材料恒应力抗折试验测试仪的设计与实现.docx
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材料恒应力抗折试验测试仪的设计与实现
材料恒应力抗折试验测试仪的设计与实现
DESIGNANDREALIZATIONOFTESTERFORMATERIALCONSTANTSTRESSBENDINGEXPERIMENT
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学士
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摘要
随着近年来桥梁事故多发，对于材料的选择与处理问题已经变得日益严重。
通过较为严格和细致的检测，提高建筑材料的合格度，可以大大降低事故的发生率，从而对于国家建筑材料的发展也可以产生着积极的作用。
跟随现在电子技术与通信业的大幅度发展，设计更为精确稳定的材料测试系统具有着切实可行的作用。
本论文设计的恒应力材料抗折测试仪利用了单片机技术与交流伺服电机的控制技术完成的，该测试仪将适用于测试精度需求高的材料，测定其在等荷加载时的抗折度。
该测试仪设计运用了模块化得理念。
系统分为了压力采集模块、伺服驱动模块、数据存储模块、液晶显示模块、键盘模块。
其中用双芯片作为中心控制单元，分别是AT89C52与AT89C2051作为主、从芯片，两芯片之间使用单总线串行通信协议，提高了集成度。
显示模块使用的是320×240点阵液晶屏，4MFLASH存储器作为存储模块的主要构成部分，选择了24位高精度的A/D转换器，以实现本论文的高精度测算。
由于在控制系统中干扰因素较多，在测量通道和控制通道中采取了一些抗干扰措施。
最后通过软硬件相结合的方式组成了该系统，从而实现了个模块的功能。
经试验证明，本论文设计的恒应力材料抗折测试仪系统设计方案，软硬件合理，达到了高精度的要求，整个测试控制系统平稳运行，故障率低。
关键词：
抗折测试仪；AT89C52；高精度；等载荷加载；恒应力；伺服控制
Abstract
Asinrecentyearsthebridgeaccident,thechoiceofmaterialsandprocessingproblemshavebecomeincreasinglyserious.Throughstrictandmeticulousinspection,improveconstructionmaterialsquality,cangreatlyreducetheaccidentrate,therebytonationalbuildingmaterialdevelopmentcanproducepositiveeffect.
Followtheelectronicsandcommunicationsindustrygreatlydevelopment,now.Designmorepreciseandstablematerialtestsystemhasapracticaleffect.ThedesignofconstantstressandmaterialbendingtesterusingSCMtechnologyandtheACservomotorcontroltechnology,thetestwillbeappliedtothetestingprecisiondemandofmaterials,suchasdeterminationoftheloadingofthebendingdegree.
Thedesignofthetesterbyusingamodularconcept.Systemforpressureacquisitionmodule,servodrivemodule,datastoragemodule,LCDdisplaymodule,keyboardmodule.Whichusedoublechipasthecentralcontrolunit,respectivelyisAT89C52andAT89C2051asthemain,fromthechip,twochiptousesinglebusserialcommunicationprotocol,improvestheintegrationdegree.Displaymoduleusinga320x240dotmatrixLCDscreen,the4MFLASHmemoryasthememorymoduleconstitutesamajorpartinthepressure,thecollectionofselected24highprecisionA/Dconverter,inordertoachievethehighprecisionmeasurement.Duetotheinterferencefactorsinthecontrolsystemismore,inthemeasurementchannelandcontrolchanneltakeanti-jammingmeasures.Finally,throughthewayofcombininghardwarewithsoftwarecomponentsofthesystem,soastorealizethefunctionofmodule.
Provedbyexperiment,thisthesisdesignofconstantstressandmaterialbendingtestsystemdesign,hardwareandsoftwareisreasonable,achievetherequirementofhighprecision,thetestingandcontrolsystemofstableoperation,lowfaultrate.
