性，使信號(hào)的采集、通信 一體化，并具抗干擾等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著數(shù)字測(cè)量技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備參數(shù)檢測(cè) 技術(shù)越來(lái)越成熟，并向著數(shù)字化、智能化方向迅速發(fā)展。
[000引
【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明采用器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、異步傳輸模式W及類LRC(縱向兀余錯(cuò)誤校驗(yàn)）校驗(yàn)多處理 碼格式設(shè)計(jì)而成；包含模擬量輸入調(diào)理電路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路；并設(shè)計(jì)了液晶顯示、日 歷、RAM、SD卡及電源系統(tǒng)等功能模塊電路。
[0004] 測(cè)試儀采用多CPU分立采集處理、中央控制器集中控制的結(jié)構(gòu)，包括模擬量檢測(cè) 模塊、開(kāi)關(guān)量檢測(cè)模塊、電源系統(tǒng)模塊、串口通信模塊、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、人機(jī)互動(dòng)模塊。 其測(cè)試儀硬件結(jié)構(gòu)如圖1 針對(duì)機(jī)電設(shè)備動(dòng)作及檢測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)性，裝置選用了對(duì)信號(hào)反應(yīng)非常迅速的閉環(huán)霍爾 電流傳感器CSM050NP，輸入/輸出電流比為1000: 1，響應(yīng)時(shí)間小于20化S，線性度<0. 1%FS， 并具有頻率響應(yīng)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、耗能低、低溫漂等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)電設(shè)備線圈的直 流模擬信號(hào)11 (0-3A)經(jīng)過(guò)霍爾電流傳感器CSM050NP變換成0-3mA電流信號(hào)12,12如 經(jīng)過(guò)匹配電阻R(為3kQ)轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換模塊能夠接收的0?9V電壓信號(hào)化。圖2中R1 和D1 -起構(gòu)成限壓保護(hù)環(huán)節(jié)，防止輸入范圍過(guò)大而燒壞單片機(jī)系統(tǒng)，其中R1是限流電阻， 防止傳感器輸出端的電流過(guò)大而毀壞電源單元。
[0005] 線圈電流測(cè)試接線圖如圖3所示，動(dòng)作回路由閉環(huán)霍爾電流傳感器通過(guò)動(dòng)作繼電 器與動(dòng)作線圈串聯(lián)組成。閉環(huán)霍爾電流傳感器與直流220V相連，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出分動(dòng)作命令 后，主處理器控制動(dòng)作繼電器吸合，形成動(dòng)作測(cè)試回路，機(jī)電設(shè)備動(dòng)作。A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電 流信號(hào)采集，并保存到模擬量采集板的靜態(tài)RAM中，W完成線圈電流信號(hào)的測(cè)量。
[0006] 選用基于磁平衡霍爾檢測(cè)原理的霍爾電壓傳感器VSM025A進(jìn)行操作電壓的測(cè)試， 其響應(yīng)時(shí)間小于40 /^^可^滿足機(jī)電設(shè)備瞬變特性的測(cè)試。測(cè)試電路圖如圖4所示。
[0007] 測(cè)試機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行位置狀態(tài)，是機(jī)電設(shè)備狀態(tài)綜合參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的基本功能之 一。機(jī)電設(shè)備的觸頭信號(hào)通過(guò)其輔助觸點(diǎn)引出，輔助觸點(diǎn)位置與機(jī)電設(shè)備位置一一對(duì)應(yīng)。只 需將輔助觸點(diǎn)的信息采集進(jìn)來(lái)就完成了機(jī)電設(shè)備位置狀態(tài)信號(hào)的采集，信號(hào)采集電路如圖 5所示，觸頭信號(hào)的采集電路的工作原理如下；假設(shè)機(jī)電設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，則其常閉輔助 觸點(diǎn)閉合，+12V經(jīng)過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)后輸入到光禪，光禪中發(fā)光二極管發(fā)光，光敏H極管導(dǎo)通，輸出 端輸出低電平"0";若機(jī)電設(shè)備處于開(kāi)通狀態(tài)，其常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，發(fā)光二極管無(wú)電不發(fā) 光，光敏H極管截止，輸出端輸出高電平"1"。從而完成了機(jī)電設(shè)備觸頭信號(hào)的采集。
[0008] 鍵盤設(shè)計(jì)采用了 4行4列的矩陣式鍵盤，鍵盤是同儀器面板的面膜一同設(shè)計(jì)的， 各個(gè)按鍵的含義如下：〇、位數(shù)字鍵，同時(shí)2、8、4、6分別具有上、下、左、右選擇菜單的功能； ENT鍵即化ter鍵，表示確認(rèn)；ESC鍵表示退出；此外還有四個(gè)功能按鍵，其在指定界面可W 完成不同的特定功能，如幅值放大、幅值縮小、時(shí)間軸拉伸、時(shí)間軸壓縮等功能。具體鍵盤布 局圖如圖6所示。
[0009] 在SPI模式下，SD卡為主機(jī)提供了CS、SCLK、DI、D0的四線接口。ATmegal28單片 機(jī)與SD卡的接口電路如圖7所示。
