基于A(yíng)T89C55WD的磁粉離合器智能檢測系統

摘要：磁粉離合器是一種性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件。為解決某型號雷達中磁粉離合器故障檢測困難的問(wèn)題，基于AT89C55WD設計了一種磁粉離合器智能檢測系統，由檢測控制儀和測試臺組成，可對磁粉離合器進(jìn)行跑合試驗，以自動(dòng)或手動(dòng)方式測試磁粉離合器的性能。提高了修理機構對磁粉離合器進(jìn)行修理的能力，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：AT89C55WD；磁粉離合器；智能檢測；修理

磁粉離合器是利用電磁效應下的磁粉來(lái)傳遞轉矩的，當激磁電流保持不變時(shí)，其傳遞的轉矩不受傳動(dòng)件與從動(dòng)件之間差速影響，可以穩定地傳遞恒定轉矩，具有響應速度快，結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件，有十分廣泛的用途。
某型雷達中磁粉離合器在使用過(guò)程中，由于磁粉結塊等原因，故障率很高，且發(fā)生故障后嚴重影響雷達跟蹤性能。由于其結構特殊，檢測難度較大，發(fā)生故障后主要采取換件修理，費時(shí)費力，更換不當還容易造成其它部位的損壞。目前市場(chǎng)上沒(méi)有合適的儀器對該型號的磁粉離合器進(jìn)行測量，更沒(méi)有相應的標準衡量磁粉離合器的好壞。同時(shí)磁粉離合器在經(jīng)過(guò)修理或更換后，應對其進(jìn)行跑臺試驗，可使磁粉離合器的性能更加穩定，延長(cháng)使用壽命。
為提高該型雷達的保障能力，設計了基于AT89C55WD的磁粉離合器智能檢測系統。檢測系統主要包括基于A(yíng)T89C55WD的信號轉換和處理檢測控制儀，扭矩傳感器，顯示模塊和直流電機等，可對磁粉離合器進(jìn)行跑合試驗，以自動(dòng)或手動(dòng)方式測試磁粉離合器的性能。通過(guò)實(shí)物驗證結果表明，本設計能夠有效提高部隊修理機構的檢測層次，節省修理費用，對裝備保障資源建設有重要意義。

1 系統總體設計
磁粉離合器智能檢測系統由檢測控制儀和測試臺組成。根據磁粉離合器的實(shí)際工作情況，利用直流靜音電動(dòng)機向磁粉離合器提供原動(dòng)力。磁粉離合器不加驅動(dòng)電流時(shí)，扭矩傳感器上無(wú)扭矩產(chǎn)生。當離合器加上驅動(dòng)電流時(shí)，從動(dòng)軸上就有相對應的穩定扭矩輸出，所產(chǎn)生的扭矩傳到扭矩傳感器上，傳感器將此扭矩成比例的轉換為一定頻率的方波。檢測控制儀將方波信號經(jīng)過(guò)數字濾波后轉換為扭矩數值，單片機將采集的數據進(jìn)行計算，根據磁粉離合器的起始轉矩和額定轉矩范圍以及轉矩和激磁電流成正比的特性來(lái)判斷離合器的性能，同時(shí)把數值送到液晶顯示屏顯示。系統硬件框圖如圖1所示。

2 系統設計實(shí)現
2．1 機械部分設計
測試臺在結構設計上主要考慮磁粉離合器和扭矩傳感器的同心度和安裝及使用過(guò)程中的變形，同時(shí)應方便各部件的拆裝。如果磁粉離合器與扭矩傳感器不同心，就會(huì )造成測量時(shí)有零點(diǎn)誤差，我們采取扭矩傳感器固定，驅動(dòng)電機可以調整的方案。測試臺的整體結構設計如圖2所示。

