彈簧彈性力測試分選機(jī)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 摘 要 彈簧彈性力測試分選機(jī)是對(duì)大批量生產(chǎn)的彈簧依據(jù)其彈性系數(shù)不同 按照 預(yù)先規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行測試自動(dòng)篩選出合格與不合格產(chǎn)品 并在不合格產(chǎn)品范圍 內(nèi)依據(jù)是否可以修復(fù)將彈簧進(jìn)一步細(xì)分 自動(dòng)流入不同的裝料箱 以用于不同 場合 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 彈簧分選系統(tǒng)用電子控制技術(shù)代替機(jī)械式的分 選系統(tǒng) 大大提高了分選系統(tǒng)的速度和準(zhǔn)確性 本文就彈簧分選的原理 系統(tǒng)任務(wù)分配 硬件控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì) 等幾方面進(jìn)行了論述 本文對(duì)彈簧分選機(jī)的工作原理做了詳細(xì)說明 硬件控制器部分采用 MCS 51 單片機(jī)為主控制器 進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展與豐富的外圍設(shè)備 成功的設(shè)計(jì)了氣動(dòng)回路 和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 分選部分可以安全精確的把彈簧送到預(yù)定 的地點(diǎn) AD 采集模塊采用 8 位逐次逼近式采集芯片 ADC0809 CPU 控制程序在 匯編語言環(huán)境下實(shí)現(xiàn) 本課題的完成 為研發(fā)低成本的彈簧分選設(shè)備提供了思路 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 彈簧分選 低成本 MCS 51 單片機(jī) AD 采集 匯編程序設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 II Abstract Automatic spring classification machine is the machine that can test large quantities of springs which have different flexibility coefficients and used for the different situation and sieve automatically the qualified different from the unqualified according to the rules proceeded in advance also further subdivide the spring coil according to whether can repair within the scope of the unqualified automatically afflux anticipate box With the development of computer technology the traditional mechanical method was replaced by electronic technology the new method improves the accuracy and the speed of the systemic Automatic spring classification method the structure of control system and its application software design are all discussed in this paper The automatic spring classification method was introduced in detail in this paper Control hardware system adopts MCS 51 as the principal machine we proceed the propriety of the enlarge to make communication with the periphery equipment The successful pneumatic return circuit of design and drive module of the printer The experiment result expresses the sending parts designed can send the spring coil to the measured position safely dependably and accurately The block of A D gather built with the chip of ADC0809 which made in USA by Intel The source program was built on the environment of Compile Language Accomplishment of this task offered new fashion for designing lower cost spring classification device Key Words Spring classification Low cost MCS 51 MCU Compile Program 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 III 目 錄 1 1 緒論緒論 1 1 1 彈簧分選儀的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 2 本課題的意義 1 1 3 本課題設(shè)計(jì)的任務(wù) 2 2 2 彈簧分選機(jī)系統(tǒng)概述彈簧分選機(jī)系統(tǒng)概述 2 2 1 分選機(jī)的組成 2 2 2 分選機(jī)的設(shè)計(jì)要求 3 2 3 功能概述 4 2 3 1 總體功能描述 4 2 3 2 彈簧分選系統(tǒng)的硬件原理描述 4 2 4 系統(tǒng)工作原理及具體操作 5 3 3 分選控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)分選控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì) 6 3 1 鍵盤顯示模塊方案的選擇和設(shè)計(jì) 7 3 2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 12 3 2 1 AD 轉(zhuǎn)換器的選用 12 3 2 2 AD 轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì) 15 3 2 3 稱重壓力傳感器的選擇 15 3 3 電機(jī)和 PLC 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 17 3 3 1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 17 3 3 2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成 18 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 IV 3 3 3 步進(jìn)電機(jī)的綜合設(shè)計(jì) 21 3 3 4 PLC 的選用和程序設(shè)計(jì) 22 4 4 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 23 4 1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 4 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 4 2 1 系統(tǒng)初始化程序 27 4 2 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制子程序設(shè)計(jì) 27 4 2 3 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì) 28 4 2 4 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì) 29 5 5 設(shè)計(jì)小結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié) 32 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 33 致謝致謝 34 附錄附錄 附錄一 外文資料 附錄二 中文翻譯 附錄三 系統(tǒng)匯編語言源程序 附錄四 MCS 51 控制板電氣原理圖 附錄五 控制系統(tǒng)電氣接線圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 1 緒論 1 1 彈簧分選儀的發(fā)展現(xiàn)狀 