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具有无线传输功能的数显扭矩测量系统的研究与开发

作　者: 黄兴伟
导　师: 应富强
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 扭矩测量惠更斯电桥应变片数字显示无线传输
分类号: TH823
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

扭矩是影响旋转动力机械正常工作和螺纹安全连接的一个重要参数,扭矩测量已成为机械产品开发、工况监测、故障诊断和质量检验等领域必不可少的研究内容。本文基于惠斯通电桥测量扭矩的原理,提出了一种无线数显扭矩测量系统的软硬件实现方法。基于应变片的电阻应变效应,本文利用惠斯通电桥采集了扭矩信号,分析了全桥差动和半桥差动两种组桥方式的差异与测量方法,探讨了影响应变片测量精度的因素(横向效应和粘贴质量),并给出了应变片的选用原则与粘贴步骤。在扭矩测量系统的硬件方面,本文以低功耗,低成本和便携为选型原则,比较选择了关键元器件的种类和型号,其中单片机选择MSP430FG439,无线传输芯片选择CC2430,LCD芯片选择SMG12864G2,此外,还重点介绍了电源模块电路,信号处理模块电路,无线传输模块电路以及人机交互模块电路的设计与实现方法。在扭矩测量系统的软件方面,本文详细介绍了软件开发与调试环境Embedded Workbench,并给出了软件核心算法如信号滤波与校准,信号存储和信号显示算法的实现流程与方法。结合以上研究,本文开发了一套具有无线传输功能的数显扭矩测量系统,该系统具有扭矩值在线检测,扭矩超阈值报警,扭矩数据保存和无线传输等功能。最后对整个扭矩测量系统进行了实验验证,试验结果表明该扭矩测量系统的功能均已实现,测量精度达到±1.1%。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 扭矩测量技术  10-12
    1.2.2 无线传输技术  12-14
  1.3 本文的研究内容与目标  14-15
第二章基于惠斯通电桥的扭矩测量原理  15-23
  2.1 应变片的构成与工作原理  15-17
  2.2 惠斯通电桥介绍  17-20
    2.2.1 全桥差动组桥方式  18-19
    2.2.2 半桥差动组桥方式  19-20
  2.3 应变片测量的误差分析  20-23
    2.3.1 横向效应的影响与处理措施  20-21
    2.3.2 粘贴质量的影响与贴片步骤  21-23
第三章扭矩测量系统的硬件研究与设计  23-34
  3.1 系统硬件总体设计  23-24
  3.2 系统硬件的研究与选型  24-29
    3.2.1 单片机  24-26
    3.2.2 无线传输芯片  26-28
    3.2.3 LCD 显示芯片  28-29
  3.3 系统硬件的设计与实现  29-34
    3.3.1 电源模块电路设计  29-30
    3.3.2 信号处理模块电路设计  30-31
    3.3.3 无线传输模块电路设计  31
    3.3.4 人机交互模块电路设计  31-34
第四章扭矩测量系统的软件研究与设计  34-46
  4.1 系统软件总体设计  34-35
  4.2 软件开发与调试环境  35-37
  4.3 信号的滤波与校准算法  37-38
  4.4 信号的存储算法  38-42
    4.4.1 单片机的储结构  38-41
    4.4.2 信号的存储方式  41-42
  4.5 信号的显示算法  42-43
  4.6 信号的传输算法  43-46
    4.6.1 Zigbee 协议栈  44-45
    4.6.2 ZigBee 协调器软件设计  45
    4.6.3 终端软件设计  45-46
第五章扭矩测量系统的实现与验证  46-49
  5.1 扭矩测量系统的实现  46
  5.2 扭矩测量系统的验证  46-49
    5.2.1 系统功能验证  47-48
    5.2.2 系统精度验证  48-49
第六章全文总结与研究展望  49-51
  6.1 全文总结  49
  6.2 研究展望  49-51
参考文献  51-54
附录 1 时钟初始化程序代码  54-55
附录 2 I/O 端口初始化程序代码  55-56
附录 3 显示初始化程序代码  56-57
附录 4 A/D 数据读取和处理程序代码  57-58
附录 5 中断服务子程序代码  58-59
致谢  59-60
攻读学位期间发表的学术论文目录  60

具有无线传输功能的数显扭矩测量系统的研究与开发

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