基于AT89C55WD的磁粉離合器智能檢測(cè)系統(tǒng)

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(hào)雷達(dá)中磁粉離合器故障檢測(cè)困難的問題，基于AT89C55WD設(shè)計(jì)了一種磁粉離合器智能檢測(cè)系統(tǒng)，由檢測(cè)控制儀和測(cè)試臺(tái)組成，可對(duì)磁粉離合器進(jìn)行跑合試驗(yàn)，以自動(dòng)或手動(dòng)方式測(cè)試磁粉離合器的性能。提高了修理機(jī)構(gòu)對(duì)磁粉離合器進(jìn)行修理的能力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：AT89C55WD；磁粉離合器；智能檢測(cè)；修理

磁粉離合器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩的，當(dāng)激磁電流保持不變時(shí)，其傳遞的轉(zhuǎn)矩不受傳動(dòng)件與從動(dòng)件之間差速影響，可以穩(wěn)定地傳遞恒定轉(zhuǎn)矩，具有響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單等優(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(dá)中磁粉離合器在使用過程中，由于磁粉結(jié)塊等原因，故障率很高，且發(fā)生故障后嚴(yán)重影響雷達(dá)跟蹤性能。由于其結(jié)構(gòu)特殊，檢測(cè)難度較大，發(fā)生故障后主要采取換件修理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更換不當(dāng)還容易造成其它部位的損壞。目前市場(chǎng)上沒有合適的儀器對(duì)該型號(hào)的磁粉離合器進(jìn)行測(cè)量，更沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)衡量磁粉離合器的好壞。同時(shí)磁粉離合器在經(jīng)過修理或更換后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行跑臺(tái)試驗(yàn)，可使磁粉離合器的性能更加穩(wěn)定，延長使用壽命。
為提高該型雷達(dá)的保障能力，設(shè)計(jì)了基于AT89C55WD的磁粉離合器智能檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)主要包括基于AT89C55WD的信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理檢測(cè)控制儀，扭矩傳感器，顯示模塊和直流電機(jī)等，可對(duì)磁粉離合器進(jìn)行跑合試驗(yàn)，以自動(dòng)或手動(dòng)方式測(cè)試磁粉離合器的性能。通過實(shí)物驗(yàn)證結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)能夠有效提高部隊(duì)修理機(jī)構(gòu)的檢測(cè)層次，節(jié)省修理費(fèi)用，對(duì)裝備保障資源建設(shè)有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
磁粉離合器智能檢測(cè)系統(tǒng)由檢測(cè)控制儀和測(cè)試臺(tái)組成。根據(jù)磁粉離合器的實(shí)際工作情況，利用直流靜音電動(dòng)機(jī)向磁粉離合器提供原動(dòng)力。磁粉離合器不加驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，扭矩傳感器上無扭矩產(chǎn)生。當(dāng)離合器加上驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，從動(dòng)軸上就有相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)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(zhuǎn)換為一定頻率的方波。檢測(cè)控制儀將方波信號(hào)經(jīng)過數(shù)字濾波后轉(zhuǎn)換為扭矩?cái)?shù)值，單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)磁粉離合器的起始轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩范圍以及轉(zhuǎn)矩和激磁電流成正比的特性來判斷離合器的性能，同時(shí)把數(shù)值送到液晶顯示屏顯示。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2．1 機(jī)械部分設(shè)計(jì)
測(cè)試臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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程中的變形，同時(shí)應(yīng)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(cè)量時(shí)有零點(diǎn)誤差，我們采取扭矩傳感器固定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以調(diào)整的方案。測(cè)試臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