實(shí)現(xiàn)彈簧檢測的智能化分選設(shè)備的開發(fā) 成為彈簧工業(yè)發(fā)展的需要和必然 趨勢 到目前為止 國內(nèi)還沒有企業(yè)能生產(chǎn)彈簧分選機(jī) 而一臺(tái)進(jìn)口彈簧分選 機(jī)的售價(jià)約為 80 元萬人民幣 國內(nèi)僅有有限的幾臺(tái)彈簧分選機(jī) 我國目前生產(chǎn)的彈簧分選機(jī)的售價(jià)約為 10 萬元 不帶自動(dòng)上料機(jī)構(gòu) 15 萬元 帶自動(dòng)上料機(jī)構(gòu) 靜態(tài)精度 負(fù)荷值 0 5 彈簧直徑 15 50mm 彈 簧長度 自由長度 25 100mm 分選門數(shù) 5 以上關(guān)于彈簧直徑 彈簧長度 分選門數(shù)均可由用戶選定 但若不在提出的范圍內(nèi)則須增加費(fèi)用 尤其是門數(shù) 的增加 開發(fā)性價(jià)比較高的彈簧分選機(jī)能夠迎合市場的需要 高性價(jià)比的分選 機(jī)能夠滿足各種形式的彈簧參數(shù)的檢測 如定長壓力值 定拉力 壓力 伸長 壓縮 量等的檢測 提高的機(jī)電產(chǎn)品的性能 具有廣闊的市場前景和成長空 間 1 2 本課題的意義 國內(nèi)彈簧工業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造工藝生產(chǎn)設(shè)備以及彈簧的材料等方面都有了 新發(fā)展 同時(shí)對(duì)應(yīng)用彈簧的要求也越來越高 在各種螺旋彈簧中 內(nèi)燃機(jī)的氣 門彈簧是其中較為重要的彈簧之一 它是國家質(zhì)監(jiān)部門要求負(fù)荷值全檢的彈簧 也就是說裝入內(nèi)燃機(jī)的每一只氣門簧 都必須經(jīng)過符合一定要求的 彈簧分選 機(jī)就成了氣門彈簧分類的重要設(shè)備 它將采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)數(shù)值相比較將不 同負(fù)荷范圍的彈簧送到不同的地點(diǎn) 以達(dá)到自動(dòng)分類的目的 其可靠性與用人 來分類是不可同日而語的 它用高性能的氣缸與氣閥相配合產(chǎn)生動(dòng)力 其效率 也是以往的分選機(jī)所不能比擬的 除了氣門彈簧外 離合器彈簧一般也要用到 彈簧分選機(jī) 雖然離合器彈簧對(duì)負(fù)荷的要求不是很高 但是離合器彈簧有個(gè)特 點(diǎn) 就是一個(gè)離合器總成上的所有彈簧的負(fù)荷值要一致 這樣才能保證離合器 可靠地分離與結(jié)合 如果在同一離合器中采用的彈簧的負(fù)荷值不一樣 將會(huì)導(dǎo) 致離合器的分離不徹底 產(chǎn)生起步時(shí)的抖動(dòng)現(xiàn)象 并且離合器彈簧的負(fù)荷值也 必須能達(dá)到一定的值 壓力過大 離合器分離操作困難 壓力過小 則離合器 會(huì)在汽車高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致離合器摩擦片的燒蝕 綜上 所述 彈簧分選機(jī)對(duì)彈簧生產(chǎn)企業(yè)是十分必要的檢測設(shè)備 對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量與 企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率起著重要的作用 必將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 2 1 3 本課題設(shè)計(jì)的任務(wù) 設(shè)計(jì)完整的控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)對(duì)彈簧壓力參數(shù)的檢測 并通過對(duì)壓力參數(shù)的 檢測 比較實(shí)現(xiàn)對(duì)彈簧壓力性能級(jí)別的自動(dòng)分選 主要的設(shè)計(jì)部分在于前向通 道的設(shè)計(jì) 后向通道的設(shè)計(jì)和人機(jī)接口的設(shè)計(jì) 前向通道的設(shè)計(jì)主要包括傳感 器的選用 壓力模擬信號(hào)的處理和數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換 人機(jī)接口的設(shè)計(jì)包括鍵盤 的設(shè)計(jì)和顯示接口設(shè)計(jì) 如功能鍵的定義 數(shù)字鍵的定義 鍵碼的識(shí)別和處理 按鍵的數(shù)值顯示 上下差值的顯示 壓力值的顯示等 后向通道的設(shè)計(jì)主要是 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和分選電磁閥的控制設(shè)計(jì) 在完成基本功能的情況下 還要求系統(tǒng)的人機(jī)交互面板要具有一定的友好 性 在系統(tǒng)人機(jī)接口的程序設(shè)計(jì)過程中 要求系統(tǒng)具有錯(cuò)誤輸入的識(shí)別和處理 能力 整個(gè)系統(tǒng)在人為設(shè)定參數(shù)后應(yīng)該具有自動(dòng)運(yùn)行的能力 通過本設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過程 應(yīng)該掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法 學(xué)會(huì) 使用電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本軟件和開發(fā)工具 如 Protel 電子電路設(shè)計(jì)軟件 單片機(jī)仿真器 編程器等 2 彈簧分選機(jī)系統(tǒng)概述 2 1 分選機(jī)的組成 一般來說 機(jī)器由原動(dòng)部分 工作 執(zhí)行 部分 傳動(dòng)部分 控制系統(tǒng)及 一些輔助裝置等組成 本設(shè)備為彈簧分選儀 其也由原動(dòng)部件 工作 執(zhí)行 部件 傳動(dòng)部件和控制系統(tǒng)四大部分組成 1 原動(dòng)機(jī) 原動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源 它把其它形式的能量轉(zhuǎn) 換為機(jī)械能 原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出絕大多數(shù)呈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) 輸出一定的轉(zhuǎn)矩 如電動(dòng)機(jī) 其把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 輸出具有能承受一定載荷的轉(zhuǎn)矩 再如內(nèi) 燃機(jī) 汽 柴油機(jī) 其是一種把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 以轉(zhuǎn)矩形式輸出的一種機(jī)械 裝置 在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中 原動(dòng)機(jī)是不可少的 本設(shè)計(jì)也必須使用原動(dòng)機(jī)為執(zhí) 行部件提供動(dòng)能 擬選擇三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī) 執(zhí)行部分 執(zhí)行部分是用來完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分 一部機(jī)器可以只有一個(gè)執(zhí) 行部分 也可以把機(jī)器的功能分解成好幾個(gè)執(zhí)行部分 執(zhí)行部件是完成系統(tǒng)工 作目的的最終部件 如氣缸 步進(jìn)電機(jī) 液壓馬達(dá)等均是常見的執(zhí)行元件 本 設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件為電磁閥控制的執(zhí)行氣缸 在本設(shè)計(jì)中 根據(jù)氣缸的功能 氣 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 缸可以分為主氣缸和子氣缸 主氣缸的作用在于為彈簧提供必要的壓力 通過 檢測施加在彈簧上的壓力值來控制子氣缸的分選動(dòng)作 傳動(dòng)裝置 傳動(dòng)裝置是用來連接原動(dòng)機(jī)部分和執(zhí)行部分 它將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式 運(yùn) 動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動(dòng)形式 運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 機(jī)器的傳動(dòng) 部分大多數(shù)采用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 有時(shí)也采用液壓或電力傳動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械傳動(dòng)系 統(tǒng)是絕大多數(shù)機(jī)器不可缺少的重要組成部分 