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摘要：本文介绍了一种新的高性能ZRN503扭矩传感器测量仪的设计方法和技术特点，克服了以往的测量仪的不足，其中智能控制器的独立工作和各种显示、指示、用户功能，提高了ZRN503扭矩传感器测量仪的精确度、准确度、灵活度，提高了生产效率，使用效果良好。
关键词：ZRN503，扭矩传感器，监测系统，智能控制器，单片机。
随着机械设备的精度要求的提高，设备转速扭矩的加大，达帮钻机公司目前使用的扭矩传感器测量仪所测转速，扭矩，功率，不能满足。不能满足大部分现今被测设备的要求，所以与山东科技大学仪器仪表研究所合作设计了ZRN503扭矩传感器测量仪。
1 仪器结构与工作原理
仪器结构如图1所示，仪器主要有扭矩传感器、通道选择电路、指示电路、分频电路、复位电路、人工操作電路、控制电路、显示电路、电源转换电路等组成。
其工作原理是：ZRN503扭矩传感器将两路频率发送给控制板，控制板将两路频率信号进行选频，然后将高频降为低频发送给单片机处理，单片机将处理后的数据在显示电路显示出来，与此同时，操作人员也可以通过控制按钮将显示保持，以方便记录数据。
2 硬件设计
他是由AT89S52单片机控制，采用循环交叉分时检测及数据保持显示电路，将扭矩传感器输出的两路频率信号分时选通传送给单片机处理。电路原理如图2所示。
本仪器选用北京中瑞有限公司的ZRN503系列扭矩传感器，这种扭矩传感器可以测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器。
扭矩的测量：采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得改弹性轴受扭矩的电信号。将该应变信号放大后，经电压/频率转换，变成与扭应变成正比的频率信号。
转速的测量：转速测量采用磁电码盘的方法进行测量，每一磁电码盘均有60个齿，轴带动磁电码盘每旋转一周可产生60个脉冲，高速或中速采样时可以用测频的方法，低速采样时可以用测周期的方法测出准确的转速。
选通电路采用74HC4051用单片机P口控制74HC4051选通转速频率或者扭矩频率传给分频电路。
分频电路将选通的频率传送给CD4024，在CD4024分频输出端口用跳线冒进行选通分频倍数供后期调试改造使用。
指示电路是为了调试方便，将扭矩传感器输出的两路频率信号经过14分频，用led指示灯以闪烁的形式表现出来。
控制电路由AT89S52单片机作为控制核心，加上上电复位电路和晶振电路组成，构成单片机最小系统。由控制电路采集信号并且通过计算显示出来，同时采集用户按钮命令，如果有用户命令，则执行用户命令。
单片机显示电路由74HC164串行组成的三位显示电路，以及HD7279四位显示电路组成，这样就既可以显示四位的转速、带小数的功率，也可以显示三位的扭矩。
人工操作电路主要是为了方便使用者记录测量数据，由于机械转动时速率变化快，扭矩、转速变化过快，所以为了方便记录，设计了人工操作控制电路。
2.7电源电路
电源部分是控制电路重要的组成，我国供电采用220v交流电，所以为了使用方便，以及为了满足传感器和控制电路的供电要求，采用变压器、7915、7815、7805设计了电源电路，将220v交流电转换成传感器所用的+15v和-15v，以及控制板的+5v，多种电平的要求。
3软件设计
单片机软件设计时采用开机记忆，单片机用户操作选择多方式选择运行的方式。程序流程图如图4所示，他主要包括五个程序模块：
1. 主程序模块：包括中断入口、初始化程序、通道选择、转速计算、扭矩计算、功率计算及显示输出。
算法实现：
2. 计数子程序：利用单片机的TH0、TL0寄存器和T0引脚对外部频率信号计数。
3. 定时中断子程序：利用单片机的TH1、TL1寄存器对内部时钟计数，每中断一次，定时标志加一，当定时时间到时，立刻终止T1的定时计数和关定时中断。主程序会检测到定时时间到，执行相应的频率计算函数，并且通过显示电路将对应的值显示出来，同时选通另一路频率通道，检测并将另一通道的频率计算显示出来，供用户查看，实现分时扫描的功能。
4. HD7279显示程序采用高位先出的方式将所要现实的数值在HD7279控制的四位数码管显示电路上显示出来，且可以带小数输出。
5. 74HC164显示程序，是通过三个串联的74HC164控制三个独立的数码管显示，采用高位先出的方式将数据显示出来，且将高位无数位显示位空。
4 结论
采用本测量仪可以准确方便的测量被测设备的扭矩、转速，并且可以方便的记录数据，这对于工厂加工、出厂设备有着极其重要的意义。
参考文献：
1. 何立民，单片机高级教程，北京：北京航空航天大学出版社，2000
2. 胡汉才，单片机原理及其接口技术，北京：清华大学出版社，1996
