母線槽技術(shù)參數(shù)自動(dòng)檢測線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前 言隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，各行各業(yè)對電力需求量正逐步加大，使得社會(huì)上對電力傳輸?shù)目煽啃院桶踩蕴岢隽烁叩囊螅@極大地促進(jìn)了人們對于電力傳輸?shù)难芯?。而在遠(yuǎn)距離傳輸領(lǐng)域，電纜能很好的滿足要求，但是在電纜橋架、高層建筑以及工廠的近距離電力傳輸領(lǐng)域，電纜無法發(fā)揮其特性。在這種形勢下，人們急需尋找一種替代產(chǎn)品，于是母線槽應(yīng)運(yùn)而生。母線槽在高層建筑以及工廠近距離電力傳輸領(lǐng)域中作為供電主干線，而高層建筑以及工廠與人們的生活密切相關(guān)，母線槽的作用就好似人體的大動(dòng)脈，一旦出現(xiàn)故障將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。因此，生產(chǎn)、建設(shè)及科研單位一直在為提高母線槽的可靠性做出努力。這就要求有可靠的檢測母線槽技術(shù)參數(shù)的技術(shù)。目前的

2、母線槽技術(shù)參數(shù)檢測，主要還是靠手工操作。檢測員手工操作，不僅會(huì)帶來操作誤差和漏測，另外測母線槽絕緣強(qiáng)度時(shí)需要高壓（2000V），對檢測員的人身安全無疑也是個(gè)很大的威脅。我選擇的課題母線槽技術(shù)參數(shù)自動(dòng)檢測線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是設(shè)計(jì)一種自動(dòng)檢測裝置來代替手工檢測，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性和可靠性。這個(gè)課題不僅是針對當(dāng)前母線槽檢測技術(shù)的研究，而且這個(gè)課題還需應(yīng)用單片機(jī)，這與我將來所從事的工作以及我的未來的事業(yè)發(fā)展方向是相一致的，我相信認(rèn)真的做這個(gè)課題將會(huì)使我在單片機(jī)方面受益匪淺。這個(gè)設(shè)計(jì)課題最重要的就是能夠熟練運(yùn)用單片機(jī)，在搜集資料時(shí)，我主要搜集的就是單片機(jī)方面的書籍，以及關(guān)于畫PCB圖

3、的指導(dǎo)書。另外還訪問了 網(wǎng)站中有關(guān)于各種單片機(jī)芯片的詳細(xì)介紹，讓我收獲很大。母線槽技術(shù)參數(shù)檢測系統(tǒng)包括控制電路部分和氣壓傳動(dòng)部分，我所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的是母線槽技術(shù)參數(shù)檢測系統(tǒng)的控制電路部分，氣壓傳動(dòng)部分則由潘彩霞同學(xué)負(fù)責(zé)。由于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量較大，在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)，根據(jù)任務(wù)要求，完成了電路原理圖設(shè)計(jì)和PCB圖的繪制，剩余工作（制板，軟件設(shè)計(jì)，調(diào)試）可由其他人接著完成。 第一章 概 述1.1 母線槽簡介母線槽是一種新型的輸配電設(shè)備，是替代傳統(tǒng)的電纜和電纜橋架輸配電系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品,尤其在大電流輸送電方面母線槽居于主導(dǎo)地位， 母線槽輸電能力在200A5000A, 它是由許多個(gè)直線單元和若干個(gè)彎曲單元連接

4、起來的，它的外形如圖1-1所示。母線槽結(jié)構(gòu)大體是：有一層外殼，內(nèi)部有導(dǎo)電材料和絕緣材料，其中導(dǎo)電材料是分層的，每一片導(dǎo)電材料之間以及每一層導(dǎo)電材料之間都填充了絕緣材料。而不同的場合對于母線槽內(nèi)部填充的絕緣材料的絕緣強(qiáng)度以及導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性都有不同的 圖1-1AMC鋁殼母線槽要求，所以母線槽的制作材料會(huì)根據(jù)應(yīng)用場合的不同而有所不同。母線槽大體可以分為以下幾類：接線母線槽、高強(qiáng)型母線槽、高壓封閉母線槽、中低壓母線槽、封閉母線槽及空氣型母線槽等。母線槽雖然在目前的電傳輸領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但同樣也存在著一些缺陷，例如依靠螺釘聯(lián)接的部位過多，安裝施工復(fù)雜；同時(shí)維護(hù)量大、維護(hù)費(fèi)用高。在運(yùn)行過程中常遇到電磁振動(dòng)

5、、熱脹冷縮、膨脹系數(shù)及外力等因素的影響，這些都會(huì)造成螺釘?shù)乃蓜?dòng)。如果一只螺釘出現(xiàn)松動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)故障點(diǎn)發(fā)熱、高溫等現(xiàn)象，影響整條母線槽的運(yùn)行穩(wěn)定性。尤其是對五線母線槽的不當(dāng)使用，還會(huì)造成PE線接觸電阻增大違反國家規(guī)定。但母線槽在大容量的情況下，還是存在著其自身的優(yōu)勢的。因?yàn)楫?dāng)電流達(dá)到數(shù)千安培時(shí)，如果采用電纜，即使是單芯電纜也要多根進(jìn)行敷設(shè)，否則達(dá)不到相應(yīng)的大電流容量，此時(shí)母線槽就體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。1.2 母線槽技術(shù)參數(shù)檢測系統(tǒng)檢測的內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的母線槽技術(shù)參數(shù)檢測儀主要用于檢測母線槽內(nèi)部導(dǎo)電部分的電阻以及導(dǎo)電體之間絕緣材料的絕緣強(qiáng)度。母線槽內(nèi)部一般用銅片作為導(dǎo)體。銅片的電阻是影響母線

