注塑機(jī)機(jī)械手伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 題 目： 注塑機(jī)機(jī)械手伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 葉育泉 學(xué) 號： 201105070040 學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 年級班級： 2011級（1）班 指導(dǎo)教師： 陳曦 2015年05月20日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全了解有關(guān)保障、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)畢業(yè)論文管理機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。同意省級優(yōu)秀畢業(yè)論文評選機(jī)構(gòu)將本畢業(yè)論文通過影印、縮印、掃描等方式進(jìn)行保存、摘編或匯

2、編；同意本論文被編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和查閱。本畢業(yè)論文內(nèi)容不涉及國家機(jī)密。 論文題目：注塑機(jī)機(jī)械手伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者單位：物理與機(jī)電工程學(xué)院作者簽名：xxx 年 月 日 目 錄摘要11. 緒論21.1 注塑機(jī)取模機(jī)械手發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀21.2 設(shè)計(jì)研究的任務(wù)22. 注塑機(jī)控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)22.1 硬件總體設(shè)計(jì)22.2 控制器選型和接口分配32.3 電源模塊52.4 I/O口電路設(shè)計(jì)62.5 通訊口設(shè)計(jì)、Flash存儲設(shè)計(jì)、網(wǎng)口和急停等電路設(shè)計(jì)103. 注塑機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)133.1 開發(fā)語言和開發(fā)平臺133.2 主程序設(shè)計(jì)143.3 系統(tǒng)初始化模塊程序設(shè)計(jì)153.4 中斷模塊

3、設(shè)計(jì)164. 注塑機(jī)控制器系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)184.1 顯示屏選型184.2 迪文屏介紹184.3 迪文DGUS開發(fā)環(huán)境194.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)205. 總結(jié)和展望21參考文獻(xiàn)22附錄23致謝30注塑機(jī)機(jī)械手伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：隨著工業(yè)自動化的不斷推進(jìn)和用工荒的日益嚴(yán)重，工廠對機(jī)械手的需求越來越大，這必將促進(jìn)機(jī)械手控制的不斷研究與開發(fā)。本文設(shè)計(jì)了一款注塑機(jī)專用控制器，實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)機(jī)械手安全、穩(wěn)定、方便、高效率搬運(yùn)工件。本設(shè)計(jì)以嵌入式STM32F103ZET6作為核心控制板主控芯片，以迪文8寸觸摸屏作為人機(jī)交互平臺，完成了系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)快速設(shè)置、三軸運(yùn)行程序編寫、直

4、線運(yùn)動、插補(bǔ)運(yùn)動、單步運(yùn)行、自動運(yùn)行、端口狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)報(bào)警和信息自檢等功能。最后制作出樣機(jī)，并通過多次試驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)性能良好，軟硬件設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定、精度高。關(guān)鍵詞: 注塑機(jī)機(jī)械手；伺服電機(jī)；運(yùn)動控制Design of Injection Molding Machine Manipulator  Servo Control SystemAbstract: In recent years, with the advancement of industrial automation and growing Labour shortage

5、s, the demand of robots in factory will be more and more big, which will promote the constant research and development of robot control. Based on the analysis of the injection molding machine anipulator control system at home and abroad, we designed an injection molding machine manipulator controlle

6、r to carry the work piece safely, stablely, efficiently, and conveniently. STM32 embedded controller is the master control chip and di 8 inch touch screen is human-computer interaction interface, which design the system of the main circuit and peripheral circuit. Through software control, we want to

7、 achieve the parameters setting of three axis servo motor, linear motion, interpolation, single step operation, automatic operation, the port state monitor and alarm system self checking function information. Through physical tests to verify that product performance is good and that the design of th

8、e system hardware and sware is reasonable, feasible and high precision.Key Words： Injection molding machine manipulator; Servo motor; Motion control 1. 緒論1.1 注塑機(jī)取模機(jī)械手發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀 伴隨著3C控制技術(shù)的發(fā)展以及人力成本的不斷增加，機(jī)械設(shè)備的智能自動化控制越來越顯得重要。目前，國內(nèi)與國外對于取模機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用方面的技術(shù)還存在比較大的差距?？偟膩碚f是國

