專利名稱：一種基于usb數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)的制作方法
一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料試驗機(jī)領(lǐng)域，具體的說，是一種基于USB數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的材料試驗機(jī)。
背景技術(shù)：
在材料試驗機(jī)領(lǐng)域，基于PC機(jī)或工控機(jī)材料試驗機(jī)測控系統(tǒng)目前大多采 用基于PCI總線、ISA總線或者是RS-232串行總線作為數(shù)據(jù)采集的模式。PCI 總線雖然具有較高的傳輸速度(132Mbps)，并支持"即插即用"功能，但其缺 點是插拔麻煩，且擴(kuò)展槽有限(一般為5 6個)，ISA總線顯然存在同樣的問 題。RS-232串行總線雖然連結(jié)簡單，但其傳輸速度慢(56Kbps)，且主機(jī)的 串口數(shù)目也有限，因而目前通用的通過數(shù)據(jù)采集板卡采集的方法存在著以下 缺點安裝麻煩，易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾而導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)的失真，易受計算 機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差。
通用串行總線(Universal Serial Bus,簡稱USB)是1995年Compaq、 Microsoft、 IBM、 DEC等公司為了解決傳統(tǒng)總線的不足，而推出的一種新型 串行通信標(biāo)準(zhǔn)，該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易擴(kuò)展等優(yōu)點，已經(jīng)逐 漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢，基于USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分利用USB 總線的上述優(yōu)點，有效地解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的缺陷，USB的規(guī)范能針 對不同的性能價格比要求提供不同的選擇，以滿足不同的系統(tǒng)和部件及相應(yīng) 不同的功能，從而給使用帶來極大方便。發(fā)明人曾為廣東恒宇儀器有限公司開發(fā)了電腦式的材料測試系統(tǒng)，該測
試儀采用了研華PCI 1716的數(shù)據(jù)采集卡，具有16位AD轉(zhuǎn)換，16路模擬輸入， 2路模擬輸出，1個外部計數(shù)器，16路數(shù)字量輸入/輸出，采樣速率可達(dá)250ksps， 雖然在PC機(jī)內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡便于數(shù)據(jù)采集和分析，縮短開發(fā)周期，數(shù)據(jù)采 樣速率高，但也存在一下缺點安裝麻煩、價格昂貴、受計算機(jī)插槽數(shù)量、 地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差，同時在一些電磁干擾性強(qiáng)的測試現(xiàn)場， 很多情況下無法專門對其作電磁屏蔽，從而導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真，抗干擾性 能較差。顯然這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還不能滿足不同用戶和各種應(yīng)用場合的需求， 因此，發(fā)明人在此工作的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種精度高、速度快、使用方便、 穩(wěn)定可靠的新一代材料試驗機(jī)測控儀器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于USB數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的材料試驗機(jī)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
一種基于USB數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，包括機(jī)械部分、數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)、USB通信系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)，其中，機(jī)械部分通過電機(jī)控制器，力傳感 器以及位移傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過USB接口與 USB通信系統(tǒng)相連，USB通信系統(tǒng)通過USB接口與上位機(jī)系統(tǒng)連接；其特征 在于，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為載荷采集系統(tǒng)和位移采集系統(tǒng)；
所述的載荷采集系統(tǒng)，包括力傳感器，信號調(diào)理，模擬多路開關(guān)，可編 程增益放大器和A/D轉(zhuǎn)換器；其中，力傳感器將采集到電壓信號與信號調(diào)理 相連，信號調(diào)理通過模擬多路開關(guān)將電壓信號引導(dǎo)到可編程增益放大器上，再將得到放大的電壓信號與A/D轉(zhuǎn)換器相連，將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的結(jié)果通
過串行接口與單片機(jī)相連；
所述的位移采集系統(tǒng)，包括光柵編碼器，判向接口電路和接口電路；位
移信號通過光柵編碼器轉(zhuǎn)換成脈沖信號，脈沖信號通過判向接口電路與單片