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是一個(gè)具有相當(dāng)自動(dòng)化和智能機(jī)電設(shè)備的必須的裝置 其一般為 電子部件 是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)發(fā)展的必然要求 控制系統(tǒng)多由微電 腦芯片及其外圍電路構(gòu)成 通過微機(jī)芯片對(duì)外部信號(hào)的處理 檢測輸入信號(hào)和 外部位置 位移等狀態(tài)中斷信號(hào) 并進(jìn)行處理 控制執(zhí)行部件準(zhǔn)確有序地動(dòng)作 2 2 分選機(jī)的設(shè)計(jì)要求 機(jī)電設(shè)計(jì)具有眾多的約束條件和設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)所應(yīng)該 滿足的約束條件 技術(shù)性能要求 技術(shù)性能包括產(chǎn)品功能 制造和運(yùn)行狀況在內(nèi)的一切性能 既指靜態(tài)性能 也指動(dòng)態(tài)性能 例如 產(chǎn)品所能傳遞的功率 效率 使用壽命 強(qiáng)度 剛度 抗摩擦 磨損性能 振動(dòng)穩(wěn)定性 熱特性等 技術(shù)性能要求是指相關(guān)的技術(shù)性 能指標(biāo)必須達(dá)到產(chǎn)品功能特定的要求 標(biāo)準(zhǔn)化要求 與機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)大致有 概念標(biāo)準(zhǔn)化 設(shè)計(jì)過程中所涉及的名詞術(shù)語 符號(hào) 計(jì)量單位等應(yīng)符合 標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)物形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化 零部件 原材料 設(shè)備及能源等的結(jié)構(gòu)形式 尺寸 性能等 都應(yīng)按統(tǒng)一的規(guī)定選用 方法標(biāo)準(zhǔn)化 操作方法 測量方法 試驗(yàn)方法等都應(yīng)按相應(yīng)規(guī)定實(shí)施 標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則就是在設(shè)計(jì)的全過程中的所有行為 都要滿足上述標(biāo)準(zhǔn)化的要 求 可靠性要求 可靠性 產(chǎn)品或零部件在規(guī)定的使用條件下 在預(yù)期的壽命內(nèi)能完成規(guī)定 功能的概率 可靠性準(zhǔn)則就是指所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品 部件或零件應(yīng)能滿足規(guī)定的可 靠性要求 可靠性在機(jī)器設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)中在元件 包括機(jī)械元件和電器元件 工作的可靠性 即要求系統(tǒng)元件能完成預(yù)期的任務(wù) 在自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備中 電 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 4 氣元件的可靠性更顯得重要 它不僅要保證自身工作可靠 也要保證系統(tǒng)其他 部件 如執(zhí)行部件的工作可靠 進(jìn)而保證產(chǎn)品的質(zhì)量可靠 機(jī)電產(chǎn)品中的可靠 性的保證應(yīng)當(dāng)從電子元件的可靠性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和操作可靠性等方面來 保證 安全性要求 一個(gè)好的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)是足夠安全的系統(tǒng) 應(yīng)具有自動(dòng)保護(hù)裝置 保證人機(jī) 安全 機(jī)電產(chǎn)品的安全性包括 零件安全性 指在規(guī)定外載荷和規(guī)定時(shí)間內(nèi)零件不發(fā)生如斷裂 過度變 形 過度磨損和不喪失穩(wěn)定性等等 整機(jī)安全性 指機(jī)器保證在規(guī)定條件下不出故障 能正常實(shí)現(xiàn)總功能的 要求 工作安全性 指對(duì)操作人員的保護(hù) 保證人身安全和身心健康等等 環(huán)境安全性 指對(duì)機(jī)器周圍的環(huán)境和人不造成污染和危害 安全性的保證和故障的自動(dòng)診斷也是一個(gè)應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的 問題 通過相應(yīng)的軟件和硬件設(shè)計(jì) 應(yīng)使系統(tǒng)具有事故報(bào)警 自動(dòng)停機(jī)和故障 自診斷的能力 2 3 功能概述 2 3 1 總體功能描述 彈簧分選機(jī)作為一個(gè)分選系統(tǒng) 其主要功能在于對(duì)彈簧相關(guān)參數(shù)的檢測 實(shí)現(xiàn)對(duì)彈簧質(zhì)量的分選和相關(guān)參數(shù)的匹配 比如在汽車離合器中的壓力彈簧要 求其壓縮力相等 才能實(shí)現(xiàn)汽車的平穩(wěn)啟動(dòng)和準(zhǔn)確離合 因此 我們要控制好 彈簧的壓力值 保證其在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行選配使用 本彈簧分選機(jī)的功能就 是要求實(shí)現(xiàn)對(duì)不同彈簧的壓力值的檢測 通過對(duì)壓力值的數(shù)字化處理 實(shí)現(xiàn)對(duì) 彈簧的分選 2 3 2 彈簧分選系統(tǒng)的硬件原理描述 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 數(shù)據(jù)采集接口 電路 壓力傳 感和 AD 轉(zhuǎn)換 電路 鍵盤接口電路 顯示模塊 步進(jìn)電機(jī)模塊 PLC 和氣缸模塊 8051 系 列單片機(jī) 圖 2 1 分選機(jī)系統(tǒng)硬件原理圖 本系統(tǒng)的主控制器為 MCS 51 系列單片機(jī)搭建的核心控制板 采用 AT89S52 單片機(jī)芯片 稱重傳感器檢測到的壓力值模擬信號(hào)通過有源放大 信號(hào)調(diào)理 AD 采集模塊后轉(zhuǎn)換成可以接收的數(shù)字信號(hào) 由 CPU 接收分析后進(jìn)行后置處理 1 本系統(tǒng)的執(zhí)行部件為 PLC 可編程邏輯控制器 控制的氣缸 驅(qū)動(dòng)部件為三相 混合式步進(jìn)電機(jī) 同時(shí)提供數(shù)值顯示功能 其硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 1 所示 2 4 系統(tǒng)工作原理及具體操作 作為完善的彈簧分選系統(tǒng) 除了要完成基本的彈簧分選功能 還要實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)統(tǒng)計(jì) 故障排除等多方面的功能 系統(tǒng)對(duì)任意一個(gè)彈簧的分選過程包含三部 分的工作 標(biāo)定清零工作 分選工作 后置工作 具體操作過程如下 1 標(biāo)定清零 對(duì)稱重傳感器的標(biāo)定 稱重傳感器在用過一段時(shí)間后 需要重新標(biāo)定 下面簡述標(biāo)定步驟 第一步 將標(biāo)定傳感器置于壓頭上 而后按下主機(jī)按鍵 第二步 按下清零鍵對(duì)使用傳感器及標(biāo)定傳感器清零 第三步 用加壓或者放置重物的方法 置與標(biāo)定傳感器上 此時(shí)使用傳感 器的顯示單元將顯示此刻的讀數(shù) 而標(biāo)定傳感器也有相應(yīng)的讀數(shù) 第四步 如果讀數(shù)不符 調(diào)放大電阻進(jìn)行機(jī)器標(biāo)定 第五步 標(biāo)定完成 根據(jù)使用傳感器顯示讀數(shù)重新清零 每次換不同的彈簧時(shí) 需要調(diào)定其壓縮高度及確定彈簧的正常受壓力 第一步 通過調(diào)整絲桿及螺絲 把壓頭抬高 保證氣缸壓到下限時(shí)與彈簧 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 不接觸 第二步 按下顯示鍵 而后按下主機(jī)按鍵 此時(shí) 傳感器顯示模塊會(huì)有讀 數(shù) 不為零 則先按下清零鍵清零 清零完成 按下氣缸下壓鍵 此時(shí)主氣缸 會(huì)向下壓到最底層 第三步 緩慢的調(diào)整絲桿 壓頭向下運(yùn)動(dòng) 并直到壓至所需位置為止 在 這個(gè)過程中 顯示模塊不斷顯示使用傳感器的讀數(shù) 用戶根據(jù)自己需要調(diào)整到 相應(yīng)位置 并記下讀數(shù) 第四步 關(guān)閉顯示按鍵 氣缸下壓鍵 彈簧分選機(jī)完成整個(gè)過程 第五步 將讀數(shù)作為標(biāo)定值通過鍵盤輸入 并據(jù)需要把上下偏差以同樣方 式輸入 2 分選工作 第一步 打開稱重傳感器電源 預(yù)熱半小時(shí) 接通系統(tǒng)供電 第二步 初始化過程 