滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)溫度智能測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何昭君

摘要：影響滾動(dòng)軸承壽命的關(guān)鍵因素之一是軸承運(yùn)行時(shí)的溫度，為此，溫度也就成為檢測(cè)軸承運(yùn)行狀態(tài)與重要參數(shù)。隨著自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，軸承溫度智能化測(cè)量也就成為動(dòng)態(tài)監(jiān)控軸承溫度技術(shù)發(fā)展主要方向。本設(shè)計(jì)從硬件、軟件及安裝三個(gè)就滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)溫度智能測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以期為滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)溫度智能測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供一個(gè)可行的技術(shù)框架。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承;溫度;智能測(cè)量系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：V263.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）24-0005-02

0? 引言

隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行速度、負(fù)載程度及設(shè)備加工精度要求的不斷提高，對(duì)其支撐的軸承運(yùn)行質(zhì)量要求也隨之提升。具體而言，運(yùn)行速度加快、負(fù)載程度加大也就增加了支撐軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和軸承成熟的載荷，二者的改變也就影響了設(shè)備加工精度。二者改變的直接影響因素就是提升了滾動(dòng)軸承的工作溫度，故，監(jiān)控軸承的工作溫度也就成為評(píng)價(jià)軸承工作質(zhì)量的關(guān)鍵要求。為了監(jiān)控滾動(dòng)軸承工作溫度，其實(shí)時(shí)溫度測(cè)量成為軸承企業(yè)或使用廠家關(guān)注的問(wèn)題[1]，王方哲等人[2]提出了滾動(dòng)軸承內(nèi)圈溫度無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)想。隨著智能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，溫度智能測(cè)量裝置已得到廣泛研究和使用[3、4]，這也就為滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)溫度智能測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)原理知識(shí)和實(shí)踐的可行性。

1? 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)溫度智能測(cè)量系統(tǒng)工作原理：首先由溫度傳感器AD590在軸承外環(huán)上探測(cè)到變化的溫度，并通過(guò)的線性關(guān)系轉(zhuǎn)變成電壓，接著送進(jìn)濾波器把信號(hào)放大，從而使電壓信號(hào)穩(wěn)定，最后要把信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）、單片機(jī)（AT89C51）處理出來(lái)，顯示在三位數(shù)碼管上。

在使用AD590測(cè)量物體溫度時(shí)，要把其整體當(dāng)成一個(gè)恒流源，在它的兩邊連接上直流電源，它的工作電壓一般是5～30V。然后在其輸出端的方向上串聯(lián)一個(gè)恒值電阻，1kΩ的即可，那么此時(shí)流過(guò)電阻兩端的電流將會(huì)和被測(cè)物體的溫度成正比，電阻兩端的電壓信號(hào)約為1mV/K。

1.2 AT89C51設(shè)計(jì)

89C51的復(fù)位電路如圖1所示：通過(guò)對(duì)相同型號(hào)單片機(jī)資料的研究，把一個(gè)電容（22uF）與電阻（2K）串聯(lián)，電容上接一個(gè)正極電源，電阻下接地，和第八、十九引腳組成復(fù)位電路。單片機(jī)（AT89C51）的+5V電源由39引腳引入，第19引腳接地，時(shí)鐘振蕩電路由12Mhz晶體振蕩器和第17引腳與第18引腳之間的兩個(gè)20pF無(wú)極性電路組成。

2? 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主程序

如圖2所示，首先給系統(tǒng)通電，開(kāi)始復(fù)位清除顯示屏，接著啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804），接收來(lái)自溫度傳感器（AD590）探頭檢測(cè)到的信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換器的模擬電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后，再把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，最后在顯示屏顯示出來(lái)。ADC0804執(zhí)行轉(zhuǎn)換輸出為二進(jìn)制，但對(duì)于接下來(lái)數(shù)碼管的顯示，需要轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制才可以，所以接下來(lái)是我們執(zhí)行的關(guān)鍵。經(jīng)查詢資料，本研究我們使用的放大器是放大五倍的A3放大器，所以可得最高測(cè)量溫度為5.0v/5=1.0V，即100℃。又查詢資料了解到ADC0804的最大轉(zhuǎn)換值為FFH（255）。由公式255*x=100可得，x=0.4，那么得數(shù)要先乘以4并除以10。十進(jìn)制轉(zhuǎn)換調(diào)整過(guò)程為ADC0804（二進(jìn)制）→AT89C51（十進(jìn)制）→乘以4→顯示。

2.2 程序?qū)崿F(xiàn)分析

2.2.1 程序的主體實(shí)現(xiàn)