[0010] 由于ATmegal28單片機(jī)采用5V供電，故需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，LM317穩(wěn)壓電路如圖8所 示。LM317集成穩(wěn)壓電路輸出電壓可調(diào)范圍為1.25?37V，輸出電流為0.05?1.5A，工作 溫度為-55 ^15(TC，其內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路，具有安全可靠、 應(yīng)用方便和性能優(yōu)良等特點(diǎn)。圖中R3和R4組成了可調(diào)輸出的電阻網(wǎng)絡(luò)，為了能使電路中 偏置電流和調(diào)整管漏電流被吸收，R4選為3000,輸出端與調(diào)整端ADJ之間的基準(zhǔn)電壓值 Vw=l_25V。輸入外接電容C^，有利于提局紋波抑制能力；輸出端外接C4,能消除振蕩，確 保電路穩(wěn)定下作。
[0011] 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】： 圖1為本機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)測(cè)試儀硬件結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)霍爾電流傳感器接線圖； 圖3為本機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)線圈電流測(cè)試接線圖； 圖4為本機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)操作電壓的測(cè)試電路圖； 圖5為本機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)觸頭信號(hào)的采集電路圖； 圖6鍵盤布局圖； 圖7ATmegal28與SD卡的接口電路圖； 圖8LM317集成穩(wěn)壓電路圖。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)，采用多CPU分立采集處理、 中央控制器集中控制的結(jié)構(gòu)，包括模擬量檢測(cè)模塊、開(kāi)關(guān)量檢測(cè)模塊、電源系統(tǒng)模塊、串口 通信模塊、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、人機(jī)互動(dòng)模塊；所說(shuō)的CPU分立采集處理、中央控制器集中 控制的結(jié)構(gòu)是指由主處理器和從處理器組成（由三片ATmegal28單片機(jī)組成）；在這種架 構(gòu)中，資源和任務(wù)由不同的微處理器進(jìn)行管理，主電路板處理器完成包括I/O控制、任務(wù)調(diào) 度、顯示及數(shù)據(jù)處理功能，模擬量采集板上的從處理器完成模擬量的采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)， 數(shù)字量采集板上的從處理器完成數(shù)字量的采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)；所說(shuō)的模擬量檢測(cè)模塊， 為系統(tǒng)采集機(jī)電設(shè)備的線圈電流、操作電壓等基本信號(hào)并進(jìn)行一定的處理，滿足系統(tǒng)輸入 信號(hào)傳輸準(zhǔn)確、及時(shí)的基本要求；其主要由高速A/D轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)、調(diào)理電路組成；所說(shuō)的數(shù) 字量檢測(cè)模塊，為系統(tǒng)采集機(jī)電設(shè)備的多路開(kāi)關(guān)信號(hào)及觸頭狀態(tài)，由光耦隔離電路及調(diào)理 電路組成；所說(shuō)的電源系統(tǒng)模塊，搭建既要滿足各部分電路的工作電壓需要，同時(shí)也要滿 足電源各部分電路驅(qū)動(dòng)電流的能力，本系統(tǒng)采用12V單電源供電，按照各外圍設(shè)備的工作 電壓要求，系統(tǒng)中含有諸多電壓轉(zhuǎn)換電路；所說(shuō)的串口通信模塊，采用"一主二從"的設(shè)計(jì) 理念，主處理器與從處理器之間通過(guò)串口通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所說(shuō)的SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模 塊，采用具有體積小、容量大、數(shù)據(jù)傳輸快、移動(dòng)靈活、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)的新一代存儲(chǔ)器， 存儲(chǔ)大量的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的歷史動(dòng)作信息；所說(shuō)的人機(jī)互動(dòng)模塊，為系統(tǒng)提供控 制界面顯示及控制要求輸入，主要由大屏幕液晶器和薄膜鍵盤組成，以滿足系統(tǒng)控制界面 清晰、人機(jī)互動(dòng)方式靈活的要求。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)，其特 征在于所說(shuō)的單片機(jī)采用ATMEL公司的8位高檔微處理器ATmegal28單片機(jī)作為主控制 器；它基于AVR RISC結(jié)構(gòu)和Harward體系，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)；片內(nèi)自帶128KB的 FLASH和4KB的EEPROM，同時(shí)自帶SPI、TWI (I2C)等接口，這些資源為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)了 很大的方便，減少了外圍電路的設(shè)計(jì)，節(jié)約了硬件成本；而且ATMEL公司和第三方公司也提 供了功能強(qiáng)大的程序編譯和調(diào)試軟件，可以大大地減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)問(wèn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)，其特 征在于所說(shuō)的模擬量檢測(cè)模塊，針對(duì)機(jī)電設(shè)備動(dòng)作及檢測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)性，裝置選用了閉 環(huán)霍爾電流傳感器，選用閉環(huán)霍爾電流傳感器CSM050NP，輸入/輸出電流比為1000:1， 響應(yīng)時(shí)間小于200ns，線性度〈0. 