基于51單片機的智能扭力扳手的電路設(shè)計

摘要:介紹一種選用單片機STC11L05E為核心的智能扳手的電路設(shè)計。原始信號通過由傳感器受力轉(zhuǎn)換而來的電壓信號傳入放大器中，再將信號通過12位的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換并輸入單片機中，扭力扳手受的力通過4位段碼式LCD來顯示力的大小。

關(guān)鍵詞:智能 單片機 扭力扳手

0 引言

傳統(tǒng)的扭力扳手為純機械式的，而且是依照手動旋轉(zhuǎn)操作或者在鎖緊螺絲等物體時利用目視表值方式來設(shè)定螺絲等物體的螺絲之扭力值的。但是，由于旋轉(zhuǎn)式扭力扳手操作較難、也不夠明確，所以常有操作錯誤或者不夠小心而將物體扭斷。另外，指針式扭力扳手操作相比較容易點，但是由于沒有提醒裝置，所以如不注意則容易轉(zhuǎn)過頭而將物體扭斷。所以本設(shè)計就選用低功耗、成本低的單片機STC11L05E作為控制系統(tǒng)的核心。這正是嵌入式應(yīng)用的特點。

1 基本原理

基于單片機的智能扭力扳手的設(shè)計原理如圖1所示。扭力扳手受力發(fā)生形變，引起安裝在扭力扳手里面的傳感器電橋發(fā)生形變，改變電阻的大小，導(dǎo)致電壓的變化，這是系統(tǒng)需要處理的原始信號。該信號先通過AD627放大器將電信號放大然后用MAX187進行A/D轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最終處理信號輸入到單片機STC11L05E中。通過按鍵可以設(shè)定所需的扭力值，并且在型號為EDM1190A的LCD顯示屏上顯示出來。當(dāng)實際扭力值達到設(shè)定的扭力值的時候，由單片機控制的報警裝置就可以報警，提示操作人員應(yīng)當(dāng)注意。

2 扭力扳手系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 電源部分 由于扭力扳手自身的特點，必須要求扭力扳手內(nèi)接有電源;外接電源會帶來極大的不便。考慮到這些因素，選用體積小的電池來做智能扭力扳手的電源。本設(shè)計中選用型號為REF195和REF192的兩種電源處理的芯片。這兩種芯片分別輸出5V和2.5V標(biāo)準(zhǔn)電壓，為電路器件供電。電源部分的電路如圖2所示。

2.2 信號產(chǎn)生及處理 信號的產(chǎn)生就是因為扭力扳手受力而發(fā)生了形變，引起電橋電阻的改變，從而引起了電壓的變化。傳感器電橋是采用4片箔式應(yīng)變片，接成全橋方式，電橋電源為REF195輸出的直流電壓5V。然而這電壓信號太小，還需要經(jīng)過AD627將電壓信號放大。放大器是選用放大器AD627放大倍數(shù)從5~980倍可調(diào)，電源為直流電壓5V，REF端接REF192輸出的2.5V標(biāo)準(zhǔn)電壓。放大后的電壓信號不能直接輸入到微處理器中，必須將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器是選用是12位的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX197，數(shù)據(jù)串行輸出，它需要接5V的直流電源。電橋、放大及其A/D轉(zhuǎn)換部分的電路如圖3所示。

2.3 核心控制部分 電路的核心控制部分就是微控制器部分。本設(shè)計中的微控制器選用DIP16封裝，12個I/O口，體積小，功耗低，5V電源供電的51單片機STC11L05E。LCD選用4位段碼式LCD，串行接口，可以顯示小數(shù)點，編程比較簡單的EDM1190A。單片機及LCD部分的電路如圖4。

該電路設(shè)計充分考慮到了扭力扳手在實用時的實際需要，比如功耗低，體積小，經(jīng)濟實用等特點。做出來的實物在功用方面比傳統(tǒng)扳手的優(yōu)越。

3 結(jié)束語

該設(shè)計僅僅考慮電路方面的因素，又由于扭力扳手本身它的體積及其形狀等因素決定了它的電路板設(shè)計必須與扳手的里面的可用空間一致。在具體設(shè)計電路的時候要求比較高。再就是僅靠電池供電，而電池的供電量有限，需要經(jīng)常更換，這也會帶來不便。

參考文獻:

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