氣缸回到原始位置及一些數(shù)據(jù)初始化過程 第三步 等待電機(jī)是否已經(jīng)運(yùn)動(dòng)一個(gè)工位 已經(jīng)運(yùn)動(dòng)則使氣缸向下運(yùn)動(dòng) 第四步 停留一段時(shí)間 通過算法測出該彈簧的壓縮力 并與鍵盤的設(shè)定 值比較確定該彈簧是否超差 第五步 氣缸回程 根據(jù)分選結(jié)果 驅(qū)動(dòng)分選氣缸對(duì)彈簧進(jìn)行分選 3 分選控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì) 彈簧分選機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是要實(shí)現(xiàn)彈簧分選功能的數(shù)字化 基于微型 計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心 本設(shè)計(jì)以 MCS 51 系列 8 位單片機(jī) AT89S52 作為微處理器 所有的控制功能都是在 MCS 51 系列單片機(jī) AT89S52 及 相關(guān)的外圍電路上來實(shí)現(xiàn)的 本系統(tǒng)以 AT89S52 微型單片機(jī)為核心 其前項(xiàng)通道為壓力輸入和 ADC0809 構(gòu)成的電路 后項(xiàng)通道為由反向驅(qū)動(dòng)器 74ls04 構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路 由 AT89S52 的 I O 口輸出 分別驅(qū)動(dòng)執(zhí)行氣缸和步進(jìn)電機(jī) 除了前向通道和后向通道外 我們還需要做一些人機(jī)交互界面進(jìn)行人機(jī)交互 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì) 和必要的人工干預(yù) 詳細(xì)的電氣結(jié)構(gòu)圖如圖 2 2 所示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 AT89 S52 7 4 L S 3 7 3 8255 鍵盤 顯示電 路 ADC0809 模擬 量輸 入 主氣缸 分選氣缸 步進(jìn)電機(jī) 串口電路 圖 2 2 電氣結(jié)構(gòu)框圖 整個(gè)系統(tǒng)以 MCS 51 系列單片機(jī) AT89S52 為核心處理器 通過輸入的模擬量 來控制輸出 輸入的模擬信號(hào)由 ADC0809 的模擬通道 0 輸入 并口擴(kuò)展芯片 8255 的 A B C 端口均工作于雙向 I O 的 0 工作方式 74LS373 為 P0 口的地址 信號(hào)進(jìn)行鎖存 除此之外 我們還要為各驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng) 在本設(shè)計(jì)中 通 過反向驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng) 常用的反向器為六反向器 74LS04 3 1 鍵盤顯示模塊方案的選擇和設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)過程中 我們考慮了幾個(gè)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互接口功能實(shí)現(xiàn)的方案 3 方案一 采用 8051 為中央處理器 采用撥碼盤輸入 輸入分選參數(shù)的上下 差值 其優(yōu)點(diǎn)在于硬件電路相對(duì)簡單 但撥碼盤輸入不是很直觀 而且撥碼輸 入比較繁瑣 方案二 人機(jī)接口使用鍵盤輸入 采用 3mm 輕觸按鍵來實(shí)現(xiàn)構(gòu)成 4 4 的 16 鍵鍵盤 通過軟件定義實(shí)現(xiàn)數(shù)字鍵和功能鍵 軟件掃描和按鍵識(shí)別功能實(shí)現(xiàn) 鍵盤的設(shè)計(jì) 其優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)輸入比較直觀 并且可以根據(jù)自身的需要來定義 功能鍵 但由于要通過軟件的方式來解決按鍵識(shí)別和去抖動(dòng)問題 其軟件編程 相對(duì)復(fù)雜 方案三 采用 4 4 的 16 矩陣鍵盤 在處理按鍵消顫時(shí)采用硬件 這樣做 的好處是在于減輕軟件的負(fù)擔(dān) 但硬件設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜 4 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 圖 3 1 鍵盤顯示電路圖 方案四 采用 8279 芯片解決輸入和顯示功能的設(shè)計(jì) 8279 是一款鍵盤顯 示接口芯片 這個(gè)芯片可以實(shí)現(xiàn)顯示 按鍵的程序控制 通過對(duì) 8279 芯片的控 制來控制顯示和鍵盤的輸入和輸出 這樣做就減輕了 8051 的負(fù)擔(dān)并且簡化了相 關(guān)顯示和按鍵硬件結(jié)構(gòu) 但其硬件開支相對(duì)較高 通過對(duì)上述 4 中方案的考慮和綜合 我們?cè)谠O(shè)計(jì)中決定以方案二為按鍵實(shí) 現(xiàn)方案 配以相關(guān)的接口電路和 LED 數(shù)碼管顯示電路來實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 鍵盤顯示電路圖如圖 3 1 所示 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了 4 4 的 16 矩陣鍵盤來實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的輸入等人機(jī)交互功能 將占用大量的 IO 單元 因此需要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的 IO 口進(jìn)行擴(kuò)展 MCS 51 單片機(jī)并行 I O 口擴(kuò)展的方法一般有以下幾種 5 總線擴(kuò)展法 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 經(jīng)常采用 TTL 電路或是 CMOS 電路 鎖存器和三態(tài)門作為 I O 擴(kuò)展芯片 這類 TTL 常用的芯片有 74LS373 74LS244 74LS245 等 一般通過 P0 口擴(kuò)展 串行口擴(kuò)展法 在 MCS 51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 若串行口未被占用 這 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 時(shí)可以用串行口的工作方式 0 來擴(kuò)展并行 I O 口 用串行口擴(kuò)展并行 I O 口常 用的是移位芯片 74LS164 74LS165 等 采用可編程器件擴(kuò)展 I O 口 常用的有 8255 8155 等 使用 8255 做并 口擴(kuò)展的好處在于可對(duì) 8255 進(jìn)行編程來定義擴(kuò)展口的屬性和功能 本系統(tǒng)使用 8255 并口擴(kuò)展芯片來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的 I O 口的擴(kuò)展 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了 8255 的 PA 口的 PA0 PA3 作為列線 PC 口 PC0 PC3 作 為行線 組成了 4 4 的 16 鍵矩陣鍵盤 PC 口的 PC4 PC7 口作為動(dòng)態(tài)數(shù)碼管 顯示器 5461H AH 的管選信號(hào) PB 口為 LED 數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)輸入口 這樣 就構(gòu)成了由 8255 3mm 輕觸按鍵開關(guān)和 4 LED 數(shù)碼管 5641H A 組成的顯示模塊 矩陣鍵盤由若干按鍵組成的開關(guān)矩陣 它是微型計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備 用 戶可以通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令 地址和數(shù)據(jù) 一般單片機(jī)系統(tǒng)中采和非編 碼鍵盤 非編碼鍵盤是由軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合鍵 它具有結(jié)構(gòu)簡單 使用 靈活等特點(diǎn) 矩陣鍵盤行掃描法的工作原理如下 2 個(gè)步驟描述 6 判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線 Y0 Y3 置為低電平 然后檢測再列線的狀態(tài) 只要有一列的電 平為低 則表示鍵盤中有鍵被按下 而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相 交叉的 4 個(gè)按鍵之中 如果所有的列線都為高電平 則鍵盤中無鍵按下 判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后 