通過(guò)AD590測(cè)得基本溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)放器放大發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）中，可以直接控制讀取信號(hào)的兩個(gè)端口（/rd與/wd），即可讀取經(jīng)轉(zhuǎn)換化后的二進(jìn)制信號(hào)。此時(shí)設(shè)定程序控制信號(hào)的刷新時(shí)間，時(shí)間定位50ms為一個(gè)循環(huán)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并與設(shè)定的溫度閥值比較，即此時(shí)溫度<設(shè)定值，p2.1置為0，此程序歸入判斷子程序中，并在此基礎(chǔ)上加入定時(shí)器T0。另外還要設(shè)置一個(gè)下限值，當(dāng)然設(shè)置程序也同上類(lèi)似，把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制進(jìn)行比較。

數(shù)碼管顯示部分：方式采用實(shí)行動(dòng)態(tài)掃描，當(dāng)p1口收到發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)控制相應(yīng)數(shù)碼管中的三極管導(dǎo)電，用來(lái)顯示相應(yīng)的數(shù)字字符（p2.4，p2.5，p2.6輪流置為1）。

2.2.2 程序的具體實(shí)現(xiàn)

①主程序循環(huán)部分。

啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）開(kāi)始執(zhí)行命令/wr=0。把片外存儲(chǔ)器中R0地址中的內(nèi)容發(fā)送來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)執(zhí)行此語(yǔ)句時(shí)，把/wr置為0，接著輸送數(shù)據(jù)到p0口。設(shè)置按鍵“*”為顯示設(shè)定值溫度子程序，接著設(shè)置何時(shí)讀取A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0804）的數(shù)據(jù)子程序，當(dāng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換完二進(jìn)制信號(hào)后，由INTR發(fā)出低脈沖為信號(hào)，即為讀取信號(hào)。

②初始化。

ADC0804啟動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，執(zhí)行指令/wr=0，輸出P0。檢測(cè)有無(wú)按鍵，使用按鍵轉(zhuǎn)顯示程序。判斷轉(zhuǎn)換結(jié)果，完成發(fā)射低脈沖信號(hào)，AT89C51接收信號(hào)，開(kāi)始讀取。調(diào)用二進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序，結(jié)果存30H，31H。

③設(shè)定溫度子程序。

把存儲(chǔ)在30H，31H二進(jìn)制數(shù)字碼用調(diào)整指令轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。

④二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制子程序。

調(diào)用33H，34H進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。

⑤顯示子程序。

暫取寄存器R1地址調(diào)用，為了快速執(zhí)行，P1.5=1，并維持P1口低四位，顯示出十位數(shù)，個(gè)位數(shù)同理顯示。為了數(shù)碼管可以清楚的觀察顯示出的溫度，設(shè)置延時(shí)時(shí)間（這里設(shè)置為1.5ms）。

⑥T0中斷子程序。

中斷子程序被執(zhí)行后，系統(tǒng)默認(rèn)加載初始值，接著把此時(shí)的十位數(shù)據(jù)與上次測(cè)量得出過(guò)的數(shù)值進(jìn)行比較。因此當(dāng)系統(tǒng)判斷出此時(shí)顯示的溫度值大于系統(tǒng)設(shè)定值之后，P2.1=1，反之清零，然后中斷執(zhí)行返回。個(gè)位數(shù)同樣如此判斷。

3? 傳感器與軸承連接設(shè)計(jì)

如圖3所示：軸承外環(huán)與軸承座之間垂直區(qū)域鉆入小孔，并攻絲，把改良過(guò)探頭擰入鉆好螺紋的小孔中。目的是使溫度傳感器的探頭，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定接觸到軸承外環(huán)上，保持穩(wěn)定不動(dòng)，引線接在不銹鋼護(hù)管內(nèi)，以此來(lái)保護(hù)溫度傳感器在工作時(shí)，不因線材問(wèn)題影響其工作。軸承座與外環(huán)之間應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)定，測(cè)量好長(zhǎng)度打孔，選擇合適長(zhǎng)度的探頭，最后把改良過(guò)的溫度傳感器探頭擰入軸承座小孔中，進(jìn)行固定。

4? 結(jié)語(yǔ)

滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)溫度智能測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)軸承溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以防止軸承溫度過(guò)高產(chǎn)生故障，從而導(dǎo)致生產(chǎn)停滯，效率降低。同時(shí)也為檢測(cè)維修人員提供了技術(shù)上的支持，可以讓他們準(zhǔn)確、快速的找到故障點(diǎn)，進(jìn)行快速維修。未來(lái)還將在軸承上加以修復(fù)功能，以更加突出“智能”的作用，雖然目前還未研究出，但是未來(lái)會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)人力的解放，進(jìn)入智能化的時(shí)代。

參考文獻(xiàn)：

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