布氏硬度计的单片机测控系统的研制

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5 A$ L3 S  u( g5 p7 `. D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
6 b1 I. j* L! |2 g4 W4 n: N  p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
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5 l6 w4 h( P8 }' z布氏硬度计是金属材料常用的硬度测试装置,广泛
" M, n1 f1 o) b应用于机械制造、冶金以及教学和科研等。目前使用较
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.
小价格便宜、功耗低且控制功能强的单片机,改造了旧
式布氏硬度计,取得了一定的成效。.
1布氏硬度计存在的问题及改造方案
1.1 存在的问题
在布氏硬度计上测量硬
度,其原理如图1所示,将一
- O* ~' U# p5 ]2 E定直径(D)的钢球,以规定
: u  m- o. [: i9 T' Y. `4 P的试验力(F)压入被测材料
表面,保持一定的时间,卸除
载荷后,测得压痕直径(d),
9 F5 z' U, d. m5 K4 r, K# u4 ^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。
- k/ v8 n! @8 N5 r) i/ y! O) r- p1.2改造方案
a.只要精确地测出h值,就可直接
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
% N, x$ R- \4 l) j: O! \用高精度的A/D转换元件。
% Q# Y* I: M% Qb.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。
5 {8 O6 K) {* s( h" _  Y7 ]( Gc.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
! f+ Q9 Z3 M& c/ Z" C的成熟单片机硬件系统。
+ v/ o# Z6 U3 r- t" Ld.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
# m0 Y0 a' c* n(10次/s)。
2硬件的选择
. T) r, E/ z" W! x, O4 T, u# Q6 X根据所设计的测量系统的具体情况看，并非要求系
- N. ]( M+ G2 c: K/ p0 a1 n$ H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
范围广，故选用MCS-51系列的单片机[1.21。根据数据
采样精度要求，选取精度为12位的AD574模数转换芯
5 v3 e# s2 C* S片。控制板选用启东斯迈特计算机厂的LH-
3 ]% p; b6 t- N$ H2 nMPU89C51。由于在测量材料硬度时.要提示输入- -些
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。
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