基于单片机技术的机械设备计时器的研制

基于单片机技术的机械设备计时器的研制

介绍一种基于单片机和振动传感器技术，采用软、硬件结合设计的新型数字式机械设备计时器，分析了原理、硬件结构、技术方法、配套设备和软件功能。
　　关键词：计时器；单片机；技术途径；数据管理

Design of Mechanical Appliance Timer

HONG Jin, LI Fanxian, YUAN Jianhu, ZHANG Feng

(Engineering Institute of Engineer Corps, PLA Univ.
of Sic. & Tech., Nanjing 210007, China)

　　Key words: timer; SCM; technology method; data management

　　(1)硬件组成及计时原理
　　计时智能控制系统采用硬件触发加软件检测、控制的方法，利用机械设备运转时产生的振动信号，通过微处理器来判断是否有代表设备运行的信号出现，控制计时并进行简单运算，触发计时器进入工作状态，再由CPU读取开机时间参数，并存储；振动信号消失后，计时触发信号消失，计时器停止工作，并将当前工作时间和累计工作时间分别存储。通过通讯口进行简单查询或与计算机连接读取数据并进行分析，得到机械设备工作的有关数据。硬件原理图如图1所示。

　　(2)软件系统构成及功能
　　软件系统按模块化进行设计，主要由主程序模块、信号检测程序模块、中断程序模块、通讯程序模块和数据分析程序模块等组成。主程序模块进行定时、串口和中断系统初始化，并循环检测是否有机械设备运行触发信号。应用程序采用中断方式调用。主程序模块流程图如图2所示，检测程序流程如图3所示。

　　(1)计时控制技术
　　机械设备运转时产生振动的振幅约为80～100μm，频率约为5～100Hz。根据需要，采用由硬件触发加软件检测、控制的方法，由振动传感器和单片机的有机合作作为计时器的智能控制核心，以τ电路为主的数字电路完成软硬件的结合。原理图如图4所示。

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　　工作时，软件以一定的时间间隔检测外部动态电平，由瞬态信号了解机械设备的工作起始，记录其启动时刻，并进行工作计时和累加，微处理器通过硬件检测提供的信息，准确地把握外部设备的工作状态。当外部工作设备处于静止状态时，微处理器指挥系统同步进入静止状态，并将工作时间累加，等待再次触发。
　　(2)电源管理技术
　　为消除人为因素的影响，计时器使用过程中不使用任何外部电源供电、补充充电和更换电池；保证计时器内部电源长时间连续可靠工作。为此，除计时器本身采用低功耗模式设计、硬件选用CMOS元件外，还采用特殊的电源管理技术，供电电路设计如图5。

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　　分时供电：计时器未启用时，开关断开，仅由钮扣电池以微小的电流维持时钟芯片与当前时钟同步，需要安装使用时，通过不可重复动作开关1，使锂电池转入正常供电，此时，锂电池和钮扣电池并联，整个计时器进入待机状态。
　　(3)安全技术
　　在计时器外观、安装等方面采用了特殊的设计方案：采用集成度高、体积小的元件，以利于封装；除通讯口外计时器采用全封闭设计。外壳采用注塑壳体，底盖通过螺钉与主体连接，底面作为安装面与设备密封安装后，除能进行计时阅读和数据查询外，不能进行任何操作。如需要，可将通讯口密封，与机械设备一起置于野外、水下、井下等。

　　(1)数据查询
　　数据查询是计时器功能的扩展，通过数据查询器可查询计时器内部储存数据，包括设备每次开机时刻、每次工作时间、累计工作时间，并能对当前数据进行检索，获取设备使用的详细情况。
　　(2)数据分析
　　数据分析通过软件来完成，利用微机读取计时器有关数据，结合维修、保养、能耗等数据，设计程序，找出它们之间的关系，指导生产和管理。?

　　机械设备计时器的基本功能是真实、客观地记录设备的工作时间。它采用了成熟的微电子和振动传感技术，先进的软、硬件结合的监测、控制技术，合理的电源管理技术。既能完成计时的需要，又能对数据实施有效的管理，实现对数据的二次利用。