Keywords:
bendingtester;AT89C52;highprecision;equalload;stress;servocontrol
目录
第一章绪论1
第一节课题背景，研究意义与其现状分析和发展1
第二节课题的实施方案与其实现原理的论述2
第二章测试仪系统结构及部件设计5
第一节测试仪控制系统结构及部件设计5
第二节伺服电机驱动模块的设计理念及选用6
第三节压力传感器的选择8
第四节转换器及数模转换器的选择9
第五节显示模块13
第六节存储模块15
第三章硬件设计19
第一节压力测量电路19
第二节伺服电机控制模块20
第三节液晶显示的控制22
第四节键盘模块电路及系统时钟电路24
第五节数据存储模块26
第六节抗干扰措施28
第四章软件设计29
第一节AT89C52程序设计29
第二节AT89C2051主程序及子程序设计32
第三节软件抗干扰技术34
结论35
参考文献36
致谢37
第一章绪论
第一节课题背景，研究意义与其现状分析和发展
近些年，桥梁坍塌等事故频发，给人民群众的日常生活及财产安全构成了严重的威胁，同时桥梁在我国的运输起着关键的作用。
而现在桥梁的选材上仍然存在着很多问题，材料恒应力抗折测试仪则能够给予这方面比较大的帮助，来降低事故的发生。
恒应力抗折测试仪主要用于水泥胶沙，混凝土块抗压强度试验，是科研所，水泥质检，工矿企业等部门的理想测试设备，并具有精度高，性能优越，可靠性高，操作方便能特点。
现在材料恒应力测试仪根据动力源的划分，大概可分为两类，一类是液压测试仪，另一类是电子式测试仪，液压式测试仪是国内应用比较多的。
它是通过液压阀来控制液体组成其控制系统。
两者从承受的负载能力来看，液压式测试仪略胜一筹，主要是由于其有着加载平稳，无冲击等优点，故发展相比较而言更早[1]。
电子式材料测试仪通常是在小负载下工作，因为它要对压台及底座施加作用力，需要通过控制伺服电机的转动，作为整个控制系统的动力核心，而伺服电机的容量限制了其负载量。
这种测试仪的精度很高，而且调速范围相比液压式更广。
电子式与液压式应用范围对比如图1-1：
nm
1000
500
100
110100100010000KN
图1-1电子式与液压式测试仪应用范围
这两种材料测试仪都是有各自的特点，由于论文更注重改测试仪的精确度，从研究方便的角度考虑，采用电子式的系统结构。
现在电子式材料测试仪的发展也很快，根据其控制方式，大致也可分为以下三种：
一、伺服电机及其相应配套控制器，由于其已经无法达到我国现在对于材料测试仪的标准，基本失去了研究的意义。
二、利用高性能的微处理器芯片组成整体的控制系统，再通过微机与软件实现模拟控制组成的测试仪。
三、利用运动控制板卡，直接由微机操控整个平台，通过数字式脉冲技术实现的闭环控制的多功能测试仪[2[3]。
电子式的材料测试仪最近的发展较为广泛，通过以上三种测试仪的优缺点进行参照，将主要以第二种作为本测试仪的控制方式，以单片机为核心的恒应力材料抗折测试仪。
第二节课题的实施方案与其实现原理的论述
实施方案：
1）研究系统中用于伺服电机的控制器，用自动控制的方式完成抗折测试过程，其选用AT89C52和AT89C2051单片机，高精度的传感器，点阵液晶显示器与部分电路等组成。
2）选择适合本设计的供能端，以及传感器及相关资料。
3）系统采用实时控制方式，可视化人机接口界面。
原理论述：
对于本设计的恒应力抗折测试仪，它的设计除了要实现全自动的闭环控制，还要必须达到恒应力加荷速度，也就是说，在单位时间内应力增加的速度是恒定的。
国内外大量的实验早已证明，加荷速率对于测试材料的表观强度影响极大，加荷速率快测得的强度偏高，加荷速率慢测得偏低[4][5]。
为了能够准确的测试材料的抗折程度，各个国家都相对的规定了测试材料的恒应力加荷速率，如下表1-1和1-2所示：
表1-1砼、石料力学试验加荷速率一览表
试样分类
试验项目
试件尺寸（mm）
强度等级
规范规定加荷速率
规定值（Mpa/s）
规定值（KN/s）
水泥胶砂
抗压强度试验
40×40×160
2.4±0.2
抗折强度试验
40×40×160
50N/s±10N/s
砂浆
抗压强度试验
70.7×70.7×70.7
0.5
>M5.0MPa
1.5
水泥混凝土
抗压强度试验
100×100×100
≤C30
0.3～0.5
>C30
0.5～0.8
>C60
0.8～1.0
150×150×150
≤C30
0.3～0.5
>C30
0.5～0.8
>C60
0.8～1.0
200×200×200
≤C30
0.3～0.5
>C30
0.5～0.8
>C60
0.8～1.0
抗折强度试验
100×100×400
0.5～0.7
150×150×550
抗折弹性模量试验
150×150×550
0.15～0.25
抗压弹性模量试验
100×100（H：
W=2～3）
0.2～0.3
150×150×30
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