6、槽導(dǎo)電能力的重要因素。電阻越大，母線槽在電傳輸過程中消耗就會(huì)越大，傳輸?shù)男示蜁?huì)越低。母線槽作為導(dǎo)線，知道其內(nèi)部導(dǎo)電體的電阻是非常必要的。而母線槽內(nèi)部導(dǎo)電體之間的絕緣填充物的絕緣強(qiáng)度則是影響安全性的重要因素。但是并不是說母線槽內(nèi)導(dǎo)電體的導(dǎo)電能力越小越好，絕緣填充物的絕緣強(qiáng)度越大越好。由于受到成本因素的限制，母線槽制造商必須制造出適合不同場合應(yīng)用的母線槽，這就需要準(zhǔn)確知道母線槽的兩個(gè)參數(shù)指標(biāo)。母線槽技術(shù)參數(shù)檢測過程如圖1-2所示。絕緣強(qiáng)度檢測儀（a）微歐計(jì)（b）(a) 檢測絕緣強(qiáng)度 (b) 檢測電阻 圖1-2參數(shù)檢測示意圖2311-母線槽 2-檢測頭 3-氣缸無論母線槽是幾層幾排，其檢測過程都是

7、一樣的。在檢測絕緣強(qiáng)度時(shí)，其中一個(gè)檢測頭固定于第一片導(dǎo)電片上，另外一個(gè)檢測頭從第二片導(dǎo)電片開始按照次序依次移動(dòng)到各片導(dǎo)電片上。如此類推，對母線槽內(nèi)部導(dǎo)電片之間絕緣強(qiáng)度進(jìn)行兩兩檢測。在移動(dòng)到每一片導(dǎo)電片上時(shí)，絕緣強(qiáng)度檢測儀會(huì)檢測出兩個(gè)檢測頭所檢測的兩片導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度。檢測導(dǎo)電片電阻則比檢測絕緣強(qiáng)度簡單的多，只要控制兩個(gè)檢測頭同時(shí)移動(dòng)到同一片導(dǎo)電片的兩端，微歐計(jì)即可測出此導(dǎo)電片的電阻。測得的導(dǎo)電片電阻和絕緣強(qiáng)度自動(dòng)傳送到上位機(jī)。1.3 母線槽技術(shù)參數(shù)檢測系統(tǒng)的組成母線槽技術(shù)參數(shù)檢測系統(tǒng)組成如圖1-3所示，它的具體工作過程是：上位機(jī)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)（以下簡稱下位機(jī)）開始工作。下位

8、機(jī)利用控制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成對母線槽的定位及測量頭的移動(dòng)，測出母線槽內(nèi)導(dǎo)電片電阻以及導(dǎo)電片之間絕緣材料的絕緣強(qiáng)度，并把檢測結(jié)果傳送給上位機(jī)。上位機(jī)接收到檢測完畢的信號(hào)后，根據(jù)檢測結(jié)果判斷母線槽是否合格，若是合格產(chǎn)品，則發(fā)送信號(hào)給打印機(jī)，然后打印出所檢測的母線槽的條碼。上位機(jī)接收到打印機(jī)發(fā)送來的條碼打印完畢的信號(hào)后，發(fā)送信號(hào)給貼標(biāo)機(jī)，控制貼標(biāo)機(jī)把打印出來的條碼貼到母線槽上。貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)完畢后發(fā)送信號(hào)給上位機(jī)，上位機(jī)接著發(fā)送信號(hào)給下位機(jī)，由下位機(jī)控制完成對母線槽進(jìn)行包裝。打印機(jī)上位機(jī)貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)（下位機(jī)）測試系統(tǒng)母線槽包裝機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)測試臺(tái)母線槽輔助動(dòng)作控制電路輔助動(dòng)作執(zhí)

9、行機(jī)構(gòu)（氣壓傳動(dòng)）功率放大系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖1-3母線槽技術(shù)參數(shù)自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖我在本次設(shè)計(jì)中所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的是下位機(jī)中的控制電路部分。下位機(jī)的控制對象有：母線槽傳送電機(jī)、檢測臺(tái)傳送電機(jī)以及包裝臺(tái)傳送電機(jī)，檢測頭的電機(jī)，各處的定位氣缸，以及向上位機(jī)發(fā)送信號(hào)控制貼標(biāo)機(jī)的貼標(biāo)。檢測臺(tái)及包裝臺(tái)如圖1-4所示。 圖1-4檢測及包裝臺(tái)示意圖1-檢測平臺(tái) 2-母線槽 3-檢測縱向定位缸 4-檢測平臺(tái)移送電機(jī) 5-包裝平臺(tái)6-包裝臺(tái)縱向定位缸 7、9-母線槽包裝上升缸 8-包裝臺(tái)移送電機(jī) 10、27-縱向到位檢測傳感器 11、26-左右端側(cè)向定位滑臺(tái) 12、25-右端測量頭驅(qū)動(dòng)氣缸 13、24-X軸及U軸滑臺(tái) 1

