轴承径向游隙检测装置软件设计
2017-04-23郑晓峰郑博文
郑晓峰+郑博文
摘 要：将STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，利用C语言编程技术，设计了控制系统，实现了对步进电机，电磁铁的控制，以及与传感器和PC机的通讯；以高精度激光位移传感器作为测量系统的核心，准确测量轴承径向游隙；通过Labview可视化编程软件，编制显示系统，用于数据显示与存储，界面简洁友好，操作简单方便。
关键词：STC12C5A60S2单片机 激光位移传感器 labview
Abstract： The STC12C5A60S2 single chip microcomputer is used as the main control chip， the control of the stepping motor， the electromagnet and the communication with the sensor and PC are realized with C language program. With the high precision laser displacement sensor as the core of the measuring system，the radial clearance of the bearing is accurately measured. By Labview visual programming software，the display systems is prepared for data display and storage，and the interface is simple and friendly，easy to operate.
Key words： STC12C5A60S2 single chip microcomputer； Laser Displacement Sensor； Labview
轴承正常工作时需具备合理必要的旋转精度，以及合适的径向游隙和轴向游隙。其中，径向游隙过大，会引起振动与噪声，过小则会使滚动体与套圈之间产生较大的接触应力而摩擦发热，以至于影响轴承的使用寿命。因此，轴承径向游隙是轴承的必检项目之一[1-2]。为了提升检测效率，该项目研制出一种新型的轴承径向游隙动态检测装置，可实现对轴承径向游隙的自动化检测。该装置由机械结构、控制系统、测量系统及显示系统等组成，其整体结构如图1所示。该文着重介绍控制系统、测量系统及显示系统。
1 控制系统设计
装置需要具备送料、轴承内圈夹紧、轴承外圈顶旋、游隙分选、激光传感器测量及与PC机通讯等功能。为了实现上述动作，由三个步进电机分别驱动送料机构、夹紧机构和分选机构，由电磁铁和小型步进电机實现顶旋，单片机通过RS232控制激光位移传感器和PC机的数据采集与传输。
为此，项目选择了STC12C5A60S2单片机作为主控芯片。STC12C5A60S2单片机是一款高速处理芯片，工作频率为0～35 MHz，处理速度是8051的8～12倍。片上集成1280字节RAM存储区，用户程序空间可达62 K，同时具备44个通用IO口，4个16位定时器，2个时钟输出口，7路外部中断IO口，2路PWM/PCA，8路10位精度ADC及双串口[3]。该芯片功能强大，满足项目设计要求。
部分程序如下：
main
{ UART_init（）； /*串口初始化 */
S2CON=0x50； /*串口2允许接收 */
BRT=0xfd； /*独立波特率发生器*/
AUXR=0x91； /*允许独立波特率发生器*/
IE2=0x01； /*串口2中断允许 */
ES=1； /*串口1中断允许 */
IT0=0； /*外部中断0低电平触发*/
EX0=1； /*外部中断0允许*/
EA=1； /*总中断允许 */
sendc1（zifuchuan）； /*与激光传感器通讯*/
for（j=0；j<25000；j++）
{
} /*延时 */
m1=DAT2[5]%16；
m2=DAT2[6]%16；
m3=DAT2[7]%16；
t=m3*100+m2*10+m1；
b2=m1*100+m2*10+m3； /*接收数据处理*/
i=0；
while（t>=10）
{
zht[i++]= t%10+0x30；
t/= 10；
}
zht[i] = t+0x30；
void Uart_inter（void） interrupt 4
{ if（RI）
{
if（t==0）
{
DAT[ReceiveCount] = SBUF；
ReceiveCount++；
if（ReceiveCount >10）
{
ReceiveCount = 0；
}
}
if（t==1）
{
DAT2[ReceiveCount2] = SBUF；
ReceiveCount2++；
if（ReceiveCount2 >10）
{
ReceiveCount2 = 0；
}
}
RI = 0；
}
}
2 测量系统设计
该装置采用高精度激光位移传感器实现轴承径向游隙的测量。激光位移传感器的测量原理如图2所示。
半导体激光器1发射出激光信号，由凸透镜2折射后聚焦于被测物体6，并经被测物体6反射，反射光线被凸透镜3收集，投射于CCD阵列4上，信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置，从而得到被测物体的距离。
轴承径向游隙测量原理如图3所示。固定激光位移传感器，同时夹紧轴承内圈，顶旋杆未作用时，测量初始位置为s1，然后顶旋杆上顶，测量位置为s2，轴承径向游隙即为s1～s2。
根据项目要求，所选的激光位移传感器参数如下：（1）测量范围2 mm（测量距离24～26 mm）；（2）光斑直径0.025×0.06 mm；（3）精度±1 μm；（4）重復性0.3 μm；（5）分辨率0.1 μm；（6）测量频率10 kHz；（7）响应时间0.5 ms；（8）温度漂移% FS/℃。
该激光位移传感器可通过电压采集或RS232采集。采集时，主机发送十六进制“02 4D 45 41 53 55 52 45 20 42 03”（即MEASURE A，测量A通道），传感器收到指令后，返回相应的测量数据，如“02 2B 38 39 2E 31 39 31 03 ”（即89.191）。
3 数据采集界面设计
经激光位移传感器测量轴承径向游隙，并经单片机处理后，将数据通过RS232串口发送给上位机进行显示，即编制数据采集与显示界面。该文采用Labview进行编程。Labview是一种可视化编程软件，采用图形化编程语言，主要用于测量与控制系统的开发[4]。
通过Labview编制的界面如图4所示。
4 结语
项目研制了新型的轴承径向游隙检测与分选装置，该文着重介绍了该装置的控制系统、测量系统和显示系统。控制系统有效实现了轴承的自动送料、自动夹紧、自动分选；测量系统采用高精度激光位移传感器能够准确测量轴承径向游隙；显示系统实现了数据的显示与存储，界面简洁友好，操作简单方便。
参考文献
[1]王学辉，孙如华，刘瑞实.轴承原始径向游隙的确定[J].轴承，2007（2）：6-8.
[2]陆兴邦，袁新，刘莹.国内轴承装配设备的发展状况[J].海尔滨轴承，2004，25（4）：36-40.
[3]李传伟，王燕妮.单片机的接口电路[J].中国教育设备装备，2004（6）：17-19.
[4]陈於学，杨曙年.虚拟仪器与PLC串口通信的实现[J].自动化与仪表，2004，19（6）：57-60.
