一種通用的機械定時器的測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通用的機械定時器的測試方法，包括以下步驟：1)在被測機械定時器的擺輪的一端使用光纖發(fā)生器照射，在其另一端通過光纖傳感器采集，得到光束穿過擺輪的后轉(zhuǎn)換成的脈沖信號；2)將采集到的脈沖信號傳輸給MCU，其中，MCU為微控制單元或者單片機；3)MCU對脈沖信號進行計數(shù)處理，得到擺輪的擺動角度和對應(yīng)的測量時間，通過顯示器顯示并存入MCU的存儲器。本發(fā)明基于長時間對機械定時器的結(jié)構(gòu)的研究和反復(fù)的測試，提出了一種通用的機械定時器的測試方法，其用于測試各類機械定時器的性能指標。本發(fā)明不僅為各種類型機械定時器的性能測試提供了一個有效的方法，而且可以準確的測量機械定時器的定時時間，并將定時時間顯示出來。
【專利說明】一種通用的機械定時器的測試方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于機械定時器測試的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種通用的機械定時器的測試方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]盡管電子定時器已發(fā)明多年，但機械定時器仍因其可靠性高、價格低廉、操作方便、維修簡單等諸多的優(yōu)點仍廣泛使用。機械定時器廣泛的應(yīng)用在各種設(shè)備中，如洗衣機、電風(fēng)扇、微波爐、電暖氣等家用電器中，用來設(shè)定設(shè)備的運行時間等；除此之外機械定時器因其不會受電磁干擾的特性，被廣泛的使用在軍事設(shè)備中，如炮彈、炸彈里面的定時器，特別是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中電磁脈沖炸彈的使用，會使得某些設(shè)備會瞬間失效，機械定時器因此固有的特性，根本不受電磁干擾的影響，因此仍然被廣泛使用在軍事上。
[0003]定時時間的精確性是機械定時器最重要的性能參數(shù)，然而機械定時器的定時時間的精確性確不易測量。機械定時器實質(zhì)是一個鐘表機構(gòu)，定時時間就對應(yīng)著指針轉(zhuǎn)過多少角度，然而這個角度的測量沒有一個通用的簡單易行的方法。 [0004]特別的，機械定時器的參數(shù)各異、結(jié)構(gòu)多樣，有定時時間為一分鐘的，有定時時間為二十四小時的，因此很多的測試系統(tǒng)只是針對某一種類型的機械定時器可測量，換為另外一種型號的定時器，測試系統(tǒng)就無法使用，這也給生產(chǎn)廠家購買測試設(shè)備帶來了額外的成本。
[0005]一些老的機械定時器測試系統(tǒng)大量的使用模擬電路、分立器件，不但造價高昂、易出故障，測量精度還不高。
[0006]基于以上原因，迫切的需要一種通用的機械定時器的測試方法，使得各個定時器生產(chǎn)廠家都可以很容易的測量定時器的性能指標。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種通用的機械定時器的測試方法，該測試方法在深入研究機械定時器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了通過測量機械定時器的擺輪擺動次數(shù)來測量定時時間的方法。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0009]一種通用的機械定時器的測試方法，包括以下步驟:
[0010]I)在被測機械定時器的擺輪的一端使用光纖發(fā)生器照射，在其另一端通過光纖傳感器采集，得到光束穿過擺輪的后轉(zhuǎn)換成的脈沖信號；
[0011]2)將采集到的脈沖信號傳輸給MCU，其中，MCU為微控制單元或者單片機；
[0012]3)MCU對脈沖信號進行計數(shù)處理，得到擺輪的擺動角度和對應(yīng)的測量時間，通過顯示器顯示并存入MCU的存儲器。
[0013]本發(fā)明進一步改進在于，步驟I)中，光纖發(fā)射器采用歐姆龍OMRONE3X-DZ21-S2M ;光纖傳感器采用歐姆龍 OMRON E3X-DZ21-S2M。[0014]本發(fā)明進一步改進在于，步驟2)中，MCU采用德州儀器TI MSP430。
[0015]本發(fā)明進一步改進在于，步驟3)中，顯示器為液晶顯示器。
[0016]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明一種通用的機械定時器的測試方法，具有如下的技術(shù)效果:
[0017]1、提出通過測量定時器擺輪擺動次數(shù)來確定定時時間，本發(fā)明思路新穎，精確度高，從測試方法上比以往方法提高至少一個數(shù)量級；
[0018]2、整個測試系統(tǒng)實現(xiàn)容易，測試人員使用起來方便直觀，系統(tǒng)通用性高、可擴展性強；