9、外技術(shù)發(fā)展早，所以技術(shù)相對成熟、領(lǐng)先。國內(nèi)由于起步較晚，所以在自動化程度、設(shè)備精度和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面還有很大提升的空間?，F(xiàn)代取模機(jī)械手最先是有美國聯(lián)合控制公司20世紀(jì)50年代開始研發(fā)的，帶有現(xiàn)場示教功能。德國是從20世紀(jì)70年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于貨物搬運(yùn)、焊接和機(jī)械供料等任務(wù)1。日本自1969年從美國引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)之后，快速研究機(jī)械手的控制和生產(chǎn)，現(xiàn)在處于世界先進(jìn)水平。我國的機(jī)械手控制系統(tǒng)1970年之后開始進(jìn)行研究，前十年進(jìn)度相對遲緩，1985年列入國家計(jì)劃經(jīng)過幾年攻關(guān)完成了成套技術(shù)2。目前國內(nèi)企業(yè)通過模仿研發(fā)的注塑機(jī)機(jī)械手不夠穩(wěn)定，技術(shù)還不夠成熟，所以還有很多值得提高的地方。1.2 設(shè)

10、計(jì)研究的任務(wù)本設(shè)計(jì)所選研究對象為三軸伺服注塑機(jī)機(jī)械手，該機(jī)械手應(yīng)可實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定、方便和高效搬運(yùn)產(chǎn)品滿足市場和設(shè)計(jì)需求，并能適應(yīng)工廠的復(fù)雜干擾環(huán)境。本文主要完成了注塑機(jī)機(jī)械手系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)和界面設(shè)計(jì) 3 ，具體設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：（1）設(shè)計(jì)三軸注塑機(jī)專業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件電路，并通過實(shí)物現(xiàn)場測試確定其是否符合設(shè)計(jì)要求；（2）軟件控制方面包括：各模塊初始化程序、中斷模塊設(shè)計(jì)、程序示教、端口監(jiān)控、信息報(bào)警等；（3）研究迪文DGUS界面設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)本系統(tǒng)人機(jī)交互界面。 2. 注塑機(jī)控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 硬件總體設(shè)計(jì)整個控制系統(tǒng)的硬件框圖包括STM32控制器（用于運(yùn)行軌跡控制、加減速規(guī)

11、劃、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通訊和I/O控制）、迪文DGUS屏（用于人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)示教功能和電機(jī)參數(shù)設(shè)置等）、電源模塊（為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓）、存儲器模塊（用于存儲系統(tǒng)參數(shù)和示教程序）、繼電器模塊、脈沖輸出模塊、信號檢測模塊、I/O擴(kuò)展模塊、通信模塊等，如圖1所示：電源模塊STM32F103ZET6rs232RS485SPI1SPI3迪文DGUS存儲W25X16U盤RJ45網(wǎng)絡(luò)口注塑機(jī)信號檢測伺服系統(tǒng)報(bào)警I/O擴(kuò)展板圖1 整體設(shè)計(jì)框圖2.2 控制器選型和接口分配在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先要考慮的就是控制核心的選擇。選擇一個適合的芯片一般要考慮以下因素：第一，對外設(shè)的需求，比如一般會用到USB、I2C

12、、SPI、UART和以太網(wǎng)等還需要考慮的是控制器的引腳數(shù)，內(nèi)部RAM等；第二，軟件構(gòu)架的選擇，一般簡單控制像12MHZ晶振頻率的MSC-51足夠，對處理能力要求很高的可以使用80MHZ的DSP等；第三，還要考慮芯片的價(jià)格和功耗，價(jià)格和功耗有時(shí)會成為產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵因素；第四，芯片學(xué)習(xí)難易程度，一般來說，項(xiàng)目的開發(fā)要求時(shí)間很短，如果開發(fā)周期過大那么可能開發(fā)出來就已經(jīng)被淘汰。本設(shè)計(jì)綜合考慮以上因素選擇了自己熟悉的Cortex-M3構(gòu)架的芯片，由ST公司開發(fā)的STM32F103ZET6，他有144個引腳，F(xiàn)lash為超大型的512KB，系統(tǒng)頻率為72MHZ可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，外設(shè)資源豐富，性價(jià)比非常