10、4、23-X軸及U軸步進(jìn)電機(jī) 15、22-左右端側(cè)向定缸16、21-左右端垂直升降臺(tái) 17、19-Y軸及V軸步進(jìn)電機(jī) 18、20-左右端移動(dòng)立柱下位機(jī)的主要工作過程流程如圖1-5所示。檢測平臺(tái)傳送電機(jī)啟動(dòng)檢測臺(tái)母線槽縱向定位缸升起母線槽傳送電機(jī)停止左端側(cè)向定位缸啟動(dòng)右端側(cè)向定位缸啟動(dòng)連接絕緣強(qiáng)度檢測儀兩檢測頭移動(dòng)檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)檢測完后回起點(diǎn)連接檢測電阻的微歐計(jì)兩檢測頭移動(dòng)檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)開始Y左、右端側(cè)向定位缸到位？母線槽縱向到位？ANYN 兩個(gè)檢測頭回原點(diǎn)前后檢測頭側(cè)向定位缸退回檢測臺(tái)縱向定位缸退回檢測臺(tái)傳送電機(jī)啟動(dòng)包裝臺(tái)傳送電機(jī)啟動(dòng)包裝臺(tái)縱向定位缸升起母線槽離開檢

11、測臺(tái)后檢測臺(tái)電機(jī)停轉(zhuǎn)母線槽到達(dá)包裝臺(tái)后包裝臺(tái)電機(jī)停轉(zhuǎn)發(fā)信給上位機(jī)啟動(dòng)貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)貼標(biāo)結(jié)束后，包裝氣缸升起延時(shí)，包裝定位缸退回包裝缸退回結(jié) 束A圖1-5下位機(jī)的工作過程第二章 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)2.1 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)控制電路總體設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)的是下位機(jī)的控制電路部分。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)（下位機(jī)）控制電路的主要組成部分有：CPU8031、片外程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、LED顯示電路、用于擴(kuò)展I/O口的8255、控制步進(jìn)電機(jī)的光電耦合電路、輸入輸出光電耦合電路、選擇開關(guān)以及用8155擴(kuò)展出的鍵盤組成。其組成框圖如圖2-1所示。8031CPUROMLED顯示RAM8155鍵盤PA母

12、線槽種類選擇開關(guān)工作方式選擇開關(guān)825574LS273X、Y、U、V軸電機(jī)的光電耦合電路輸入信號(hào)光電耦合電路輸出信號(hào)光電耦合電路 圖2-1控制系統(tǒng)硬件組成框圖我的具體設(shè)計(jì)思路是：采用8031作為CPU，外擴(kuò)8K的程序存儲(chǔ)器和4K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其中8K的程序存儲(chǔ)器用2764芯片進(jìn)行擴(kuò)展，4K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用6264（空掉一條地址線）芯片進(jìn)行擴(kuò)展。步進(jìn)電機(jī)的輸出信號(hào)口用74LS273鎖存器輸出。I/O口用8255擴(kuò)展，所有的按鍵皆用8155擴(kuò)展成行列式鍵盤，它們的各種功能用軟件進(jìn)行定義。這些鍵有控制四個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給的八個(gè)手動(dòng)按鍵以及八個(gè)控制氣缸升降的手動(dòng)按鍵，另外還有編輯鍵盤二十個(gè)。6位LED靜態(tài)顯

13、示用于顯示編輯的內(nèi)容。2.2 單片機(jī)的選擇及存儲(chǔ)器的擴(kuò)展本節(jié)主要介紹了本次設(shè)計(jì)中所選用的CPU以及用于擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的芯片。本設(shè)計(jì)中，我 單片機(jī)的選擇在大學(xué)期間接觸最多的單片機(jī)就是8031和8051。8051有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但是其存儲(chǔ)空間比較小，不能滿足本設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)相對于8031來講，8051的價(jià)格比較高，并且8031現(xiàn)在用的比較廣泛，因此本設(shè)計(jì)中，我選擇8031作為CPU。下面就是關(guān)于8031的簡單介紹。1. 管腳功能 X1接外部晶體和微調(diào)電容的另外一端，在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部 時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳必須接地。（續(xù)） 片外程序存儲(chǔ)器的選擇 1.

14、2764A的管腳介紹（1）A0A12 地址輸入線。（2）D0D7 三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或者是編程檢驗(yàn)時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線，維持或者是編程禁止時(shí)，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。 （3） 片選信號(hào)輸入線，“0”（低電平）有效。（4） 編程脈沖輸入線。（5） 讀選通信號(hào)輸入線，“0”（低電平）有效。（6）Vpp 編程電源輸入線，不同芯片型號(hào) 圖2-32764管腳圖及廠商生產(chǎn)的Vpp值不同。 （7）Vcc 主電源輸入線，Vcc一般為+5V。 （8）GND 線路接地的管腳。（9）NC 不做任何連接。2. 2764A芯片的工作方式選擇2764A的工作方式選擇見表2-2。 表2-22764A的工作方式選擇 引腳操