[0019]3、整個測試系統(tǒng)測量時間精度達到0.001s，每次測試連續(xù)工作時間不低于48小時，平均無故障工作時間15天，測試系統(tǒng)穩(wěn)定、抗干擾能力強。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0020]圖1為本發(fā)明一種通用的機械定時器的測試方法的示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3為本發(fā)明系 統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4為本發(fā)明系統(tǒng)程序流程圖。
【【具體實施方式】】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0025]參見圖1，本發(fā)明一種通用的機械定時器的測試方法，用于準確的測量機械定時器的定時時間，并將定時時間顯示出來以及和使用RS232和上位機通信，包括以下步驟:
[0026]I)在被測機械定時器的擺輪I的一端使用光纖發(fā)生器2照射，在其另一端通過光纖傳感器3采集，得到光束穿過擺輪I的后轉(zhuǎn)換成的脈沖信號；其中，光纖發(fā)射器2采用歐姆龍 OMRON E3X-DZ21-S2M ;光纖傳感器 3 采用歐姆龍 OMRON E3X-DZ21-S2M。
[0027]2)將采集到的脈沖信號傳輸給MCU，其中，MCU為微控制單元或者單片機，其采用德州儀器TI MSP430。
[0028]3)MCU對脈沖信號進行計數(shù)處理，得到擺輪I的擺動角度和對應(yīng)的測量時間，通過液晶顯不器顯不并存入MCU的存儲器。
[0029]具體來說，本發(fā)明包括以下步驟:
[0030]第一步，系統(tǒng)的機械部分定位設(shè)計。為了避免了測量中震動所帶來的誤差，定時器機械器件定位必須準確。因為系統(tǒng)是對擺輪I的擺動進行測量，而擺輪I的尺寸相對來說比較小，定位不準會帶來嚴重的測量誤差。準對不同的不同形狀定時器件的選擇合適的固定裝置，使得固定裝置結(jié)實可靠并且不和器件旋轉(zhuǎn)軸相接觸。
[0031]第二步，根據(jù)測試系統(tǒng)的輸入輸出量以及主要被控對象搭建嵌入式開發(fā)測試硬件平臺。輸入量是擺輪I擺動的次數(shù)，輸出量是定時器時間測試結(jié)果，主要被控對象是光纖穿過擺輪I擺動后轉(zhuǎn)換成的脈沖信號。將采集到的的脈沖信號送往MCU，由MCU對這些脈沖信號進行計數(shù)處理之后得到角度和測量時間并且顯示到LCD(液晶顯示器)上。最后通過按鍵進行控制整個系統(tǒng)的開始、停止和參數(shù)顯示。其中，MCU(Micro Control Unit)為微控制單元或者單片機。[0032]第三步，根據(jù)測試系統(tǒng)的測試流程和控制策略編寫嵌入式開發(fā)測試軟件。系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩大部分，測試儀的嵌入式軟件部分和上位機軟件。其中測試儀的嵌入式軟件部分包括硬件驅(qū)動程序的設(shè)計、人機交互界面設(shè)計(記錄、顯示和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài))、主程序的設(shè)計(系統(tǒng)控制執(zhí)行流程和思路方法)。驅(qū)動程序用于相應(yīng)器件的功能實現(xiàn)，如LCD顯示驅(qū)動程序，人機交互界面的程序使得工人便于操作，更加的人性化；人機交互界面設(shè)計則可以很好地記錄、顯示和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)；而主程序是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的整個功能。通過上位機軟件，可以方便的進行參數(shù)設(shè)置，觀察測試結(jié)果，進行數(shù)據(jù)分析，以及圖形化顯示；
[0033]進一步具體來說，本法明包括以下步驟:
[0034]第一步，轉(zhuǎn)化測量對象。在深入研究機械定時器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出通過測量定時器的擺輪擺動次數(shù)來測量定時時間的方法。所有定時機構(gòu)即是鐘表機構(gòu)，定時器的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過一度對應(yīng)固定的擺輪擺動次數(shù)，進而可以通過測量擺輪擺動次數(shù)來確定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度，這樣就能方便的測量定時時間。
[0035]振動機構(gòu)主要由擺輪、擺軸、游絲、快慢針等組成。擺輪受外力會偏離其平衡位置開始擺動，這時游絲便被扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生恢復(fù)力矩，這就是機械鐘表在運轉(zhuǎn)時重復(fù)循環(huán)工作的原理。