13、高大僅需10元左右，功耗超低官方數(shù)據(jù)顯示在停止模式僅為400nA。STM32F103ZET6資源如圖2所示： STM32F103ZET632位指令集RAM(64KB)ROM（512KB）2個16位普通定時(shí)器2個16位高級定時(shí)器2個看門狗定時(shí)器112個IO端口16位ADC16位DAC3個SPI接口2個I2C接口5個USART 圖2 STM32F103ZET6資源框圖機(jī)械手主控板需要同多設(shè)備相連接，包含了很多的信號線，主要有脈沖、方向、使能、限位、通信、以及動作輸入信號4，主要部分輸入輸出對應(yīng)的硬件接口如表1所示： 表1 I/O硬件接口引腳名功能具體功能引腳名功能具體功能BOOTOBOOT0啟動模

14、式PB1 TIM3X脈沖PB2BOOT1PA0 TIM2Y脈沖PA2USART2RS232PA1TIM5Z脈沖PA3PB0TIM5X方向 PB3USBPG0Y方向PB4PE15Z方向PB574hc595X使能PB10USART3RS48574hc595Y使能PB1174hc595Z使能PB12FLASHW26X16PD1急停PB13PD2電壓PB14PD3蜂鳴器PB15PD4報(bào)警燈PE2到位信號X原點(diǎn)PD5輸入氣壓PE3到位信號X負(fù)限位PC12控制端RS422使能PE4到位信號X正限位PB8SERPE5到位信號Y原點(diǎn)PB9OE'PE6到位信號Y負(fù)限位PG13RCLKPC13到位信號Y正

15、限位PG14SRCLKPC14輸出控制剎車控制PG15CLEAR2.3 電源模塊在正常情況下，伺服電機(jī)驅(qū)動需要24V電源，主控芯片需要3.3V電源，普通光耦需要5V電源5。因此，機(jī)械手控制板需要電源轉(zhuǎn)換電路，將24V降壓為5V，5V降壓為3.3V。本次硬件電路中將設(shè)計(jì)24V、5V和3.3V三種電源。在本設(shè)計(jì)中為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，穩(wěn)定芯片的工作電壓24V轉(zhuǎn)5V模塊采用VRB2405YMD 芯片，該芯片具有隔離作用，輸入18-75V 的直流寬電壓穩(wěn)定輸出5V，最大輸出電流為1.2A，F(xiàn)01為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，SA26A為瞬態(tài)電壓抑制管，其翻轉(zhuǎn)電壓 26V如圖3所示：圖3 24V轉(zhuǎn)5V電路在本設(shè)計(jì)

16、中STM32芯片需要3.3V的電壓，通過將5V轉(zhuǎn)換為3.3V實(shí)現(xiàn)供電，轉(zhuǎn)換采用線性穩(wěn)壓芯片AMS1117-3.3，輸入4.7V到12V，輸出3.3V如圖4所示：圖4 5V轉(zhuǎn)3.3V電路在24V轉(zhuǎn)5V中由于電源模塊電壓輸入是有范圍的，當(dāng)輸入電壓低于最低電壓18V時(shí)將不能正常工作，所以系統(tǒng)應(yīng)在低于18V前，提前報(bào)警。為此設(shè)計(jì)了如下圖5所示電路。其中D18為18V穩(wěn)壓二極管，光電耦合器EL817的導(dǎo)通電流最小為2mA，設(shè)計(jì)要求為當(dāng)電源電壓低于20V時(shí)，光耦不導(dǎo)通，則電阻R100的阻值計(jì)算公式為（1）： （1）圖5 低電壓檢測電路2.4 I/O口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的I/O輸入輸出電路包括以下部分：光耦隔離

17、電路、擴(kuò)展輸出輸入電路、繼電器控制輸入輸出電路、報(bào)警輸出電路和伺服電機(jī)控制接口電路五部分。 光耦隔離電路由于工作環(huán)境惡劣以及人為操作失誤等導(dǎo)致輸入電壓過高或短路很容易毀壞系統(tǒng)主控制板，所以從保護(hù)控制板的安全性方面考慮，所有的I/O端口均采用光電耦合器進(jìn)行隔離。光耦工作過程：當(dāng)輸入端口輸入電壓時(shí)二極管發(fā)出紅外光，光敏二極管產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)“電光電”的轉(zhuǎn)關(guān)6，由于無觸點(diǎn)通過光媒介，所以抗干擾能力強(qiáng)，這樣即使出現(xiàn)過載短路等現(xiàn)象也不會損壞系統(tǒng)主要部分。本設(shè)計(jì)大部分隔離電路采用EL817光耦合器，當(dāng)IN0為低電平時(shí)光耦導(dǎo)通，PE2點(diǎn)即被拉低，控制器檢測到PE2為低電平時(shí)判斷為有輸入信號，

