基于AT89C55WD的磁粉離合器智能檢測系統(tǒng)

劉 恒，雷爭軍，何 源

（蘭州軍區(qū) 68129部隊，甘肅 蘭州 730060）

磁粉離合器是利用電磁效應下的磁粉來傳遞轉矩的，當激磁電流保持不變時，其傳遞的轉矩不受傳動件與從動件之間差速影響，可以穩(wěn)定地傳遞恒定轉矩，具有響應速度快，結構簡單等優(yōu)點，是一種性能優(yōu)越的自動控制元件，有十分廣泛的用途[1]。

某型雷達中磁粉離合器在使用過程中，由于磁粉結塊等原因，故障率很高，且發(fā)生故障后嚴重影響雷達跟蹤性能[2]。由于其結構特殊，檢測難度較大，發(fā)生故障后主要采取換件修理，費時費力，更換不當還容易造成其它部位的損壞。目前市場上沒有合適的儀器對該型號的磁粉離合器進行測量，更沒有相應的標準衡量磁粉離合器的好壞。同時磁粉離合器在經過修理或更換后，應對其進行跑臺試驗，可使磁粉離合器的性能更加穩(wěn)定，延長使用壽命[3]。

為提高該型雷達的保障能力，設計了基于AT89C55WD的磁粉離合器智能檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)主要包括基于AT89C55WD的信號轉換和處理檢測控制儀，扭矩傳感器，顯示模塊和直流電機等，可對磁粉離合器進行跑合試驗，以自動或手動方式測試磁粉離合器的性能。通過實物驗證結果表明，本設計能夠有效提高部隊修理機構的檢測層次，節(jié)省修理費用，對裝備保障資源建設有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設計

磁粉離合器智能檢測系統(tǒng)由檢測控制儀和測試臺組成。根據磁粉離合器的實際工作情況，利用直流靜音電動機向磁粉離合器提供原動力。磁粉離合器不加驅動電流時，扭矩傳感器上無扭矩產生[4]。當離合器加上驅動電流時，從動軸上就有相對應的穩(wěn)定扭矩輸出，所產生的扭矩傳到扭矩傳感器上，傳感器將此扭矩成比例的轉換為一定頻率的方波。檢測控制儀將方波信號經過數字濾波后轉換為扭矩數值，單片機將采集的數據進行計算，根據磁粉離合器的起始轉矩和額定轉矩范圍以及轉矩和激磁電流成正比的特性來判斷離合器的性能，同時把數值送到液晶顯示屏顯示。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖Fig.1 System hardware block diagram

2 系統(tǒng)設計實現

2.1 機械部分設計

測試臺在結構設計上主要考慮磁粉離合器和扭矩傳感器的同心度和安裝及使用過程中的變形，同時應方便各部件的拆裝。如果磁粉離合器與扭矩傳感器不同心，就會造成測量時有零點誤差，我們采取扭矩傳感器固定，驅動電機可以調整的方案[5]。測試臺的整體結構設計如圖2所示。

圖2 測試臺Fig.2 Test bench

電動機需要體積小，噪聲低，輸出轉矩大于4 N·m，輸出轉速小于1 000轉/分。扭矩傳感器是完成磁粉離合器性能檢測最重要的元器件，要求量程在2 000 mN·m，輸出標準頻率信號，可測量靜態(tài)扭矩。先拆下直流電動機，擰下扭矩傳感器上邊軸上的螺釘。把連接器套在扭矩傳感器和磁粉離合器的軸上，并擰緊離合器軸上的螺釘，扭矩傳感器軸上的螺釘剛好卡到鍵槽內，但不要擰緊。再把磁粉離合器固定到支架上，先不擰緊螺釘，此時一邊轉動扭矩傳感器的軸，一邊調節(jié)離合器的固定螺釘，到左右轉動時無阻力，將傳感器頂絲卡入鍵槽內。此時即完成測試臺機械部分。

2.2 電路部分設計

2.2.1 微控制器

本系統(tǒng)采用AT89C55WD單片機作為系統(tǒng)控制器。AT89C55WD是一種低電壓高性能的CMOS型8位單片機，能夠給眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活性的有效解決方案。該單片機內部集成有20K的可編程ROM和256字節(jié)的RAM，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，采用通用編程方式，具有 40個引腳，32個外部雙向I/O口，同時內含 2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器，工作頻率能達到33 MHz，完全能夠滿足系統(tǒng)需要[6]。CPU及外圍電路連接圖如圖3所示。

