利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2018116388087
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种无线扭矩信号采集和接收模块,包括应变片(1),其特征在于,所述应变片(1)连接有无线采集模块(2),无线采集模块(2)无线连接有无线接收模块(3);

无线采集模块(2)包括第一单片机(21),第一单片机(21)经第一调理电路(22)连接应变片(1);第一调理电路(22)将应变片(1)的扭矩信号调零和增益处理后发送第一单片机(21),第一单片机(21)还连接有第一无线通信模块(23);

无线接收模块(3)包括第二单片机(31),第二单片机(31)连接有第二无线通信模块(32)、以及第二调理电路(33);第二无线通信模块(32)与第一无线通信模块(23)无线连接;

第二单片机(31)经第一单片机(21)远程控制第一调理电路(22)调零和调节增益;

第二单片机(31)获取第一单片机(21)的扭矩信号经第二调理电路(33)放大输出;

第二无线通信模块(32)与第一无线通信模块(23)频率可调;

所述第一调理电路(22)包括差分放大电路(221)和两路数字电位器(222),所述第一单片机(21)连接两路数字电位器(222)控制两路数字电位器(222)的第一可变电阻输出调零信号,差分放大电路(221)的第一差分信号输入端SIN+连接应变片(1)获取扭矩信号,差分放大电路(221)的第二差分信号输入端SIN-连接第一可变电阻获取调零信号;差分放大电路(221)经其第一差分信号输出端SOUT+和第二差分信号输出端SOUT-连接第一单片机(21)输出扭矩信号;

第一单片机(21)还可设置为标定模式,在标定模式下,第一单片机(21)可对差分放大电路(221)采集的应变片(1)的扭矩信号进行调零处理;在被测轴无扭矩的时候,通过第一单片机(21)获取第一差分信号输出端SOUT+和第二差分信号输出端SOUT-的输出信号,如果两者的差值小于第一阈值,则在误差允许的范围内,不需要调零,如果两者的差值大于第一阈值,则需要进行调零,一是有利于提高测量精度,二是有利于充分利用第一单片机(21)的AD转换器的转换范围;

两路数字电位器(222)设置有第一可变电阻,第一单片机(21)在标定模式下,无线接收第二单片机(31)的调零指令后,控制两路数字电位器(222)的第一可变电阻逐渐增大,第一可变电阻与差分放大电路(221)连接输出调零信号,使第一差分信号输出端SOUT+和第二差分信号输出端SOUT-的输出信号的差值小于第一阈值,控制误差在允许范围内,则调零成功;

所述两路数字电位器(222)的第一可变电阻经并联式调零半桥电路连接第二差分信号输入端SIN-;

所述并联式调零半桥电路包括电阻R40、电阻R41、电阻R42以及电阻R43,电阻R40的一端连接基准电压,电阻R40的另一端经电阻R41连接电阻R42的一端,电阻R42的另一端接地;

第一可变电阻的调节端AD_W2连接电阻R40和电阻R41的公共端,电阻R40和电阻R41的公共端连接第二差分信号输入端SIN-;第一可变电阻的固定端AD_B2经电阻R43接地;

所述第一单片机(21)连接两路数字电位器(222)控制其第二可变电阻输出增益调节信号;第二可变电阻与差分放大电路(221)连接调节其增益;

所述差分放大电路(221)为两级差分放大电路,差分放大电路(221)包括正向初级运放U4B、正向次级运放U5B、反向初级运放U4A、反向次级运放U5A;

正向初级运放U4B的同相输入端为第一差分信号输入端SIN+;正向初级运放U4B的输出端经电阻R1连接正向初级运放U4B的反相输入端;

反向初级运放U4A的同相输入端作为第二差分信号输入端SIN-;反向初级运放U4A的输出端经电阻R2连接反向初级运放U4A的反相输入端;

正向初级运放U4B的输出端连接正向次级运放U5B的同相输入端,正向次级运放U5B的输出端经电阻R3连接正向次级运放U5B的反相输入端,正向次级运放U5B的输出端作为第一差分信号输出端SOUT+;

反向初级运放U4A的输出端连接反向次级运放U5A的同相输入端;反向次级运放U5A的输出端经电阻R5连接反向次级运放U5A的反相输入端;反向次级运放U5A的输出端作为第二差分信号输出端SOUT-;

正向次级运放U5B的反相输入端经电阻R6连接反向次级运放U5A的反相输入端;

