【摘　要】利用微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)地檢測(cè)金屬絲彎曲力及彎曲極限次數(shù)。
??? 關(guān)鍵詞：金屬絲 撓曲 試驗(yàn)機(jī)
　
1 引　言
　? 金屬絲撓曲性試驗(yàn)機(jī)是玩具安全測(cè)試中常用的重要測(cè)試儀器之一。由于玩具安全檢驗(yàn)時(shí)可能選擇不同國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，所以試驗(yàn)的程序也不一樣。金屬絲撓曲性試驗(yàn)最關(guān)鍵的試驗(yàn)要求為：彎曲的角度控制和彎曲力的檢測(cè)。過(guò)去采用人工手動(dòng)操作，很難保證試驗(yàn)過(guò)程的準(zhǔn)確與一致。采用微機(jī)自動(dòng)控制，可以按照不同標(biāo)準(zhǔn)方法調(diào)用預(yù)先編制的相應(yīng)試驗(yàn)程序進(jìn)行試驗(yàn)，極大地方便了使用者進(jìn)行測(cè)試操作。本試驗(yàn)機(jī)采用M68HC08單片機(jī)進(jìn)行適時(shí)控制，可自動(dòng)完成金屬絲的撓曲性試驗(yàn)程序，動(dòng)態(tài)地檢測(cè)金屬絲彎曲力，具有完善的報(bào)警顯示功能，且體積小、噪聲低、效率高，為玩具的安全測(cè)試提供了保證。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　? 金屬絲撓曲性試驗(yàn)機(jī)主要由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、試樣夾具、檢測(cè)控制電路和報(bào)警顯示部分組成。
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??? 如圖1所示，由力矩傳感器對(duì)金屬絲的彎曲力進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)放大后的信號(hào)直接送M68HC08的A/D輸入口。鍵盤電路用來(lái)選擇試驗(yàn)程序和設(shè)定各試驗(yàn)參數(shù)。數(shù)碼顯示板用以顯示試驗(yàn)程序的代號(hào)和試驗(yàn)過(guò)程中的參數(shù)記錄。本機(jī)輸出為控制電機(jī)正反運(yùn)轉(zhuǎn)的兩路電平信號(hào)。
2．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　M68HC08是MOTOROLA公司1999年推出的新一代八位單片計(jì)算機(jī)系列產(chǎn)品，其中JL3具有12路8位A／D轉(zhuǎn)換接口，其內(nèi)部總線速度可達(dá)8MHz，內(nèi)有4KBit閃速存儲(chǔ)器及128Bit RAM，且自帶960Bit監(jiān)控與自檢程序。
2．2．1 鍵盤輸入電路
　　鍵盤輸入電路如圖2所示，PA口作為鍵盤輸入，設(shè)置為輸入工作方式，按鍵SB1～SB6分別連接于PA0～PA5。按鍵SB1～SB6主要完成系統(tǒng)功能設(shè)定和試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行及停止。
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2．2．2 數(shù)碼顯示電路
　　PB口的8條數(shù)據(jù)線PB0～PB7分別與LED半導(dǎo)體發(fā)光數(shù)碼管的a，b，c，d，e，f，g，dp字段相連接，PD口的PD4至PD7分別通過(guò)電阻R10至R13與VT1至VT4的基極相連。這樣，通過(guò)PB口送出顯示代碼 ，由PD口送出掃描位選信號(hào)，輪流點(diǎn)亮LED1至LED4四位半導(dǎo)體數(shù)碼管，主要用以顯示系統(tǒng)功能參數(shù)設(shè)置，并顯示運(yùn)行中彎曲次數(shù)和金屬絲彎曲力檢測(cè)的實(shí)際數(shù)值。
2．2．3 光電隔離輸出驅(qū)動(dòng)電路
　　PD口的PD2、PD3數(shù)據(jù)線通過(guò)電阻驅(qū)動(dòng)光電耦合器件GO1和GO2。該兩只光電耦合器件內(nèi)部復(fù)合了可控硅電路，可直接驅(qū)動(dòng)交流繼電器J1、J2。
2．2．4 電機(jī)主回路電路
　　電機(jī)主回路電路如圖3所示，當(dāng)J1吸合時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，金屬絲被彎曲至一邊，當(dāng)J2吸合時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，金屬絲被反向彎曲至另一邊。J1、J2通過(guò)常閉觸點(diǎn)J1－3、J2－3回路進(jìn)行互鎖保護(hù)。
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??? 在電機(jī)正反向切換中，主程序設(shè)置了0．2秒的停轉(zhuǎn)時(shí)間。當(dāng)J1、J2均未吸合時(shí)，常閉觸點(diǎn)J1－2、J2－2使電機(jī)電樞繞組直接短路，電機(jī)工作于能耗制動(dòng)方式，可以在小于0．2秒的時(shí)間內(nèi)迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了電機(jī)因慣性而停轉(zhuǎn)時(shí)間太長(zhǎng)的現(xiàn)象。
