基于LS7266R1的电子式万能材料试验机中的设计

摘要: 针对材料试验机等设备中要求测量或控制材料拉伸或压缩的位移，一般采用光电轴角编码器检测位置信号，输出正交编码脉冲信号。若采用其他方法检测位置信号，必然导致电路设计复杂，可靠性降低。因此，提出一种基于LS7266R1的电子式万能材料试验机设计方案。给出了试验机中的控制器工作原理，LS7266R1与单片机的接口硬件设计，以及主程序软件流程图。巧妙地把力量传感器，位移传感器等机械运动状态的压力或拉力以及位置坐标，变成了电压信号和电脉冲数字信号，供A/D测量和LS7266R1计数，从而实现了独立完成材料试验控制或通过PC机串口命令完成材料试验控制。

　　电子式万能材料试验机是一种材料试验机测控装置，能够实现对材料拉伸、压缩、剥离、撕裂、抽出等力学性能试验的测试与控制。该试验机通过采集多通道压力信号，编码器输出的位移脉冲信号，并进行干扰抑制、模拟信号放大滤波和隔离变换等处理，利用键盘和显示模块人机接口，结合变频控制器技术实现机台断点停机控制、定荷重控制、定应力控制、定位移控制、定应变(延伸率)控制、力量保持控制、自动回归控制、限位控制、多段条件测试等功能。而针对实现上位移测量及定位移控制功能，提出一种利用光电轴角编码器的专用计数器LS7266R1来采集编码器输出的位移脉冲信号。

　　1 LS7266R1简介

　　双轴正交信号鉴相器LS7266R1是一款低成本、超高精度、24位双通道的求积计数器，4种可编程计数方式，3种求积方式和1种非求积方式，计数精度高，具有X和Y双通道计数，每路计数长度可达24位，且具有二进制／十进制计数二种可编程方式。特别重要的是它有方向标志功能，测量2路(X、Y)编码器的大小相等，但有2种方向情况，当2路(X、Y)编码器的符号标志S相同时，表示位移为正方向；当符号标志S相反时，表示位移为反方向。利用该功能可以通过光电轴角编码器转换，对电子式万能材料试验机中的材料拉伸、压缩的位移值实行加或减位移值的方向判断。另外，在3种求积方式下，对每路编码器还可实现8位独立的可编程数字滤波的功能。其内部寄存器的功能设置可参见LS7266R 1的数据资料。

　　2 光电轴角编码器

　　光电轴角编码器又称光电角位置传感器，有输出循环二进制码的绝对式光电轴角编码器和输出单列或相位差90°的两列光电脉冲信号的增量式光电轴角编码器3种。这里选用ZSP3．812-003G-3600BZ型增量式光电轴角编码器，该光电周角编码器采用电缆侧出，3 600 p／r，宽电压7～24 V，互补输出，集成模块，具有体积小，价格低，非接触等特点。它是一种集光、机、电为一体的精密数字测角装置，它把轴角信息转换成电脉冲数字信号，通过LS7266R1计数器与单片机等连接后可实现动态测量和实时自动控制。

　　3 电子式万能材料试验机

　　图1为试验机机台外型。该试验机是由机座(内放置了单相电机和变频器)，控制箱，力量传感器，位移传感器，以及机架等组成。控制箱内的控制器是其核心，由力量传感器、仪表放大器、多路开关、A／D构成试验机力量测量单元；由增量式光电轴角编码器，LS7266R1双轴积分式计数器构成试验机采集编码器输出的位移信号。利用光电方法，通过光电转换将输出轴的机械量。几何位移量转换成相应的电脉冲信号，从而获得机械运动状态，位置坐标及其变化量等信息。CPU根据上述这些信息，以D／A输出控制变频器实现变频技术与伺服控制技术，来调节或启停电机，实现马达的速度调节控制、位移量控制，力量保持控制等多种功能；利用算法实现了对力量传感器的分阶段校正、单位变换、多种保护，解决零点漂移，保证系统可靠稳定。试验机人机接口方便，系统的功能多、性价比高。

图1 试验机机台