圖3 CPU及外圍電路Fig.3 CPU and peripheral circuits

2.2.2 扭矩信號整形轉換電路

J6接扭矩傳感器，C20為濾波電容，用于濾去干擾信號；C12為耦合電容，R5、R6為分壓電路，用于降低輸入電壓幅值；IC5A作電壓比較器，有信號時輸出方波，同時可以提高輸入阻抗和驅動光耦。光耦將±15 V方波信號轉換成TTL電平信號。扭矩信號整形轉換電路如圖4所示。

圖4 扭矩信號整形轉換電路Fig.4 Torque signal shaping convert circuit

2.2.3 液晶顯示模塊接口電路

J1為液晶顯示模塊的接口，CE、RD、WR為液晶顯示模塊的讀寫控制信號，C3、R4組成液晶復位電路，R36、R37、R38、R39組成溫度補償電路，其電壓影響液晶的對比度。5 V經D1降壓后向液晶提供背光電源。液晶顯示模塊接口電路如圖5所示。

圖5 液晶顯示模塊接口電路Fig.5 LCD module interface circuit

2.3 軟件部分實現

軟件程序主要是檢測自動狀態(tài)下選通不同的控制電流，對所有測量到的數據進行處理，和磁粉離合器技術要求進行比較，得出檢測結果，并送到液晶顯示器顯示測量結果。程序流程如圖6所示。

3 結果分析

磁粉離合器智能檢測儀可自動按照預先設定的程序，檢測離合器的主要參數，根據需要也可手動選擇合適的驅動電流實時檢測離合器的參數，并根據結果判定其性能。同時在在磁粉離合器維修完后或更換磁粉離合器前可以按照預先設定的程序自動或手動選擇合適的電流進行跑合實驗，使離合器的性能趨于穩(wěn)定，達到性能要求。制作完成的實物照片如圖7所示。

圖6 程序流程圖Fig.6 Program flow chart

圖7 實物照片Fig.7 Kind photos

3.1 測試功能

先打開電源開關，按下“測試”按鈕，檢測儀開始自動按照預先設定的程序，電流從20 mA開始，每次增加5 mA，直到70 mA，分別檢測離合器的扭矩，并將結果分行顯示在顯示屏上，此時系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，再次按下“測試”按鈕，系統(tǒng)根據結果判定其好壞，顯示“合格”或“不合格”。當顯示“不合格”時，檢測儀會顯示不合格的項目，提供修理依據。再次按下“測試”按鈕，系統(tǒng)返回到起始狀態(tài)，可進行其他操作。

3.2 跑合功能

按下“跑合”按鈕，檢測儀開始自動按照預先設定的程序，以固定的電流進行跑合，并將每一次跑合后的結果顯示在顯示屏上，每次顯示4組數據。跑合實驗結束后，系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，再次按下 “跑合”按鈕，系統(tǒng)將返回到起始狀態(tài)，可進行其他操作。

4 結 論

文中介紹的磁粉離合器智能檢測系統(tǒng)采用了AT89C55WD作為核心器件，外圍結構簡單，能夠滿足設計要求。目前，該磁粉離合器智能檢測儀通過在某單位進行試用，運行狀態(tài)穩(wěn)定，性能達到了設計要求。提高了修理機構對磁粉離合器進行修理和檢測的能力，減少了更換磁粉離合器的費用，是開展某型號雷達修理必需的工裝設備，應用范圍廣泛，具有顯著的軍事、經濟效益。

[1]王子榮.軍用雷達天線驅動控制系統(tǒng)中微型磁粉離合器的試驗研究[D].上海：上海交通大學，2004.

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WU Xiao-gang，WANG Xu-dong，YU Teng-wei，et al.Magneticpowder clutch current control based on neuron PID[J].Power Electronics Technology，2008，42（10）：61-63.

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ZENG Ji-jie，ZHAO Wen.Advanced development for facility rorsion fatigue tester[J].Journal of Engineering Design，2004，11（1）：16-18.

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