15、作方 式 （20）（22）（27）Vpp/V（1）Vcc/V（28）輸出（1113，151）讀VILVILVIH55DOUT維持VIH任意任意55高阻編程VILVIHVIL12.55DIN編程檢查VILVILVIH12.55DOUT編程禁止VIH任意任意12.55高阻 3. 2764A芯片的特性2764A是8K×8位EPROM器件，用以存放程序或者是常數(shù)。它有十三根地址線A12A0，能區(qū)分十三位二進(jìn)制地址信息。這十三根地址線分別與8031的P0口和P2.0P2.4連接，當(dāng)8031發(fā)送十三位地址信息時(shí)，可以分別選中2764片內(nèi)8KB存儲(chǔ)器中任何一個(gè)單元。2764的引腳為片選信號(hào)輸入端，

16、低電平有效。引腳接地表示選中該2764芯片。該片選信號(hào)決定了2764的8KB存儲(chǔ)器在整個(gè)8031擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器64KB空間中的位置。2764的端由8031的引腳控制。在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)信號(hào)兩次有效。當(dāng)信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，允許2764輸出，將指定的2764存儲(chǔ)單元的內(nèi)容送到P0口，在的上升沿將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)CPU內(nèi)。 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片的選擇在本次設(shè)計(jì)中只需要擴(kuò)展4KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，我所選用的是市場上比較容易購買到的靜態(tài)RAM6264。與動(dòng)態(tài)RAM相比較，靜態(tài)RAM的優(yōu)點(diǎn)是：無須考慮為保持電路而設(shè)置的刷新電路，故擴(kuò)展電路比較簡單；但是它也有缺點(diǎn)，就是由于靜態(tài)RAM是通過有源電路來保持存儲(chǔ)器中

17、的數(shù)據(jù)的，因此要用后備電池保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間地址和外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器一樣，由P2口提供高四位地址，P0口提供低八位地址。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀和寫由8031的和信號(hào)控制。6264的管腳圖如圖2-4所示。1. 6264的管腳介紹 （1）A0A12 地址輸入線。 （2）D0D7 雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套設(shè)計(jì)請聯(lián)系q：99872184。 圖2-12行列式鍵盤及選擇開關(guān)2.5 I/O接口電路設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，我所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的是系統(tǒng)的下位機(jī)的控制電路部分。下位機(jī)的主要任務(wù)就是控制檢測頭檢測母線槽的技術(shù)參數(shù)。它的主要工作流程在第一章中已經(jīng)作了詳細(xì)的介紹。在

18、檢測過程中，需要用 I/O口進(jìn)行信息的傳遞。 在本設(shè)計(jì)中，經(jīng)I/O口輸出信號(hào)的有：1）四個(gè)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。2）兩個(gè)傳送臺(tái)異步電機(jī)起停信號(hào)。3）八個(gè)電磁換向閥控制信號(hào)。4）絕緣強(qiáng)度檢測儀和微歐計(jì)測量頭切換信號(hào)。需要經(jīng)I/O口輸入信號(hào)的有：1）兩個(gè)位置檢測信號(hào)。2）兩個(gè)壓力繼電器輸入信號(hào)。3）4個(gè)步進(jìn)電機(jī)正負(fù)超程信號(hào)。所有以上的這些I/O口，在本設(shè)計(jì)中，除了4個(gè)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)用74LS273擴(kuò)展外，其他的輸入輸出接口都用8255進(jìn)行擴(kuò)展。2.5.1 8255芯片8255芯片的通用性比較強(qiáng)，可以通過編程靈活改變它的功能，在很多設(shè)計(jì)環(huán)境中，被用于擴(kuò)展并行I/O口。1. 芯片的管腳825

19、5芯片的管腳圖如圖2-13。 8255芯片管腳功能如下：（1） PA0PA7，PB0PB7，PC0PC7三個(gè)均為獨(dú)立并行I/O端口，用于與外設(shè)傳遞數(shù)據(jù)信息、地址信息、或狀態(tài)信息，A、B、C端口均為八位，都可以作為輸入/輸出端口，其中B、C兩個(gè)端口都是有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，而A口則是包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器以及一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器。但是C口可以分為兩個(gè)四位端口：C口高四位端口和C口低四位端口，每個(gè)四位端口包含一個(gè)4位輸入緩沖器和一個(gè)4位輸出鎖存器/緩沖器。 圖2-13 8255芯片的管腳圖（2）片選信號(hào)，低電平有效，與系統(tǒng)高位地址的譯碼輸出連接，用

20、于啟動(dòng)CPU與8255之間的通信。（3）讀信號(hào)，低電平有效，與系統(tǒng)的端口讀信號(hào)連接，當(dāng)有效時(shí)，允許CPU從8255A的端口讀取信號(hào)或狀態(tài)字。（4）寫信號(hào)，低電平有效，與系統(tǒng)的端口寫信號(hào)相連，當(dāng)有效時(shí)，允許CPU向8255A的端口寫入數(shù)據(jù)或控制字。（5）A1、A0端口選擇信號(hào)，當(dāng)A1、A0取00、01、10、11時(shí)，對應(yīng)選擇控制口、A口、B口和C口。（6）RESET復(fù)位信號(hào)高電平有效常與系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)連接在一起。當(dāng)RESET有效時(shí)，A口、B口、C口均置成輸入方式。2. 8255的控制字及其工作方式8255A有三種工作方式：方式0，基本輸入輸出方式；方式1，選通輸入輸出方式；方式2，雙向輸入輸出方

