基于AVR单片机的油液颗粒度检测仪

２００７正第１２期仪表技术与传感器ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒ２０Ｃｒ７Ｎｏ．１２基于ＡＶＲ单片机的油液颗粒度检测仪贺小亮，李艾华，王新军（第二炮兵工程学院，陕西西安７１００２５）摘要：在详细分析自动颗粒计数法原理的基础上，运用ＡＶＢ单片机和遮光型自动颗粒计数器传感器及其他元件设计了油液颗粒度检测仪。

重点阐述了油液颗粒度检测仪的工作过程，主要的硬件电路设计以及系统软件设计。

尤其对油液颗粒度检测仪中的传感器放大电路和通道设定电路的原理和实现方法做了具体的说明。

实验表明该检测仪具有较高的准确度和可靠性，并且价格低廉，具有广泛的用途。

关键词：ＡＶＲ单片机；颗粒度检测；油液中图分类号：ＴＰ２１６文献标识码：Ａ文章编号：１００２—１８４１（２００ｒ７）１２—００２０—０３ＤｅｔｅｃｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｏｆｔｌｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｅｓｓｕｒｅＯｉｌＧｒａｎｕｌｅＢａｓｅｄｏｎＡＶＲＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒＨＥ）（ｉａ０＿Ｕ肌ｇ，ＬＩＡｉ·ｈｕａ，ＷａｎｇＸｉｎ－ｊｕｎ（ｍＳ咖耐ＡｒｔｉｌｌｅｒｙＥＩｌ酉ｍｅ而嚷Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉ’柚７１００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｉｌｇｒａｎｕｌｅ（ＤＳＨＰＯ）ｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｕｓｉｎｇＡＶＲｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄＯＲ，ｂａｓｅｄｅｘｐｌａｉｎｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｕｔｏｇｒａｎｕｌｅｃｏｕｎｔｅｒ．ＩｔａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆＤＳＨＰＯ，ｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｈｆｌ＿ｒｄｗｓｌ＂ｅｃｉｒ－ｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｓｙｓｌｅｍ￥ｏｆｔｗａｌ＿ｅｄｅｓｉｇｎ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｍｐｌｉｆｙｃｉｒｃｕｉｔｏｆａｎｄｃｈａｎｎｅｌｓｅｔｔｉｎｇｗｅｒｅｅｘｐｌａｉｎｅｄ．ＤＳＨＩＫ）ｈａｓ１１ｉｓｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙｂｙｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ａｎｄｉｔｂｅｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｍａｎｙａｓｐｅｃｔｓ．Ｋ呵ｗｏｒｄｓ：ＡＶＲｍｉｃｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ｇｒａｎｕｌｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｉｌ０引言随着技术的发展，油液污染度等级测定应用越来越广泛，近年来已趋向于采用统一的国际标准。

其中，美国ＮＡＳｌ６３８油液污染度等级和ＩＳ０４４０６油液污染度等级标准使用最广泛。

油液污染度的测定方法主要有质量分析法，显微镜计数法和自动颗粒计数法等。

由于质量分析法和显微镜计数法有一定的缺陷…，因此运用自动颗粒计数法，使用ＡＶＲ单片机设计了油液颗粒度检测仪。

１油液颗粒度检测仪的原理油液颗粒度检测仪使用了遮光型自动颗粒计数器传感器，型号为ＨＲＬＤ一４００，其工作原理如图１所示。

传０ＶｌＯＶ（ａ）传感器示意图（ｂ）传感器的输出脉冲圈１自动颗粒计数器传感器工作原理示意图平行光束垂直穿过截面积为Ａ的样品流通室，照射到光电接收器上，当液流中没有颗粒时，电路输出为Ｅ（１０Ｖ）的电压，当液流中有投影面积为ａ的颗粒通过样品流通室时，阻挡了平行光束，使透射光衰减，此时输出幅度为玩的负脉冲：Ｅｏ＝（ａ／Ａ）·Ｅ（１）若颗粒为球形，或以等效直径ｄ描述该颗粒，且Ｅ＝ｌｏｖ，则收稿日期１２００７—０３—１９收修改稿１３期：２００７—０８—０２Ｅｏ＝７．８５４×ｄ２／Ａ（２）即颗粒的投影面积和脉冲电压幅值呈线性关系，由此可确定颗粒的尺寸。