1%FS，并具有頻率響應(yīng)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、 耗能低、低溫漂等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)電設(shè)備線圈的直流模擬信號(hào)11 (0 - 3A)經(jīng)過(guò)霍爾電流傳感器 CSM050NP變換成0 - 3mA電流信號(hào)12, 12如經(jīng)過(guò)匹配電阻R (為3kQ)轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換模 塊能夠接收的〇?9V電壓信號(hào)Uo ;R1和Dl -起構(gòu)成限壓保護(hù)環(huán)節(jié)，防止輸入范圍過(guò)大 而燒壞單片機(jī)系統(tǒng)，所說(shuō)的Rl是限流電阻，防止傳感器輸出端的電流過(guò)大而毀壞電源單 元；其特征在于線圈電流動(dòng)作回路由閉環(huán)霍爾電流傳感器通過(guò)動(dòng)作繼電器與動(dòng)作線圈串 聯(lián)組成；閉環(huán)霍爾電流傳感器與直流220V相連，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出分動(dòng)作命令后，主處理器控制 動(dòng)作繼電器吸合，形成動(dòng)作測(cè)試回路，機(jī)電設(shè)備動(dòng)作；A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電流信號(hào)采集，并 保存到模擬量采集板的靜態(tài)RAM中，以完成線圈電流信號(hào)的測(cè)量；其特征在于選用基于磁 平衡霍爾檢測(cè)原理的霍爾電壓傳感器VSM025A進(jìn)行操作電壓的測(cè)試，其響應(yīng)時(shí)間小于40 P，可以滿足機(jī)電設(shè)備瞬變特性的測(cè)試。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)，其特 征在于數(shù)字量檢測(cè)模塊，測(cè)試機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行位置狀態(tài)，是機(jī)電設(shè)備狀態(tài)綜合參數(shù)測(cè)試系 統(tǒng)的基本功能之一；機(jī)電設(shè)備的觸頭信號(hào)通過(guò)其輔助觸點(diǎn)引出，輔助觸點(diǎn)位置與機(jī)電設(shè)備 位置一一對(duì)應(yīng)，只需將輔助觸點(diǎn)的信息采集進(jìn)來(lái)就完成了機(jī)電設(shè)備位置狀態(tài)信號(hào)的采集， 將機(jī)電設(shè)備的常閉輔助觸點(diǎn)串接在輸入電路中，T型RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成低通濾波器，用來(lái)濾掉回 路中的高頻干擾；所說(shuō)的電阻還具有限流的作用，使進(jìn)入發(fā)光二極管的電流限制在毫安級(jí)； 兩個(gè)二極管起保護(hù)光耦的作用，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量與CPU總線之間的完全隔離；所說(shuō)的 觸頭信號(hào)的采集電路的工作原理如下：假設(shè)機(jī)電設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，則其常閉輔助觸點(diǎn)閉 合，+12V經(jīng)過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)后輸入到光f禹，光f禹中發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，輸出端輸出 低電平"0";若機(jī)電設(shè)備處于開(kāi)通狀態(tài)，其常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，發(fā)光二極管無(wú)電不發(fā)光，光敏 三極管截止，輸出端輸出高電平"1"；從而完成了機(jī)電設(shè)備觸頭信號(hào)的采集。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)，其特征 在于主/從處理器電源部分設(shè)計(jì)，采用LM317穩(wěn)壓電路；和R4組成了可調(diào)輸出的電阻網(wǎng)絡(luò)， 為了能使電路中偏置電流和調(diào)整管漏電流被吸收，R4選為300Ω，輸出端與調(diào)整端ADJ之 間的基準(zhǔn)電壓值"Vef =:inr ;輸入外接電容q，有利于提高紋波抑制能力；輸出端外接 C4，能消除振蕩，確保電路穩(wěn)定下作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)，其特征 在于SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，采用的Atmegal28單片機(jī)具有內(nèi)部集成的SPI功能接口，采用SPI 同步串行協(xié)議。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于一主二從處理器的機(jī)電設(shè)備綜合測(cè)試儀系統(tǒng)，其特征 在于人機(jī)接口模塊，其特點(diǎn)在于矩陣式鍵盤，鍵盤是同儀器面板的面膜一同設(shè)計(jì)的，各個(gè)按 鍵的含義如下：(Γ9位數(shù)字鍵，同時(shí)2、8、4、6分別具有上、下、左、右選擇菜單的功能；ENT鍵 即Enter鍵，表示確認(rèn)；ESC鍵表示退出；此外還有四個(gè)功能按鍵，其在指定界面可以完成不 同的特定功能，如幅值放大、幅值縮小、時(shí)間軸拉伸、時(shí)間軸壓縮功能。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK104375498SQ201410208687
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月17日
【發(fā)明者】張美金, 孟祥寧, 王雨虹, 李明 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)