3. 李华，MCS-51系列单片机实用接口技术，北京，航空航天大学出版社，1993，8。
作者简介
王友峰，男，山东菏泽人，山东科技大学信息与电气工程学院在读研究生，控制工程专业，主要从事煤矿监控产品研发。
关键词：ZRN503，扭矩传感器，监测系统，智能控制器，单片机。
随着机械设备的精度要求的提高，设备转速扭矩的加大，达帮钻机公司目前使用的扭矩传感器测量仪所测转速，扭矩，功率，不能满足。不能满足大部分现今被测设备的要求，所以与山东科技大学仪器仪表研究所合作设计了ZRN503扭矩传感器测量仪。
1 仪器结构与工作原理
仪器结构如图1所示，仪器主要有扭矩传感器、通道选择电路、指示电路、分频电路、复位电路、人工操作電路、控制电路、显示电路、电源转换电路等组成。
其工作原理是：ZRN503扭矩传感器将两路频率发送给控制板，控制板将两路频率信号进行选频，然后将高频降为低频发送给单片机处理，单片机将处理后的数据在显示电路显示出来，与此同时，操作人员也可以通过控制按钮将显示保持，以方便记录数据。
2 硬件设计
他是由AT89S52单片机控制，采用循环交叉分时检测及数据保持显示电路，将扭矩传感器输出的两路频率信号分时选通传送给单片机处理。电路原理如图2所示。
本仪器选用北京中瑞有限公司的ZRN503系列扭矩传感器，这种扭矩传感器可以测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器。
扭矩的测量：采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得改弹性轴受扭矩的电信号。将该应变信号放大后，经电压/频率转换，变成与扭应变成正比的频率信号。
转速的测量：转速测量采用磁电码盘的方法进行测量，每一磁电码盘均有60个齿，轴带动磁电码盘每旋转一周可产生60个脉冲，高速或中速采样时可以用测频的方法，低速采样时可以用测周期的方法测出准确的转速。
选通电路采用74HC4051用单片机P口控制74HC4051选通转速频率或者扭矩频率传给分频电路。
分频电路将选通的频率传送给CD4024，在CD4024分频输出端口用跳线冒进行选通分频倍数供后期调试改造使用。
指示电路是为了调试方便，将扭矩传感器输出的两路频率信号经过14分频，用led指示灯以闪烁的形式表现出来。
控制电路由AT89S52单片机作为控制核心，加上上电复位电路和晶振电路组成，构成单片机最小系统。由控制电路采集信号并且通过计算显示出来，同时采集用户按钮命令，如果有用户命令，则执行用户命令。
单片机显示电路由74HC164串行组成的三位显示电路，以及HD7279四位显示电路组成，这样就既可以显示四位的转速、带小数的功率，也可以显示三位的扭矩。
人工操作电路主要是为了方便使用者记录测量数据，由于机械转动时速率变化快，扭矩、转速变化过快，所以为了方便记录，设计了人工操作控制电路。
2.7电源电路
电源部分是控制电路重要的组成，我国供电采用220v交流电，所以为了使用方便，以及为了满足传感器和控制电路的供电要求，采用变压器、7915、7815、7805设计了电源电路，将220v交流电转换成传感器所用的+15v和-15v，以及控制板的+5v，多种电平的要求。
3软件设计
单片机软件设计时采用开机记忆，单片机用户操作选择多方式选择运行的方式。程序流程图如图4所示，他主要包括五个程序模块：
1. 主程序模块：包括中断入口、初始化程序、通道选择、转速计算、扭矩计算、功率计算及显示输出。
算法实现：
2. 计数子程序：利用单片机的TH0、TL0寄存器和T0引脚对外部频率信号计数。
3. 定时中断子程序：利用单片机的TH1、TL1寄存器对内部时钟计数，每中断一次，定时标志加一，当定时时间到时，立刻终止T1的定时计数和关定时中断。主程序会检测到定时时间到，执行相应的频率计算函数，并且通过显示电路将对应的值显示出来，同时选通另一路频率通道，检测并将另一通道的频率计算显示出来，供用户查看，实现分时扫描的功能。
4. HD7279显示程序采用高位先出的方式将所要现实的数值在HD7279控制的四位数码管显示电路上显示出来，且可以带小数输出。
5. 74HC164显示程序，是通过三个串联的74HC164控制三个独立的数码管显示，采用高位先出的方式将数据显示出来，且将高位无数位显示位空。
4 结论
采用本测量仪可以准确方便的测量被测设备的扭矩、转速，并且可以方便的记录数据，这对于工厂加工、出厂设备有着极其重要的意义。
参考文献：
1. 何立民，单片机高级教程，北京：北京航空航天大学出版社，2000
2. 胡汉才，单片机原理及其接口技术，北京：清华大学出版社，1996
3. 李华，MCS-51系列单片机实用接口技术，北京，航空航天大学出版社，1993，8。
作者简介
王友峰，男，山东菏泽人，山东科技大学信息与电气工程学院在读研究生，控制工程专业，主要从事煤矿监控产品研发。