18、電路如圖6所示：圖6 光耦隔離電路 擴(kuò)展輸出輸入電路由于系統(tǒng)需要較多端口在不能滿足要求的條件下，設(shè)計(jì)中采用了擴(kuò)展的方式來實(shí)現(xiàn)。如圖7所示：74HC595工作原理為：首先將需要輸出的第一個值（QH1）賦給SER端口，然后發(fā)送一個移位脈沖（RCLK），這時(shí)賦給SER端口的第一個值（QH1）就被移到了移位寄存器的第一個位置，下面將第二個值QG1再次賦給SER，再發(fā)送一個移位脈沖（RCLK）之后，QG1存入移位寄存器第一位，QH1后移置第二位，以此將16個數(shù)全移入移位寄存器之后給RCLK一個脈沖移位寄存器的值將賦給存儲寄存器。如果想要輸出，將OE拉為低電平，存儲寄存器的值就輸出到了三態(tài)門，實(shí)現(xiàn)了串口轉(zhuǎn)

19、換為并口。 圖7 級聯(lián)擴(kuò)展輸出74HC164和74HC595功能相仿，不在贅述，如圖8所示：圖8 級聯(lián)擴(kuò)展輸入2.4.3 繼電器控制輸入輸出電路繼電器輸出控制電路如圖9所示：當(dāng)控制引腳PF0置為高電平時(shí)，光電耦合器U06導(dǎo)通，由于繼電器需要較大的電流所以才有三極管作為驅(qū)動，三極管Q06基極電壓被抬高Q06導(dǎo)通即驅(qū)動繼電器和LED，D00導(dǎo)通變亮，K03繼電器就閉合實(shí)現(xiàn)對外部注塑機(jī)的控制。圖9 繼電器控制電路 報(bào)警輸出電路設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)中由于系統(tǒng)復(fù)雜，經(jīng)常會出現(xiàn)系統(tǒng)故障，所以需要及時(shí)的報(bào)警以提示操作人員處理以免發(fā)生更大問題。如下圖10為報(bào)警燈和報(bào)警蜂鳴器的輸出電路圖Q4采用大功率的MOS開關(guān)管作

20、為的驅(qū)動，最大輸出電流可達(dá)500mA。R42和R63為LED的限流電阻。圖10 報(bào)警電路 脈沖輸出接口電路 控制伺服電機(jī)是通過脈沖來實(shí)現(xiàn)的，所以脈沖的穩(wěn)定性和可靠性在設(shè)計(jì)中起著很重要的作用，設(shè)計(jì)中輸出脈沖先經(jīng)過高速光耦A(yù)2631隔離輸出，然后再通過AM26LS31差分輸出脈沖如圖11所示：圖11 脈沖輸出電路2.5 通訊口設(shè)計(jì)、Flash存儲設(shè)計(jì)、網(wǎng)口和急停等電路設(shè)計(jì)2.5.1 RS485電路設(shè)計(jì) 由于RS485通訊采用平衡驅(qū)動和差分接收所以抗共模干擾能力強(qiáng)，最大傳輸距離可達(dá)1200米，而且由于RS232在總線上只允許一個收發(fā)器，但RS485接口最大可掛載128個，本設(shè)計(jì)用于與I/O擴(kuò)展板的連

21、接和級聯(lián)擴(kuò)展， 所以采用了RS485通訊，設(shè)計(jì)中為了增加通信的可靠性，采用了軍工制品的485通訊芯片SN75176，設(shè)計(jì)電路如圖12所示：圖12 RS485通訊接口2.5.2 RS232電路設(shè)計(jì)RS232是工業(yè)中常用的串行通訊接口，本設(shè)計(jì)采用9針接口與迪文屏相連接，為迪文屏提供通訊和24V電源，其人機(jī)接口如表2所示：表2 DB9與迪文屏接口定義DB1急停DB5GNDDB2RXDB6NCDB3TXDB7NCDB4+24DB8NC在實(shí)際運(yùn)行的人機(jī)交互界面上，手動控制三軸運(yùn)動時(shí)向控制器發(fā)送運(yùn)動指令，同時(shí)控制器也實(shí)時(shí)將報(bào)警信息、三軸運(yùn)行情況位移等發(fā)送到人機(jī)交互屏上，且在數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互屏的同時(shí)，可通

