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[应用相关] STM32开发位移传感器,大行程的位移传感器

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 楼主 | 2019-7-19 12:04 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:20 | 显示全部楼层
    随着液压/气压系统在高精密设备上运用越来越广泛,对执行元件油缸/气缸输出轴
的轴向位移的测量精度要求也越来越高。常用的小量程位移传感器精确测量的范围小于
200mm,而大型、超大型液压/气压系统输出轴输出的位移一般可达到甚至超过SOOmm
已经远远超出了小量程位移传感器精确测量范围,所以不能单纯将小量程位移传感器用
于大型、超大型液压/气压系统输出轴输出位移高精度测量当中,而大量程位移传感器中
非线绕电位器式精度太低,不能满足测量精度要求。光栅式位移传感器技术已经比较成
熟,能够满足大量程高精确测量,但是玻璃材料的脆性使光栅式位移传感器抗冲击能力
有限,而大型、超大型液压/气压系统,施加重载的条件下会产生较强的高频抖动,因而
光栅式位移传感器稳定性和可靠性在此情况下难以保证。磁栅式位移传感器由于其高精
度,大量程,适应性强等优点越来越受欢迎,而市场上绝大多数磁栅式位移传感器以相
对位移测量为主,一般是通过脉冲记数对多个周期进行测量,这样就会有两个缺点:一
是每次测量都得从起始位置开始,需要上电调零;二是不具备掉电保持功能。其它类型
的大量程位移传感器或者是发展还不够完善,研究还不够成熟,或者是受到大型、超大
型液压/气压系统工作条件的制约,或者是价格过于昂贵,均不适合用于大型、超大型液
压/气压系统输出轴轴向位移的高精度测量中。

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 楼主 | 2019-7-19 12:20 | 显示全部楼层
根据大行程的工作特点设计出了两套位移检测方案,下面对每套方案进行介绍。
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 楼主 | 2019-7-19 12:21 | 显示全部楼层
    该测量方案由两套完全相同的小量程检测子系统组成,每个子系统通过U型环对称
的固定在立柱上,子系统主要由步进电机、丝杠螺母、高精度小量程位移传感器等组成。

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 楼主 | 2019-7-19 12:21 | 显示全部楼层
490135d314544f3833.png     该方案同样由两套同样完全相同的小量程检测子系统组成,子系统通过滑台下的固
定底板固定在平面上,子系统主要由步进电机、导轨滑台、高精度小量程位移传感器等
组成。

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 楼主 | 2019-7-19 12:24 | 显示全部楼层
试验仪的四根立柱上,而超大三轴试验仪顶端油缸在向试样加压时,四根立柱会变形很
大,严重影响到测量装置测量的稳定性,而方案二可以很方便的固定于试样容器上面,
实现平稳测量。因此,方案二比方案一更加适应于超大三轴试验仪液压缸轴向位移测量
当中。下面将以超大三轴输出轴轴向位移为测量对象,对方案二展开具体的设计和研究。
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 楼主 | 2019-7-19 12:24 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:27 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:27 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:28 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:28 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:29 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:46 | 显示全部楼层
    LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering
Workbench)的简称,它是美国国家仪器公司的软件产品。
    LabVIEW也是一种通用的编程系统,它具有各种各样、功能强大、简单易用的函
数库,这些函数库里包含着数据采集、网络传输、串行仪器控制、数据分析、数据显示
及数据存储等功能。