[0036]第二步，搭建MCU嵌入式硬件系統(tǒng)平臺，測量出定時時間。測量系統(tǒng)中的“開始”按鍵按下后，定時器的鎖定裝置解除，擺輪開始擺動，按下按鍵的同時開始對擺輪擺動次數(shù)計數(shù)，并開始計時，當定 時器轉(zhuǎn)動到測量角度，即擺輪擺過一定的次數(shù)，也就是計數(shù)達到某個后，停止計數(shù)，并停止計時，此時的時間即是需要測量的定時時間。
[0037]?系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
[0038]參見圖2,系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)包括電子部分和機械部分。
[0039]系統(tǒng)的硬件主要包括兩部分，機械部分和電子部分。機械部分主要是定時器夾具，用來固定機械定時器，實現(xiàn)器件的定位和動力器件的安裝，使得定時器可穩(wěn)定的測量。
[0040]MCU:電子部分以MCU為核心，MCU中是系統(tǒng)的程序，所有的功能都是通過MCU的處理運算來實現(xiàn)的，主要包括參數(shù)的設(shè)置和記錄、對定時器擺輪擺動次數(shù)的計數(shù)、把擺動次數(shù)處理成定時時間、IXD顯示的驅(qū)動以及串口通訊；
[0041]電源:電源部分則是負責(zé)給整個系統(tǒng)供電，提供5V和12V電壓；
[0042]信號采集:使用較強光量的光束打到某個位置，擺輪擺動到這個位置時必然會影響反射光線的光強，因此可以通過測量反射光的強度來確定擺輪擺動的次數(shù)，在本發(fā)明中，我們提出了用高速反射型光纖來測量擺輪的擺動。因此，光纖傳感器用來實現(xiàn)擺輪擺動信號的采集，并把采集的信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號，方便MCU的處理；
[0043]電磁鐵:通過電磁鐵的動作，解除定時器件的鎖定，擺輪開始擺動，才能開始測量;
[0044]串口:通過上位機實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和修改，提高系統(tǒng)的通用性和擴展性；
[0045]IXD:顯示測量結(jié)果及相應(yīng)的參數(shù)；
[0046]按鍵:對整個測量過程進行控制；
[0047]系統(tǒng)的工作流程:定時器件安放在工作臺上后，按下開始測量的按鍵后，電磁鐵動作解除定時器件的鎖定，定時器件的擺輪開始擺動，光纖對擺輪進行測量把擺輪的擺動轉(zhuǎn)換成脈沖，把脈沖送往MCU，則MCU對這些脈沖進行計數(shù)處理，得到角度和測量時間，角度和測量時間會實時的顯示在LCD上，而整個系統(tǒng)的工作都可以通過按鍵進行控制，包括開始、停止和參數(shù)顯示都可以通過按鍵控制。
[0048]第三步，搭建嵌入式軟件系統(tǒng)，記錄測量得到的定時時間。首先進行系統(tǒng)的初始化，(包括系統(tǒng)時鐘的初始化，I/o 口的初始化，串口的初始化，LCD顯示的初始化以及定時器參數(shù)的初始化)。定時器參數(shù)是存儲在Flash中的。初始化完成之后，通過測量擺輪擺動次數(shù)，對擺動次數(shù)計數(shù)的同時進行計時，這樣就記錄了測量得到的定時時間。
[0049]?系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖
[0050]參見圖3，系統(tǒng)的軟件分為兩大部分，包括硬件驅(qū)動程序和主程序。驅(qū)動程序用于實現(xiàn)器件相應(yīng)的功能，包括Flash驅(qū)動、串口驅(qū)動、液晶驅(qū)動。而主程序是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的整個功能。
[0051]?系統(tǒng)程 序流程圖
[0052]參見圖4，系統(tǒng)的整體程序流程圖:
[0053]首先是進行初始化，這其中包括系統(tǒng)時鐘的初始化，I/O 口的初始化，串口的初始化，LCD顯示的初始化以及一些參數(shù)的初始化；
[0054]接著就是在IXD上顯示相應(yīng)的固定字符。然后讀取Flash中的值，并進行計算得出系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)。參數(shù)包括測量角度和定時器的每度脈沖數(shù)；
[0055]然后開全局中斷。系統(tǒng)進入while(l)循環(huán)，首先檢測是否有參數(shù)從串口傳入，若有就寫入Flash中，然后再讀出來，并計算參數(shù)。參數(shù)由Flash中讀出；
[0056]然后檢測“開始”按鍵是否按下，若按下該按鍵，程序進入相應(yīng)的按鍵處理程序。
[0057]參見圖4，系統(tǒng)的按鍵處理程序流程圖:
[0058]首先是對計數(shù)器進行初始化，然后初始化測量時間，接著LCD上顯示相應(yīng)的參數(shù)，然后再啟動電磁鐵，電磁鐵會擊打測量器件，定時器的擺輪開始擺動，計數(shù)器開始計數(shù)，MCU的定時器啟動，開始計時，到達相應(yīng)的測量角度的時候，就讀取相應(yīng)的時間值，得到測量時間；
