單片機在數(shù)控車床切削力測量中的應用

由式（2）可以看出電橋的一個重要性質(zhì)，當電橋相鄰兩臂有符號相同的電阻變化時，電橋輸出電壓為兩橋電阻變化相減的結(jié)果。因此，在測力儀接橋時，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（電橋由四個臂組成，R1=R2=R3=R4）及半橋（電橋由兩個臂加上兩個固定電阻組成，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，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(shù)轉(zhuǎn)換器所能接收的統(tǒng)一電平0—5V.
2.4 多路開關(guān)
把數(shù)控車床切削過程中由傳感器變換后的各路的電信號與A/D相連，以便進行A/D轉(zhuǎn)換，這樣既可節(jié)省設備，又不至于使各個被測參數(shù)之間互相競爭。多路開關(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(xiàn)場所測的切削力是連續(xù)變化的，而單片機采樣卻是斷續(xù)的，為了使參數(shù)未被采樣時仍能維持原來的數(shù)值，所以需要增加一采樣保持電路，我們采用了大規(guī)模集成電路芯片LF398。
2.6 A/D轉(zhuǎn)換器
把測力傳感器輸出的模擬電壓變成數(shù)字量，我們選用的是ADC0809八位A/D轉(zhuǎn)換器，他的轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近法。在A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部含有一個高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，一個帶有模擬開關(guān)數(shù)組的256R分壓器，以及一個逐行逼近的寄存器。八路的模擬開關(guān)可由地址鎖器和譯碼器控制，可以在八個通路中任意訪問一個單邊的模擬信號。
2.7 顯示切削力
A/D轉(zhuǎn)換器雖然將測力傳感器輸出的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，但是它并不是實際數(shù)控車床切削力的值，要得到真正的切削力的值還需進行以下兩步工作：靜態(tài)標定和標度變換
靜態(tài)標定：就是通過實驗建立測力傳感器輸出電壓與切削力之間的關(guān)系曲線和數(shù)學模型。
標度變換：就是將A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的00H—FFH數(shù)字量再轉(zhuǎn)換為實際的切削力的值。
以上兩步工作進行完畢后才能在單片機LED上顯示出數(shù)控車床實際的切削力的值。以便數(shù)控車床操作人員進行監(jiān)視和管理生產(chǎn)等。

3、系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)的主程序框圖見圖3，系統(tǒng)軟件包括：動態(tài)顯示程序、A/D采樣程序、標度變換程序和中斷服務程序等。
中斷服務程序主要是利用定時器中斷產(chǎn)生的時標，對LED數(shù)碼管進行動態(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程序兩部分。主程序用來對中斷初始化，給ADC0809發(fā)啟動脈沖、送模擬量路數(shù)的地址、動態(tài)顯示、監(jiān)控報警等。中斷服務程序用來接收A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量和判斷一遍采樣完成否。

圖3 系統(tǒng)主程序框圖