2008-09-13
在金属抗拉、抗压强度和生铁团矿破碎压力测量等实验中，要求实验仪器能准确测量出被采样信号的最大值。由于单片机价格低廉，动作可靠，因此这些实验仪器常选用单片机进行控制。在理想无干扰的状态下，实验过程中这些被采样信号的时域曲线有一个共同的特点：在到达最大值之前，曲线呈单调递增趋势，而在最大值之后，信号呈现单调递减趋势，且递减速率比上升速率大得多。例如，在理想状态下45钢抗拉强度实验中，试棒所受拉力的时域曲线如图1所示。但是，在这些实验中，不可避免地会存在各种形式的干扰。45#钢在有瞬时干扰情况下拉力时域曲线如图2所示。干扰的存在给这些实验仪器的研制带来了很大的技术困难。
根据金属抗拉、抗压强度和生铁团矿破碎压力在测试过程中时域曲线变化特征，利用89C51单片机中的定时/计数器，结合相应的的软件处理，可消除采样过程中的瞬时干扰，准确测量出金属的抗拉、抗压强度和生铁团矿破碎时的压力最大值。
在89C51单片机中有两个可编程的定时/计数器—定时/计数器0与定时/计数器1（8032/8052还有定时/计数器2），可由程序选择作为定时器用或作为计数器用，定时时间或计数值由程序设定。定时/计数器的核心是一个十六位的加法计数器，当作定时器用时，加法计数器对内部机器周期脉冲计数。在定时器的工作过程中，加法计数器的内容是可读回CPU的。借助单片机中定时/计数器的这些特点来编制消除瞬时干扰的程序。
软件具体编制方法如下：把定时/计数器选作定时器用，设置好工作方式，在程序运行过程中不产生中段请求信号，选择内存中的某一单元（例如R0），在其中设一初始值（如果初始值大于255，则需要两个内存单元），使得此初始值对应的机器周期的时间比干扰信号的作用时间长，而比实际所需采样信号的作用时间短（由于干扰信号与实际所需信号作用时间存在很大的差异，做到这一点并不困难）。由CPU对A/D输入信号进行处理，当检测到被采样信号有上升趋势时启动定时器，并将定时器的初值设为0，在被采样信号到达最大值时，读回定时器中十六位计数器的值，以之与R0初始值比较。若比初始值小，说明采集到的是干扰信号的幅值，应该舍去，并给计数器清零，重新返回采样;若比初始值大，则可确定此时采集到的为所需的测量值，可以存储起来或者通过显示、打印输出。
由于十六位计数器最多只能计时216个机器周期，如果系统晶振为12MHz，则其最长计时时间为66.5毫秒，对于作用时间比较长的采样系统就显得不够。由于实际信号作用时间长，当采样到最大值时加法计数器可能早已溢出，此时我们就不能确定计数器里的值与R0中所设初始值的大小了。为了解决这个问题，可对上述程序做些修改，具体如下：将定时器设为中断工作方式，定时初值为0，R0中设初始值A，在检测干扰信号时，由于干扰信号作用时间短，检测到干扰信号幅值时计数器中的值小于R0中的初始值A;而在检测实际作用信号时，定时器会产生溢出。定时器溢出时向CPU发出中断请求。在中断程序中给定时器设立另一初值B，使B>A,中断返回后计数器从B开始计数,当测试到被测信号的最大值时,加法计数器中的值一定比初始值A大。因此我们就可以通过比较加法计数器中的值和R0中的初始值A来区分干扰信号和实际测量信号。
评论1
楼主 2008/9/13 16:04:02
在高炉炼铁中,铁矿粉不能直接加入炉内冶炼,而应先制成球团,称为生铁团矿。为了保证生铁团矿在运输和装炉过程中不至碎裂，必须测出其抗压强度。团矿压力实验仪要求能准确地测出生铁团矿的破碎压力值，并显示和打印出来。笔者设计的生铁团矿压力实验仪中单片机采样和控制系统框图如图3所示，该实验仪的工作过程如下：团矿放置在生铁团矿压力实验仪的托盘上，电机正转，托盘上升，球团矿与传感器接触并受压，传感器压力信号通过A/D转换后输入单片机，由单片机通过计算求出最大值。得到最大值后立即停止电机运转，显示、打印破碎压力值。然后电机反转，托盘下降，进行下一次实验。
在球团矿压力实验仪中，存在着电机频繁地启动与停止，在电机启动与停止的瞬时，由于电路中存在能量的突变，产生了严重的电磁干扰，给采样信号造成很大的影响，从而引起电机的误动作。但干扰作用时间很短，一般为十几微秒到几十微秒，而球团矿从受压到破碎这一过程一般在10～50ms。此干扰不易为一般的RC滤波器所滤除。笔者使用上述软件方法，基本上使此干扰得到控制。软件的程序流程图如图4。
对于采样信号作用时间长的系统，则需要采用定时器的中断工作方式。主程序的流程图与图4很类似，二者只是在定时器的初始化设置上有些不同。中断程序的流程图如图5所示。