传感器的输出电压信号传输到计数器的模拟比较器，和预先设置的阈值电压相比较。

当电压脉冲幅值大于阈值电压时，计数器计数。

计数器设有若干个比较器电路（或通道），如６个或８个。

预先将各通道的阚值电压设置在与要测定的颗粒尺寸相对应的值上。

这样，每个通道对大于该通道阈值电压的脉冲进行计数，因而计数器就可以同时测定各种尺寸范围的颗粒数。

２油液颗粒度检测仪的硬件设计２．１油液颗粒度检测仪硬件的总体设计油液颗粒度检测仪由自动颗粒计数器传感器、颗粒分类计数、油液自动取样及恒流量控制、统计计量、微处理器系统、输入输出等部分组成，系统框图如图２所示。

首先，微处理器系统发出指令，通过电机驱动电路启动控制取样头位置的升降装置电动阀门里的步进电机，取样头向预设位置运动，同时微处理器系统向距离传感器发出指令，不断测试取样头是否到达预定位置，在到达位置以后，微处理器系统通过电机驱动电路向控制取样头位置的升降装置电动阀门里的步进电机发出停止指令。

然后，微处理器系统发出指令，调节电动阀门，使负压泵与样品杯里的液体可以流通，微处理器系统发出指令，通过电机驱动电路使传动装置里的步进电机启动，带动负压泵中的活塞向下运动，从而负压泵内部建立起负压，使液体样品流经自动颗粒计数器传感器进入负压泵。

当传动装置里的步进电机启动以后，微处理器系统发出指令，开启光电编码电路，测试传动装置里的步进电机的转速是否在设定的转速范围内，如果不在改范围内，则调节传动装置里的步进电机的转速，从而实现步进电机转速稳定。

传动装置里的步进电机的转速恒定保证　万方数据第１２期贺小亮等：基于ＡＶＲ单片机的油液颗粒殿检测仪２１了液体以恒定鳇流速（１０～２００ｍＬ／ｍｉｎ）通过囊动颗蕴计数器传感器的传感器区。

在流经鑫动颗粒计数器传感器的时候，光电转换器将光能转换成电信号，１个负电脉冲代表１个颗粒，负脉冲的幅度代表颗粒的大小。

该负脉冲经过传感器放大电路反福和放大露送魄较器，与所设定的基准电压援：较，瑟ｉ孛糯度亵于比较电压时，比较器输出１个计数脉冲。

每个比较器腊面有１个计数器，它霹以累计记下该通道计数辣；孛的数秘，记下的数霸就是大予该通道粒径的颗粒数目。

对应的１个比较器和１个记数器构成１个通道，系统共有８个通道。

微处理器系统读取计数器的值，将其存入微处理器系统的存储器。

最后，微处理器系统稷据所裣滋酶值，瀵过显示装鬟显示盘寒竣者透过打翻机将其检测结果打印保存。

圈２油液颗粒度检测仪系统框图２．２自动鞭粒计数嚣篱感器放火整路设计自动颗粒计数器传感器放大电路如图３所示，主要融４个运算放大器ＬＦ３５６组成。

其中由Ｕｏ级放大器组成的放大电路主要鸯鑫动颗粒计数器传感器输密蓿号酶强处毽，是典毽的运算放大器反向放大电路，放大系数约为一Ｏ．５，将２个二极管骗和Ｄ，接猩运算放大器的负向输入端和输出端，其作用主要是当激光毙阻传感器输密翦受囊尖舞豪净在输＆璇放太为零，放大为后级放大电路调整好信号盼幅度。