即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程 其方法是 依次將 行線設(shè)置為低電平 即在置某行線為低電平時(shí) 其它線為高電平 在確定某行 線位置為低電平后 再逐行檢測各列線的電平狀態(tài) 若某列為低 則該列線和 置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵 按鍵開關(guān)鍵盤要解決的首要問題是按鍵去抖動(dòng)問題 按鍵去抖動(dòng)的方法一 般來講有硬件法去抖和軟件去抖法 在設(shè)計(jì)中使用了軟件延時(shí)的方法來實(shí)現(xiàn)去 抖動(dòng)功能 通過掃描按鍵延時(shí) 再掃描按鍵的方法來實(shí)現(xiàn)按鍵的去抖動(dòng)和鍵碼 識(shí)別 7 軟件實(shí)現(xiàn)的程序框圖如圖 3 2 示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 圖 3 2 軟件實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描程序框圖 按鍵的鍵值處理采用程控行列掃描用軟件的方法實(shí)現(xiàn) 流程如圖 3 3 示 行I輸入低電平 有鍵按下 行值 40H 求下一行低電平模型 行掃描結(jié) 束 返回 列值加1 列值數(shù)據(jù)左移一位 有鍵按下 延時(shí) 計(jì)算鍵值 N Y N Y NY 圖 3 3 鍵值計(jì)算程序流程圖 鍵盤處理程序其功能在于判斷有無按鍵按下 鍵盤處理程序在按鍵處理過程中 調(diào)用了鍵處理子程序和顯示子程序 要是有按鍵按下 則鍵值送 40H 并顯示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 無按鍵按下就循環(huán)掃描 鍵盤處理程序如下 KEYPRO ACALL DISP 鍵處理子程序 鍵值送 40H 并顯示 ACALL KEXAM JZ KEYPRO ACALL D10MS ACALL KEXAM JZ KEYPRO KEY1 MOV R2 0FEH 給行值模型 MOV R3 00H MOV R4 00H KEY2 MOV DPTR 7F02H 行值模型送 C 口 MOV A R2 MOVX DPTR A 掃描第一行 MOV DPTR 7F00H MOVX A DPTR 讀 A 口值 列值 MOV 40H A 保存列值模型 ORL A 0F0H CPL A ANL A 0FFH JNZ KEY3 有鍵按下 求列值 無鍵按下 行值加 4 MOV A R4 ADD A 04H MOV R4 A MOV A R2 RL A MOV R2 A JB ACC 4 KEY2 AJMP KEYPRO KEY3 MOV A 40H 恢復(fù)列值模型 KEY4 RRC A JC KEY9 AJMP KEY5 KEY9 INC R3 AJMP KEY4 KEY5 ACALL D10MS 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 ACALL KEXAM JNZ KEY5 若有鍵按下 則轉(zhuǎn) 等待釋放 MOV A R4 ADD A R3 MOV 40H A 鍵值送 40 RET 按鍵查詢子程序 KEXAM MOV DPTR 7F02H 按鍵檢查子程序 MOV A 00H MOVX DPTR A MOV DPTR 7F00H MOVX A DPTR ORL A 0F0H CPL A ANL A 0FFH RET 顯示子程序 DISP MOV R0 40H MOV DPTR 7F02H MOV A 80H MOVX DPTR A MOV A R0 MOV DPTR TAB MOVC A A DPTR MOV DPTR 7F01H MOVX DPTR A ACALL XSYANSHI RET 3 2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集部分是直接影響彈簧分選機(jī)性能和分選精度的核心部分 其主要 功能就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)彈簧壓力值模擬量的采集 數(shù)據(jù)檢測 數(shù)據(jù)處理并把數(shù)據(jù)送 顯示模塊顯示 3 2 1 AD 轉(zhuǎn)換器的選用 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集的核心是 AD 轉(zhuǎn)換 根據(jù)彈簧分選機(jī)的工作原 理我們可以知道 我們采集同樣伸縮量的壓力值來評(píng)判彈簧的質(zhì)量 因此對(duì)彈 簧壓力值的采集精度的高低是衡量本系統(tǒng)性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn) 彈簧的壓力值 為模擬信號(hào) 要使其變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào) 就必須要對(duì)壓力值進(jìn)行 數(shù)字量轉(zhuǎn)換 8 A D 轉(zhuǎn)換器就是實(shí)現(xiàn)本功能的芯片 常用的 A D 轉(zhuǎn)換器有 ADC0809 AD570 ADC1210 等 在本設(shè)計(jì)中采用 ADC0809 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 是由美國 National 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝的逐次逼近 A D 轉(zhuǎn)換器 它是 具有 8 個(gè)通道的模擬量輸入線 可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 得 到 8 位二進(jìn)制數(shù)字量 通過對(duì) 8 位二進(jìn)制數(shù)編碼 便可以得到相對(duì)應(yīng)的值 其 引腳如圖 3 4 所示 圖 3 4 ADC0809 引腳圖 其主要技術(shù)指標(biāo)如下 5 電源電壓 6 5V 分辨率 8 位 時(shí)鐘頻率 640KHz 轉(zhuǎn)換時(shí)間 100 s 未經(jīng)調(diào)整誤差 1 2LS 和 B1LSB 模擬量輸入電壓范圍 0 5V 功耗 15mW ADC 是把模擬量 通常是模擬電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換為 n 位二進(jìn)制數(shù)字量的信號(hào) 的電路 這種轉(zhuǎn)換通常分采樣 保持 量化 編碼 4 步進(jìn)行 其中采樣和保持 在采樣保持電路中完成 量化和編碼在 A D 轉(zhuǎn)換過程中同步實(shí)現(xiàn) AD 轉(zhuǎn)換器的 選擇要綜合考慮如下幾個(gè)方面的問題 1 分辨率 分辨率的選擇要根據(jù)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的精度要求選擇足夠的分辨率 彈簧分選機(jī)要求的分辨率可根據(jù)系統(tǒng)對(duì)小 輸入量的變化的敏感度來確定 對(duì)于 8 位 AD 轉(zhuǎn)換器 當(dāng)輸入的最大電壓為 5V 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 時(shí)轉(zhuǎn)換電路對(duì)電壓的分辨能力為 5V 255 19 6mV 當(dāng)與 5V 相對(duì)應(yīng)的最大壓力為 2000N 時(shí) 系統(tǒng)的分辨能力為 2000 255 7 84N 滿足設(shè)計(jì)要求 2 轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn) 換時(shí)間就是指系 ADC 從模擬信號(hào)輸入到數(shù)字信號(hào)輸出所需要的時(shí)間 0809 的轉(zhuǎn) 換時(shí)間為 100 s 完全滿足彈簧分選系統(tǒng)的要求 3 時(shí)鐘頻率 時(shí)鐘頻率輸入要 通過分頻器件分頻得到小于 640 KHz 后輸入 數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設(shè)計(jì)如 3 5 圖 示 圖 3 5 數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中采用了 4D 觸發(fā)器 74LS175 構(gòu)成的 2 分頻器對(duì) 8051 的 ALE 輸出的 1 6 時(shí)鐘頻率進(jìn)行了 2 分頻 本系統(tǒng)所采用的時(shí)鐘頻率為 6MHz 分頻后的時(shí)鐘頻 率為 500KHz 符合 A D 轉(zhuǎn)換器的要求 下面簡要介紹一下 D 觸發(fā)器的功能和特性 9 D 觸發(fā)器的功能在于可以對(duì) 輸入端口的復(fù)制輸出 實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入端口信號(hào)的保持作用 D 觸發(fā)器的特性方程 Q n 1 D n 由 D 觸的特性方程 采用相應(yīng)的接法 可以得到 A D 時(shí)鐘輸入的時(shí)序圖 該時(shí)序圖表明了 D 觸發(fā)器的分頻功能 圖 3 6 為 A