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06-17
摘要：硬度测量是材料加工行业的重要组成部分。
介绍了基于PDIUSBD12和ATmega实现便携式硬度计数据通信控制器与上位机USB通信的方法。
该解决方案根据实际生产过程的需求，结合便携式硬度计和USB通信技术的优点，实现可靠的USB数据传输。
计算机对数据进行进一步处理，形成全面、易用的便携式硬度计数据通讯系统。
这种通信方式在低投资的基础上克服了一般便携式硬度计硬件和功能的限制，很好地满足了硬度测量过程中处理复杂功能的需求。
关键词：便携式硬度计； USB; PDIUSBD12； ATmega；数据通讯 O 简介 硬度测量是一种广泛应用于工业生产，特别是材料加工行业的传统检测技术。
便携式硬度计是一种较为先进的硬度测试仪器。
具有体积小、重量轻、携带方便、操作方便等特点。
特别适用于一些大型、不可拆卸零件或精加工后需要重新测试硬度的零件的硬度测量。
有用。
但一般便携式硬度计由于硬件和功能的限制，无法满足生产过程中的复杂要求。
基于USB总线的数据通信具有安装方便、可靠性高、数据不易丢失、抗干扰能力强、数据传输和处理方便等优点。
随着USB应用越来越广泛，它逐渐成为现代数据传输的主流趋势。
。
本文设计的便携式硬度计数据通信系统的实现方案将USB通信技术应用到硬度测量过程中。
它采用Philips公司的PDIUSBD12作为USB芯片，Atmel公司的ATmega作为MCU，采用可靠的USB数据传输。
便携式硬度计与PC机连接，上位机完成所需功能的处理，满足测试现场的要求。
？硬度表示材料的弹性变形和塑性变形。
硬度计采用冲击法检测后，传感器将冲击量转换成电信号，发送至电子装置进行处理。
被测材料的硬度值是硬度计配置的冲击值。
获得的设备。
目前，国际上通用的硬度测量标准有洛氏、里氏、维氏、布氏等，便携式硬度计大多为里氏硬度计。
里氏硬度值定义如下： 式中：HL为里氏硬度值； vA为冲击体距离试样表面1mm时的冲击速度； vB为冲击体距离试样表面1mm时的回弹速度。
在使用便携式硬度计进行测量工作时，往往会对硬度测量有一些要求，如表1所示。
由于便携式硬度计的数据存储相对有限，功能实现也相对简单，面对实际工作中遇到的表1所示的相对复杂的需求时存在一定的局限性，并且很难提高测试后数据处理的效率。
。
因此，本文提出一种USB数据通信方案来解决这些问题。
1.2便携式硬度计USB数据通信系统硬件组成 USB（Universal Serial Bus）是一种快速、双向、同步传输、即插即用的通用串行数据传输总线，方便稳定，易于使用接入PC，兼容性强，升级方便，成本低，已得到广泛应用。
因此，为了实现便携式硬度计与PC机的通信，选择了USB通信方式。
便携式硬度计USB数据通信系统结构如图1所示。
该方案采用微处理器ATmega作为数据通信系统的控制器。
ATmega是Atmel公司推出的8位AVR微处理器。
它具有很高的性价比。
最高工作速度可达16MIPS。
KB的FLASH和4KB的E2PROM足以满足解决方案中临时数据存储的需求。
，此外，ATmega具有53个可编程输入/输出端口，可扩展64 KB外部存储器，方便多点硬度值数据采集的硬件扩展。
在本系统中，MCU ATmega 负责数据采集和USB 数据通信的双重任务。
主要完成多路数字量输入的采集并配合PC机控制USB通信电路完成硬件检测、枚举连接和数据的双向传输。
;控制存储电路完成数据存取等控制功能。
本方案使用的USB芯片PDIUSBD12是Philips公司成熟且价格低廉的产品。
该芯片集成了高性能USB接口器件、FIFO存储器、收发器和稳压器等，并支持USB 2.O的全速模式。
为了保证USB数据传输的效率，本方案采用离线测量、定量传输的方式。
根据工艺流程，将一组产品硬度测量值临时存储在MCU存储器中，然后将MCU存储器中的临时数据打包并通过USB发送到PC并存储在主机数据库中。
主机应用程序在需要时处理数据。
2 软件系统实现 本方案需要解决以下三个方面的工作：一是设计MCU上的USB固件程序；其次，编写上位机的USB驱动；第三，实现上位机数据处理应用。