由于油液质量智镱检测系统所检测豹污染鬏越毅径变耽较大，掰浚在就将送给逶遵隧值设定电路的信号分为２部分，分别进行放大。

其中由Ｕ４组成的方向运算放大电路实现对大于２０脚污染颗粒信号的处瑾。

塞嚣ｌ穰鹳缓戒憋耀缀敷夫电路，第１级突现信号鳇放大，第２级为射级跟随电路，主要完成对小于２０脚的污染颗粒信号的处理。

各级运算放大器放大倍数主要根据自动颗粒计数器传感爨静校准銎来确定。

圈３自渤麟粒｛＋数器传黻器赦大毫黢２．３涟逡溺值设定惫路的设计通道阈值设定电路由８组比较电路组成，各组组成基本相同，以其中一组为例进行说明。

比较放大器采用ＬＭ３３９，比较电路采用歪蠢敷太接浚，羲不是采鼹拜繇毙较放大电路，楚势７防止ＬＭ３３９在通道设定值范围内微小振动时，输出信号发生翻转。

由图４可以看出，当传感器放大电路输出的信号电臆高于逶遂设定毽霹，运算敦大爨输基选戗为０ｖ；避俺感爨放大电路输出的倍号电压低予或等于通道设定值时，运算放大器输出近似为＋５Ｖ．这样在放大器Ｉ＿Ｍ３３９的输入负端，当有高于磁端的电压时，放大器ＬＭ３３９憋输出端输爨为低电乎，出现１个降延，箨为计数毫路的时锋信号。

２．４通道标定电路的设计通道标寇电路为通邋闽值设定电路的各比较器提供基准壤。

銎５的糯稻ｕｌ鸯率形接Ｅｔ静数模转换器，采震蕊跨ＭＡＸ５２５０。

ＭＡＸ５２５０是输出为４接口的数模转换器，由于仪器是８通道系统，所以需要２片ＭＡＸ５２５０。

ＩＪ０和Ｕ１接收来自微处理器系统静控裁纛数撰倍号，将接收剃懿数字信号转换为甑聪信号，通过通道输出端输出电压信号。

通道标定电路为各比较器提供的基准值可由传感器校准嬲获得。

　万方数据ＩｍｍａｎｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｃ．２０昕图４通道阈值设定电路图５通道标定电路２．５微控制器电路的设计微处理器系统主要由ＡＶＲ单片机（ＡＴＭＥＧＡｌ２８Ｌ）、３—８线译码器（７４Ｈｃｌ３８）、ＰＳ键盘接口、打印机接口、显示器接口和步进电机驱动电路接口等组成。

ＡＶＲ单片机由ＡＶＲ内核、存储器、Ｉ／０端口和外设等组成。

ＡＶＲ单片机的存储器由１２８ＫＢ的系统内可编程ＦＬＡＳＨ、４ＫＢＥＦ口ＲＯＭ和４ＫＢ的内部ＳＲＡＭ组成。

３油液颗粒度检测仪的软件设计检测仪各功能的实现是由键盘操作来完成的。

当键盘上有键按下时，通过逻辑控制接口向单片机发出中断申请，根据键值和所处的菜单的编号执行相应的程序。

程序采用ｃ语言编写，程序的结构流程图如图６所示。

４结束语表１为分别应用８０００Ａ油液颗粒度计量装置（ＨＩＡＣ３０００Ａ取样器＋８０００Ａ计数器＋ＨＲＬＤｌ５０传感器）和该检测仪的结果对比。

取样油为未污染的液压油，取样体积为５ｍＬ．从检测结果可以看到该检测仪能够较准确检测油液的质量。

表１实验数据对比个／ｍＬ颗粒度计量装置油液颗粒度检测仪通道积分微分通道积分微分参考文献：［１］雷天觉．新编液压工程手册．北京：北京理工大学出版社，１９９８：８８—１００．图６程序流程图［２］杨振江，杜铁军．流行单片机实用子程序及应用实例．西安：西安电子科技大学出版社，２００２．作者简介：贺小亮（１９７８一）博士研究生，研究方向为仪器仪表设计及红外图像处理的研究及故障诊断。

Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｘｈｐ２００１＠１６３．ｃｏｒｎ　万方数据基于AVR单片机的油液颗粒度检测仪作者：贺小亮， 李艾华， 王新军， HE Xiao-Liang， LI Ai-hua， Wang Xin-jun作者单位：第二炮兵工程学院,陕西西安,710025刊名：仪表技术与传感器英文刊名：INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR年，卷(期)：2007，""(12)被引用次数：1次1.雷天觉新编液压工程手册 19982.杨振江.杜铁军流行单片机实用子程序及应用实例 20021.林燕雄.朱望纯基于AVR单片机的智能快速充电器设计[期刊论文]-电子测量技术 2008(10)本文链接：/Periodical_ybjsycgq200712008.aspx授权使用：石家庄学院(sjzxy)，授权号：8877feae-4517-407b-87a7-9e3401219364下载时间：2010年11月20日。