材料是用來制造器件、構件和其它可供使用物質(zhì)的總稱，是人類生產(chǎn)生活必須的物質(zhì)基礎。強度是材料的基本力學性質(zhì)之一，是結構材料最為重要的性能指標。強度是指材料在外力作用下抵抗破壞的能力，是材料破壞時所吸收的能量和其有效截面積的比值。材料承受不同的外力便有不同的強度，如抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度等。

科準測控擺錘沖擊試驗機圖

材料對于沖擊荷載的抵抗能力稱為抗沖擊強度或沖擊強度。根據(jù)沖擊荷載的方向不同，分為沖擊抗拉、沖擊抗壓和沖擊抗彎三類。材料的沖擊強度使用沖擊試驗機測量。本文【科準測控】小編為大家詳細介紹一下擺錘沖擊試驗機由什么結構組成？擺錘沖擊試驗機的工作原理是什么？擺錘沖擊試驗機控制器設計原理是什么？我們一起往下看吧！（文中所論述的沖擊試驗機為抗彎沖擊試驗機。）

   圖1   擺錘式?jīng)_擊試驗機的機械結構示意圖

一、擺錘式?jīng)_擊試驗機的工作原理擺錘式?jīng)_擊試驗機主要由基座、機身、擺錘、夾具和顯示操作面板組成。其機械結構如圖1所示。

擺動軸擺錘S沖擊刀刃夾具（a）側視圖（b）正視圖擺錘式?jīng)_擊試驗機的機械結構示意圖擺錘式?jīng)_擊試驗機利用擺錘的圓周運動將重力勢能轉化為動能，并在擺錘運動到zui低點時將試件沖斷。根據(jù)能量守恒原理，擺錘在沖斷試件前后所具有的能量的差值即為試件所吸收的能量（不計摩擦損失）。如能測量此差值即可得知試件吸收的能量，并進而計算出試件的強度H。 

圖2   系統(tǒng)結構圖

二、擺錘式?jīng)_擊試驗機控制器硬件設計

 根據(jù)擺錘式?jīng)_擊試驗機的基本功能要求，該試驗機的控制器主要由主控CPU、角度檢測模塊、鍵控顯示模塊、信息指示模塊、通信及打印模塊、存儲器擴展模塊和電源模塊共7個部分組成。系統(tǒng)結構圖如圖2所示。

主控CPU為MCS-51兼容單片機，負責計算角度、檢測擺錘最高點、計算試件的吸收能量和試件強度、顯示控制、打印控制、通信控制、存儲和讀取數(shù)據(jù)等操作。 

鍵控顯示模塊由八段數(shù)碼管、按鍵和鍵盤顯示管理芯片組成，負責按鍵檢測和顯示數(shù)據(jù)。由于按鍵個數(shù)和數(shù)碼管個數(shù)都較多，所以不適合直接用單片機控制，應使用專用的按鍵顯示控制芯片，以簡化電路和程序。本系統(tǒng)使用CH451數(shù)碼管驅(qū)動和鍵盤控制專用芯片。CH451采用+5V供電，可以直接驅(qū)動8位共陰數(shù)碼管，具有閃爍控制、字數(shù)據(jù)左移、字數(shù)據(jù)右移功能；支持8x8按鍵掃描，內(nèi)置按鍵消抖功能，按鍵中斷時低電平為有效輸出；4線高速串行輸出方便與單片機接口。

信息指示模塊由發(fā)光二極管和隔離芯片組成，負責指示電源和數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)的單位，所有指示燈均采用發(fā)光二極管。每個數(shù)據(jù)單位指示燈由一個單片機引腳控制。為減小單片機負載并將單片機和輸出電路隔離，所有數(shù)據(jù)單位指示燈均采用集電極開路的與門驅(qū)動。

通信及打印模塊采用RS~232串行口，負責與上位機通信或向打印機發(fā)送打印數(shù)據(jù)。通過該接口，控制器接收上位機發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應的操作。也可以通過該接口向打印機發(fā)送打印數(shù)據(jù)。上位機通信是在試驗機出廠時向 EEP-ROM中寫數(shù)據(jù)時使用，而打印功能是在用戶試驗時使用，所以打印機和上位機通信可以共用一個串行口。