22、過屏來導(dǎo)向控制，所以設(shè)計(jì)中很多時(shí)候需要人機(jī)交互同時(shí)進(jìn)行，這時(shí)需要同時(shí)處理互相不干擾，所以需要也必須采用異步通訊才能保證數(shù)據(jù)不丟失，為此需要采用異步串行通訊芯片SP3232EEN，可以同時(shí)提供雙向通訊，SP3232EEN工作電壓為+3.0V到+5.5V，芯片外部僅需5個104電容即可完成RS232與TTL之間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)通訊，電路原理圖如圖13所示：圖13 RS232模塊2.5.3 USB通訊電路設(shè)計(jì)由于U盤的控制設(shè)計(jì)USB協(xié)議和文件系統(tǒng)等都相對較復(fù)雜，本設(shè)計(jì)為了簡化設(shè)計(jì)采用帶文件管理系統(tǒng)的USB芯片CH376，它支持SPI接口對U盤的操作。在系統(tǒng)中利用U盤可以方便的進(jìn)行程序的拷貝，該芯片需要5個

23、I/O端口，如圖14所示：圖14 U盤原理圖2.5.4 Flash電路設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)需要將示教程序和編輯等程序及時(shí)保存起來，所以程序?qū)加煤艽罂臻g，而STM32芯片內(nèi)部ROM的是有限的，所以設(shè)計(jì)中擴(kuò)展了ROM，利用W25X16可以擴(kuò)展2MB的存儲空間，一個程序最大設(shè)計(jì)為1000行，每行為一個16bit*10的數(shù)組，則理論上存儲程序個數(shù)為： （2）由式（2）可知W25X16可以存儲104個程序，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。電路如15所示：圖15 Flash原理圖3. 注塑機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 開發(fā)語言和開發(fā)平臺 對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)主要有兩類開發(fā)語言：匯編和C語言，匯編語言是一種針對硬件層的開發(fā)語言，

24、種類不同的控制器匯編指令是不一樣的，采用匯編語言編譯完成為二進(jìn)制的機(jī)器語言，二進(jìn)制機(jī)器是CPU唯一能夠識別的代碼，相對來說，匯編語言的代碼更為精煉，效率也就更高一些，但匯編比較難懂結(jié)構(gòu)性不強(qiáng)，入門困難，一般單片機(jī)的啟動代碼和對運(yùn)行要求很高的底層硬件需匯編寫。C語言相對來說現(xiàn)在使用的人比較多，逐漸成為了一種通過語言，C語言在使用中的有以下好處：（1）使用隨意；（2）可移植性好；（3）表達(dá)能力強(qiáng)；（4）表達(dá)方式靈活；（5）可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)；匯編和C語言都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中，由于程序較長且系統(tǒng)性很強(qiáng)，所以采用了C語言。Y3.2 主程序設(shè)計(jì)在主程序的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)順序?yàn)殚_機(jī)上電STM32系統(tǒng)

25、各部件初始化，然后檢測系統(tǒng)有無故障，有故障排除直到?jīng)]有故障為止，然后啟動系統(tǒng)，進(jìn)入操作狀態(tài)，可選擇手動或自動操作，如果緊急按鈕被按下，則系統(tǒng)停止，程序框圖如圖16所示所示：報(bào)警？系統(tǒng)初始化無報(bào)警系統(tǒng)啟動選擇手動/自動手動運(yùn)行自動運(yùn)行急停按鈕關(guān)閉系統(tǒng)有報(bào)警排除故障N圖16 程序流程圖3.3 系統(tǒng)初始化模塊程序設(shè)計(jì) C語言的模塊化程序設(shè)計(jì)可將一個大復(fù)雜的工程分塊完成7。首先，將整個項(xiàng)目分成幾個模塊來解決，而且一旦出現(xiàn)問題定位比較容易；其次，每個模塊可以重復(fù)利用，避免多次編寫，一個模塊被多次使用，也便于標(biāo)準(zhǔn)化每個功能；最后方便升級，提高效率?？刂破鞒跏蓟绦蛟O(shè)計(jì) 控制器初始化程序如下注釋所示：voi