正向初级运放U4B的反相输入端还连接第二可变电阻的可调端AD_W1;第二可变电阻的固定端AD_B1连接反向初级运放U4A的反相输入端。

2.根据权利要求1所述的无线扭矩信号采集和接收模块,其特征在于:所述无线采集模块(2)设置有电池(24);电池(24)经第一电源电路(25)为第一调理电路(22)、第一单片机(21)以及第一无线通信模块(23)供电;

无线接收模块(3)设置有第二电源电路(34)、第二电源电路(34)为第二调理电路(33)、第二单片机(31)以及第二无线通信模块(32)供电;

所述第二调理电路(33)经测试仪器(4)连接有计算机(5)。

3.根据权利要求1所述的无线扭矩信号采集和接收模块,其特征在于:所述第一差分信号输入端SIN+连接二极管D1的正极,二极管D1的负极连接第二差分信号输入端SIN-;第二差分信号输入端SIN-连接二极管D2的正极,二极管D2的负极连接第一差分信号输入端SIN+;第二差分信号输入端SIN-还经电容C11连接第一差分信号输入端SIN+。

4.根据权利要求1所述的无线扭矩信号采集和接收模块,其特征在于:所述第二可变电阻的固定端AD_B1经限流电阻R21连接反向初级运放U4A的反相输入端;

第一单片机(21)连接有模式选择开关S11。

5.根据权利要求1所述的无线扭矩信号采集和接收模块,其特征在于:所述第二单片机(31)设置有调零按键S1、增益增大按键S2、增益减小按键S3以及模式选择按键S4;

第二调理电路(33)包括集成运放U8A和跟随运放U8B;第二单片机(31)的信号输出端DAOUT经电阻R12接地,信号输出端DAOUT还连接集成运放U8A的同相输入端,集成运放U8A的反相输入端经电阻R14接地,集成运放U8A的输出端经电阻R13连接集成运放U8A的反相输入端;

集成运放U8A的输出端连接跟随运放U8B的同相输入端,跟随运放U8B的输出端连接跟随运放U8B的反相输入端,跟随运放U8B的输出端输出放大后的扭矩信号。

6.根据权利要求1所述的无线扭矩信号采集和接收模块的控制方法,其特征在于:所述第一单片机(21)设置有标定流程和运行流程;

所述标定流程包括如下步骤:

步骤A1:第一单片机(21)判断是否有第二单片机(31)的指令;如果有转步骤A2,如果没有转步骤A13;

步骤A2:第一单片机(21)判断指令是否属于调零指令?如果是,转步骤A3,如果否转步骤A7;

步骤A3:第一单片机(21)将增益由原值修改为最大值,即将用于调节增益的两路数字电位器(222)的第二可变电阻的电阻值设置为0;

步骤A4:第一单片机(21)采集第一差分信号输出端SOUT+和第二差分信号输出端SOUT-的信号,计算两者的差值;

步骤A5:第一单片机(21)判断差值是否小于第一阈值;如果大于第一阈值,则调节两路数字电位器(222)的第一可变电阻的电阻值,并返回步骤A4,如果没有超过第一阈值,则进入步骤A6;

步骤A6:第一单片机(21)将增益恢复为原值;返回步骤A1;

步骤A7:第一单片机(21)判断指令属于增益增大指令还是增益减小指令;如果是增益增大指令转步骤A8,如果属于增益减小指令转步骤A10;

步骤A8:第一单片机(21)采集第一差分信号输出端SOUT+和第二差分信号输出端SOUT-的信号;

步骤A9:如果两者的差值大于第二阈值,则判断为溢出,发出报警信号,转步骤A1;否则减小两路数字电位器(222)的第二可变电阻的电阻值;转步骤A1;

步骤A10:第一单片机(21)增大两路数字电位器(222)的第二可变电阻的电阻值;

步骤A11:第一单片机(21)采集第一差分信号输出端SOUT+和第二差分信号输出端SOUT-的信号;

步骤A12:第一单片机(21)判断如果两者的差值大于第二阈值,则判断为溢出,发出报警信号,转步骤A10;否则,转步骤A1;

步骤A13:第一单片机(21)采集应变片(1)的扭矩信号发送给第二单片机(31);转步骤A1;

运行流程包括如下步骤:

步骤B:第一单片机(21)采集应变片(1)的扭矩信号发送给第二单片机(31)。