基于fpga的电子万能材料试验机测控系统的研究new

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1、万方数据科技信息。机械与电子o2009年第15明基于FPGA的电子万能材料试验机测控系统的研究可勇韩玉仲何广平(北方工业大学机电工程学院中国北京100144)【摘要】开发了以Altera公司的可编程器件FPGA作主控芯片的万能材料试验机测控系统，并对其主要功能模块进行了设计和分析。采用FPGA作测控系统主控芯片。使用VHDL语言编程来控制模拟和数字信号的采集。将采集到的数据通过USB口送入上位机PC，经专用测控软件处理后得到材料的各个力学性能参数。测试结果表明，该系统运算速度快，控制精度高，设计正确。完全满足万能材料试

2、验机的测控要求。【关键词】电子万能材料试验机；测控系统；FPGA；USB；LabVIEWStudyofAutomticMeasurementAndControlSystemforanEIectronicUniversalMaterialTestingMachineBasedOilFPGAKEYongHANYu-zhongHEGuang-ping(Collegeofmechanicaldectrical，NorthChinaUniversi姆ofTechnology，Beijingl∞144，China)[Abstrac

3、t]Theautomaticmeasurementandcontrolsystemforapplicationinanelectronicuniversalmaterialtestingmachinehasbeendeveloped。whichw88basedontheaprogrammabledeviceFPGAagamain-controlchip．Inthestudy。FPGAasthenlgin—controlchipofthemeasuringcontrolcardplayedallactiverole．髓e

4、analogsignalanddigita】signalwerecollectedbytheprogzamthatw88compiledbyaharddescriptionlanguage，VHDI。．ThedataprocessedbyFPGAenteredthecomputerbywayUSB．Themechanicalpropertiesofthematerialswereobtainedbythespecialmeasurementandcontrolsoftware．neresuhsshowedthataut

5、omaticmeasurementandcontrolsystemcansail嘶thedesigningrequirement．【Keywords]Electronicuniversalmaterialtestingmachine；Automaticmeasurementandcontrolsystem；FleA；USB；LabVIEW0．引言材料试验机是检测材料及其制品在各种环境下的机械、工艺性能，结构抗振强度等的重要科学测试仪器。其广泛应用于机械电子、冶金建筑、化工、轻纺、等各个领域和部门。但传统的材料试验机依靠

6、机械式的测量方法，容易造成测量精度不高，测试记录不方便等诸多缺点。本文介绍了采用Altera公司的FPGA作为主控芯片．以USB口作为和卜位机PC通信的接口，设计了一套自动测控系统。该系统和电子万能材料试验机的机械本体连接起来。实现r在通用微机上的自动测量与精确控制。1．系统硬件结构及其功能模块分析与传统电路设计方法相比．以FPGA作为测控系统的主控芯片具有功能强大、开发周期短、投资小、叮反复编程修改、保密性好以及开发工具智能化等优点。而且对FPGA进行硬件编程的VHDL语育是一种大型硬件描述语言，它与硬件电路密切相关

7、。通过编写不同的程序就可以使FPGA实现不同的硬件电路功能。本系统没计是在Altera公司的MAX+plus11软件平台下，采用VHDL语言进行编程，模拟和仿真，完成了相关时序、逻辑电路的设计。实现了各个功能模块的连接。同时简化了硬件电路。1．1系统总体结构设计测控系统的硬件结构如图1所示．上位机PC通过USB接口将控制电机命令传到测控卡l：．测控卡上的FPGA开始运行用户在其EPROM内配置好的电机控制程序。然后电机带动材料试验机丝杠和横梁运动从而托伸金属或非金属材料。此时位于横梁卜的力传感器采集材料试验机托伸材料时

8、的拉伸力，此信号为电压信号，经滤波、放大、加转换后传人FPGA。位于丝杠顶端的光电编码器采集横梁卜升的位移量，进而可以得到被拉伸材料的伸长率。光电编码器采集的为数字量，经光电隔离后进入FPGA。两路信号经FPGA处理后可通过USB口传到上位机PC上。在PC上的专用测控软件里显示和记录。I力传感嚣H滤波}_一叔U刖D转换IU‘iS光