基于DSP的飛剪控制系統(tǒng)設計

畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）題 目 基于 DSP 的飛剪控制系統(tǒng)設計系 （院） 電氣工程系專 業(yè) 電氣工程與自動化班 級 2010 級 3 班學生姓名 張波學 號 1014090322指導教師 何芳職 稱 助 教二一四年六月二十日獨 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） ，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名: 年 月 日畢業(yè)設計（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學院關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復制手段保存設計（論文） ；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統(tǒng)，公布設計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名: 年 月 日濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）基于 DSP 的飛剪控制系統(tǒng)設計摘 要橫向剪切運行中的軋件的剪切機叫做飛剪，它是一種能快速切斷鐵板、鋼管、紙卷的加工設備，飛剪常用于軋鋼，造紙等生產(chǎn)線上。廣泛采用飛剪有利于使軋鋼生產(chǎn)迅速向高速化、連續(xù)化方向發(fā)展。因此，它是軋鋼生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，定尺飛剪應該保證良好的剪切質(zhì)量定尺精確、切面整齊和較寬的定尺調(diào)節(jié)范圍，同時還要有一定的剪切速度。此飛剪控制系統(tǒng)采用 TMS320F2812 作為主控單元，提出了一種基于 DSP 的飛剪控制系統(tǒng)設計方案。文中首先對飛剪工作原理作了詳細的介紹。其次，分別論述了飛剪控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。硬件部分設計主要包括 DSP 系統(tǒng)設計、電機驅(qū)動電路設計、顯示模塊設計以及飛剪模型設計等，軟件部分主要采用 C 語言編寫，實現(xiàn)TMS320F2812 對飛剪模型的狀態(tài)控制。經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)方案設計合理，并在論文結(jié)尾提出了需要完善之處。關鍵詞：飛剪控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設計方案，剪切質(zhì)量濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）iFlying Shear Control System Design Based on DSPAbstractThe shearing machine that laterally shears the operating rolled piece is called flying shear. And it is a processing equipment to quickly cut off the iron plate, steel tube and scroll. Flying shear is often used in production line, such as steel rolling and paper making. Widely used flying shear is helpful to make the production of steel rolling to rapidly develop in the direction of high speed and serialization. Therefore, it is one of the most important part of the production development of steel rolling. Flying shear for definite distance should ensure the good shearing quality : accurate length,neat section and wider adjustment range of length.Meanwhile,it also includes certain cutting speed .Flying shear control system uses TMS320F2812 as the master unit and expresses a design plan based on flying shear control system. Firstly,the paper introduces the working principle of flying shear in detail .Secondly, the hardware and software design of the flying shear control system were discussed respectively. Hardware designing mainly includes DSP system design, the motor drive circuit design, display module design, and flying shear model design and so on. Software adopts C language, then TMS320F2812 can control the state of flying shear model . After debugged, the plan of system design is reasonable and points out parts that need to be improved at the end of the paper. Key words: Flying Shear control system, The plan of system design , Shearing quality濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）目 錄第一章 緒論 .11.1 研究背景 .11.1.1 飛剪機的應用與發(fā)展 .11.1.2 DSP 應用于控制領域的發(fā)展與優(yōu)勢 .11.2 設計的目的和意義 .11.3 設計的主要工作 .2第二章 