21、式。8255A有兩種控制字：工作方式控制字和端口C置位/復(fù)位控制字。在本設(shè)計(jì)中我選用工作方式控制字。工作方式控制字格式如下：（1）D0、D1、D2此三位控制字決定B組的工作方式和控制字格式。B組包含端口C的低四位和端口B，當(dāng)D0=0時(shí)，端口C低四位為輸出方式，當(dāng)D0=1時(shí)，端口C低四位為輸入方式；當(dāng)D1=0時(shí)，端口B為輸出方式，當(dāng)D1=1時(shí)，端口B為輸入方式； D2上電平的高低則決定B組的工作方式，當(dāng)D2=0時(shí)，工作方式為方式0，當(dāng)D2=1時(shí)，工作方式為方式1。（2）D3、D4、D5、D6此四位控制字決定A組的工作方式和控制字格式。A組包含端口C的高四位和端口A。當(dāng)D3=0時(shí)，端口C高四位為輸

22、出方式，當(dāng)D3=1時(shí)，端口C高四位為輸入方式；當(dāng)D4=0時(shí)，端口A為輸出方式，當(dāng)D4=1時(shí)，端口A為輸入方式； D5、D6上電平的高低則決定A組的工作方式，當(dāng)D5D6=00時(shí)，工作方式為方式0，當(dāng)D5D6=01時(shí)，工作方式為方式1。當(dāng)D5D6=1×時(shí)，工作方式為方式2。（3）D7D7為工作方式控制字標(biāo)志，當(dāng)D7=1時(shí)，表示寫入8255的是工作方式控制字。3. 本設(shè)計(jì)中8255所擴(kuò)展的I/O口的定義由于本次設(shè)計(jì)中需要用到十九個(gè)并行I/O口腳，其中有十一輸出端口，八個(gè)輸入端口腳，所以在這里根據(jù)8255A的性質(zhì)對擴(kuò)展出來的8255A的I/O口作如下的定義：B組定義為輸出并工作于方式0，所以

23、D0D1D2=000；A組定義為輸入也工作于方式O，所以D3D4D5D6=1100；采用工作方式控制字，所以D7=1。4. 8255入口地址的確定由于8255A的片選端接在譯碼器U18（附錄一）的Y1端口上，所以CBA=001，因此8255A的片選入口地址為9000H，A口為9001H，B口為9002H，C口為9003H。 輸入輸出接口電路的設(shè)計(jì)為了解決書/如輸出電平信號(hào)轉(zhuǎn)換及抗干擾問題，所有的輸入/輸出口都采用光電耦合電路。1. 四個(gè)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)輸出接口電路在本設(shè)計(jì)中，我選用74LS273擴(kuò)展四個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。設(shè)計(jì)出的具體電路圖如圖2-14所示。 圖2-14 4個(gè)步進(jìn)電

24、機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)電路圖電路中的鎖存器74LS273的片選信號(hào)引腳接在譯碼器U18（附錄一）的Y2腳上，所以74LS273的入口地址為：A000H。2. 開關(guān)量輸出接口電路開關(guān)量輸出接口電路如圖2-15所示這些接口包括：四個(gè)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)，兩個(gè)傳送臺(tái)異步電機(jī)起停信號(hào)，八個(gè)電磁換向閥控制信號(hào)，絕緣強(qiáng)度檢測儀和微歐計(jì)測量頭切換信號(hào)。 圖2-15開關(guān)量輸出接口電路圖3. 開關(guān)量輸入接口電路開關(guān)量輸入接口電路如圖2-16所示。這些接口包括：兩個(gè)位置檢測信號(hào)，兩個(gè)壓力繼電器輸入信號(hào)，4個(gè)步進(jìn)電機(jī)正負(fù)超程信號(hào)。 圖2-16 開關(guān)量輸入接口電路圖以上各節(jié)較詳細(xì)地介紹了母線槽技術(shù)參數(shù)自動(dòng)檢測線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控

25、制系統(tǒng)各個(gè)組成部分電路的設(shè)計(jì)過程。控制系統(tǒng)完整的電路圖請見附錄一。第三章 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)在第二章，我詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)下位機(jī)硬件部分的過程，在這一章則是根據(jù)前面設(shè)計(jì)出的硬件電路圖以及該電路的功能進(jìn)行主程序流程圖的設(shè)計(jì)和鍵盤掃描程序流程圖的設(shè)計(jì)。3.1 主程序流程圖的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)是應(yīng)用匯編語言。程序內(nèi)容應(yīng)包含的內(nèi)容是：各芯片的初始化，如定義8155和8255的輸入輸出以及清除顯示器等，然后讀工作方式開關(guān)狀態(tài)并接受上位機(jī)的啟動(dòng)指令，再讀母線槽種類選擇開關(guān)狀態(tài)。主程序流程圖如圖3-1所示。開始初始化PB.6=0?PB.7=0?執(zhí)行編輯程序執(zhí)行手動(dòng)程序PC機(jī)給信號(hào)？AYYNNY執(zhí)行檢測程序執(zhí)行