電動(dòng)機需要體積小，噪聲低，輸出轉矩大于4 N·m，輸出轉速小于1 000轉／分。扭矩傳感器是完成磁粉離合器性能檢測最重要的元器件，要求量程在2 000 mN·m，輸出標準頻率信號，可測量靜態(tài)扭矩。先拆下直流電動(dòng)機，擰下扭矩傳感器上邊軸上的螺釘。把連接器套在扭矩傳感器和磁粉離合器的軸上，并擰緊離合器軸上的螺釘，扭矩傳感器軸上的螺釘剛好卡到鍵槽內，但不要擰緊。再把磁粉離合器固定到支架上，先不擰緊螺釘，此時(shí)一邊轉動(dòng)扭矩傳感器的軸，一邊調節離合器的固定螺釘，到左右轉動(dòng)時(shí)無(wú)阻力，將傳感器頂絲卡入鍵槽內。此時(shí)即完成測試臺機械部分。
2．2 電路部分設計
2．2．1 微控制器
本系統采用AT89C55WD單片機作為系統控制器。AT89C55WD是一種低電壓高性能的CMOS型8位單片機，能夠給眾多嵌入式控制應用系統提供靈活性的有效解決方案。該單片機內部集成有20K的可編程ROM和256字節的RAM，兼容標準MCS-51指令系統，采用通用編程方式，具有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向I／O口，同時(shí)內含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計數器，工作頻率能達到33 MHz，完全能夠滿(mǎn)足系統需要。CPU及外圍電路連接圖如圖3所示。

2．2．2 扭矩信號整形轉換電路
J6接扭矩傳感器，C20為濾波電容，用于濾去干擾信號；C12為耦合電容，R5、R6為分壓電路，用于降低輸入電壓幅值：IC5A作電壓比較器，有信號時(shí)輸出方波，同時(shí)可以提高輸入阻抗和驅動(dòng)光耦。光耦將±15V方波信號轉換成TTL電平信號。扭矩信號整形轉換電路如圖4所示。

2．2．3 液晶顯示模塊接口電路
J1為液晶顯示模塊的接口，CE、RD、WR為液晶顯示模塊的讀寫(xiě)控制信號，C3、R4組成液晶復位電路，R36、R37、R38、R39組成溫度補償電路，其電壓影響液晶的對比度。5 V經(jīng)D1降壓后向液晶提供背光電源。液晶顯示模塊接口電路如圖5所示。

2．3 軟件部分實(shí)現
軟件程序主要是檢測自動(dòng)狀態(tài)下選通不同的控制電流，對所有測量到的數據進(jìn)行處理，和磁粉離合器技術(shù)要求進(jìn)行比較，得出檢測結果，并送到液晶顯示器顯示測量結果。程序流程如圖6所示。

3 結果分析
磁粉離合器智能檢測儀可自動(dòng)按照預先設定的程序，檢測離合器的主要參數，根據需要也可手動(dòng)選擇合適的驅動(dòng)電流實(shí)時(shí)檢測離合器的參數，并根據結果判定其性能。同時(shí)在在磁粉離合器維修完后或更換磁粉離合器前可以按照預先設定的程序自動(dòng)或手動(dòng)選擇合適的電流進(jìn)行跑合實(shí)驗，使離合器的性能趨于穩定，達到性能要求。制作完成的實(shí)物照片如圖7所示。

3．1 測試功能
先打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，按下“測試”按鈕，檢測儀開(kāi)始自動(dòng)按照預先設定的程序，電流從20 mA開(kāi)始，每次增加5 mA，直到70 mA，分別檢測離合器的扭矩，并將結果分行顯示在顯示屏上，此時(shí)系統處于暫停狀態(tài)，再次按下“測試”按鈕，系統根據結果判定其好壞，顯示“合格”或“不合格”。當顯示“不合格”時(shí)，檢測儀會(huì )顯示不合格的項目，提供修理依據。再次按下“測試”按鈕，系統返回到起始狀態(tài)，可進(jìn)行其他操作。
3．2 跑合功能
按下“跑合”按鈕，檢測儀開(kāi)始自動(dòng)按照預先設定的程序，以固定的電流進(jìn)行跑合，并將每一次跑合后的結果顯示在顯示屏上，每次顯示4組數據。跑合實(shí)驗結束后，系統處于暫停狀態(tài)，再次按下“跑合”按鈕，系統將返回到起始狀態(tài)，可進(jìn)行其他操作。

4 結論
文中介紹的磁粉離合器智能檢測系統采用了AT89C55WD作為核心器件，外圍結構簡(jiǎn)單，能夠滿(mǎn)足設計要求。目前，該磁粉離合器智能檢測儀通過(guò)在某單位進(jìn)行試用，運行狀態(tài)穩定，性能達到了設計要求。提高了修理機構對磁粉離合器進(jìn)行修理和檢測的能力，減少了更換磁粉離合器的費用，是開(kāi)展某型號雷達修理必需的工裝設備，應用范圍廣泛，具有顯著(zhù)的軍事、經(jīng)濟效益。