系統(tǒng)總體方案設計 .3第三章 系統(tǒng)硬件設計 .53.1 硬件選型 .53.1.1 LCD 顯示屏選型 .53.1.2 主控單元選型 .53.1.3 穩(wěn)壓電源芯片選型 .63.1.4 電機驅(qū)動芯片選型 .63.1.5 電壓比較器芯片選型 .73.2 DSP 主控單元設計 .83.2.1 TMS320F2812 簡介 .83.2.2 TMS320F2812 系統(tǒng)設計 .83.3 電機驅(qū)動電路設計 .123.3.1 28BYJ-48 步進電機 .123.3.2 ULN2803 驅(qū)動芯片及驅(qū)動電路 .133.4 傳感器與電壓比較電路設計 .133.4.1 傳感器電路設計 .133.4.2 電壓比較電路設計 .143.5 LCD 顯示及按鍵電路設計 .163.5.1 LCD 顯示模塊電路設計 .16濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）I3.5.2 按鍵電路設計 .17第四章 系統(tǒng)軟件設計 .184.1 DSP 開發(fā)平臺簡介 .194.2 人機交互程序設計 .194.2.1 顯示單元程序設計 .194.2.2 按鍵輸入程序設計 .224.3 電機控制程序設計 .244.4 速度采集與飛剪切割長度控制程序設計 .284.4.1 速度采集程序設計 .284.4.2 飛剪切割長度控制程序設計 .29第五章 總結(jié) .32謝 辭 .33參考文獻 .34附 錄 .35濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）0第一章 緒論1.1 研究背景1.1.1 飛剪機的應用與發(fā)展橫向剪切運行中的軋件的剪切機叫做飛剪，是一種能快速切斷鐵板、鋼管、紙卷的加工設備，是冶金軋鋼行業(yè)、高速線材及螺紋鋼定尺剪斷機，是現(xiàn)代軋制棒材剪斷中的產(chǎn)品。飛剪機在我國生產(chǎn)領域的應用已經(jīng)有幾十年的歷史，它是工業(yè)中不可缺少的重要設備，也是我國長期以來一直引進的重要的冶金設備。飛剪機的剪切精度是使用的關鍵，而影響剪切精度的重要因素除機械制造精度外，更重要的是控制精度一定要高，這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，而隨著控制技術(shù)和電機技術(shù)的發(fā)展,對于飛剪機自動化運動控制的研究也在不斷發(fā)展中。1.1.2 DSP 應用于控制領域的發(fā)展與優(yōu)勢隨著以 DSP 為代表的高速高性能專用微處理器的出現(xiàn)和普及，以 DSP 為核心的微控制器已成為發(fā)展主流，它強大的信息處理能力和運動控制能力相結(jié)合，具有信息處理能力強、運動控制方便、通用性好的特點。本課題所采用的以 DSP 為核心的控制技術(shù)，充分發(fā)揮了 DSP 相對于傳統(tǒng)單片機處理能力強、實時性好、片內(nèi)外設及 I/O 端口豐富、開發(fā)環(huán)境友好等特點 1。這些特點的采用正適應了運動控制技術(shù)數(shù)字化，開放化的發(fā)展趨勢。此外，簡易運動控制系統(tǒng)的搭建為運動控制技術(shù)方面的算法驗證和演示提供了平臺。1.2 設計的目的和意義本文對飛剪控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計進行說明。以 TMS320F2812 作為控制核心，非常適用于高速、精確的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)進行飛剪剪切速度、剪切尺度數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與控制，監(jiān)測數(shù)據(jù)精度高，控制準確，系統(tǒng)操作簡單，可更好的適應于各種不同的生產(chǎn)環(huán)境。DSP 微控制器處理速度高，處理數(shù)據(jù)量大，運行穩(wěn)定可靠，更適用于控制精度要求高，數(shù)據(jù)處理量大的生產(chǎn)需求，有著廣泛的應用前景。濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）1通過本次的畢業(yè)設計，可以能將大學四年學的知識串聯(lián)起來，也算是對這四年自己學習狀況的一次考核。我不僅復習了以前學過的專業(yè)知識，還擴大了知識面，提高了自己的認識水平。最重要的是，這讓我全面的了解了一個課題的研究過程。在拿到一個題目后，知道從何處入手，知道研究一個課題要分成多個模塊個個突破，化整為零，這樣才能對一個課題有所感覺。1.3 設計的主要工作本系統(tǒng)的構(gòu)建需要能完成一些基本的飛剪系統(tǒng)控制的要求，根據(jù)系統(tǒng)需求，首先構(gòu)建一個飛剪模型以及一個 DSP 的最小系統(tǒng)，由 DSP 系統(tǒng)通過外部的相關接口電路控制飛剪模型的正常運作，然后通過顯示模塊顯示出飛剪系統(tǒng)的運行狀態(tài)同時通過按鍵可設定飛剪的工作參數(shù)。在此過程中，需要解決飛剪運動模型設計、DSP外圍接口電路設計、飛剪系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)采集、DSP 對飛剪運行狀態(tài)的控制等問題，最重要的就是如何將飛剪系統(tǒng)控制的更為精確。濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）2第二章 系統(tǒng)總體方案設計對于系統(tǒng)的硬件設計，需要明確設計要求，根據(jù)要求進行硬件電路設計和芯片的選擇，完成相應的功能，實現(xiàn)電機、舵機的驅(qū)動、顯示和鍵盤輸入以及數(shù)據(jù)采集等功能。系統(tǒng)軟件設計要在硬件的基礎上通過軟件編程實現(xiàn)對各個模塊的控制，通過軟硬件的結(jié)合促使整個系統(tǒng)有規(guī)律的正常運行。本系統(tǒng)硬件分為以下幾個部分：電源部分，DSP 系統(tǒng)部分，電機驅(qū)動部分，按鍵與顯示部分等。系統(tǒng)的總體設計思路是 DSP 控制單元通過按鍵與顯示部分獲得用戶輸入的飛剪模型的工作參數(shù)并實時顯示，然后 DSP 通過這些參數(shù)控制飛剪模型的送料速度以及切割時間并采集飛剪模型通過傳感器回傳的相關數(shù)據(jù),實現(xiàn)更精確的閉環(huán)控制。系統(tǒng)的整體設計框圖如圖 2-1 所示。按鍵與顯示單元D S P 控制單元傳感器驅(qū)動電路飛剪模型電源圖 2-1 系統(tǒng)總體設計框圖為使硬件設計盡可能合理，系統(tǒng)的電路設計遵循了以下幾個方面：（1）在對硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)考慮時，考