2．2．5　直流電機(jī)變速控制
　　本機(jī)采用的直流侍服電機(jī)M是系統(tǒng)的輸出執(zhí)行部件，其運(yùn)行轉(zhuǎn)速由輔助電源電壓V1或V2控制在兩種轉(zhuǎn)速上，輔助電源電壓V1、V2由PD口的PD1高電平或低電平控制。
2．2．6 彎曲角度檢測(cè)控制
　　電機(jī)經(jīng)多級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)擺桿在120°范圍內(nèi)作弧形周期擺動(dòng)。兩只霍爾磁敏傳感器分別安裝于擺動(dòng)弧度的起始和終止位置，可對(duì)擺動(dòng)桿進(jìn)行位置檢測(cè)?；魻杺鞲衅鞯男盘?hào)由PA口的PA6、PA7輸入。
2．2．7 金屬絲彎曲力檢測(cè)放大電路　
? 　如圖4所示，Ra與Rb是粘貼在拉力探頭變形金屬板上的應(yīng)變電阻片。當(dāng)金屬板受到一個(gè)方向的力時(shí)，Ra阻值將會(huì)增加，Rb則減少。反之，當(dāng)受到另一個(gè)方向的力時(shí)，則Ra減少，Rb增加。調(diào)節(jié)W1可以使F2輸出電壓在滿量程時(shí)為＋5V。調(diào)節(jié)W2使F2輸出電壓在拉力探頭無(wú)拉力作用時(shí)，輸出+2.5V電壓。
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2．3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　本試驗(yàn)機(jī)的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，分為主程序、鍵盤中斷程序、數(shù)碼管掃描顯示程序 、A／D轉(zhuǎn)換中斷程序、定時(shí)中斷程序。軟件如圖5所示。結(jié)構(gòu)主程序首先進(jìn)行初始化，設(shè)定所有I／O口的工作方式，定義六個(gè)功能鍵。每個(gè)按鍵功能均由鍵盤中斷程序執(zhí)行，各鍵功能見(jiàn)表1。
　　　　　　　　　　
　　按運(yùn)行鍵后，PD2、PD3交替輸出高電平信號(hào)，電機(jī)周期性正反運(yùn)轉(zhuǎn)。其周期由定時(shí)中斷程序執(zhí)行。同時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換程序?qū)鞲衅鞣糯箅娐返男盘?hào)V0進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)電壓V0等于2．5V時(shí)，可視為傳感器無(wú)拉力負(fù)荷。
??? 因此，實(shí)際測(cè)量的拉力F為：　
? 　F＝K.｜V0－2．5｜
式中，K為對(duì)拉力的比例常數(shù)。
　 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，金屬絲的彎曲力若大于設(shè)定值F0，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)自動(dòng)停機(jī)。在程序中，當(dāng)調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換程序后，將A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果與預(yù)置的F0進(jìn)行比較，當(dāng)F－F0＜0時(shí)，程序轉(zhuǎn)入停機(jī)報(bào)警。
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3 控制效果及總結(jié)
　　采用微機(jī)對(duì)金屬絲彎曲試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行控制，可以使金屬絲彎曲測(cè)試結(jié)果更加符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，使檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確一致，并在一定程度上降低了檢測(cè)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。過(guò)去人工手動(dòng)進(jìn)行金屬絲彎曲試驗(yàn)時(shí)，無(wú)法在試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)視金屬絲的彎曲力，現(xiàn)在采用彎曲試驗(yàn)機(jī)可以彌補(bǔ)這一不足，同時(shí)彎曲試驗(yàn)的周期也得到了保證。該試驗(yàn)機(jī)在玩具安全檢測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1　Motorola單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究中心．新一代八位單片機(jī) M68HC08簡(jiǎn)介．北京：清華大學(xué)出版社 ，1999
2　涂時(shí)亮等．單片微機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)．科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1988