基于MSP430的材料扭转试验机测控系统设计

　　0 引 言

　　材料扭转试验机是材料力学性能试验中的一种必不可少的试验设备，广泛应用于力学、机械、土木、材料等学科领域的科研、工程和教学中。随着电子测量、计算机技术的发展，新的材料扭转试验机在性能、功能方面已较过去发生了巨大变化。如今最先进的材料扭转试验机是以计算机为测量、控制系统核心的电子材料扭转试验机。

　　但是，由于新型的电子材料扭转试验机价格昂贵，很多院校和单位并未能及时更新使用最新的电子材料扭转试验机。目前仍然有很多老式材料扭转试验机继续在使用，或者闲置等待报废。但老式材料扭转试验机的机械部分大都设计严谨、制造精致，相对于现在产品并不落后。材料扭转试验机微机化控制改造就是在原有老式试验机的机械部分基础上，去掉其陈旧落后的测量控制部分，用新的以计算机为核心的测量控制系统代替相关部分，重新构建一个能以计算机进行操作控制和自动测量的电子扭转试验机。

　　类似的设计以前也有过，但是受到当时技术发展的限制，电路比较落后[3]。本设计使用 IT 公司的MSP430F449，它是 16 位单片机，运行速度快，内部资源丰富，可以省掉许多外围电路，减小体积，有利于提高抗干扰能力。系统设计成独立运行和联机运行 2 种模式。

　　1 总体设计

        我们以扭转试验机为例。在原来机械结构的基础上，去掉其陈旧落后的测量控制部分，用新的以计算机为核心的测量控制系统来代替。见图 1

　　原来的扭转试验机机械结构大部分保留。电机和减速机构保留，在减速机构的前端，原来有一个手动转轮，在此转轮上的适当部位加装永久磁铁，以便利用霍尔元件来测量转速( 转角) 。与减速机构输出端相连的动夹头保留。定夹头保留但要拆除其相关的测量机构。新的力矩测量机构采用力传感器，安装在与定夹头相连的曲柄端头对应位置处，当被测试件安装在动夹头和定夹头之间，动夹头在电机( 经减速机构) 驱动下旋转，通过试件传递扭矩，定夹头亦有旋转趋势并通过曲柄对力传感器产生作用力，力传感器将其转换成电信号，经过信号调理电后，送给 A/D 转换器变换成数字量，再由单片机进行处理。单片机实时采集力矩和转角信号并记录，直到试件被扭断或者人为停止试验。

　　本测控系统以 MSP430F449 单片机为核心。该机的特点是速度快，功耗低，内部资源丰富。有 60KB 的FLASH ROM，2KB 的 RAM，256B 的 EEPROM，12 位的 AD 转换器，内置看门狗，2 个 16 位定时器，同或异步的串行口，片内比较器，片内温度传感器，液晶驱动能力达 160 段; 150 纳秒的指令周期; 5 种节电模式; 从睡眠到唤醒不超过 6 微秒; 6 个 8 位并行口等[1]。