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 楼主 | 2019-7-19 12:47 | 显示全部楼层
    串行通信是指使用一条数据线(另外需要地线,可能还需要控制线),将数据一位
一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。特别适用于计算机与计算机、
计算机与外设之间的远距离通信。串口通讯分为异步通讯和同步通讯,两者的比较如下:
  (1)异步通信简单,双方时钟可允许一定误差。同步通信较复杂,双方时钟的允许
误差较小。
    (2)异步通信只适用于点对点通信,同步通信可用于点对多通信。
    (3)异步通信效率低,同步通信效率高。
    由于PC端与STM32只是完成点对点的通信,异步通信即可满足要求,而且传输的
数据量很小,不需要很高的通信效率,异步通信亦可满足,考虑到异步通信的方式线路
简单、容易实现,因此本次设计采用异步通信的工作方式。
    串口通信按照数据流方向可分成三种传送模式:单工、半双工、全双工。
(1)单工形式:数据传送是单向的,通信双方中,一方固定是发送端,另一方则固定
是接收端,使用一根传输线。
(2)半双工形式:RS-485。半双工通信使用同一根传输线,即可发送数据又可接受数
据,但不能同时发送和接受。在任何时刻只能由其中的一方发送数据,另一方接受数据。
半双工通信中每个端口都需要有一个收/发切换电子开关,通过切换来决定数据向哪个方
向传输。因为有切换,所以会产生时间延迟,信息传输效率较低。
(3)全双工形式:RS-232。全双工数据通信主要由两根可以在不同的端点同时发送和
接收的传输线组成,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作。
    鉴于全双工工作模式具有同时发送数据的优势,本次设计采用全双工的工作模式。

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 楼主 | 2019-7-19 12:47 | 显示全部楼层
    在所设计的通讯方案中,上、下位机全双工异步串口通讯。两者分工明确,作为下
位机核心器件的STM32单片机负责数据的采集和通信,而上位机是PC端的LabVIEW
图形操作界面(图3.16所示),负责对下位机的通讯,控制指令发送,数据处理和存储
等工作,具体实施方案如图3.17所示。
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 楼主 | 2019-7-19 12:47 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:48 | 显示全部楼层
    当接收到同步运动信号后,单片机发送脉冲驱动A, B系统中的步进电机运动,两
子系统在位移传感器接触静止的测量挡板后,进入静态同步运动状态,闭环控制各自系
统中的位移传感器保持SV恒定输出,当挡板开始运动,A, B子系统保持SV恒定输出
动态同步跟随挡板运动,等待上位机发送开始位移检测信号。
    当STM32接收到开始位移检测信号后,A系统立即进入检测状态,电机停止运动,
若挡板是向下运动的,传感器0-1 Omm检测挡板向下运动位移,若挡板是向上运动的,
传感器一10-Omm检测挡板向上运动位移;B系统立即进入跟随状态,传感器保持SV恒
定输出,跟随挡板运动。假定测量挡板首先向下/向上运动,当处于检测状态中的A系
统位移传感器输出达到8.9V/1.1 V时,B系统中的电机停止转动,等待A系统位移传感
器检测完毕之后,进入检测状态,而A系统检测完毕之后,进入跟随状态,位移传感器
SV恒定输出,跟随挡板运动。当B系统输出达到8.9V/1.1V时,A系统中的电机停止
工作,等待B系统检测完毕之后进入检测状态,而B系统检测完毕之后,保持位移传
感器输出SV ( Omm)跟随测量挡板向上或向下运动。
    若在运动过程中,挡板突然变向,则保持SV跟随运动的系统迅速由跟随状态切换
至检测状态,若是由下降状态变为上升状态,则一10-On un检测挡板向上运动位移,若由
上升状态变为下降状态,则0-1 Omm检测挡板向下运动位移,而原先处于检测状态的系
统立即进入跟随状态,保持SV恒定输出,跟随挡板运动。就这样,通过两个系统交替
处于跟随状态与检测状态,实现对挡板双向大量程高精度位移的检测。

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 楼主 | 2019-7-19 12:48 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-7-19 12:48 | 显示全部楼层
    在所设计的控制方案中,处于待检测状态的两子系统需要同步跟随挡板运动,等待
着上位机发送的开始位移检测信号,而A, B子系统相互独立运动,两子系统的同步特
性受电机型号不同而不匹配,同时双电机的同步特性随着转动误差和外界扰动等因素影
响而恶化,因此需要对双电机同步控制方法展开研究,消除同步误差,实现双电机的静
态、动态同步运动。

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