基于USB的便携式硬度计数据通信的实现方法

摘要：硬度测量是材料加工工业的重要组成部分。介绍了基于PDIUSBD12和ATmega128的便携式硬度计数据通信控制器与上位机实现USB通信的方法，方案针对实际生产过程需要，结合便携式硬度计与USB通信技术的优点，实现可靠的USB数据传输，进而由计算机对数据做进一步处理，组成了功能全面、使用方便的便携式硬度计数据通信系统。该通信方法在低投入的基础上，克服了一般便携式硬度计硬件和功能方面的局限，很好地满足了硬度测量过程处理复杂功能的需要。
关键词：便携式硬度计；USB；PDIUSBD12；ATmega128；数据通信

O 引言
硬度测量是工业生产，特别是材料加工工业中广泛应用的传统测试技术。便携式硬度计是一种较先进的硬度测试仪器，具有体积小、重量轻、易携带、操作方便等特点，尤其对一些大型、不可拆卸部件或精加工后要求复测硬度的零件的硬度测量特别有用。但由于一般便携式硬度计在硬件和功能等方面存在局限，所以不能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、便于数据传输和处理等优点，随着USB应用日益广泛，已经逐渐成为现代数据传输的主要趋势。
本文设计的便携式硬度计数据通信系统实现方案，将USB通信技术应用到硬度测量过程中，选用Philips公司的PDIUSBD12作为USB芯片，选用Atmel公司的ATmega128作为MCU，利用可靠的USB数据传输，将便携式硬度计与PC机连接，由上位机完成所需功能的处理，满足了测试现场的要求。

1 系统分析与设计
1．1 硬度计的工作原理及实际工作要求
硬度是表征金属在表面局部体积内抵抗形变或破裂的能力。硬度表明材料的弹性变形和塑性变形，硬度计采用冲击方式进行检测后，通过传感器将所得到的冲击量转换成电信号交由电子设备进行处理，受检材料硬度值是通过硬度计配置的冲击装置得到的。目前国际通用的硬度计量标准有洛氏、里氏、维氏、布氏等，而便携式硬度计以里氏硬度计居多。
里氏硬度值的定义如下：

式中：HL为里氏硬度值；vA为冲击体距试样表面1 mm时的冲击速度；vB为冲击体距试样表面1 mm时的反弹速度。
在使用便携式硬度计进行测量工作时，常常会对硬度测量提出一些要求，如表1所示。

由于便携式硬度计数据存量相对有限、实现功能相对简单，在面对实际工作中遇到的表1所示的相对复杂需求时，存在一定局限性，很难提高测后数据处理工作效率。因此，本文提出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，以其方便稳定、易于接入PC机、兼容性强、易于升级、成本低廉，得到了广泛应用。因此，为实现便携式硬度计与PC机的通信，选用了USB通信方式。