據(jù)設(shè)備管理權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計，有50%以上的設(shè)備運行故障是由螺栓問題引起的，因螺栓問題而造成重大事故的數(shù)量也非常驚人，因此新的設(shè)備安裝和檢修規(guī)范都對螺栓緊固力矩要求非常嚴(yán)格，尤其是承受載荷及強烈沖擊振動的重型機械設(shè)備，需要精確控制聯(lián)結(jié)螺栓的預(yù)緊力。但所需預(yù)緊力又很大，再加空間條件限制，不能采用大規(guī)格工具，就必須使用扭矩扳手。而作為扭矩扳手關(guān)鍵部件的控制器對其性能影響很大。本文提供了一種可以精確顯示擰緊扭矩值、轉(zhuǎn)角值，并能按預(yù)定設(shè)定的扭矩值、轉(zhuǎn)角值擰緊螺栓的電動扳手控制器的解決方案。
1 可控電動扳手控制器硬件設(shè)計
可控電動扳手控制器硬件電路框圖如圖1所示。
圖1 可控電動扳手控制器硬件電路框圖
1.1 數(shù)字電位器、按鈕及顯示控制電路
單片機選用STC12C5A60S2作為核心控制器。該機是單時鐘/機器周期的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，工作電壓范圍為5.5 V～3.3 V；工作頻率范圍為0～35 MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420 MHz；1 280 B片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器；四個16位定時器；可編程時鐘輸出功能；全雙工異步串行口（UART），兼容普通8051的串口；先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集。電平轉(zhuǎn)換芯片采用LM2575，輸出5 V直流電壓作為供電電源，電路圖如圖2所示。液晶顯示采用LCM 128645ZK模塊，使用五個按鍵分別用來控制步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、扭矩設(shè)定、轉(zhuǎn)角設(shè)定及清零，數(shù)字電位器用來設(shè)定扭矩值和轉(zhuǎn)角值，電路如圖3所示。
圖2 電平轉(zhuǎn)換電路
圖3 鍵盤、顯示電路
1.2 步進(jìn)電機控制電路
步進(jìn)電機驅(qū)動器采用HP公司生產(chǎn)的UDK5214NW-M5相步進(jìn)驅(qū)動器，驅(qū)動器控制采用ULN2003芯片，該芯片的三個輸出口分別用來控制步進(jìn)電機換向控制繼電器、步進(jìn)電機驅(qū)動器工作停止繼電器及報警工作，再通過繼電器控制步進(jìn)電機驅(qū)動器，該驅(qū)動器步進(jìn)脈沖由單片機P1.4口輸出，進(jìn)而驅(qū)動步進(jìn)電機。步進(jìn)電機控制電路如圖4所示。
圖4 步進(jìn)電機控制電路圖
1.3 扭矩檢測電路
扭矩傳感器選用BS914型扭矩扳手專用信號耦合器。該耦合器可直接輸出1 V～5 V電壓信號，該扭矩反饋信號經(jīng)P1.5口輸入單片機，經(jīng)單片機處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再與扭矩設(shè)置值相比較，進(jìn)而控制步進(jìn)電機是否轉(zhuǎn)動，連接電路圖如圖5所示。
檢測電路" border="0" hspace="0" src="http://files.chinaaet.com/images/20110223/a512fc94-40c9-44a0-a395-ad35c537affa.jpg" style="filter: ; width: 414px; height: 228px" />
圖5 扭矩檢測電路
2 可控電動扳手控制器軟件設(shè)計
可控電動扳手控制器軟件由控制器初始化程序、鍵盤掃描及處理程序、步進(jìn)電機控制程序、扭矩檢測程序等組成?？刂破魍ㄟ^鍵盤掃描及處理程序檢測扭矩、轉(zhuǎn)角值輸入與否，并判斷電機轉(zhuǎn)動方向，如正轉(zhuǎn)，則通過步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)控制程序，控制電機正轉(zhuǎn)，并由扭矩檢測程序進(jìn)行輸出扭矩的檢測，直到扭矩和轉(zhuǎn)角達(dá)到預(yù)定值為止；如反轉(zhuǎn)，則由步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)控制程序，控制電機反轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)角達(dá)到為止。扭矩檢測利用STC12C5A60S2單片機P1.5ADC口，使用時設(shè)置該端口為開漏輸入，作為ADC口使用。該程序主要完成ADC口的轉(zhuǎn)換開啟、數(shù)據(jù)讀取、軟件濾波及輸出顯示等功能。
本文設(shè)計的可控扳手控制器采用STC12C5A60S2單片機作為中央處理芯片，利用較少的外圍設(shè)備，使其結(jié)構(gòu)簡單。對制作的樣機進(jìn)行測試，測試結(jié)果顯示該樣機性能穩(wěn)定、測量準(zhǔn)確、使用方便、技術(shù)參數(shù)都達(dá)到了設(shè)計要求，具有一定的實用價值。