D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的時(shí)序圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 圖 3 6 74LS175 分頻時(shí)序圖 由此可見 利用 D 觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)分頻工作 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)所要求的時(shí)鐘頻率 較之于使用 8254 等時(shí)鐘分頻器件硬件設(shè)計(jì)電路簡單 在實(shí)現(xiàn)功能的情況下 減 輕了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性 同時(shí)也降低了設(shè)計(jì)成本 并優(yōu)化了程序代碼的設(shè)計(jì) 下面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制線電路設(shè)計(jì) 控制部分的設(shè)計(jì)要求 ADC0809 要能夠 與 MCS 51 系列單片機(jī)正確的讀寫時(shí)序和讀寫邏輯配合 實(shí)現(xiàn)本模塊的正常工作 因此在設(shè)計(jì)電路中 對(duì)控制信號(hào)及其相關(guān)邏輯關(guān)系的設(shè)計(jì)是十分關(guān)鍵的 10 START 啟動(dòng)控制信號(hào)的輸入端 高電平有效 用于啟動(dòng) ADC0809 內(nèi)部的 A D 轉(zhuǎn)換過程 ALE 地址鎖存控制輸入 ALE 端口可與 START 端連在一起 通過軟件輸 入一個(gè)正脈沖 可立即啟動(dòng) A D 轉(zhuǎn)換過程 ECO 轉(zhuǎn)換信號(hào)結(jié)束輸出端 開始 A D 轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)輸出為 高電平 OE 輸出允許信號(hào)控制端 用于打開三態(tài)輸出鎖存器 當(dāng) OE 為高電平時(shí) 打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送到數(shù)據(jù)總線上 CLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入端 在本設(shè)計(jì)中有 74ls175 的 Q1 端輸出 ADDA ADDB ADDC 8 路模擬開關(guān) 3 位地址的選通輸入端 了解了各個(gè)控制端口的定義和動(dòng)能 我們便能夠根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求來連 接硬件圖 在控制電路的設(shè)計(jì)中 考慮了以下幾個(gè)方面的問題 轉(zhuǎn)換結(jié)束方式 ADC0809 與單片機(jī) 8751 的硬件接口方式有 查詢方式 中斷方式和等待延時(shí)方式 綜合考慮了各種連接方式性能和設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求 采 用了查詢方式對(duì) EOC 信號(hào)進(jìn)行不斷的查詢 模擬輸入通道的選擇 輸入通道的選擇由 ADDA ADDB ADDC 三位來決 定 我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了 0 通道輸入 ADDA ADDB ADDC 三位信號(hào)端口依 次接到地址線的低 3 位 通過軟件來控制選通信號(hào) 參考電壓的選擇 綜合考慮 ADC0809 和壓力傳感器的輸出信號(hào)電壓值 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 選擇參考電壓為 0 5V 即參考電壓正端接 5V 參考電壓負(fù)端接 0V 時(shí)鐘信號(hào)的輸入 ADC0809 的工作時(shí)種為 640KHz 系統(tǒng)工作的時(shí)鐘為 6MHz 為了時(shí)鐘匹配 我們采用了 8751 的 ALE 口 1 6 系統(tǒng)時(shí)鐘 再 2 分頻得到 了 ADC0809 的工作時(shí)鐘頻率 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) 本系統(tǒng)采用查詢方式讀轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志 轉(zhuǎn)換結(jié)束信 號(hào)通過反相后連接到 P1 4 口 通過查詢 P1 X 口的狀態(tài)來判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 3 2 2 AD 轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)原理圖求得 AD 轉(zhuǎn)換器的地址為 0BF8H 選擇 0 通道 采用查詢方式 查詢信號(hào)為 P1 4 口電平 轉(zhuǎn)換結(jié)果送累加器 A ADC MOV DPTR 0BFF8H 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)果送 MOV A 00H MOVX DPTR A NOP NOP TEST JB P1 4 TEST NOP NOP MOVX A DPTR 轉(zhuǎn)換結(jié)束 3 2 3 稱重壓力傳感器的選擇 稱重壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器 我們通常使用的稱 重壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的 這樣的傳感器也稱為壓電傳感 器 晶體是各向異性的 非晶體是各向同性的 某些晶體介質(zhì) 當(dāng)沿著一定方 向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時(shí) 就產(chǎn)生了極化效應(yīng) 當(dāng)機(jī)械力撤掉之后 又會(huì) 重新回到不帶電的狀態(tài) 也就是受到壓力的時(shí)候 某些晶體可能產(chǎn)生出電的效 應(yīng) 這就是所謂的極化效應(yīng) 12 根據(jù)這個(gè)效應(yīng)研制出了壓力傳感器 壓電傳 感器中主要使用的壓電材料包括有石英 酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺 其中石英 二氧化硅 是一種天然晶體 壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的 在一定的 溫度范圍之內(nèi) 壓電性質(zhì)一直存在 但溫度超過這個(gè)范圍之后 壓電性質(zhì)完全 消失 這個(gè)高溫就是所謂的 居里點(diǎn) 12 由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微 小 也就說壓電系數(shù)比較低 所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代 而酒石 酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù) 但是它只能在室溫和濕度比較低的 環(huán)境下才能夠應(yīng)用 磷酸二氫胺屬于人造晶體 能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度 所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用 現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上 比如現(xiàn)在的壓 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 電陶瓷 包括鈦酸鋇壓電陶瓷 PZT 鈮酸鹽壓電陶瓷 鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等 壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理 壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量 因?yàn)?