[发明专利]一种基于USB数据采集系统的材料试验机

说明书

【技术领域】

本发明涉及材料试验机领域，具体的说，是一种基于USB数据采集系 统的材料试验机。

【背景技术】

在材料试验机领域，基于PC机或工控机材料试验机测控系统目前大多采 用基于PCI总线、ISA总线或者是RS-232串行总线作为数据采集的模式。PCI 总线虽然具有较高的传输速度(132Mbps)，并支持“即插即用”功能，但其缺 点是插拔麻烦，且扩展槽有限(一般为5～6个)，ISA总线显然存在同样的问 题。RS-232串行总线虽然连结简单，但其传输速度慢(56Kbps)，且主机的 串口数目也有限，因而目前通用的通过数据采集板卡采集的方法存在着以下 缺点：安装麻烦，易受机箱内环境的干扰而导致采集数据的失真，易受计算 机插槽数量和地址、中断资源的限制，可扩展性差。

通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)是1995年Compaq、 Microsoft、IBM、DEC等公司为了解决传统总线的不足，而推出的一种新型 串行通信标准，该总线接口具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，已经逐 渐成为现代数据传输的发展趋势，基于USB的数据采集系统充分利用USB 总线的上述优点，有效地解决了传统数据采集系统的缺陷，USB的规范能针 对不同的性能价格比要求提供不同的选择，以满足不同的系统和部件及相应 不同的功能，从而给使用带来极大方便。

发明人曾为广东恒宇仪器有限公司开发了电脑式的材料测试系统，该测 试仪采用了研华PCI1716的数据采集卡，具有16位AD转换，16路模拟输入， 2路模拟输出，1个外部计数器，16路数字量输入/输出，采样速率可达250ksps， 虽然在PC机内安装数据采集卡便于数据采集和分析，缩短开发周期，数据采 样速率高，但也存在一下缺点：安装麻烦、价格昂贵、受计算机插槽数量、 地址、中断资源的限制，可扩展性差，同时在一些电磁干扰性强的测试现场， 很多情况下无法专门对其作电磁屏蔽，从而导致采集的数据失真，抗干扰性 能较差。显然这种数据采集系统还不能满足不同用户和各种应用场合的需求， 因此，发明人在此工作的基础上，开发出一种精度高、速度快、使用方便、 稳定可靠的新一代材料试验机测控仪器。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于USB数据采集系 统的材料试验机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于USB数据采集系统的材料试验机，包括机械部分、数据采集系 统、USB通信系统和上位机系统，其中，机械部分通过电机控制器，力传感 器以及位移传感器与数据采集系统相连接；数据采集系统通过USB接口与 USB通信系统相连，USB通信系统通过USB接口与上位机系统连接；其特征 在于，所述的数据采集系统，为载荷采集系统和位移采集系统；

所述的载荷采集系统，包括力传感器，信号调理，模拟多路开关，可编 程增益放大器和A/D转换器；其中，力传感器将采集到电压信号与信号调理 相连，信号调理通过模拟多路开关将电压信号引导到可编程增益放大器上， 再将得到放大的电压信号与A/D转换器相连，将经A/D转换器转换的结果通 过串行接口与单片机相连；

所述的位移采集系统，包括光栅编码器，判向接口电路和接口电路；位 移信号通过光栅编码器转换成脉冲信号，脉冲信号通过判向接口电路与单片 机相连，脉冲信号通过接口电路与单片机相连；

所述的A/D转换器，为24位过采样模数转换器转换器；

所述的单片机，为51内核的单片机作为主控制器；

所述的机械部分，包括电机、变速器、转向器、丝杠、工作台和夹具； 电机通过变速器和转向器与丝杠相连，工作台上设有螺孔与丝杠相连，工作 台的中部设有夹具；

所述的USB通信系统，其中，USB接口采用的芯片选自单独的USB接 口芯片或者集成USB接口中芯片的一种，优选为单独的USB接口芯片；

所述的上位机系统，包括PC机，打印机以及上位机测试软件，其中， 上位机测试软件安装在PC机上，主要实现USB上位机通信、曲线显示分析、 数据处理、报表打印、控制继电器等功能，用户直接通过上位机测试软件界 面来进行材料试验的一系列操作。

本发明一种基于USB数据采集系统的材料试验机的积极效果是：