布氏硬度计的单片机测控系统的研制

TaylorA

摘要:介绍了用单片机改造旧式布氏硬度计。改造后的布氏硬度计可精确控制加载延时和电机的
正反转,并可方便地实现数据采样、数据处理、键盘控制和数字显示,从而提高了测量精度和速度。
关键词:布氏硬度计;单片机;数据采样;数据处理
3 j2 O7 a* B' Z  D& C% S
8 Q2 n3 r* e0 o" \2 v' F0 }- ]; c; a布氏硬度计是金属材料常用的硬度测试装置,广泛
) [3 ^5 d; C. ]7 R: ]应用于机械制造、冶金以及教学和科研等。目前使用较
! M. f4 ~8 s0 ], p3 Z9 q多的是老式布氏硬度计,其不能直接读数,测量过程复
杂,测量误差大,控制部分易损坏，而带有微机控制的新
型布氏硬度计价格.又较贵。基于上述原因，笔者用体积.
  N  C+ [0 L) b  c- O, g5 i小价格便宜、功耗低且控制功能强的单片机,改造了旧
3 [# Y8 F- E& M. H+ W4 n式布氏硬度计,取得了一定的成效。.
! l) x! E& L8 ]+ B: A1 h1布氏硬度计存在的问题及改造方案
1.1 存在的问题
4 K" d$ ^3 g( m6 B: O, U. v在布氏硬度计上测量硬
度,其原理如图1所示,将一
0 v7 ]2 e0 W% R. H: n& a定直径(D)的钢球,以规定
6 G) I4 p8 e5 z9 J) z的试验力(F)压入被测材料
8 v9 ^" ~7 [- O6 n. W3 u表面,保持一定的时间,卸除
载荷后,测得压痕直径(d),
8 g4 p; A+ `0 s5 o+ j再用公式求得布氏硬度值。
现存在如下问题:a.压痕直径d值由读数显微镜测出，而压痕往往
不太清晰,所以测出的d值存在人为误差。
c.用机械的方式来进行定时和换向,所以定时不够
准确,也易损坏,不好维修。
4 S3 Y) |3 |$ P6 {0 b1.2改造方案
) L! U  Y. V0 f/ r' T# w! ^a.只要精确地测出h值,就可直接
+ J2 z# c& i4 X8 ?$ a! B) j. O求出硬度值。由于h值非常小，且对硬度值很敏感，所以
要求测量的精度比较高、因此需要采用精度高.短行程
的位移传感器.同时模拟量的采样精度要求也高,需采
4 R0 F* s9 v8 F1 U$ `" Z用高精度的A/D转换元件。
: J5 N9 o. l" rb.为了做到定时准确，将普通的布氏硬度计的加.
载定时控制机构全部去掉,直接采用单片机对电机进行
控制。
( A$ ~& {+ Y, @* Fc.由于只需要改造- -台硬度计，同时考虑到时间和
系统的稳定性要求等,优先考虑购买符合测量控制要求
的成熟单片机硬件系统。
d.为了消除测量过程中的偶然错误.在进行位移
采样时,对起始和终止位置应分别使用采样的平均值
(10次/s)。
, z, z4 N8 E( J3 {* W2硬件的选择
根据所设计的测量系统的具体情况看，并非要求系
统处理大量的数据,且要求的控制功能较简单,主要是
要求系统的精度和稳定性。8位单片机的价格低,应用
6 M' ?2 h( h9 k" _5 }8 m( [$ q+ ?范围广，故选用MCS-51系列的单片机[1.21。根据数据
( B3 Q. V* h3 L+ O/ o3 l采样精度要求，选取精度为12位的AD574模数转换芯
片。控制板选用启东斯迈特计算机厂的LH-
MPU89C51。由于在测量材料硬度时.要提示输入- -些
5 {' Q: ?2 [" O; s+ `参数和显示材料硬度值,所以还需要显示板、键盘及-一
些必要的硬件配置。
( i; s( G) M4 ?5 ]为控制加载电机的正反转，系统扩展了继电器控制
电路及光电隔离电路。
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单片机改造旧式布氏硬度计