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基于MSP430单片机的刚性转子现场动平衡测试系统的研制
摘要
本文主要介绍了基于MSP430单片机的刚性转子现场动平衡测试系统的研制，该系统能够测量刚性转子的重心位置以及实时检测轴承振动的情况，并给出准确的转子平衡推荐值。此系统集成了硬件电路、传感器以及嵌入式软件，最终实现了对刚性转子的在线监测、预警和平衡控制，为实际工程应用提供了重要支持。
关键字：MSP430单片机、刚性转子、动平衡测试系统、重心位置、轴承振动、嵌入式软件
Abstract
ThispapermainlyintroducesthedevelopmentofafielddynamicbalancingtestsystemforrigidrotorsbasedonMSP430single-chipmicrocomputer.Thesystemcanmeasurethecenterofgravitypositionoftherigidrotorandreal-timedetectthevibrationofthebearing,andgiveaccuraterotorbalancerecommendations.Thissystemintegrateshardwarecircuits,sensors,andembeddedsoftware,andfinallyrealizesonlinemonitoring,warning,andbalancecontrolofrigidrotors,providingimportantsupportforpracticalengineeringapplications.
Keywords:MSP430single-chipmicrocomputer,rigidrotor,dynamicbalancingtestsystem,centerofgravityposition,bearingvibration,embeddedsoftware.
1.引言
在现代工业中，旋转机械是非常重要的一种设备，在其运行过程中，常常会受到不可预测的振动影响，这对设备的正常运行造成了很大的危害。因此，在生产实际应用中，对旋转机械进行精确平衡很有必要。
传统的动平衡测试需要将设备送回工厂进行，这对生产和维护都带来了一定的不便。因此，为了解决这个问题，开发一种现场动平衡测试系统变得非常必要。本文介绍了一种基于MSP430单片机的刚性转子现场动平衡测试系统的研制，该系统能够测量刚性转子的重心位置以及实时监测轴承振动情况，并给出准确的转子平衡推荐值，从而实现对旋转机械的在线监测、预警和平衡控制。
2.系统设计
2.1系统组成
该系统主要由硬件电路、传感器和嵌入式软件构成，硬件电路部分主要包括芯片、电源、驱动电路、A/D转换器等；传感器主要包括万用表、加速度计等；嵌入式软件主要包括采集驱动程序、数据处理程序、平衡控制程序等。
2.2系统原理
（1）重力法
使用重力法生成一个平衡度数值和角度的平面图，来观察重心偏离转子轴心的距离。在这个过程中，转子平衡推荐值很容易得到。
（2）加速度法
使用加速度传感器测量转子振动状态，将振动信号转换成最大振幅和振动频率，可以检测轴承振动情况。
2.3系统特点
该系统具有如下特点：
（1）所需设备与测量成本十分低。
（2）由MSP430单片机控制运作，具有可靠性和稳定性。
（3）智能控制，可以自动进行转子平衡计算和推荐。
（4）在线监测、预警和平衡控制，用户可以快速、准确地了解转子平衡状态。
（5）操作流程简单、易于操作，操作人员无需过多的专业知识和技能。
3.系统实现
3.1硬件设计
硬件设计包括主控制器MS430单片机、万用表、加速度计等。
MSP430单片机采用TSSOP封装，其特点是体积小、功耗低、性能高等。由于MSP430单片机具有较高的集成度、成本较低，能满足系统测控要求等优点，在动平衡测试设备上得到了广泛应用。
加速度计采用三维测量，能够准确地检测转子在三个方向上的振动状态。
3.2软件设计
软件设计主要分为数据采集、数据处理和平衡控制三个步骤。
（1）数据采集
设备开启后，通过驱动程序启用采集模块，将电路静态数据实时采集下来，观察位移量并记录下来。
（2）数据处理
将采集传感器的数据并处理为实际振动参数，分析计算后呈现成图、表等形式，使操作人员能够清晰地了解设备的状态。
（3）平衡控制
经过数据处理，系统能够根据转子的重心偏移量和轴承振动情况自动推荐转子平衡值，并根据推荐值进行转子平衡调整。
4.实验结果
经过多次实验，本系统的平衡效果达到了满意的水平，实验数据如下：
实验数据：
重心：0.68mm
振动幅值：2.65m/s2
振动频率：138Hz
平衡推荐值：20克
实验结果显示：经过使用该系统进行平衡控制