基于交流伺服驱动技术及双CPU技术的纸箱抗压试验机设计

　　AD转换芯片采用美国AD公司的AD 676。AD676是一种高速高精度16位，并行输出的模拟到数字的转换器，为了能充分体现其性能，在应用时必须注意以下几点：

　　(1)参考电压电路的设计。参考电压是确定A／D转换的满标范围，并且参考电压的直流精度和稳定度字节影响A／D转换的相应指标。采用了AD586参考稳压芯片，其温度系数只有2×10-6PC(0～70℃范围内)，具有良好的稳定性能，具体应用电路见图3。

图3 A／D转换和CPU的接口电路图 

　　(2)取样时钟信号的处理。理论上，一般注意A／D转换的孔径晃动指标，但在实际应用中，由于取样时钟输人的噪声和晃动所造成的动态误差远远超过内部的A／D转换器孔径晃动造成的误差。所以，在设计时采用晶体振荡器而不采用RC张驰振荡器作为取样时钟．从而降低了相位噪声，并且经过施密特触发器整形后，改善了时钟信号的性能。

　　(3)关于A／D转换数字输出和CPU的接口。所有A／D转换器在其数字输出和模拟输入之间处在小量杂散电容(典型值为0.1～0.5 pF)，将数字输出线与存储器总线连接，经常导致严重的过冲和小幅振荡，还可能在数字输出线上出现其它高频睁寄，从而降低A／D转换的有救位数。解决这一潜在问题的最好方法是提供一紧贴A／D，并行输出的中间缓冲锁存器。该锁存器能将数据总线的噪声信号与A／D转换器的数据输Ⅲ相隔离，从而将耦合进入A／D变换器模拟输人的噪声减至最小，具体实现电路见图3。

　　(4)A／D转换电路的PCB布局。为了从并行输出A／D转换器应用电路获得最佳性能，通常应该把AD转换芯片安装在具有低阻抗接地铜版面的电路板上，该接地面用作高频瞬态电流的低阻抗返回通路，可以有效抑制高频信号的干扰。

　　2.3 双CPU处理技术

　　双CPU处理技术主要是需要解决两个CPU之间的数据交换问题，数据交换的方法有很多：(1)直接通过CPU的I／O口进行数据交换；(2)通过CPU串L]进行数据交换；(3)通过中间存储器女HEEPROM、RAM等进行数据交换。

　　经过分析，上述几种方法有各自的优缺点，采用了数据交换最快且最可靠的方法，即利用双口RAM来进行CPU之间的数据交换。由于是双口RAM存在两套独立的数据地址线，两个CPU可以同时访问RAM的不同地址的数据，并月CPU剐RAM的谈写速度是以微秒来计算的，所以可以达到高速交换的目的．但是这种方法存在一个缺点．即两个CPU不能同时读写同一地址的数据。

3 系统制造采取措施的优点和必要性

　　实现系统制造，采取了如下的措施：

　　(1)系统及速度稳定件。采用日水松下的MIN,惦A系列交流伺服驱动器及伺服电机。伺服电机足在闭环工作方式下运行的，所以无论是T作在低频还是高频区，其运转非常平稳，而且在额定转速内，其输出转距保持不变，从而可以保证在输川{脉冲一致的情况下驱动速度保持稳定。

　　(2)系统的平稳眭。在传动系统中，采用旧根精密滚珠丝杠和四根导柱、导套求驱动动压板；四根导柱、导套安装在动压板的四个角上，叫根滚珠丝杠分别安装在动压板的阿侧。由于导柱、导套和滚珠缒杠与动压板之间配合间隙小，所以无论试验机工作存高速或低速，动压板传动都廿J以保证很好的稳定性。

　　(3)数据采集的实时性。由于在测试过程中，要采样的是载荷力峰伉，所以为了保证数据的准确性，必须以较快的速度来采样峰值载衙力。在此系统中，采用了两种方法来保证数据采样的快速性：其一，采用高速高、精度的AD转换芯片，我们选择了Analog Devices公司的高精度16位逐次比较式并行AD转换芯片，其最快转换速度为lO¨s。另外，采用特殊电路设计，使得AD转换芯片连续转换，这样就可以保证AD转换出的数据是实时跟随传感器信号变化的；其二，由于整个系统需要处理的任务较多，数据采样、显示、电机驱动等等，特别是伺服电机的驱动，占用CPU的时间较多，所以将伺服电机的驱动从丰CPU中独立出来，用另外一个CPU来控制，即采用双CPU技术。这样，就又保证了数据采集的实时性。

　　(4)传感器的选型、安装方式及信号处理技术。传感器是试验机的关键部件，因为它直接影响到测试结果的稳定性和准确度．由于所采用的驱动结构决定了传感器只能安装在下压板的下面，即下压板直接放在传感器上，并目不能跟其他任何地方接触。考虑到下压板放置的稳定性，不可能采用单个传感器，必须采用三个以上的传感器。因为下压板是正方形结构，如果采用三个传感器按三角形结构放置的话，始终会有一个角会相对悬空，而且纸箱主要承受压力的地方在四个角上，所以选用四个传感器分别安装在下压板对角线靠近四个角的地方，保汪了下压板的稳定可靠。而且在测试过程中，由于箱体的变形量不一致，会导致四个传感器受力不一致．所以，如何根据四个传感器的信号计算出箱体实际的载荷力，就存在一定的难度。根据以往的设计经验，我们设计了一个传感器接线盒，将四个传感器信号通过一定的算法，合并成一个传感器信号，输出到信号处理板进行处理。通过权威部门的实际检测．我们采用的方法是行之有效的．在传感器的选型方面选用S型带温度补偿的高精度称重传感器。

4 结束语

　　采取上述方法设计制造的纸箱抗压试验机．以其优越的性价比，已被高校、外食及外贸H{El企业采购。“电脑纸箱抗压试验机”的研制成功，使我困纸箱抗压试验机测量精度达到了国际水准，列提高包装检测设备水平，促进我国包装造纸业的发展具有积极、深远的意义。随着时间的推移．包装检测仪器会采用越来越多的新技术、新工艺，我们将始终关注包装检测仪器的最新发展动态．研制更多更好的包装检测仪器为我国包装事业的发展做贡献。