摘 要 为测试大变形柔性铰链的转角特性，设计了基于等空间数据采样的大变形柔性铰链测试仪，以MSP430单片机为数据采集系统，对压力传感器和旋转编码器的信号进行等空间采样，通过RS232接口发送给上位机程序进行实时处理，得出大变形柔性铰链的转角特性曲线和数据记录。

关键词 数据采集；MSP430；RS232

１ 引言

为了设计基于大变形柔性铰链的运动机构，必须知道不同结构参数的大变形柔性铰链的转角特性，即所施加的力矩与其转角之间的关系。由于其分析计算过程属于几何非线性和材料非线性，因此难以推导出精确的解析函数式。在实际设计过程中，需要根据近似解的结果进行实验修正，本文设计一种测试大变形柔性铰链转角特性测试仪，通过数据采集装置来获得大变形柔性铰链的转角实验数据。

2 大变形柔性铰链转角特性测试仪的基本原理

图1 大变形柔性铰链转角特性测试原理

大变形柔性铰链的测试原理如图1所示，首先将大变形柔性铰链的一端通过紧固螺钉和压板固定起来，另一端在摆杆的作用下产生弯曲变形。而摆杆则是通过安装在台面上的螺旋顶杆来驱动。测量过程中，通过旋转螺旋顶杆使摆杆产生向上的运动。本测试仪的目的是测量大变形柔性铰链的扭转角与转矩之间的关系，因此不采用普通的基于时间的数据采样，而采用等空间数据采样，使得摆杆运动的时间变化对数据采集不产生影响。在摆杆与大变形柔性铰链一定距离(该距离可调)处安装了一只Honeywell公司的FSS微型压力传感器，在转动过程中压力传感器的测力面始终垂直于大变形柔性铰链的自由端，因此压力传感器测得的“力”乘以“距离”便是施加到大变形柔性铰链上的转矩。而大变形柔性铰链所转过的角度可通过安装在转轴下端的旋转编码器来获得，该旋转编码器为360线单脉冲输出，每转过1度发出一个脉冲。

3 数据采集的实现

系统的数据采集过程如图2所示，测试仪上的数据采集是基于MSP430单片机内嵌A/D转换模块来实现，数据通过串行通信模块MAX232送入上位机程序进行处理。

图2 系统数据采集原理

由于压力传感器的输出电压为毫伏级，因此需要通过运算放大器进行信号放大，再将放大过的信号输入MSP430的P6口，旋转编码器的输出信号由于来自其中的光电管，并已经过信号整形，因此可直接送入MSP430的P0口作为等空间数据采样的触发信号。

4 上位机数据处理程序的设计

测试仪的上位机数据处理程序采用面向对象的开发工具VB6实现，通过串行通信控件MSComm与下位机程序进行通信。首先在MSP430与上位机程序之间预定三个主要的命令字：“传感器零位标定”、“开始采集”、“停止采集”，作为上位机程序和MSP430对话的依据。其次是根据预定的数据帧格式来接收数据，同时以实时曲线的形式在程序界面上显示出来，并保存数据记录。串口监听程序如下：

Private Sub MSComm1_OnComm( ) ’监听串口

TEMP = 0

FUK = ""

ModStr = "" ‘初始化

ModStr = MSComm1.Input

If ModStr <> "" Then

If MSComm1.InputMode = comInputModeText Then ‘数据模式

FUK = Asc(ModStr)

TEMP = TEMP + FUK

Else

TEMP = ModStr

End If

Else

FUK = "0"

TEMP = 0

End If

…

End Sub

上位机所接收的数据需要以实时曲线的形式绘制在程序界面上。首先在主界面上添加一PictureBox并命名为PB1，然后在初始化程序中绘制出背景颜色和坐标轴、栅格线，开始采集数据后只需根据实时数据绘制曲线即可，程序如下。上位机程序如图3所示。

Public Sub MiniPlot() ‘绘制实时曲线

On Error GoTo ERROR

If ONCE Then

PB1.ScaleWidth = Picture1.ScaleWidth

End If

LTy = (770 - TEMP * 3)

LTx = LTx + 1

PB1.Line (LPx，LPy)-(LTx，LTy)，RGB(0，255，0)′绘制曲线

LPx = LTx

LPy = Lty ′刷新中间变量

ERROR：

End Sub

图3　上位机数据处理程序

5　结束语

大变形柔性铰链转角特性测试仪的数据采集通过高性能的MSP430F448来完成，通过RS232总线与上位机进行通信。基于面向对象的开发工具VB6设计的上位机程序实现了转角特性曲线的实时绘制和分析报告的自动生成功能。

参考文献

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[2] 辛洪兵，郑伟智．弹性铰链研究．光学精密工程[J]，2003，1：89-94

[3] 崔明，佟刚等．基于MSP430 的纸张耐压强度检测系统[J]，微计算机信息，2007，10-2：4-5

[4] 魏胜，李克天等．MSComm控件在PC机与CNC装置串口通信上的应用[J]，机电工程技术，2005，4：93-94