機(jī)相連，脈沖信號通過接口電路與單片機(jī)相連；
所述的A/D轉(zhuǎn)換器，為24位過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器； 所述的單片機(jī)，為51內(nèi)核的單片機(jī)作為主控制器；
所述的機(jī)械部分，包括電機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)向器、絲杠、工作臺和夾具； 電機(jī)通過變速器和轉(zhuǎn)向器與絲杠相連，工作臺上設(shè)有螺孔與絲杠相連，工作 臺的中部設(shè)有夾具；
所述的USB通信系統(tǒng)，其中，USB接口采用的芯片選自單獨(dú)的USB接 口芯片或者集成USB接口中芯片的一種，優(yōu)選為單獨(dú)的USB接口芯片；
所述的上位機(jī)系統(tǒng)，包括PC機(jī)，打印機(jī)以及上位機(jī)測試軟件，其中， 上位機(jī)測試軟件安裝在PC機(jī)上，主要實現(xiàn)USB上位機(jī)通信、曲線顯示分析、 數(shù)據(jù)處理、報表打印、控制繼電器等功能，用戶直接通過上位機(jī)測試軟件界 面來進(jìn)行材料試驗的一系列操作。
本發(fā)明一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)的積極效果是-
(1) 在單片機(jī)和PC機(jī)之間加入USB接口芯片，使得單片機(jī)和PC機(jī)能 實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，單片機(jī)和A/D芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和處理，PC機(jī)應(yīng)用程序?qū)Σ?得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示，這樣能達(dá)到應(yīng)用數(shù)據(jù)采集卡測試系統(tǒng)的直觀性和界 面友好性，同時又可提高系統(tǒng)的性價比和可靠性，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力；
(2) 采用USB接口提高其數(shù)據(jù)傳輸速度、準(zhǔn)確率以及使用方便性，下 位單片機(jī)采用24位ADS1256作為A/D轉(zhuǎn)換器，可提高材料試驗機(jī)力值的采集精度，適應(yīng)于高精度材料試驗機(jī)測控系統(tǒng)及基于USB數(shù)據(jù)采集采集系統(tǒng)。


圖1本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下提供本發(fā)明一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)的具體實施方式
。
實施例1
請參見圖l， 一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，包括機(jī)械部分、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、USB通信系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)，其中，機(jī)械部分通過電機(jī)控制 器，力傳感器以及位移傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過USB 接口與USB通信系統(tǒng)相連，USB通信系統(tǒng)通過USB接口與上位機(jī)系統(tǒng)連接； 所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含載荷采集系統(tǒng)和位移采集系統(tǒng)；
請參見圖2，所述的載荷采集系統(tǒng)，包括力傳感器、信號調(diào)理、模擬多路 開關(guān)，可編程增益放大器，A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)，其中，力傳感器采集到電 壓信號，通過信號調(diào)理的處理和轉(zhuǎn)換，在模擬多路開關(guān)的引導(dǎo)下將處理好的 電壓信號引導(dǎo)到可編程增益放大器進(jìn)行放大，然后再將放大的電壓信號進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過串行接口發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及通信; 信號調(diào)理電路主要完成對傳感器輸出的差分模擬信號進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，使之 可以被AD芯片接受，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，單片機(jī)是系統(tǒng)的中央控制單元，數(shù)據(jù)采集USB通信完全受單片機(jī)控制；
所述的位移采集系統(tǒng)，包括光柵編碼器，判向接口電路，接口電路和單 片機(jī)，其中，位移信號通過光柵編碼器轉(zhuǎn)換成脈沖信號， 一方面通過判相電 路來判別位移的方向，并且將方向信號發(fā)送給單片機(jī)，另一方面通過接口電 路將采轉(zhuǎn)換的脈沖信號連接到單片機(jī)上，對位移信號進(jìn)行計數(shù)采集；
所述的A/D轉(zhuǎn)換器，為24位過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器；
所述的單片機(jī)，為51內(nèi)核的單片機(jī)作為主控制器；
所述的機(jī)械部分，包括電機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)向器、絲杠、工作臺、夾具， 電機(jī)通過變速器和轉(zhuǎn)向器與絲杠相連，工作臺上設(shè)有螺孔與絲杠相連，工作 臺的中部設(shè)有夾具；其中，電機(jī)通過變速器和轉(zhuǎn)向器帶動絲杠轉(zhuǎn)動，工作臺 上有螺孔與絲杠配合，絲杠只能轉(zhuǎn)動，不能上下移動，在絲桿轉(zhuǎn)動時帶動工 作臺上下移動，這樣就把電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成工作臺的上下運(yùn)動，S型力傳 感器的一端固定在機(jī)頂臺，上夾具固連在力傳感器的另一端，工作臺上裝有 下夾具，當(dāng)上下夾具把試件夾住后，可以啟動電機(jī)使工作臺上下運(yùn)動，這時 就開始拉伸或壓縮被測材料；