26、檢測程序執(zhí)行檢測程序執(zhí)行檢測程序執(zhí)行檢測程序結(jié) 束執(zhí)行檢測程序AYN一層三列？一層四列？一層五列？兩層三列？兩層四列？兩層五列？YYYYYNNNNN 圖3-1主程序流程圖3.2 鍵盤掃描程序流程圖在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，編輯鍵盤和手動(dòng)按鍵都是用8155芯片進(jìn)行擴(kuò)展的，并且擴(kuò)展在同一個(gè)行列式鍵盤內(nèi)，然后通過軟件對各個(gè)鍵的功能進(jìn)行定義。在進(jìn)行鍵盤掃描時(shí)，掃描鍵盤的結(jié)果要根據(jù)工作方式選擇開關(guān)S19（見附錄一）決定此按鍵是否有效。工作方式選擇開關(guān)S19將行列式鍵盤分為兩部分：手動(dòng)按鍵部分和編輯按鍵部分。當(dāng)S19處于手動(dòng)按鈕部分時(shí)，若是編碼鍵盤部分有鍵按下，則為無效的操作，且檢測程序無法自動(dòng)執(zhí)行。同樣若是處于

27、編碼鍵盤，則手動(dòng)按鈕部分的操作無效，系統(tǒng)定義為自動(dòng)檢測。各個(gè)鍵的編碼如表3-1所示。本次設(shè)計(jì)中的編碼值得出方式是：PA口、PB口均當(dāng)作初值為1，然后令對應(yīng)按鍵的A口值和B口值都為0，則A口和C口均得到一個(gè)十六位的編碼值，然后按照A口在前B口在后的方式得出該鍵的編碼。如鍵值為零的按鍵有效時(shí)，PA0=0且PC0=0，則可得到A口的編碼為3EH，C口也為3EH，則此鍵對應(yīng)的鍵值為3E3EH。 表3-1行列式鍵盤各鍵的編碼編號(hào)編碼鍵值編號(hào)編碼鍵值PA0PC03E3EH0PA0PC13E3DH1PA0PC23E3BH2PA0PC33E37H3PA0PC43E2FH4PA0PC53E1FH5PA1PC03

28、D3EH6PA1PC13D3DH7PA1PC23D3BH8PA1PC33D37H9PA1PC43D2FHXPA1PC53D1FHYPA2PC03B3EHUPA2PC13B3DHVPA2PC23B3BHMPA2PC33B37HNPA2PPC43B2FHTPA2PC53B1FH空格PA3PC0373EHENTERPA3PC1373DHDELETEPA3PC2373BHS1PA3PC33737HS2PA3PC4372FHS3PA3PC5371FHS4PA4PC02F3EHS5PA4PC12F3DHS6PA4PC22F3BHS7PA4PC32F37HS8PA4PC42F2FHS11PA4PC52F1F

29、HS12PA5PC01F3EHS13PA5PC11F3DHS14PA5PC21F3BHS15PA5PC31F37HS16PA5PC41F2FHS17PA5PC51F1FHS18對于本設(shè)計(jì)，在編寫鍵盤掃描程序流程圖時(shí)，最需要注意的一點(diǎn)是：本設(shè)計(jì)中的鍵盤被分成了兩個(gè)功能塊，一個(gè)是編輯鍵盤，另外一個(gè)是手動(dòng)按鍵部分。本設(shè)計(jì)是用軟件的方式來區(qū)分這兩個(gè)按鍵區(qū)域的。因此在執(zhí)行鍵盤掃描程序之前必須判斷選擇開關(guān)S19的狀態(tài)。而在主程序流程圖中對S19的狀態(tài)已經(jīng)作了判斷，因此在設(shè)計(jì)鍵盤掃描程序流程圖時(shí)，就可以接著主程序中的判斷把鍵盤掃描流程圖分作兩部分。本次設(shè)計(jì)中，是用軟件延時(shí)方式去抖動(dòng)的，因此必須在每一次判斷鍵

30、狀態(tài)時(shí)都必須執(zhí)行延時(shí)子程序以消除由于鍵抖動(dòng)而帶來的瞬時(shí)無效閉合的影響。由以上原則編寫出的編輯鍵盤掃描程序流程圖見3-2，手動(dòng)鍵盤掃描程序流程圖如圖3-3所示。 開 始A口置低PC0=0?PC0=0?調(diào)用延時(shí)20ms子程序PC1=0?PC1=0?調(diào)用延時(shí)20ms子程序PC2=0?PC2=0?調(diào)用延時(shí)20ms子程序ANYNYNNYBCDYYYNN（a） PC3=0?APC3=0?調(diào)用延時(shí)20ms子程序結(jié) 束ENYYN BPA0置高PC0=0?執(zhí)行鍵處理程序 PA1置高PC0=0?PA2置高PC0=0?FZYYYNNN執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 FPA3置高PC0=0?PA4置高PC0=0?PA

31、5置高PC0=0?YYYNNN結(jié)束Z（b）執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 （c）EPC3=0?PC3=0?PA1置高PA0置高結(jié)束NNYY執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 圖3-2編碼鍵盤掃描程序流程圖圖3-2所示為編碼鍵盤掃描程序流程圖的一部分，即當(dāng)PB6=0時(shí)執(zhí)行的鍵盤掃描程序流程圖。其中（a）圖為編碼鍵盤掃描程序流程圖的主程序流程圖，它延伸出的B、C、D三部分子程序內(nèi)容基本相同。在這里我只是列出了B段子程序，如上圖的（b）所示，C、D兩部分中只是把（b）中的所有PC0分別改成PC1、PC2就可以了。E部分子程序則見上圖中的（c）。圖3-3是執(zhí)行手動(dòng)按鍵的鍵盤掃描程序流程圖。