經(jīng)過外力作用后的電荷 只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存 實(shí) 際的情況不是這樣的 所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力 壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度 壓力和力等的測量中 壓電式加速度傳感 器是一種常用的加速度計(jì) 它具有結(jié)構(gòu)簡單 體積小 重量輕 使用壽命長等 優(yōu)異的特點(diǎn) 壓電式加速度傳感器在飛機(jī) 汽車 船舶 橋梁和建筑的振動(dòng)和 沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用 特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地 位 壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量 也可以用于軍事工業(yè) 例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的 變化和炮口的沖擊波壓力 它既可以用來測量大的壓力 也可以用來測量微小 的壓力 壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中 比如說心室導(dǎo)管式微音 器就是由壓電傳感器制成的 因?yàn)闇y量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍 所以壓電傳感器 的應(yīng)用就非常廣泛 除了壓電傳感器之外 還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻 傳感器 利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等 這些不同的壓力傳感器利用不同的 效應(yīng)和不同的材料 在不同的場合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途 這種壓力變送器 主要利用液體或氣體在檢測器件上形成的壓力來檢測液體或者氣體的流量或壓 強(qiáng) 把這種壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的 0 10V 或者 4 20mA 電信號(hào) 以便控制使用 壓力和電信號(hào)的轉(zhuǎn)化主要由各種壓力傳感器的核心部件完成 核心部件主 要由壓力檢測體和放大電路組成 稱重傳感器的種類繁多 我們?cè)谶x擇稱重傳 感器的時(shí)候要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要來選擇 保證使用的精度和較高的性價(jià)比 在設(shè) 計(jì)中 綜合考慮 選用了湖南宇航科技實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的 BLR 12BLR 12 型拉壓式稱 重傳感器 該傳感器采用 S 型彈性體結(jié)構(gòu) 具有精度高 穩(wěn)定性好 配以數(shù)字 測量儀 電子稱量儀表 廣泛應(yīng)用于各種構(gòu)造的拉式和壓式稱量 最適用于高 精度電子秤和吊車秤 料斗秤等 其主要技術(shù)指標(biāo)為如下表 3 1 所示 表 3 1 BLR 12BLR 12 型拉壓式稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo) 16 主要技術(shù)指標(biāo)單位 BLR 12BLR 12B 靈敏度 mv v2 0 012 0 01 非線性 滯后 重復(fù)性誤差 FS 0 03 0 05 0 02 0 05 蠕變 FS 30min 0 3 0 03 溫度對(duì)零點(diǎn)影響 FS 0 003 0 003 輸出電阻 350 3 絕緣電阻 M 3000 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 供橋電壓 V10 DC AC MAX 15 DC AC 允許溫度范圍 20 60 允許過負(fù)荷 FS120 連接方式輸入 紅 黃 輸出 藍(lán) 白 3 3 電機(jī)和 PLC 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 3 3 1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 電機(jī)的選型 在數(shù)字控制系統(tǒng)中 步進(jìn)電機(jī)是較好的選擇 本設(shè)計(jì)的電機(jī) 采用三相混合式步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件 在非超 載的情況下 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù) 而 不受負(fù)載變化的影響 即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào) 電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角 這 一線性關(guān)系的存在 加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn) 使 得在速度 位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) VR 永磁式步進(jìn)電機(jī) PM 混合式步進(jìn)電機(jī) HB 和單相式步進(jìn)電機(jī)等 13 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般 為兩相 轉(zhuǎn)矩和體積較小 步進(jìn)角一般為 7 5 度 或 15 度 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一 般為三相 可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出 步進(jìn)角一般為 1 5 度 但噪聲和振動(dòng)都很大 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成 定子上有多相勵(lì)磁繞組 利用磁 導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn) 它又 分為兩相和五相 兩相步進(jìn)角一般為 1 8 度而五相步進(jìn)角一般為 0 72 度 這 種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛 也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù) 電機(jī)固有步距角 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè) 步進(jìn)脈沖信號(hào) 電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值 如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 0 9 1 8 表示半步工作時(shí)為 0 9 整步工 作時(shí)為 1 8 這個(gè)步距角可以稱之為 電機(jī)固有步距角 它不一定是電 機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角 真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān) 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù) 目前常用的有二相 三相 四相 五相步進(jìn)電機(jī) 電機(jī)相數(shù)不同 其步距角也不同 一般二相電機(jī)的步距角為 0 9 1 8 三 相的為 0 75 1 5 五相的為 0 36 0 72 在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí) 用戶 主要靠選擇不同的相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求 如果使用細(xì)分驅(qū) 動(dòng)器 則 相數(shù) 將變得沒有意義 用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù) 就可以 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 改變步距角 保持轉(zhuǎn)矩 HOLDING TORQUE 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí) 定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩 它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一 通常步進(jìn)電機(jī)在 低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩 由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰 減 輸出功率也隨速度的增大而變化 所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最 重要的參數(shù)之一 比如 當(dāng)人們說 2N M 的步進(jìn)電機(jī) 在沒有特殊說明的情況 下是指保持轉(zhuǎn)矩為 2N m 的步進(jìn)電機(jī) DETENT TORQUE 是指步進(jìn)電機(jī)沒有通 電的情況下 定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩 由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料 所以它沒有 DETENT TORQUE 19 3 3 2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成 使用 控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖 