基于ATmega16L单片机的钢丝绳直径智能检测仪表

　　0 引言

　　在生产钢丝绳和实际应用钢丝绳的过程中,都普遍存在着钢丝绳直径磨损和断裂的情况,而检测钢丝绳的使用状态对于实际工业生产的安全运行来说至关重要[1]。针对钢丝绳直径缺陷在线检测的复杂性,钢丝绳的直径检测由过去的游标卡尺或千分尺等专用测量工具,发展到目前基于磁阻测量原理和激光扫描为基础的非接触式钢丝绳直径检测损伤等方法,前者是抽点检测,漏检的情况会经常发生,没有连续检测的概念,并且这种检测方法要停止工作来进行检测,降低了工作效率和设备利用率,大大影响了现代高速生产的需要;而后者的磁通检测法又存在检测精度低,检测成本高,体积大,设备重,误差大的缺陷;激光扫描法虽然检测精度高,但设备复杂,成本高[1-2]。

　　1 工作原理

　　智能检测仪表采用基恩士(KEYENCE)公司的光学传感器作为探头。探头的工作位置如图1所示,该光纤传感器在结构上非常紧凑,一端用于发射光,另外一端用于接收光强,传感器通过检测接收到光的强度,将光强信号转化为电压信号输出。传感器的检测范围是0~10mm,检测精度可以达到0.01mm.输出的电压范围是1~5V.

　　测量仪表是由直径检测、信号处理、输出控制3大部分来完成的。系统框图如图2所示,系统通过光学传感器测量被测直径所遮光的强度,传感器接收的光强与其测量的钢丝绳直径的粗细成反比,光学传感器的电压输出范围为1~5V,传感器将处理后的电压值送入单通道A/D转换输入端。单片机可以根据A/D转换后的数据及其转换关系,根据软件控制算法的规律计算并处理后,自动显示被测量和报警的上下限数值,并且当检测钢丝绳的直径超出所设定的上下限时,系统自动输出报警信号等,系统工作的同时还将各种数据通过RS232串口通信传动上位机实现集中监控系统的整个运转状态,方便了数据的统计管理。由于ATmega16L片内具有512B的E²PROM (电可擦写可编程只读存储器),所以可以用来存储报警的上下限数值。

　　2 结构实现

　　ATmega16L单片机是高性能、低功耗的单片机。它的工作电压是2.7~5.5 V,工作频率是0~8 MHz;16KB的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力,即RWW),512B E²PROM,1KBSRAM,32个通用I/O口线,32个通用工作寄存器,用于边界扫描的JTAG接口,支持片内调试与编程,3个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,1个SPI串行端口,以及可以通过软件进行选择的6个省电模式(空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式)[4]。在软件开发方面,它内含的闪速程序存储器(Flash Memory,简称Flash),可以重复擦写至少1000次,极大地方便了产品的开发和软件修改。Flash存储器中的程序可以由PC机串行下载,亦可在通用的写入器上以并行的方式写入[5]。