连翠玲1,王晓端2,张翠华1,柳晓云1
(1.河北省自动化研究所,河北石家庄 050081;2.河北省行政学院信息工程系,河北石家庄 050030)
摘 要:介绍了钢质材料变形温度力测定仪单片机控制系统的组成及测定仪的功能。叙述了测定仪采用的加密技术及抗干扰措施。
关键词:单片机;变形温度力测定仪;加密技术;抗干扰措施
变形温度力是影响钢质材料力学性能的重要参数,研究变形温度力对钢质材料力学性能的影响规律,对于在实际生产中保证产品性能和设备安全、节约生产成本、提高生产效率具有重要意义[1~3]。
1 钢质材料变形温度力测定仪的组成及功能
1.1 测定仪的组成
钢质材料变形温度力测定仪由主机、液晶显示屏、操作键盘、上位机管理软件、压力传感器、位移传感器和温度传感器以及传感器固定安装支架组成。
本测定仪的结构框图如图1所示。
1)主机
采用单片机(P89C51RD2FN)作为控制核心
图1 测定仪结构框图
Fig.1 Structure diagram of testing apparatus
该型号单片机具有64 KB并行可编程的非易失性Flash程序存储器,在10 000次擦除和编程之后仍能可靠保存Flash存储器的内容。其大容量的存储空间能够满足测定仪复杂程序代码的需求，稳定的性能保证测定仪中所存数据10年不变。
2)液晶显示屏、操作键盘及上位机管理软件测定仪采用240×64点阵液晶屏实现显示功能。主机采用8279作为键盘接口,软件采用键扫描的处理方式,实现了稳定可靠的按键功能。
测定仪通过USB接口实现与上位机的通信功能。将测试数据传输至上位管理机中保存,大大方便了数据的维护与管理。上位机管理软件采用VFP语言编制。
3)压力、位移和温度传感器
测定仪通过压力传感器、位移传感器和温度传感器采集压力、位移和温度三路模拟量,经A/D转换后传送至单片机进行运算。为了提高测量的精度,笔者采用了12位的A/D芯片(774),即其精度为0.025%。
①压力传感器采用康铜制成的箔式电阻应变片作敏感元件,量程为0~1 000 N,精度为0.1%(即引用误差为0.1%)。
②位移传感器采用日本进口高精度线绕电阻作敏感元件,通过差压方式输出信号,量程为0~20mm,精度为0.1%(即引用误差为0.1%)。
③温度传感器采用日本进口的高精度金属铂作敏感元件,量程为-15~70℃,精度为0.5%(即引用误差为0.5%)。
以上3种传感器均具有良好的环境适应性、使用寿命长、灵敏度和分辨率高的特点。
1.2 测定仪的功能
1)测定仪具有输入(可将测量点的有关参数送入单片机中)、查询、修改、测试、运算、清零、通信等项功能。
2)具有充电功能。为了便携,测定仪采用锂电池供电。
3)自动长期保存100个测量点的数据,通过通信线送入上位机中实现长期保存。
4)上位机管理软件。上位机管理软件具有友好的人机对话功能,有方便的操作菜单,供用户使用和选择。该软件可以进行输入、查询、打印、通信等项工作。
2 钢质材料变形温度力测定仪的加密技术
测定仪采用软硬件相结合的方式实现加密功能。
1)软件加密措施
在软件需要保密的位置加入无法反编译的指令,具体做法是,在程序代码中,在程序模块之间插入1~2个加密字节,也可以为多字节的操作码。采用这种方法后,用一般反编译程序将无法得到系统的实际运行程序。
2)硬件加密措施
①数据总线加密。主要采用了2种数据总线加密方式,即交换数据总线中的某些位和将数据总线中的某些位求反。采用这种加密电路时,单片机所执行外部EPROM中的实际程序代码与EPROM中的代码就完全不同了。
②采用GAL16V8D地址译码芯片。GAL芯片具有8个输出逻辑宏单元(OLMC),使输出结构随意变化,提供了复杂逻辑设计的灵活性,使用户可根据需要进行组合;因其设计了加密单元,因而实现了硬件加密。
3 钢质材料变形温度力测定仪采用的抗干扰措施
由于现场使用环境和元器件内部缺陷的影响,单片机应用系统难免要受到各种各样的来自不同途径的干扰,也会出现一些故障,从而影响系统的正常运行。钢质材料变形温度力测定仪采用了以下几种抗干扰措施来减少干扰,保证系统正常工作。
1)线路板抗干扰措施。采用①数字逻辑电路的接地端和模拟信号接地端分别接地,仅在一点处把2种地线连接起来;②TTL地线呈辐射网状,避免环形干扰;③尽量缩短旁路电容的地线长度。
2)模拟量输入通道的抗干扰措施。采用①为了消除传感器的输出信号干扰,在检测系统中除了将模拟信号先经低通滤波器滤掉部分高频干扰外,还必须合理地处理接地问题,将放大器加上静电和电磁屏蔽并浮置起来;②模拟信号输入线使用屏蔽线。
3)软件抗干扰措施。采用数字滤波、设立软件陷阱、看门狗(Watchdog)和软件冗余等技术,提高系统的抗干扰能力。
4 结 语
钢质材料变形温度力测定仪通过压力、位移和温度传感器采集数据,利用测定仪内部的一套算法公式,可以方便、快捷、精准地计算出钢质材料在不同环境温度下产生变形的内部温度力,改进了工作人员保养钢质材料的手段。
参考文献:
[1] 贾国平.加强钢轨产品质量监督确保铁路运输安全[J].中国铁路,2003(1):49-51.
[2] 潘新民,王燕芳.单片微型计算机实用系统设计[M].北京:人民邮电出版社,1993.
[3] 张毅刚,彭喜源,谭晓昀,等.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.