功率放大等組成的控制系統(tǒng) 其方 框圖如 3 7 示 圖 3 7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)示意圖 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生 脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或 CPU 產(chǎn)生 一般脈沖信號(hào)的 占空比為 0 3 0 4 左右 電機(jī)轉(zhuǎn)速越高 占空比則越大 信號(hào)分配 感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)以二 四相電機(jī)為主 二相電機(jī)工作方式有 二相四拍和二相八拍二種 具體分配如下 二相四拍為 步距 角為 1 8 度 二相 八拍為 步距角為 0 9 度 四相電機(jī)工 作方式也有二種 四相四拍為 AB BC CD DA AB 步距角為 1 8 度 四相 八拍為 AB B BC C CD D AB 步距角為 0 9 度 功率放大 功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分 步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速 下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流 而樣本上的電流均為靜態(tài)電 流 平均電流越大電機(jī)力矩越大 要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量 克服電機(jī)的反電勢 因而不同的場合采取不同的驅(qū)動(dòng)方式 到目前為止 驅(qū)動(dòng) 方式一般有以下幾種 恒壓 恒壓串電阻 高低壓驅(qū)動(dòng) 恒流 細(xì)分?jǐn)?shù)等 為盡量提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能 將信號(hào)分配 功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 電源 19 SH 系列二相恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及電機(jī)接線示意圖如下圖 3 8 所示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 圖 3 8 單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)接線示意圖 接線說明 CP 接 CPU 脈沖信號(hào) 負(fù)信號(hào) 低電平有效 OPTO 接 CPU 5V FREE 脫機(jī) 與 CPU 地線相接 驅(qū)動(dòng)電源不工作 DIR 方向控制 與 CPU 地線相接 電機(jī)反轉(zhuǎn) VCC 直流電源正端 GND 直流電源負(fù)端 A 接電機(jī)引出線 紅線 接電機(jī)引出線 綠線 B 接電機(jī)引出線 黃線 接電機(jī)引出線 藍(lán)線 步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型 其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高 力矩越大則要求電機(jī)的電流越大 驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高 電壓對(duì)力矩影響如 3 9 所示 圖 3 9 步進(jìn)電機(jī)矩頻特性圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下 可采用細(xì)分 驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過改變相鄰 A B 電流的大 小 以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的 如下圖 3 10 所示 圖 3 10 步進(jìn)電機(jī)合成磁場示意圖 步進(jìn)電機(jī)有步距角 靜轉(zhuǎn)矩 及電流三大要素組成 13 一旦三大要素確定 步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了 步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求 將負(fù)載的最小分辨率 當(dāng)量 換算 到電機(jī)軸上 每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度 包括減速 電機(jī)的步距角應(yīng)等于 或小于此角度 目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 0 36 度 0 72 度 五相電 機(jī) 0 9 度 1 8 度 二 四相電機(jī) 1 5 度 3 度 三相電機(jī) 等 靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定 我們往往先確定電機(jī)的靜力矩 靜 力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載 而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種 單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的 直接起動(dòng)時(shí) 一般由低速 二 種負(fù)載均要考慮 加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載 恒速運(yùn)行只要考慮摩擦負(fù)載 一般情況下 靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 2 3 倍為好 靜力矩一旦選定 電機(jī)的機(jī) 座及長度便能確定下來 幾何尺寸 電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī) 由于電流參數(shù)不同 其運(yùn)行特性差別很大 可以依據(jù) 矩頻特性曲線圖 判斷電機(jī)的電流 參考驅(qū)動(dòng)電源 及驅(qū)動(dòng)電壓 綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以圖 3 11 所示步驟 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 圖 3 11 電機(jī)選擇流程圖 3 3 3 步進(jìn)電機(jī)的綜合設(shè)計(jì) 在充分了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使用后 我們將為本 控制系統(tǒng)選擇合適的步進(jìn)電機(jī)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 并寫出了本系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制的 匯編語言程序 本模擬系統(tǒng)采用 GMBTM 75BF003 型三相步進(jìn)電機(jī) 該步進(jìn)電機(jī)為江蘇常熟 微特電機(jī)廠制造 其性能參數(shù)為 額定電壓 30V 額定電流 4A 步距 1 5 3 相數(shù) 3 相 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 0 88N M 絕緣等級(jí) E 為了正確的驅(qū)動(dòng)該電機(jī)正 常工作 采用了硬件驅(qū)動(dòng)器 DL 03F05 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)脈沖 的細(xì)分驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)器的實(shí)物圖如圖 3 12 所示 圖 3 12 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)器的端口的控制 也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制 DL 03F05 步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制端口定義為 CP CP 脈沖輸入控制端口 U D U D 方向輸入控制端口 A B C 為步進(jìn)電機(jī)的相輸入口 VCC 為工作電壓輸入口 GND 接地輸入 DL 03F05 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電壓為 24V 電流 調(diào)整為 1 5A U D 和 CP 接 5V CP 為方向控制口 接單片機(jī) I O 口 P1 6 U D 為脈沖輸入口接單片機(jī) I O 口 P1 5 完成步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)的設(shè)置和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)的接線后的