论文总字数：14370字

摘 要

本文设计了一种基于51单片机的自动滚柱测量分选系统，首先对测量分拣系统进行了整体分模块化的分析并明确了各个模块的功能要求。接下来分为送料缺料检测、传感测头部分及执行显示几个部分对系统进行介绍和设计。在此次设计中，电感式接近开关被用来检测有无金属物料通过，同时配合单片机外部中断触发进行计数；采用差动变压式电感测微仪对钢柱进行精密测量，设计用multisim仿真软件对差动电感测微仪测量头进行仿真模拟；系统的处理器使用了经典单片机芯片Atmel的89C52，芯片输出控制信号来驱动步进电机带动料斗翻板打开或关闭。显示部分利用LCD1602显示分选情况，并通过串口通信将数据传送到用Labview设计的上位机软件。实验结果表明，此系统可以准确对物料是否缺料进行检测，对通过传感器的钢柱总数进行计数。传感器测量头的仿真表明了差动变压式电感测量电路可以输出与微小位移成正比的直流电压，从而有效的对微小位移进行线性测量。执行机构步进电机可以在单片机信号控制下有效打开和关闭，从而对不同直径钢柱进行分选。与此同时上位机和数码管显示电路分别可以在单片机和PC端正确显示滚柱分选情况。

关键词：直径分选；单片机；差动变压器；multisim;串口发送

Abstract

The accuracy of the bearing products is closely related to the performance of the rollers and the accuracy of the rollers used. The traditional measurement methods are inefficient and difficult to meet the needs of rapid and accurate sorting. Therefore, how to properly carry out the bearing rollers under automated conditions in industrial production Precision sorting becomes a key issue.

Then the overall sorting analysis of the measurement and sorting system was carried out and the functional requirements of each module were clarified. Next, the system is introduced and designed into several parts: feeding shortage detection, sensor probe and execution display. In the specific design, an inductive proximity switch was selected for the detection of the lack of material, which was counted in conjunction with the external interrupt trigger of the single-chip microcomputer; a differential transformer inductance micrometer was used for precise measurement of the steel column, and the multisim simulation software was used to design the differential inductance The micrometer measuring head is simulated; at the same time, the system uses 89C52 single-chip microcomputer as the core of the processor, and uses a stepper motor as the actuator to drive the hopper flap. The display part uses the digital tube to display the sorting situation, and transmits the data to the upper computer software designed by Labview through serial communication. The experimental results show that this system can accurately detect whether the material is short of material, and count the total number of steel columns passing through the sensor. The simulation of the sensor measuring head shows that the differential transformer-type inductance measuring circuit can output a DC voltage proportional to the small displacement, thereby effectively measuring the small displacement linearly. The actuator stepper motor can be effectively opened and closed under the control of the single-chip signal, so as to sort the steel columns of different diameters. At the same time, the host computer and the digital display circuit can correctly display the roller sorting situation on the MCU and PC side respectively.

Keywords: diameter sorting; single chip microcomputer; differential transformer; multisim; serial port transmission

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究背景介绍 1

1.3 分选设备功能要求及技术参数 1

1.3.1 分选设备功能要求 1

1.3.2 分选设备技术参数 3

第2章 硬件设计及主要芯片选择 4

2.1 硬件处理器-单片机芯片 4

2.2 测微传感器电路设计 5

2.2.1 机械结构模拟 6

2.2.2 电路模拟 6

2.3 A/D转换芯片-XPT2046 8

2.4缺料及定位传感器——电感式接近开关 9

2.5执行机构-步进电机及其驱动芯片 10

2.5.1 步进电机 11

2.5.2 驱动芯片ULN2003 11

2.6信号显示LCD屏 12

第3章 软件设计 15

3.1主程序设计 15

3.2计数与缺料中断程序 16

3.3 Labview 17

3.3.1 串口设置 17

3.3.2 测量显示前面板 17

第4章 仿真结果及部分实物演示结果 19

4.1 测微传感器仿真结果 19

4.2 Labview 显示测试界面 20

第5章 毕设总结 21

5.1 误差分析 21

5.2 设计感受 21

参考文献 22

致谢 23

附页A:元器件清单 24

第1章 绪论

1.1引言

在现代化机械生产，轴承是机械设备中的重要组成部分，无论是在农业、家用电器、交通运输，还是国防、航空航天等高科技等领域都有广泛的应用，与国家工业和人民日常生活发展休戚相关。而滚柱式轴承的特点在于它更加适用于承受高强度载荷与冲击载荷，主要是因为滚柱在受力时其与滚道作用面为直线而非滚珠式轴承的点接触。因此滚柱式轴承能被大量用于大型电动机、大重型车辆、机床主轴以及各种高载荷特种装备等。各种机械装置的运行质量与轴承里所用滚柱精度密不可分，其中一个重要的衡量标准就是轴承游隙。轴承游隙是轴承工作时轴承内外圈壳体与滚子之间的间隙。根据移动方向，沿着滚柱直径方向的称为为径向游隙，垂直直径方向的游隙称为轴向游隙^[7]。轴承工作时的游隙即工作游隙的大小对轴承的滚动疲劳寿命、滚动磨损、温度变化、振动情况甚至滚动产生的噪声都有不同程度影响。为了合理的控制径向游隙，就需要将不同滚柱按高精度进行分类，保证同一精度的滚柱应用于同一个轴承，这样才能保证整体滚动时的质量。除此之外，当在轴承装配过程中，如果选用一批精度差异较大的滚柱，会导致工作中的轴承出现振动、旋转精度下降等现象，严重影响轴承的工作稳定性。所以说轴承产品精度的高低与性能的好坏与所用滚柱精度紧密联系，因而工业生产中如何在自动化的条件下对轴承滚柱进行合适的精度分选就成为一个关键问题。

1.2研究背景介绍

我国目前对圆柱滚子进行分选设备的研制并未与国际先进水平齐平，国内生产的自动分选机使用效果无法满足当前的分选要求，主要是分选机分选滚子的型号较为单一，对于其他型号的滚子要重新购买设备，费用过高；同时，国内分选机的性能不稳定，易出现漏检误检^[8]。因此，在现有分选机技术基础上，对分选系统和测量过程进行深入研究，对设计高精度、高速度的圆柱滚子尺寸分选系统具有较大的工程意义和实际应用价值。

1.3 分选设备功能要求及技术参数

1.3.1 分选设备功能要求

如图1.1所示，为分选设备基本结构示意图。可知分选装置基本功能要求如下：

1.缺料检测：对进入系统的钢柱个数进行计数。并当供料端缺料时，产生警示信号，提醒工作人员加料。

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