26、d All_Init(void) u8 i;RCC_Config(); /打開時(shí)鐘 mNVIC_Config();/定時(shí)器TIM2 TIM3 TIM5 TIM6 TIM7 USART2 USART3中斷優(yōu)先級分配mTimer_Config(); UART_PortInit(); / USART2 USART3配置 2波特率115200， 3波特率9600 SPI_Configuration(SPI2); GPIO_Configuration(); PWM_INIT(); /X/Y/X脈沖頻率初始化設(shè)置 read_buf16(address1,(u16*)matab,50);/讀取片內(nèi)Flash

27、 for(i=0;i<50;i+) matab2i=matabi; while(TT<5); chuping_init(); /初始化觸屏 經(jīng)過上述初始化之后，系統(tǒng)將進(jìn)入正常狀態(tài)，各個設(shè)備將正常運(yùn)行。3.3.2 人機(jī)界面初始化程序設(shè)計(jì)人機(jī)界面的初始化主要是對需要保存的參數(shù)進(jìn)行保存和恢復(fù)。主要包括以下參數(shù)：系統(tǒng)密碼、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、輸入極性、初始設(shè)置、系統(tǒng)維護(hù)數(shù)據(jù)、伺服參數(shù)設(shè)置、界面參數(shù)設(shè)置和程序保存等，開機(jī)時(shí)主控芯片需要讀取存儲中保存的數(shù)據(jù)然后通過串口傳送到觸摸屏。 原點(diǎn)歸位模塊設(shè)計(jì)點(diǎn)擊人機(jī)交互屏左上角原點(diǎn)歸位，將數(shù)據(jù)通過迪文屏的RS232串口傳送到控制板，控制板通過讀取I/O口判斷

28、X/Y/Z軸的極限、I/O擴(kuò)展板x1/x2/x3報(bào)警信息、正臂上位安全區(qū)域、機(jī)械手位置等信息都正確則發(fā)送原點(diǎn)歸位信號讓各軸實(shí)現(xiàn)歸位并將歸位標(biāo)志位置1，完成原點(diǎn)歸位。3.4 中斷模塊設(shè)計(jì)首先配置STM32的中斷，將STM32中斷優(yōu)先級設(shè)為最高并打開中斷8。此為報(bào)警斷查詢，每次中斷時(shí)間設(shè)置為100ms，中斷查詢函數(shù)如下：void KJ_ALM()/中斷檢測 u8 k=0; IO_date=Read_IO(); if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD,GPIO_Pin_1)=0)ALM=1;k=150;/機(jī)械手急停 else ALM=0;k=0; if(KK1=0)k=4; /

29、電源電壓不足 else if(KK2=1)k=140; /x軸伺服 else if(KK3=1)k=145;/y軸伺服 else if(KK4=1)k=148;/z軸伺服 else if(IO_date&0x8000)>>15)=1)k=149; /注塑機(jī)發(fā)生緊急停止else if(KK5=0)k=156;/正臂引拔軸伺服運(yùn)行到引拔進(jìn)極限。 else if(KK6=0)k=161;/機(jī)械手橫行軸伺服運(yùn)行到橫出極限。 if(k=0) GPIO_0N_OFF(GPIOD,3,0);if（TiaoJ=1） GPIO_0N_OFF(GPIOD,4,0); else GPIO_0N_

30、OFF(GPIOD,3,1);/蜂鳴器開 GPIO_0N_OFF(GPIOD,4,1);/報(bào)警燈開 GPIO_0N_OFF(GPIOF,0,0); /關(guān)閉機(jī)械手使用TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,DISABLE);TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,DISABLE;TIM_Cmd(TIM5,DISABLE);TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update,DISABLE; BAOJING_NUM=k; if(TX_LED=4) UA