2.1 USB固件程序 固件设计主要完成设备枚举、主机与设备之间的数据交换、设备端数据处理和控制。
固件程序设计成前端和后端模式来处理和控制设备端数据。
控制是MCU的前台任务，枚举成功后的枚举和USB数据交换在后台进行。
实现设备与主机之间以最大传输速率进行通信。
设计时，USB端口1和端口2被定义为普通输入/输出类型，对应PDIUSBD12的模式0。
控制端口0完成响应USB标准请求的功能。
输入端口用于将数据采集电路采集并封装的硬度值数据发送至USB主机。
输出端口接收USB主机发送的数据包。
PDIUSBD12 接收来自 USB 的数据包并向 MCU 产生中断请求。
MCU 立即响应中断。
中断服务子程序用于处理PDIUSBD12引起的中断。
它将 PDIUSBD12 的 FIFO 中的数据检索回 MCU。
在记忆中。
各端点的中断处理程序如下： 在各端点的中断处理程序中，MCU 主要通过向 PDIUSBD12 端点缓冲区写入或读取数据包来完成处理过程。
其流程如图2和图3所示。
2.2 USB 主机驱动 使用DriverStudios 开发USB WDM（Windows Driver Model）驱动。
WDM支持即插即用、电源管理和WMI技术。
Driver Studio 嵌入在 VC 6.0 中。
Driver Studio中的Driver Works提供了USB驱动程序设计向导。
只要按照向导完成相应的操作和设置，就可以设计一个简单的USB驱动程序。
Driverwizard 将根据设置提供一个 WDM 驱动程序框架。
在使用驱动程序向导的过程中，系统会提示用户输入USB设备的Vendor ID和Product ID。
这时要注意与具体使用的芯片的对应关系。
这里，PDIUSBD12对应的供应商ID是，产品ID是。
向导完成后，在WDM驱动框架中添加USB端口1和端口2需要实现的读写功能代码。
然后编译驱动工程文件，生成需要的USB功能驱动。
2.3 PC应用 本方案中硬度测量系统的PC应用集成了数据传输、数据查询、参数设置、测量标准转换、测量误差修正、统计分析、以及数据导出、数据打印等功能功能。
系统可采用单机工作模式或联网工作模式，并设有用户认证和密码保护功能。
实现与USB控制器批量传输数据，功能码主要写在系统界面“接收”页面按键控制的程序段中，主要任务是查找设备中的设备。
USB通信传输的设备驱动程序。
并显示并保存设备发送的数据。
接收到的数据可以直接在页面上显示，并且可以在参数设置页面中预先设置硬度值的上下限，对于超出范围的接收到的数据可以自动识别和标记。
上位机使用USB的数据接收界面如图4所示。
在系统“接收”页面点击“保存”即可将其他硬度测量相关信息录入硬度数据库系统。
数据库信息形成后，在系统的“查询”页面，可以根据零件名称和测量日期进行录入。
对于基本查询，还可以在数据库中选择测试人员、团队、产品编号、批次号、零件材料、批次号、测量时使用的测试附件、冲击装置及测量点的曲率、冲击方向等信息项进行执行多条件精准查询。
为了满足各种测试条件和环境，系统可以根据配置的各种测试附件来校准所使用的冲击装置的类型；并对常用冲击方向进行硬度值修正。
根据《GB／4—》标准，可将测得的里氏硬度平均值代入按材料粗略分类的通用换算表中，求出相应的硬度值。
以代表现场的特定材料为样品，进行里氏硬度与其他硬度的对比测试。
通过数据处理测试结果，得到里氏硬度与其他硬度的对应关系，并通过程序修正转换误差。
3结论 随着材料加工行业的不断发展，传统的材料硬度测量方法已经不能满足生产过程中快节奏的要求。
本文将USB通信技术引入到材料加工硬度测量过程中，以提高硬度测量过程的效率。
本文所述的实施方案是基于节省成本、方便操作的设计原则。
在原有硬件设备的基础上，采用PDIUSBD12和ATmega实现可靠的USB数据传输，将便携式硬度计现场硬度测量数据发送到PC机上，在PC机上建立应用软件，最后形成了一套功能完善、使用方便的便携式硬度计数据通讯系统。
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