電動(dòng)機(jī)需要體積小，噪聲低，輸出轉(zhuǎn)矩大于4 N·m，輸出轉(zhuǎn)速小于1 000轉(zhuǎn)／分。扭矩傳感器是完成磁粉離合器性能檢測(cè)最重要的元器件，要求量程在2 000 mN·m，輸出標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，可測(cè)量靜態(tài)扭矩。先拆下直流電動(dòng)機(jī)，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(nèi)，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(zhuǎn)動(dòng)扭矩傳感器的軸，一邊調(diào)節(jié)離合器的固定螺釘，到左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無阻力，將傳感器頂絲卡入鍵槽內(nèi)。此時(shí)即完成測(cè)試臺(tái)機(jī)械部分。
2．2 電路部分設(shè)計(jì)
2．2．1 微控制器
本系統(tǒng)采用AT89C55WD單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。AT89C55WD是一種低電壓高性能的CMOS型8位單片機(jī)，能夠給眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活性的有效解決方案。該單片機(jī)內(nèi)部集成有20K的可編程ROM和256字節(jié)的RAM，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，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(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，工作頻率能達(dá)到33 MHz，完全能夠滿足系統(tǒng)需要。CPU及外圍電路連接圖如圖3所示。

2．2．2 扭矩信號(hào)整形轉(zhuǎn)換電路
J6接扭矩傳感器，C20為濾波電容，用于濾去干擾信號(hào)；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(hào)時(shí)輸出方波，同時(shí)可以提高輸入阻抗和驅(qū)動(dòng)光耦。光耦將±15V方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)。扭矩信號(hào)整形轉(zhuǎn)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控制信號(hào)，C3、R4組成液晶復(fù)位電路，R36、R37、R38、R39組成溫度補(bǔ)償電路，其電壓影響液晶的對(duì)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(xiàn)
軟件程序主要是檢測(cè)自動(dòng)狀態(tài)下選通不同的控制電流，對(duì)所有測(cè)量到的數(shù)據(jù)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(cè)結(jié)果，并送到液晶顯示器顯示測(cè)量結(jié)果。程序流程如圖6所示。

3 結(jié)果分析
磁粉離合器智能檢測(cè)儀可自動(dòng)按照預(yù)先設(shè)定的程序，檢測(cè)離合器的主要參數(shù)，根據(jù)需要也可手動(dòng)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電流實(shí)時(shí)檢測(cè)離合器的參數(shù)，并根據(jù)結(jié)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(yù)先設(shè)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(yàn)，使離合器的性能趨于穩(wěn)定，達(dá)到性能要求。制作完成的實(shí)物照片如圖7所示。

3．1 測(cè)試功能
先打開電源開關(guān)，按下“測(cè)試”按鈕，檢測(cè)儀開始自動(dòng)按照預(yù)先設(shè)定的程序，電流從20 mA開始，每次增加5 mA，直到70 mA，分別檢測(cè)離合器的扭矩，并將結(jié)果分行顯示在顯示屏上，此時(shí)系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，再次按下“測(cè)試”按鈕，系統(tǒng)根據(jù)結(jié)果判定其好壞，顯示“合格”或“不合格”。當(dāng)顯示“不合格”時(shí)，檢測(cè)儀會(huì)顯示不合格的項(xiàng)目，提供修理依據(jù)。再次按下“測(cè)試”按鈕，系統(tǒng)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(cè)儀開始自動(dòng)按照預(yù)先設(shè)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(jié)果顯示在顯示屏上，每次顯示4組數(shù)據(jù)。跑合實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，再次按下“跑合”按鈕，系統(tǒng)將返回到起始狀態(tài)，可進(jìn)行其他操作。

4 結(jié)論
文中介紹的磁粉離合器智能檢測(cè)系統(tǒng)采用了AT89C55WD作為核心器件，外圍結(jié)構(gòu)簡單，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。目前，該磁粉離合器智能檢測(cè)儀通過在某單位進(jìn)行試用，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。提高了修理機(jī)構(gòu)對(duì)磁粉離合器進(jìn)行修理和檢測(cè)的能力，減少了更換磁粉離合器的費(fèi)用，是開展某型號(hào)雷達(dá)修理必需的工裝設(shè)備，應(yīng)用范圍廣泛，具有顯著的軍事、經(jīng)濟(jì)效益。