單片機在數控車(chē)床切削力測量中的應用

由式（2）可以看出電橋的一個(gè)重要性質(zhì)，當電橋相鄰兩臂有符號相同的電阻變化時(shí)，電橋輸出電壓為兩橋電阻變化相減的結果。因此，在測力儀接橋時(shí)，為使電橋有較大的輸出，則應使電橋相鄰兩臂有符號相反的電阻變化，而相對兩臂有符號相同的變化。這就是本測力儀布片于接橋的原則。
測力儀常用的電橋有等臂全橋（電橋由四個(gè)臂組成，R1=R2=R3=R4）及半橋（電橋由兩個(gè)臂加上兩個(gè)固定電阻組成，R1=R2=R）,如圖2所示。由式（2）兩種電橋的輸出電壓為：
全橋：ΔU=U/4R(ΔR1-ΔR2+ΔR3-ΔR4) （3）
半橋：ΔU=U/4R(ΔR1-ΔR2) （4）
比較（3）和（4）可知，當 ΔR1= ΔR3=+ΔR; ΔR2=ΔR4=-ΔR時(shí)，全橋的輸出為半橋的兩倍，也即全橋的靈敏度為半橋的兩倍。因此，為提高測力儀的靈敏度，即電橋有較大的輸出，我們在設計測力儀時(shí)采用了等臂全橋的測量電路。
2.3 量程放大器
把傳感器輸出的信號一般為μv— mv級，放大到模數轉換器所能接收的統一電平0—5V.
2.4 多路開(kāi)關(guān)
把數控車(chē)床切削過(guò)程中由傳感器變換后的各路的電信號與A/D相連，以便進(jìn)行A/D轉換，這樣既可節省設備，又不至于使各個(gè)被測參數之間互相競爭。多路開(kāi)關(guān)每次閉合的通道號由程序控制。
2.5 采樣保持電路
由于現場(chǎng)所測的切削力是連續變化的，而單片機采樣卻是斷續的，為了使參數未被采樣時(shí)仍能維持原來(lái)的數值，所以需要增加一采樣保持電路，我們采用了大規模集成電路芯片LF398。
2.6 A/D轉換器
把測力傳感器輸出的模擬電壓變成數字量，我們選用的是ADC0809八位A/D轉換器，他的轉換方法為逐次逼近法。在A(yíng)/D轉換器的內部含有一個(gè)高阻抗斬波穩定比較器，一個(gè)帶有模擬開(kāi)關(guān)數組的256R分壓器，以及一個(gè)逐行逼近的寄存器。八路的模擬開(kāi)關(guān)可由地址鎖器和譯碼器控制，可以在八個(gè)通路中任意訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)單邊的模擬信號。
2.7 顯示切削力
A/D轉換器雖然將測力傳感器輸出的模擬電壓值轉換為數字量，但是它并不是實(shí)際數控車(chē)床切削力的值，要得到真正的切削力的值還需進(jìn)行以下兩步工作：靜態(tài)標定和標度變換
靜態(tài)標定：就是通過(guò)實(shí)驗建立測力傳感器輸出電壓與切削力之間的關(guān)系曲線(xiàn)和數學(xué)模型。
標度變換：就是將A/D轉換器轉換后的00H—FFH數字量再轉換為實(shí)際的切削力的值。
以上兩步工作進(jìn)行完畢后才能在單片機LED上顯示出數控車(chē)床實(shí)際的切削力的值。以便數控車(chē)床操作人員進(jìn)行監視和管理生產(chǎn)等。

3、系統軟件設計
系統的主程序框圖見(jiàn)圖3，系統軟件包括：動(dòng)態(tài)顯示程序、A/D采樣程序、標度變換程序和中斷服務(wù)程序等。
中斷服務(wù)程序主要是利用定時(shí)器中斷產(chǎn)生的時(shí)標，對LED數碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新顯示。
3.1 A/D采樣程序
本程序分主程序和中斷服務(wù)程序兩部分。主程序用來(lái)對中斷初始化，給ADC0809發(fā)啟動(dòng)脈沖、送模擬量路數的地址、動(dòng)態(tài)顯示、監控報警等。中斷服務(wù)程序用來(lái)接收A/D轉換后的數字量和判斷一遍采樣完成否。

圖3 系統主程序框圖