单片机电路代替大设备实现应力线路检测功能

单片机电路代替大设备实现应力线路检测功能
胡华; 杜阳阳; 贾昊杰; 成昊熙; 徐琴
【期刊名称】《《新技术新工艺》》
【年(卷),期】2019(000)011
【总页数】3页(P66-68)
【关键词】测试设备; 应变电路; 单片机电路; 缩短检测时间
【作者】胡华; 杜阳阳; 贾昊杰; 成昊熙; 徐琴
【作者单位】山西航天清华装备有限责任公司山西长治 046012
【正文语种】中文
【中图分类】TM93
构件设计过程中根据使用工况的应力大小、性质和分布完成合理尺寸、形状和连接方式的选择[1]。

在构件制造完成后，模拟服役情况进行应力测试分析，有助于确定设计结构的合理性、制造工艺的适宜性，并且可以根据应力值指标发现潜在危险位置，评估构件安全。

应力检测的前提条件是应变电路通畅，为防止线路漏焊、断须等造成测试数据不完整，通常先连接测试设备，对应力线路进行通断监控，采集器、控制器、电脑软件同时工作，分析软件数据，判断缺陷点，对缺陷点进行拆装补焊，补焊后再进行焊点检测，全部焊点焊接情况良好，拆除测试系统，并对各点、线进行防护屏蔽。

构件装载加载设备后再重新连接测试系统，由于存在焊点与加载设备干涉或加载试验
位置高、操作区域狭小等问题，线路出现故障，需重复拆卸装配，耗费大量时间和人力。

此外，大型检测设备往往是紧缺资源，在任务繁重的情况下，现有检测方式严重影响生产进度。

为了解决设备资源紧缺制约生产进度的情况，拟采用其他检测方式替代测试设备检测。

因此，提出基于51单片机的数码管显示电路，完成应变线路通断检测功能，提高检测效率，提高大设备的利用率。

设计电路预解决的问题：1)原设备繁琐、复杂、重复的线路连接；2)无法快速、直观显示缺陷电路，需人工通过数据判断；3)无法快速完成缺陷点补焊工作，需拆卸线路；4)需重复搬运测试设备，以减少多地测试等待；5)设备利用率低下，需增添新设备，增加设备支出。

1 工作原理
1.1 测试系统工作原理
测试系统工作原理图如图1所示，控制存储设备(PC端)连接数据采集器，数据采集器包括控制器和采集器，采集器通过线路接收传感器反馈的各项信号，传递给控制设备，软件界面显示各传感器变量值，通过变量具体数值判定线路通断情况。

设备笨重，接线重复排布。

图1 测试系统工作原理图
1.2 单片机电路设计原理
测试系统的优势在于一次检测多条电路，检测时人工记录采集器接线口对应的各点编号，并简单设置相应参数，方便测试时按该顺序连接系统。

51单片机数码管显示电路原理就是根据测试检测原理设计，将小模块电路应用于工业现场制造，取代测试系统完成应变线路检测功能。

单片机设计原理图如图2所示，单片机循环扫描检测外部电路(P1口开关电路代表外围通断电路)，数码管显示对应电路通断，采用P3口中断控制单片机完成定时
循环扫描，电路连通，数码管显示对应电路编号，电路断路，相应数码管黑屏[2-4]。

图2 电路设计原理图
系统Proteus设计图如图3所示，采用共阴极数码管显示，74HC138译码器连接，人工对外围线路编号，三向应变化简记为3个电阻线路。

为方便按照应变花数量
检测，使用8位数码管中的6个通路，电路一次完成2个应变电路通断测试。

数
码管编号与应变线路编号对应。

图4为模拟仿真4号通路未接通情况。

图3 Proteus设计图
图4 电路模拟仿真试验图
2 现场实测分析
为验证51单片机电路现场实用性、准确性以及便利性，在同一个构件检测场所对测试系统和小电路系统的线路检测用时进行对比。

图5为某产品水压测试前线路排布现场，由于工装干涉问题，线路检测时未放置
工装和测试平台，采集器、控制器、线路布置杂乱不堪，一部分线路浸泡在水中，连线时间长，线路杂乱无章，手工记录采集器对应点位编码，该环境也给测试人员造成容易触电等安全隐患。

图5 水压调试现场
图6为该产品筒壁应力点连接情况，采用USB口供电(最快捷的供电方式为移动电源，提供5 V工作电源)，直观显示2个应变花[5]电路通断情况。

手持式电路板不再考虑现场环境对检测结果的干扰，小电路即插即用，对检测环境无特殊要求，确保人员安全即可。

在产品进度紧急的情况下，该电路连接简单，立即显示线路通断结果，为应变花快速进行修补和更换提供了便利条件[6]。

图6 单片机显示电路
为获取不同产品不同应力点数量下的检测耗时以及单片机电路相对测试系统缩短的
耗时量[7]，对不同产品检测耗时进行统计，最终获得如下图7所示的时间平均值[8]。

图7 检测时间对比图
从图7可以看出，单片机电路线路检测时间相对测试系统大幅度缩减。

另外，原
测试系统现场至少需2个人进行线路设备组装，单片机线路仅需1个人即可完成
工作，大幅度降低了人工成本，更改后的电路更适用于应变线路现场检测[9-10]。

山西航天清华装备有限责任公司用于现场测试的系统只有2套，产品分布于不同
的工房，各产品之间经常产生线路通断验证和测试冲突，单片机电路的引入不仅有效避免了设备使用冲突，同时提高了测试系统的利用率。

3 结语
近几年，企业生产任务翻倍增长，为保证产品高质高效产出，降本增效势在必行。

利用51单片机电路代替大设备进行应变线路通断检测，大幅度提高了测试设备的利用率，有效减少了设备现场重复运输时间和工时成本，规避了一个场地需要检测电路而另一个场地需要测试的冲突，同时避免了频繁插接应变片引起的原材料损坏，即插即用即显示的小电路大幅度减少了电路监控耗时，并节约了人力资源。

在2018年一年的实践中，单片机电路的应用为本公司节创金额累积约25万元，实
现了资源的合理利用。

参考文献
【相关文献】
[1] 董丽虹，汪勇，郭伟玲.应力测试技术及在再制造工程领域的应用[M].北京：国防工业出版社，2014.
[2] 李秀忠.基于单片机的LED显示屏控制电路设计[J].现代电子技术，2010(15):200-202.
[3] 范力旻.单片机原理及应用技术[M].北京：电子工业出版社，2009.
[4] 侯艳，张武.电力机车空气管路温控系统设计[J].新技术新工艺，2018(9):25-27.
[5] 刘晓辉，颜庆智，李春宝，等.应变片焊接粘贴一体化装置[J].新技术新工艺，2016(1):20-22.
[6] 朱浩铭，蒋正忠.基于应变片的应力测量电路分析[J].科技创新与应用，2019(17):54-55.
[7] 刘彬，陈先良.一种高精度应力测量电路的实现[J].自动化与仪表，2000, 15(3):15-18.
[8] 陶雅萍，宋宗强，沈承良.用单片机控制的大应变量的数字式电阻应变仪[J].理化检验：物理分册，1990(2):61-62.
[9] 李威，周建荣.数字化传感器的设计及应用[J].电子测量与仪器学报, 1991, 5(3):45-50.
[10] 李晓雷，秦珍珍，王飞.低噪声应力采集电路的设计[J].数字技术与应用, 2013(1):133.。