所述的USB通信系統(tǒng)，其中，所述的USB接口芯片選自單獨(dú)的USB接 口芯片或者集成USB接口中芯片的一種，優(yōu)選為單獨(dú)的USB接口芯片；
所述的上位機(jī)系統(tǒng)，包括PC機(jī)，打印機(jī)以及上位機(jī)測試軟件，其中， 上位機(jī)測試軟件安裝在PC機(jī)上，主要實現(xiàn)USB上位機(jī)通信、曲線顯示分析、 數(shù)據(jù)處理、報表打印、控制繼電器等功能，用戶直接通過上位機(jī)測試軟件界 面來進(jìn)行材料試驗的一系列操作。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾， 這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，包括機(jī)械部分、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、USB通信系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)，機(jī)械部分通過電機(jī)控制器，力傳感器以及位移傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過USB接口與USB通信系統(tǒng)相連，USB通信系統(tǒng)通過USB接口與上位機(jī)系統(tǒng)連接；其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為載荷采集系統(tǒng)和位移采集系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，其 特征在于，所述的載荷采集系統(tǒng)，包括力傳感器，信號調(diào)理，模擬多路開關(guān)， 可編程增益放大器和A/D轉(zhuǎn)換器；其中，力傳感器將采集到電壓信號與信號 調(diào)理相連，信號調(diào)理通過模擬多路開關(guān)將電壓信號引導(dǎo)到可編程增益放大器 上，再將得到放大的電壓信號與A/D轉(zhuǎn)換器相連，將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的結(jié) 果通過串行接口與單片機(jī)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，其 特征在于，所述的位移采集系統(tǒng)，包括光柵編碼器，判向接口電路和接口電 路；位移信號通過光柵編碼器轉(zhuǎn)換成脈沖信號，脈沖信號通過判向接口電路 與單片機(jī)相連，脈沖信號通過接口電路與單片機(jī)相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，其 特征在于，所述的機(jī)械部分，包括電機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)向器、絲杠、工作臺和 夾具；電機(jī)通過變速器和轉(zhuǎn)向器與絲杠相連，工作臺上設(shè)有螺孔與絲杠相連， 工作臺的中部設(shè)有夾具。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，其 特征在于，所述的上位機(jī)系統(tǒng)，包括PC機(jī)，打印機(jī)以及上位機(jī)測試軟件， 上位機(jī)測試軟件安裝在PC機(jī)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，其 特征在于，在所述的USB通信系統(tǒng)中，USB接口采用的芯片選自單獨(dú)的USB 接口芯片或者集成USB接口中芯片的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，其 特征在于，所述的USB接口芯片優(yōu)選為單獨(dú)的USB接口芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的材料試驗機(jī)，包括機(jī)械部分、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、USB通信系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)，其中，機(jī)械部分通過電機(jī)控制器，力傳感器以及位移傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過USB接口與USB通信系統(tǒng)相連，USB通信系統(tǒng)通過USB接口與上位機(jī)系統(tǒng)連接；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為載荷采集系統(tǒng)和位移采集系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點應(yīng)用數(shù)據(jù)采集卡測試系統(tǒng)的直觀性和界面友好性，同時又可提高系統(tǒng)的性價比和可靠性，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力；可提高材料試驗機(jī)力值的采集精度，適應(yīng)于高精度材料試驗機(jī)測控系統(tǒng)及基于USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
文檔編號G01N3/00GK101441152SQ20081020756
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者哲 劉, 張云銳, 易建軍, 田小強(qiáng), 陳昌明 申請人:華東理工大學(xué)