[0059]在開始按鍵處理程序啟動計數(shù)器和定時器后，由于計數(shù)器和定時器是系統(tǒng)硬件中斷，因此程序會并行運行其它的處理程序。接著就是檢測“取消”按鍵是否按下，若按下舍棄當前測量結(jié)果。檢測“設(shè)置”按鍵是否按下，若按下切換顯示。最后是顯示更新程序，該部分實時動態(tài)的更新LCD上的時間及角度的值。整個程序是放在while (I)循環(huán)里面會反復(fù)的執(zhí)行。
[0060]第四步，得到定時時間后，并將其顯示在LCD上，方便測量人員觀察測量結(jié)果；在未進行測量時，可以設(shè)置定時器的各個參數(shù)及測量的參數(shù)，設(shè)置是通過系統(tǒng)通過RS232和上位機連接后，通過上位機軟件進行設(shè)置的。
[0061]針對定時器件的擺輪進行測量，定時器指針轉(zhuǎn)過I度，擺件的擺動次數(shù)大概為41次(不同設(shè)備定時器指針角度對應(yīng)的擺件擺動次數(shù)各不相同)，通過精確測量擺輪震動的次數(shù)，就可以得到指針轉(zhuǎn)過的精確角度，這樣從原理上來說該測試系統(tǒng)的精度就比原有系統(tǒng)大大提高。這是我們設(shè)計中的一個關(guān)鍵創(chuàng)新點。
[0062]綜上所述,非標定時測試系統(tǒng)的參數(shù)及性能特點如下:
[0063]測量時間精度達到0.0Ols (顯示結(jié)果精確到小數(shù)點后兩位)；連續(xù)工作時間不低于48小時；平均無故障工作時間15天；采樣新型光電傳感器重新設(shè)計檢測系統(tǒng)，該傳感器為OMRON高精度光纖傳感器，采用智能信號調(diào)理技術(shù)，使得光纖反射強度不同使，系統(tǒng)依舊可以得到完美的測試結(jié)果；重新設(shè)計機械輔具，易于放置定時器件，測試系統(tǒng)動力來源采用微型電磁鐵器件，可以在一定行程內(nèi)實現(xiàn)Ikg的推力，并且結(jié)構(gòu)簡單，維護方便；采用新型16位嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)控制邏輯，并對檢測環(huán)節(jié)進行重新設(shè)計，檢測精度得到很大提高，檢測結(jié)果的重復(fù)性良好；采用集成電源供電，系統(tǒng)中還采用多種隔離方式對信號進行隔離保護，避免因外界環(huán)境導(dǎo)致的系統(tǒng)性能下降；采用240*128的LCD液晶顯示方式，實驗結(jié)果用中文在液晶上進行輸出顯示，直觀且方便，同時提供多種參數(shù)信息；系統(tǒng)設(shè)置采用串口通訊方式進行，方便快捷且安全可靠；配套上位機軟件，可進行參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)分析，具有圖形化曲線顯示；單或雙角度的定時時間測量；多組測量數(shù)據(jù)的顯示，并可查詢歷史測量數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析功能；240*128的LCD顯示，顯示界面更加人性化；操作方便，簡單易用；體積大大減小，結(jié)構(gòu)更緊湊；低功耗；穩(wěn)定性高。
【權(quán)利要求】
1.一種通用的機械定時器的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在被測機械定時器的擺輪(I)的一端使用光纖發(fā)生器(2)照射，在其另一端通過光纖傳感器(3)采集，得到光束穿過擺輪(I)的后轉(zhuǎn)換成的脈沖信號； 2)將采集到的脈沖信號傳輸給MCU，其中，MCU為微控制單元或者單片機； 3)MCU對脈沖信號進行計數(shù)處理，得到擺輪(I)的擺動角度和對應(yīng)的測量時間，通過顯示器顯示并存入MCU的存儲器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用的機械定時器的測試方法，其特征在于，步驟I)中，光纖發(fā)射器⑵采用歐姆龍OMRON E3X-DZ21-S2M;光纖傳感器(3)采用歐姆龍0MR0NE3X-DZ21-S2M。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用的機械定時器的測試方法，其特征在于，步驟2)中，MCU采用德州儀器TI MSP430。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用的機械定時器的測試方法，其特征在于，步驟3)中，顯示器為液晶顯示器。
【文檔編號】G05B19/042GK103984269SQ201410235063
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王勇, 謝逢潔, 葛思擘, 鄒建華, 谷肖飛, 方昌健 申請人:西安交通大學(xué)