【摘要】：電動工具是一種能夠?qū)⑷祟惖膭幼鞣秶土Χ冗M(jìn)行拓展,并可以大大提升工作效率的工具,在人類日常的工作和生活當(dāng)中飾演著相當(dāng)重要的角色。隨著社會生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化程度不斷地提升,用于加強(qiáng)和緊固螺栓的電動扳手在許多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。而當(dāng)前國內(nèi)的電動扳手,已逐漸無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的使用需求。本著節(jié)約資源和成本的基本原則,本文從電動扳手的便攜性、可靠性、扭矩可控性等方面進(jìn)行研究,設(shè)計了一款可以精確控制輸出扭矩,有效控制正反轉(zhuǎn),并且扳手工作狀態(tài)可追溯的便攜式數(shù)控定扭矩扳手。同時對整個驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置保護(hù)模塊,增強(qiáng)使用的安全性。本文對便攜式數(shù)控定扭矩扳手控制系統(tǒng)進(jìn)行研究與開發(fā)。在闡述了這一課題的背景與意義的同時,對當(dāng)前國內(nèi)外電動扳手的現(xiàn)狀以及設(shè)計電動扳手的必要性進(jìn)行了簡要分析。進(jìn)而詳細(xì)論述了電動扳手控制器系統(tǒng)設(shè)計的理論依據(jù)和控制模型,并依據(jù)控制數(shù)學(xué)模型提出對便攜式數(shù)控定扭矩電動扳手的硬件設(shè)計要求。依據(jù)提出的硬件設(shè)計要求,將控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行劃分,設(shè)計了系統(tǒng)主控制器電路、電機(jī)驅(qū)動電路、電流檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、電源電路、液晶顯示與按鍵控制電路和系統(tǒng)保護(hù)電路。且分別對各電路模塊功能的實現(xiàn)方式和設(shè)計原理進(jìn)行介紹。在硬件電路的基礎(chǔ)上對扳手控制器系統(tǒng)的軟件進(jìn)行編寫。闡述了系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體流程。并依據(jù)個模塊所需要實現(xiàn)的功能,對電機(jī)軟啟動、轉(zhuǎn)速檢測、A/D采集、液晶顯示、按鍵中斷和數(shù)據(jù)存儲程序等軟件進(jìn)行了編寫。同時對基于C#的上位機(jī)通信界面進(jìn)行簡單介紹。將數(shù)控定扭矩扳手進(jìn)行組裝調(diào)試制成測試樣機(jī),使用委托廠商所搭建的扭矩測試平臺反復(fù)測試,獲得大量數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析和結(jié)果驗證,設(shè)計了便于用戶調(diào)節(jié)的現(xiàn)場校準(zhǔn)方式,完成了扭矩輸出范圍800~3200N · m誤差低于3%的扳手設(shè)計要求,通過廠商驗收,現(xiàn)已投入量產(chǎn)。
【圖文】：

逡逑圖３．１電動板手控制器系統(tǒng)的硬件框圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．１邋Ｈａｒｄｗａｒｅ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｗｒｅｎｃｈ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑３．１系統(tǒng)主控制器模塊逡逑便攜式數(shù)控定扭矩扳手控制器的核心模塊是單片機(jī)的最小系統(tǒng)單元，這一模逡逑塊需要對整個控制器系統(tǒng)的各個模塊進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)處理與存儲，需要有較強(qiáng)的逡逑響應(yīng)速度統(tǒng)籌整個控制器系統(tǒng)中的保護(hù)模塊，運(yùn)行中斷控制以保護(hù)系統(tǒng)的正確和逡逑安全運(yùn)行，，還要能夠與上位機(jī)傳輸信息和便捷的通過從ｐｃ機(jī)燒錄程序。綜合系逡逑統(tǒng)設(shè)計的基本需求，考慮控制系統(tǒng)的性能、成本、工況、功耗等因素，本設(shè)計采逡逑用的是由美國Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司研制生產(chǎn)的一款擁有高性能的主控芯片逡逑ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ［２５１，該模塊主要電路如圖３．２所示。逡逑最小系統(tǒng)模塊電路從功能上可劃分為：基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ的最小系統(tǒng)模塊、逡逑基于ＲＳ４８５的通訊模塊，用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的ＡＴ２１Ｃ５１２外部Ｅ２ＰＲＯＭ模塊逡逑和基于Ｐｉｃｋｉｔ邋３．５的程序編譯下載模塊。以下將依次對各個模塊的功能和特性進(jìn)逡逑行闡述。逡逑３N１基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ的最小系＾＾逡逑本設(shè)計選擇ＰＩＣ單片機(jī)的主要原因是其運(yùn)算能力強(qiáng)、抗干擾性能好、功耗低、逡逑應(yīng)用廣泛、價格便宜。最小系統(tǒng)單元是由ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ單片機(jī)和晶體振蕩器以及逡逑一定數(shù)量的阻容元器件構(gòu)成

與ＢＬＩ端口提供與ＴＴＬ電平兼容的ＰＷＭ信號，即可實現(xiàn)４象限模式的幅值和逡逑方向控制，與數(shù)字控制器的接口非常簡單，使用非常方便，簡化了電路設(shè)計逡逑電機(jī)驅(qū)動模塊電路如圖３．４所示：逡逑－３０Ｖ逡逑邐Ｘ邐逡逑——邐逡逑邐ＨＨ邋邐邐逡逑ｂ邐邐４：邐ｈＭ逡逑Ａ：Ａ逡逑邐３ＨＢ邋ＢＨＯ邋上邐邐邐｜｜ｚ邐Ｉ邋＾邐逡逑＿＿４邐：邐邋ｈ，＿＿ｎ－Ｊ邐￣￣逡逑邐—Ｄ：Ｓ邋ＢＬＯ邋—邐１逡逑邐＝－＼ｓ邋３ＬＳ邋邐１逡逑邐＾邋ｂｕ邋＾￣邐ｒ邐逡逑邐—Ａｌｌ邋Ｖｃｃ邋－ｉｉ邐邐邋＂Ｕ＿邐１｜｜．逡逑邐＾邋ＡＨＩ邋ＡＬＳ邋邐邐邐逡逑邐＾ＫＤ５Ｌ邋ＡＬＯ邋邐ｇ－，邐逡逑Ｉ邐ＬＤＥＬ邋ＡＨＳ』邐—邐邐邐邐邐邐邐邐逡逑ＬＬｅ邋邐Ｌ邋挪沾。邐Ｅ＝］邐逡逑丫丫邐－：！？－0￥邋１邐＾Ｃ４逡逑ＬＪＪ邋邐逡逑圖３．邋４邋ＨＩＰ４０８１電機(jī)驅(qū)動電路逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．４邋ＨＩＰ４０８１邋Ｍｏｔｏｒ邋Ｄｒｉｖｅ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑３．３電流檢測模塊逡逑電動扭矩扳手?jǐn)Q緊螺栓是一個動態(tài)的過程，在擰緊螺栓的過程中，直流電機(jī)逡逑電路中的電流將呈倍數(shù)增加，通過實驗測量電流數(shù)值可達(dá)上百安培，而電路電流逡逑值是整個控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的重要參數(shù)之一，故需設(shè)計準(zhǔn)確可靠的的電流檢逡逑測電路是扳手控制系統(tǒng)的重點(diǎn)。逡逑本設(shè)計采用電流采集芯片ＡＣＳ７５８－１００Ｕ對電機(jī)電路中的電流進(jìn)行采集，并逡逑通過運(yùn)算放大電路、濾波電路接入單片機(jī)
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TS914.5

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