32、 開 始A口置低PC3=0?PC3=0?調(diào)用延時(shí)20ms子程序PC4=0?PC4=0?調(diào)用延時(shí)20ms子程序INYNYNGHYYN （a）PC5=0?調(diào)用延時(shí)20ms子程序PC5=0?NJYYI結(jié)束N GPA2置高PC3=0?PA3置高PC3=0?PA4置高PC3=0?YYYNNNKL執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 （b）KPA5置高PC3=0?YN結(jié)束L執(zhí)行鍵處理程序 HPA0置高PC4=0?執(zhí)行鍵處理程序 PA1置高PC4=0?PA2置高PC4=0?NMYYYNNN執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 NPA3置高PC4=0?執(zhí)行鍵處理程序 PA4置高PC4=0?PA5置高PC4

33、=0?YYYNNN執(zhí)行鍵處理程序 執(zhí)行鍵處理程序 結(jié)束M（c）圖3-3手動(dòng)執(zhí)行按鈕的鍵盤掃描程序流程圖當(dāng)PB7=0時(shí)執(zhí)行手動(dòng)鍵盤掃描程序。圖3-3（a）是手動(dòng)按鈕鍵盤掃描程序流程圖的主程序部分，G、H、J則是子程序部分。其中H、J兩部分的內(nèi)容基本相同，圖3-3（c）所示則為H子程序流程圖，而J子程序的流程圖則是將H中的所有的PC4改寫成PC5即可以了。G部分的子程序流程圖則見圖3-3（b）所示。第四章 電路原理圖及PCB圖繪制本控制系統(tǒng)的原理圖及PCB圖應(yīng)用Protel繪圖軟件繪制。其工作流程見圖4-1所示。 打開新圖界面設(shè)置圖紙畫原理圖畫元件封裝生成網(wǎng)絡(luò)表在PCB圖環(huán)境倒入網(wǎng)絡(luò)表排列元器件位

34、置手工布線或自動(dòng)布線畫出PCB圖邊框繪圖完畢 圖4-1 繪制原理圖和電路板圖的流程圖4.1 原理圖的繪制原理圖的成功繪制是生成PCB圖的重要前提。在繪制原理圖時(shí)，最重要的就是正確選擇元器件，以及填寫元器件的封裝。在選擇元器件的過程中不僅要考慮到該元器件的適用價(jià)值，還要考慮到該元器件的封裝是否符合實(shí)際。 繪制原理圖中的問題及解決方案由于本次設(shè)計(jì)是我第一次用Protel軟件繪制比較復(fù)雜的原理圖和電路板圖，遇到問題在所難免。在這次設(shè)計(jì)中，我繪制原理圖所遇到的問題有：1）選用單個(gè)的電阻及或門，顯得元器件繁多，電路板圖內(nèi)很亂。2）總線連接處總是產(chǎn)生錯(cuò)誤。3）無法生成正確的網(wǎng)絡(luò)表。所遇問題的解決辦法：1）

35、阻值相同的電阻采用排阻，所有的或門采用74系列的或門，它的一個(gè)芯片內(nèi)包含有四個(gè)或門。這樣就大大減少了元器件的數(shù)量。2）總線連接處的錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因是：我沒有弄明白總線連接的意思，以為只要用一根總線把所有需要接的管腳接上就可以了。而實(shí)際上是：必須要在每個(gè)管腳上加上網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，否則系統(tǒng)無法分清楚這些網(wǎng)絡(luò)線究竟誰與誰相連接。3）此處錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因是：有的是元器件根本沒有封裝，也有的雖然寫了封裝號(hào)，但是封裝庫里根本就沒有這種封裝。解決辦法就是根據(jù)元器件的管腳，首先在元器件封裝庫里尋找對應(yīng)的封裝，如果沒有，則自己另外畫封裝圖。另外在單個(gè)的電阻處，我采用貼片電阻的封裝，這樣就可以使做出的電路板美觀一點(diǎn)。 各元

36、器件的封裝在用Protel軟件繪制原理圖的過程中，每一個(gè)元器件都必須有自己的封裝，否則繪制出的原理圖將無法生成網(wǎng)絡(luò)表，也就無法生成電路板圖。有的元器件的封裝是Protel軟件中有的，直接引用就可以了，而有的元器件，在軟件中根本找不到封裝，就只有自己畫了。由于所繪制的電路板圖是直接用作制造電路板的樣本的，因此所繪制的元件封裝圖必須與實(shí)務(wù)對應(yīng)起來，否則繪制出的電路板圖沒有任何價(jià)值。在本次設(shè)計(jì)中，各元器件的封裝名如表4-1所示。表4-1各元器件的封裝元件種類封裝元件名元件種類封裝元件名CPU8031DIP-408031AH81558155HDIP-408255DIP-408255A74LS27374