31、RTx_TransmitData( Data,8 ); if(TX_LED=8) TX_LED=0; UARTx_TransmitData( Data,8 ); 系統(tǒng)將依次檢測是否發(fā)生急停、電源電壓不足、X/Y/Z伺服軸是否發(fā)生伺服報(bào)警、氣源氣壓過低、注塑機(jī)發(fā)生緊急停止、運(yùn)動到極限位置。如果上述都為發(fā)生，則蜂鳴器和指示燈不亮，否則將根據(jù)等級亮燈或鳴警，并且關(guān)閉機(jī)械手使用信號和關(guān)閉X/Y/Z軸脈沖發(fā)送。并且每0.4s向屏發(fā)送指令以確定控制板和屏是否發(fā)生通訊中斷。 3.4.1 機(jī)械手動作程序控制器接收屏幕發(fā)送的機(jī)械手動作指令，經(jīng)過分析處理向機(jī)械手發(fā)送相應(yīng)的動作指令，分別包括X、Y、Z軸持續(xù)的正轉(zhuǎn)反

32、轉(zhuǎn)和相對的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)固定位移。通過菜單設(shè)置速度百分比和手動百分比來決定最終的手動速度。設(shè)置脈沖的最大周期30000則機(jī)械手的手動速度范圍為： （3） （4）脈沖的周期范圍為由式（3）和式（4）得到：為速度可調(diào)范圍，這基本能滿足所有的伺服驅(qū)動器。 4. 注塑機(jī)控制器系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1 顯示屏選型由于迪文屏的開發(fā)使用簡單方面，設(shè)計(jì)選用DGUS設(shè)計(jì)人機(jī)界面，迪文屏畫面和硬件結(jié)構(gòu)圖如圖17所示。迪文屏的設(shè)計(jì)從客戶出發(fā)，為使用者提供諸多的案例和打包好的GUI供用戶來選擇使用，在通選方面迪文支持RS232、RS485在高端應(yīng)用場合支持網(wǎng)口USB和WiFi等，在具體使用時(shí)，客戶只要將自己設(shè)計(jì)好的的圖

33、片，導(dǎo)入序號，并在圖片上添加控件最終生成可識別文件夾（DWIN_SET）通過存儲卡或串口導(dǎo)入屏內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)控件的操作和串口的控制。圖17 迪文屏硬件結(jié)構(gòu)圖4.2 迪文屏介紹DGUS是迪文K600+所設(shè)計(jì)的圖形編輯系統(tǒng)軟件。在國內(nèi)性價(jià)比是很高的，本設(shè)計(jì)選用型號為DMT80600T080_18WT作為人機(jī)交互開發(fā)屏，該型號是8.0英寸800*600圖像點(diǎn)陣，65K色的迪文觸摸屏9。支持FAT32文件格式的SD卡，自帶蜂鳴器和RTC時(shí)鐘，12V工作電流為400mA,自帶224MB內(nèi)存可存儲最大209幅圖片。它的核心系統(tǒng)為DGUS，利用GUI顯示，減少了開發(fā)的難度和增加了產(chǎn)品的質(zhì)量，下圖為DGUS工作介

34、紹，如圖18所示：圖18 DGUS框圖4.3 迪文DGUS開發(fā)環(huán)境迪文DGUS廠家自帶很多軟件和實(shí)用開發(fā)工具，下圖為DGUS的開發(fā)界面，界面簡潔實(shí)用方面，包括三大部分：觸控配置、變量配置和編輯工具，分別如圖19和20所示：圖19 觸控配置、變量配置和編輯工具圖20 整體界面4.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 開機(jī)設(shè)計(jì)開機(jī)時(shí)首先等待2秒鐘DGUS系統(tǒng)開啟，然后關(guān)閉觸摸屏功能，將系統(tǒng)的0x00000x6000的變量初始化，之后所有界面顯示的數(shù)據(jù)將是系統(tǒng)中真實(shí)的數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)的初始化。 觸控設(shè)計(jì)在DGUS的GUI上位機(jī)軟件中可以實(shí)現(xiàn)的功能很多，關(guān)于變量的方式有：數(shù)據(jù)變量錄入、加減量調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)變量顯示、按鍵返回等，

