基于AVR单片机的车轴弯曲度检测装置设计

　　车轴弯曲度是决定产品质量的一个重要指标,对其进行检测和校直是不可缺少的一步加工工艺.这一工艺过程是:通过检测设备测量粗加工后工件的弯曲度,与合格参数进行比较,确定是否需要再加工;如果需要,则进行自动或手动再加工,直至工件合格.

　　目前国内使用的校直机多采用液压机构,并不配备自动检测装置,对其进行研究很有必要,可替代国外同类产品.

　　1 系统结构

　　整个检测系统安装在校直机上,由升降机构和检测装置组成,本文将重点讨论检测装置的设计.根据用户要求,检测装置需要的功能有:

　　1)通过光栅传感器把被测车轴偏移量转变为电信号,并进行处理.

　　2)计算车轴的弯曲度和前束,并由数码管以度、分的形式显示出来(精确到0.1分).

　　3)在LCD上以图形和数字形式将工件的弯曲状况和弯曲度数显示出来.

　　4)对最后合格的产品需要记录车轴弯曲度和前束的大小、加工完成的日期、操作者工号等相关信息,并进行打印.

　　为实现上述功能,设计了双CPU结构.主CPU检测光栅传感器输出的弯曲位移量,进行滤波、辨向、计数等处理,将计算结果用数码管显示出来.从CPU通过SPI接口与主CPU通讯,负责键盘输入、LCD显示、数据存储、打印等功能.检测装置结构如图1所示.

　　由于存储器空间限制,当数据存储到一定数量后需要通过打印机打印出来进行保存,在此之前数据存放在外部RAM中,为防止外部掉电而导致工件合格参数及加工信息掉失,外部存储器采用非易失RAM,保证系统的可靠性.

　　2 硬件设计

　　由于系统功能较多,对接口需求量大,同时要保证很高的实时性,选用AVR的Atmega64单片机作为核心处理器.ATmega系列单片机属于AVR单片机中的高档产品,它继承了AT90系列的特点,并在此基础上增强了接口功能,在省电、稳定性、抗干扰性及灵活性等方面都更加完善.ATmega64的芯片内部集成了64 K的FLASH、2 K的EEPROM、4K的SRAM、2个16位定时/计数器、2个USART、SPI、JTAG及53个可编程I/O口[1],功能比较强大,能够满足系统的各种需求.根据功能划分,检测装置在硬件上可分为以下几个部分:光栅信号处理和辨向电路,SPI通信电路、打印机接口电路,LED显示电路,LCD控制器与CPU接口电路、键盘扫描电路以及其它辅助电路.

　　2.1 光栅信号处理和辨向电路

　　利用光栅测量位移的实质是以光栅栅距为标准对位移量进行测量.目前高分辨率的光栅尺造价较贵,且制造困难.本装置中使用的传感器其光栅尺栅线为50线对/mm,其光栅栅距为0.02 mm.为了提高系统分辨率,需要对莫尔条纹进行细分,使用四分频电路进行细分,最后输出的信号是占空比为1B1的两路TTL信号,相位差为P/2,计数脉冲的分辨率为5Lm,这在工业测控中已达到很高精度.