37、LS273DIP-20排阻RESPACK3SIP-10貼片電阻0805RES2極性電容ELECTRO1電容RAD0.1CAP74LS373DIP-2074LS27316段LEDLED18DPY_16-SEG7段LEDDIP-10DPY_7-SEG或門DIP-1474F32二極管DIODE0.4DIODE三極管NPNPNP光偶DIP-4OPTOISO1晶振XTAL1CRYSTAL與非門DIP-1474LS00非門DIP-1474LS04 (續(xù))元件種類封裝元件名元件種類 封裝元件名74LS138DIP-1674LS138按鈕KEYSW-PB電容RAD0.1CAP2764DIP-282764電池P

38、OLAR-1.0BATTERY6264DIP-286264撥碼開關(guān)SIP7SW-6WAY撥碼開關(guān)SIP-3SW SPDT2眼插座Z2CON23眼插座Z3CON36眼插座Z6CON68眼插座Z8CON84.2 PCB圖的繪制本次設(shè)計(jì)是我第一次給復(fù)雜的電路板布線，本著精益求精的態(tài)度，多番修改電路板圖，現(xiàn)將繪制PCB圖的失敗原因和成功經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：1）第一次布線，布出的電路板圖，元器件之間太過于緊湊，最后無法走線。于是放棄。2）由于沒有認(rèn)真計(jì)算過電路板圖紙上方格的實(shí)際尺寸，致使元器件排列過于松散，按鈕之間的間隔達(dá)到2.5cm，布出的電路板太龐大。根本不符合生產(chǎn)要求，于是廢棄。3）在這次給電路板布線之

39、前，經(jīng)過別人指導(dǎo)，將可以改成排阻的電阻全改用排阻，不可以改成排阻的電阻則選用貼片式的封裝。但最后還是由于經(jīng)驗(yàn)不足，元器件之間間隔不足，無法走線而放棄。4）這一次，布線是布完了，但是在請老師檢驗(yàn)時(shí)，沒有通過，原因是電路板上元器件排列雜亂無章，線的走向更是無規(guī)律可循，過孔太多，線走的彎也很多，且排列的方向不統(tǒng)一。于是這一次的電路板圖被放棄。5）在仔細(xì)閱讀布線要求和看了幾塊實(shí)際電路板之后，嚴(yán)格按照同一方向排列元器件，并在布線期間嚴(yán)格分清橫向的線為第一層，縱向線基本排在第二層的方法，布出了一份讓自己和老師都滿意的電路板圖。根據(jù)以上幾次布線的經(jīng)歷，我得出關(guān)于布線的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：1）布線之前，最好先根據(jù)元器件

40、設(shè)計(jì)出電路板的大小，這樣不至于在布完線時(shí)，發(fā)現(xiàn)自己的電路板根本就是大得無法制作。2）布線之前，最好先把所有的元器件排列整齊，否則布出的電路板圖會(huì)顯得雜亂無章。3）雙層板布線期間，最好是橫向線為一層，縱向線為一層，并嚴(yán)格按照這個(gè)規(guī)則走線，這樣布的電路板圖會(huì)顯得整齊。4）遇到無法走線的時(shí)候，設(shè)置過孔，但是一定要記住，布完線后，要再仔細(xì)檢查一遍，這時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多過孔是可以去掉的。因?yàn)檫^孔太多，會(huì)影響電路板性能。5）布線時(shí)，盡量少拐彎，彎太多，同樣影響電路板的性能。繪制出的電路板圖見附錄二。第五章 結(jié)論這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，任務(wù)書上的要求，我都完成了。只是在設(shè)計(jì)鍵盤時(shí)作了一點(diǎn)修改，任務(wù)書上是要求用8031的

41、P1口擴(kuò)展電機(jī)的手動(dòng)按鈕，而在本次設(shè)計(jì)里，所有的按鈕，我都設(shè)計(jì)在行列式鍵盤里，只是另外設(shè)計(jì)了一個(gè)工作選擇開關(guān)把6×6的行列式鍵盤用軟件方式分為編輯鍵盤和手動(dòng)按鈕鍵盤。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我深入的接觸了單片機(jī)，并運(yùn)用單片機(jī)按照課題要求設(shè)計(jì)出預(yù)想的硬件電路圖，只是由于系統(tǒng)龐大，且沒有編寫出程序，故無法調(diào)試，因此只是完成了PCB圖的制作而沒有做出電路板。繪制PCB圖的過程，讓我對于Protel的知識(shí)從理論發(fā)展到應(yīng)用，8次手工布線PCB圖，使我受益匪淺，最終也得到了讓自己滿意的電路板圖。另外由于我設(shè)計(jì)的是系統(tǒng)的控制電路部分，這就要求我與同組同學(xué)的密切合作，探討設(shè)計(jì)方案，所有這些讓我意識(shí)到今后工作中合作精神的重要性。母線槽將在未來很長一段時(shí)間內(nèi)于電傳輸領(lǐng)域充當(dāng)支柱作用，隨著母線槽性能的改善，母線槽的檢測技術(shù)也必須跟上母線槽的更新?lián)Q代。并且我國的母線槽與國外相比，還有很大的差距，檢測技術(shù)更是落后，所有這些都督促國內(nèi)相關(guān)行業(yè)對于母線槽的研發(fā)以及提高檢測技術(shù)水平。我們有理由相信在不久的將來，可以設(shè)計(jì)出完全自動(dòng)的智能化母線槽技術(shù)參數(shù)檢測裝置。這種檢測機(jī)，可以自