35、便于圖標(biāo)的有彈出菜單選擇、拖動調(diào)節(jié)、變量圖標(biāo)顯示、動畫圖標(biāo)顯示、圖標(biāo)旋轉(zhuǎn)指示、位圖標(biāo)顯示等，其他的還有文本顯示、表盤時(shí)鐘顯示、實(shí)時(shí)曲線顯示、基本圖形顯示等等，功能強(qiáng)大。 數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要通過變量的改變來改變所有的顯示，這也是DGUS的最大特點(diǎn)，各個圖標(biāo)、變量顯示、動畫顯示、位變量等都是通過對應(yīng)地址的值得改變而改變的。在設(shè)計(jì)中在每一個不同的菜單設(shè)置不同的地址，這樣避免了大量數(shù)據(jù)的重復(fù)，提高數(shù)據(jù)利用效率。 5. 總結(jié)和展望總結(jié)：本設(shè)計(jì)在實(shí)際完成中考慮了很多問題，其中包括控制器的控制精度、人機(jī)交換合理性、系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)、安全性問題和系統(tǒng)穩(wěn)定性等。在整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包括了一下三大部分的設(shè)計(jì)開

36、發(fā)：顯示部分、控制器主板和I/O擴(kuò)展板。設(shè)計(jì)中顯示部件使用迪文的八寸觸摸屏?？刂破鬟x用ST公司的STM32F103ZET6芯片，I/O擴(kuò)展板用于I/O信號的擴(kuò)展輸入和輸出。通過串口的通訊連接，將三部分構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)對控制系統(tǒng)深入研究，設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10；系統(tǒng)各模塊初始化程序設(shè)計(jì)、中斷模塊設(shè)計(jì)、程序試教和報(bào)警信息等；迪文DGUS界面設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)通過實(shí)物驗(yàn)證，對電機(jī)的控制自如，運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定不抖動，對電機(jī)參數(shù)設(shè)置簡單方便，系統(tǒng)人機(jī)界面簡潔操作方便快捷，安全可靠，由此也驗(yàn)證了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。展望：由于時(shí)間和能力的不足在設(shè)計(jì)中能夠發(fā)現(xiàn)還有很多功能未能夠?qū)崿F(xiàn) 主要有

37、網(wǎng)口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制和監(jiān)控、引入視覺避障智能控制技術(shù)、硬件升級能力和控制精度等。參考文獻(xiàn)1 郭洪武.淺析機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢J.中國西部科技,2012,11(10): 1-10.2 萬志強(qiáng).注塑機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌大學(xué)碩士論文,2007: 3-4. 3 吳世名，基于ARM的三軸機(jī)械手控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)D, 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文,2013：6-7. 4 吳世名，基于ARM的三軸機(jī)械手控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)D, 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文,2013：37-38. 5 王宇.多軸機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究與開發(fā).D.浙江工業(yè)大學(xué)，2012: 10-50.6 楊仲望，金天均，呂征宇. 開關(guān)電源中光耦隔離的

38、幾種典型接法對比研究J.機(jī)電工程,2007,24(5): 1-20.7 李鵬飛.基于模塊化的嵌入式軟件設(shè)計(jì)研究D.電子世界, 2013,11: 1-2. 8 愈建新,王健,宋健建.嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程M.機(jī)械工業(yè)出版社, 2008: 132-133.9 胡小穎. 基于DWIN DGUS屏的鉛酸電池智能再生系統(tǒng)HMI設(shè)計(jì)J.2014. 1(7): 2-10.10 王其軍. 六自由度機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃的研究D. 哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008: 8-9.附 錄主控板實(shí)物圖： 電機(jī)驅(qū)動器實(shí)物圖：演示電機(jī)實(shí)物圖：主控板PCB：I/O擴(kuò)展板原理圖： I/O擴(kuò)展板PCB：主函數(shù)：int main(void) u16

39、i=0 ; All_Init(); SPI_Configuration(SPI2); W25X_ReadID(&DeviceID);send_ping_shuju(0X0007,DeviceID) ;for(i=0;i<512;i+)WriteDataBufi = (uint8_t)i; W25X_EraseSector(10); W25X_ReadDatas(0,ReadDataBuf,512); W25X_WritePageDatas(0,WriteDataBuf,256); W25X_ReadDatas(0,ReadDataBuf,512); while(1) if(number1!=number11|number2!=number22|number3!=number33) SendPing_XYZ(); number11=number1; number22=number2; number33=number3; if(BAOJ