新脱落型球体试验机的研发

　　硬件的组成根据跌落式球落试验机的控制要求，控制系统采用89C51微处理器作为控制系统的核心部件，再配以输入与输出接口电路，构成一个较小的单片机系统。由于89C51本身片内有8KEPROM，还有4个I/O口，因此完全能满足程控器的硬件要求。硬件结构框图从可以看出，控制系统的输入量多为开关量，这些开关量经过信号处理和光电隔离后即进入单片机<5>。输入接口的光电隔离电路如所示。

　　输入接口的构成：开关量信号信号处理光电隔离进入单片机。从中还可以看到，控制系统的输出端多为交流电动机、双重电磁阀等感性负载，这些感性负载的控制器件为触点式继电器。为了驱动这些感性负载，从单片机中输出的信号必须经过光电隔离、信号放大及继电器驱动等多个环节后才能驱动负载工作<5>。

　　输出接口的构成：输出信号光电隔离信号放大继电器组驱动。输出接口的继电器驱动电路如所示。输入接口光电输出接口的继电器隔离电路驱动电路从中可以看出，输出接口的继电器选用JZC-6F，该继电器线圈额定电压为直流12V，内阻约400.选用SN7407六同相驱动器驱动该继电器<6>。由于SN7407的每个同相器大吸入电流达40mA，其输出晶体管集电集的耐压达30V，因此完全可以胜任此型号继电器的驱动要求。

　　由于本系统的硬件组成较为简单，在输入输出环节上采取了光电隔离双重抗干扰措施，所以系统工作稳定，特别适于工业控制现场使用。

　　软件的设计根据跌落式落球试验机的控制要求，控制系统将CCD固体图像传感器测到的磨球的图像信息通过模数/数模转换，将信息处理后送入微处理器，通过微处理器判断磨球是否破损，若破损，则通过声光报警器报警，并立即切断提升机电源，使提升机停止工作。同时，补球装置自动补充新球，破球回收器自动回收旧球。并将计时计数器检测到的破球数量及时间等相关信息通过信息处理后送入微处理器，并在显示器上显示。其程序流程图如所示。

　　该软件主要包括以下一些内容。

　　1）主程序：完成跌落式落球试验机的启动和运行的监控，主要包括初始化、I/O口的设置、定时器设置<7>、中断设置及对采样信号和判断结果进行相应的处理。2）采样模块：完成对输入开关量信号的采集和**机械抖动处理。3）判断模块：完成对磨球是否破损的监控，判断是否停机。4）故障报警模块：完成对控制系统故障的处理。

　　系统的抗干扰措施跌落式落球试验机控制系统属于电子控制装置，因此在使用过程中不可避免地受到外界的干扰。

　　为了保证程控系统稳定可靠运行，采取了以下相应的抗干扰措施。

　　1）消除和抑制干扰源由于程控系统的输入信号大部分都是一些开关量信号，在开关闭合或断开过程中不可避免地存在抖动，形成毛刺形干扰，容易造成程控系统的误动作，因此在软件上采取了去抖措施<8>。同一组信号输入时，进行了重复多次采集并延时，避开开关抖动过程，待信号稳定后再进行处理。

　　2）切断干扰源与受感电路的通道在单片机的前向和后向通道中采用了光隔离器，通过电光和光电转换来传递信号。在电气上隔离了信号的发送端和接收端，有效地抑制了系统的噪声和接地回路的干扰。

　　3）提高受感电路的抗干扰能力跌落式落球试验机控制系统采用的89C51CMOS芯片，具有低功耗、使用电压范围宽（46V）、噪声容限高和抗干扰能力强等优点。在直流电源的设计上采取了桥式整流电容滤波稳压电路。

　　当外部电源电压在220V15%范围内波动时，亦能输出稳定的5V电压以供单片机系统稳定运行。在电路板上采取了加粗接地线，在供电端加电解电容滤波、大电流和小电流电路分开制版和版间加屏蔽层等一系列抗干扰措施<10>。

　　结语综上所述，该新型跌落式落球试验机不仅具有结构简单、操作方便、测量数据准确可靠和可实现智能化控制等优点，而且与同类型跌落式落球试验机相比具有价格优势。制造一台该新型跌落式落球试验机所需费用仅为购买国产同类型机价格的80%左右。另外，其控制系统采用单片机控制，具有低压启动和高压保护功能，加上完备的抗干扰措施，故可靠性较高，其平均无故障时间可达105小时以上。

　　通过修改软件控制参数可适应多种工况条件下使用。该新型跌落式落球试验机经过用户近2年时间的考核运行，未出现任何问题，现已开始小批量生产。

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