電源模塊由變壓、整流和濾波等基本電路組成，負責整個控制器的供電。

三、擺錘式?jīng)_擊試驗機控制器軟件設計 

1、開發(fā)語言及開發(fā)環(huán)境

本控制器功能較多，程序結構復雜，不適宜用匯編語言開發(fā)。且控制器對實時性要求不高，所以全部代碼均使用C語言書寫。相對于匯編語言，C51可靠性高，可移植性好，程序結構清晰、可讀性好，開發(fā)周期短，開發(fā)成本相對較低。

2、設計思路

本控制器軟件最為關鍵的部分是擺錘最高點檢測，只有可靠檢測到最高點，其它功能才有意義。因為角度檢測是使用計數(shù)器完成的，所以最高點檢測只能在主程序中通過掃描計數(shù)器的值完成。為保證掃描速度，在做最高點檢測時應先暫時關閉其它功能，包括按鍵、顯示和所有中斷。

在計算擺錘角度、試件吸收能量和試件強度時，要用到浮點數(shù)，而且要計算三角函數(shù)值。

在主程序循環(huán)中，首先判斷是否正在試驗（按下落錘鍵），如正在試驗則只開啟最高點檢測功能，其它所有功能和所有中斷均被關閉。試驗結束后關閉最高點檢測，開啟其它功能和所有中斷。這里的其它功能包括：處理上位機命令、打印、實時顯示擺錘角度和按鍵管理。在主程序中不刷新顯示，顯示只在需要（顯示數(shù)據(jù)變更）時刷新。主程序流程圖如圖3所示。

3、角度測量

由于系統(tǒng)所用編碼器為增量式編碼器，所以在檢測角度前應先設置位置。在位置將兩個計數(shù)器清零，在擺錘偏離位置時，兩計數(shù)器中的數(shù)值差即可表示擺錘的擺動角度。每個脈沖代表的角度k為360算，該差值乘以k即為擺錘相對于位置的角度。在計算試件吸收能量和試件強度時，角度值不區(qū)分正負，一律取絕對值。 

                圖4  最高點檢測程序流程圖 

4、最高點檢測

將兩計數(shù)器的差值表示為有符號整型數(shù)d則d的符號表示了擺錘相對于點的位置，的變化則表示了擺錘的運動方向。

設擺錘已擺至最高點，程序已檢測到d第1次減小并記錄了d'，并且在其后的n次之內(nèi)出現(xiàn)了干擾，T計數(shù)增加，d變大，此時程序不丟棄所記錄的d'，而是比較本次檢測的d值和已記錄的d'的大小，將二者中大的作為新的d'，并重新開始計數(shù)。如此，雖然重新開始檢測最高點，但不會錯記最高點的d值，不會出現(xiàn)誤判。

在檢測到最高點后，需要保存擺錘在最高點的角度值，以備計算時使用。本試驗機一次最多允許做15個試樣，所以需要記錄15個數(shù)據(jù)。角度值是浮點型變量，占用4B的空間。最高點檢測程序流程圖如圖4所示。

         圖5  串口中斷服務流程圖

5、通信程序設計

根據(jù)用戶需要，試驗數(shù)據(jù)可以上傳至上位計算機，以打印正式試驗報告，或存入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以便對數(shù)據(jù)進行分析、管理。

通信控制程序負責接收、執(zhí)行上位機命令。

所有上位機命令均占1B，但有的命令帶有操作數(shù)，有的沒有操作數(shù)。

通信控制程序接收到上位機發(fā)送的命令后，首先對命令進行分析，如果不帶操作數(shù)，則執(zhí)行命令，如果帶有操作數(shù)，則將操作數(shù)長度寫入操作數(shù)接收計數(shù)器，并等待數(shù)據(jù)接受完成，待數(shù)據(jù)接收完成后執(zhí)行命令。

通信控制程序流程圖如圖5所示。

四、總結

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，控制器實現(xiàn)了設計的預定功能。能夠自動落錘，試驗后自動計算、顯示試件吸收的能量；通過按鍵查詢擺錘升角、試件吸收能量和試件強度；進行錯誤提示；正確顯示試驗結果并對試驗數(shù)據(jù)進行保存；正確打印試驗結果；正常與上位機通信，運行穩(wěn)定、性能良好。

經(jīng)過【科準測控】小編以上的具體介紹，相信大家對擺錘沖擊試驗機的工作原理是什么以及擺錘沖擊試驗機控制器介紹都有了一定的了解。科準技術團隊給大家整理了很多試驗機的資料，例如：擺錘沖擊試驗機校準規(guī)范，開關插座擺錘沖擊試驗機，擺錘沖擊試驗機規(guī)程等，如果你也想了解相關信息，歡迎給我們留言！