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1 引 言
柱塞泵与柱塞马达(Piston Pump&Motor)简称PPM，在工程机械维修中诊断PPM及其调节器的故障时，或者在修理、换件、装配后进行PPM总成检验时，都需要进行 PPM的测试。
PPM测试作为检查与调整的核心技术，是液压元件维修质量控制的关键。一般在维修中心需要装备用于PPM"出厂试验"的通用性能试验台。按照行业标准，在修理PPM后应该进行最大流量、容积效率、变量特性、超载、冲击及外渗漏等检查试验。国内商品化系列化的通用PPM试验台不多，而进口的试验台价格高，用户使用率低，要设计适用的PPM试验台并加以充分利用，就必须掌握被测泵的控制方式，按其配用主机的泵控条件来建立测试环境。基于以上原因，我们设计了便携式PPM性能测试装置。
在实验中，需要对温度、流量、压力进行测量，我们采用了HEDLAND公司生产的Flo-tech系列的涡轮流量传感器，它可以为我们提供(4～20)mA的输出。
2 系统设计方案及硬件设计
系统设计框图如图1所示。
为满足该数据采集系统的要求，我们采用了C8051F206单片机。C8051F206是Cygnal公司出品的一种混合信号ISP FLASH微控制器，该芯片内含与8051完全兼容的高速微控制器内核、8k Flash、4字节宽的I／O端口、硬件UART和SPI总线、12位高精度ADC和多达32路通道的模拟输入多路选择器。每一个I／O引脚均可用软件配置成模拟输入端口，其转换速率可达100ksps。这些特点使得C8051F206非常适合作为本数据采集系统的控制器。
根据数据采集系统需要，我们通过对C8051F206单片机编程，将P1.1～P1.3配置成3路模拟信号的输入端，用以采集从涡轮流量传感器出来的温度、流量、压力3种电信号。经过C8051F206片内12位高精度ADC的转换后，通过CP2102向PC机送出采集信号。
装置中采用的CP2102是美国Silicon公司推出的USB-UART数据转换器，适合设计新一代的带有USB接口的系统。USB2.0接口相对RS- 232接口具有接口体积小、数据传输速度快、即插即用等优点，但USB2.0协议过于复杂，而采用USB-UART桥接器CP2102将RS-232接口转换成USB2.0接口，不但实现了调试口的小型化，便于与便携机通信，且无需研发相应的USB2.0协议，大大缩短了研制周期。
CP2102的主要特性如下：
·集成的USB收发器，无需外部电阻；
·集成的时钟，无需外部时钟；
·片内上电复位电路；
·片内电压调节器，3.3V输出；
·符合USB2.0规范，全速(12Mbps)；
·SUSPEDXD引脚支持USB挂起状态；
·所有握手和调制解调器接口信号；
·支持的数据格式：数据位8；停止位1，2；校验位：奇校验，偶校验，无校验；
·波特率：300bps至921.6kbps；
·支持在线发送中断；
·可以和带有COM口的PC应用配合使用。
基于以上特性，本系统采用CP2102，较方便的实现了系统的USB功能。同时，还通过CP2102向C8051F206提供2.5 V和3.3 V电源，保证单片机只需要接上PC机而无需外接电源的情况下就可以正常工作。
C8051F206单片机与CP2102之间的连线如图2所示。
3 C8051F206的软件设计
C8051F206单片机是该数据采集系统的核心，需要对其进行编程以实现预期功能。程序框图如图3所示。
系统上电后，首先要进行初始化设置，包括系统复位方式、时钟源、电压基准、中断、UART、SPI、ADC的设置以及用交叉开关对I／O端口进行配置，这些设置可通过设置相应特殊功能寄存器(SFR)来进行，部分初始化设置可参考以下程序段。
在主程序中，采用了一个无限循环，以达到一直采样的目的。在循环体中，分三次调用采样子程序来实现对三路信号(压力、温度、流量)的采集并写到缓冲区中，上位机通过读取BUF的数据就可以进行数据分析处理了。上位机通过串口读取BUF里的数据的程序如下：
4 上位机程序设计
通过上面的数据采集系统，我们在上位机通过串口读取BUF里的数据，可以得到压力、温度、流量三个量的数字信号。通过设计的上位机程序，我们利用采集的这三个模拟量的数字信号可以画出这三个量实时的时间-幅值图，同时也可以绘制出该被测试柱塞泵与柱塞马达(Piston Pump&Motor)的时域分析图以及生成所需要的检测报告。
绘制压力、温度、流量实时的时间-幅值图的程序如下(下列程序段为绘制温度实时的时间-幅值曲线图，压力、流量相似)：
5 结束语
(1)采用C8051F206单片机设计的便携式PPM性能测试装置，性能可靠，采用C51编写程序使软件可读性强，易于维护。
(2)装置中采用CP2102方便的实现了该装置与上位机之间用USB连接。
(3)上位机用C++Builder编制的程序可以很方便的对采集的数据进行处理并得出所需要的实时的时间-幅值图和时域分析图以及检测报告，极大的方便用户的使用，通过用户使用，得到肯定。
(4)经实验验证，本仪器达到了所要求的测量精度，达到了设计要求。 |
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