全自动莜面机系统设计.doc

1、第 I 页 共 II 页全自动莜面机系统设计摘要本文主要做了一个气压型全自动莜面机系统，为餐饮业的生产提供了方便。此系统中应用了各种气动元件、电机和传感器，采用了 C 语言作为开发工具，以单片机作为整体控制的运作平台。在这个框架下制作了气压型全自动莜面机系统。随着社会的迅猛发展，餐饮业制作效率与人们的生活越拉越近，高效的餐饮业生产速度为人们提高自己的生活效率起到了一定的作用。随着科学技术的不断创新，各种各样新型的食品生产工艺都会慢慢的被研究出来。关键词: 气动元件，C 语言，单片机第 II 页 共 II 页Automatic Face and system design Naked OatsA

2、bstractThis paper mainly made a Naked Oats surface pressure automatic machine system,which provides for the production of food industry more convenient. A variety of pneumatic components and sensors are used in this system, it also use the C language as a development tool,and use the MCU as a platfo

3、rm of the whole coercion. I created this automatic Naked Oats surface pressure machine system beneath the framework. With the rapid development of society, food production efficiency and peoples lives become closer, and efficient production rate restaurant industry played a certain role for people t

4、o improve their own lives. With the innovation of science and technology, a variety of new food production technology will be slowly finding out. Keywords: pneumatic components, C language, SCM第 III 页 共 II 页目录1 引言 11.1 课题目的和意义 11.2 气压传动与液压传动比较 11.3 国内外相关技术发展状况 .31.3.1 气缸与气动设备的发展 .31.3.2 单片机技术的发展 41.

5、3.3 电机技术的发展 41.4 论文各部分主要内容 .52 气缸压面系统设计 52.1 气缸压面系统的组成 52.2 气缸压面系统的工作原理 62.3 气缸压面系统各部分 62.3.1 气缸的比较选择 62.3.2 电磁阀的比较选择 .112.3.3 电磁传感器的比较选择 .122.5 本章小结 .133 电机切面系统设计 .143.1 电机切面系统组成 .14第 IV 页 共 II 页3.2 电机切面系统工作原理 .143.3 电机切面系统各部分 .143.3.1 步进电机的比较选择 .143.3.2 光电传感器的比较选择 .173.3.3 曲柄滑块 .183.4 本章小结 .194 整体

6、设计 .194.1 整体系统流程 194.2 复位系统设计 214.3 气缸压面部分分析与编程 224.4 电机切面部分编程 244.5 整体电路综合与系统编译 275.总结 .295.1 全文小节 29附录 A .30附录 B .31附录 C .34参考文献 .40致 谢 41第 V 页 共 II 页第 1 页 共 41 页1 引言1.1 课题目的和意义近年来，随着科学技术的飞速发展与精神需求的日益丰富，美食作为一种物质文化的要求也日益增高。在现在这个生活频率快、要求效率高的社会中，美食的做法复杂与制作时间过长的问题完全的暴露在人们面前。美食当前想吃却由于时间问题而无法吃成了很多人的心病。莜

7、面栲栳栳是山西著名的美食之一，但由于手工制作技术复杂的问题难以把这份美食普及，导致手工费很贵和无法批量生产，最终使得市场价相对较高。 本课题就是基于莜面栲栳栳的制作复杂而进行的全自动莜面机的研究。目前市场上有一部分出售及制造莜面机的厂商，如河北省任县金盛源机械厂和内蒙古呼和浩特机械加工厂。以上两个厂商所制造的莜面机大多都以手动型为主，附带生产液压型和电动型，但是由于一定的技术问题使得电动型等机型无法达到全自动的生产，造成工作人员在生产时需要经常在旁边守候，导致了大大的浪费了人力，相对降低了效。1.2 气压传动与液压传动比较气压传动的优点如下：1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空

8、气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。2）因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。 3）与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。 4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。 5）成本低，过载能自动保护。气压传动的缺点如下： 1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得第 2 页 共 41 页到较满意的效果。 2）因工作压力低（一般为 0

9、.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于 1040kN。 3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。 4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。液压传动的优点如下:1)从结构上看，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是力压群芳的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。2)从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达 100：l 到 2000：1；动作快速性好，控制、调节比较简单，

10、操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与 CPU(计算机)的连接，便于实现自动化。3)从使用维护上看，元件的自润滑性好，易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化。4）所有采用液压技术的设备安全可靠性好。5）经济：液压技术的可塑性和可变性很强，可以增加柔性生产的柔度，和容易对生产程序进行改变和调整，液压元件相对说来制造成本也不高，适应性比较强。6)液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化已成为世界发展的潮流，便于实现数字化。液压传动的缺点如下：1）由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和

11、爆炸事故。 2）由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。 第 3 页 共 41 页4）由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。 5）液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平 1。综上所述，气压传动与液压传动的主要区别就是在于泄漏、成本、故障诊断和使用环境。气压传动无污染，安装维护简单，成本低，并由于空气损失小，可实现远距离输送；全气压控制具有防火、防爆、耐潮的能力，与液压相比气动可在高温场合使用；因气体有压缩性，汽缸的动作易受载荷影响，气压的低速稳定性不如液压。液压型容易产生泄漏

12、，污染环境，成本高，故障诊断与排除要求技术较高。此次所研究的全自动莜面机应用于餐饮业，使得液压传动有以下问题使得其不能作为此次设计的压力传动系统 ：1）餐饮业食品卫生问题要求较高，但液压传动存在泄漏与污染问题。2）餐饮业对机械技术不是很在行，但液压传动的故障修理要求较高的水平。3）餐饮业的环境各不相同，此机器的使用环境也各不相同，为了覆盖较广，气压传动的高温工作环境相比液压更加适合。4）此次设计为了今后的应用与推广，尽量在最终达到批量生产的效果，因此要控制成本，气压的低成本比液压的高成本更加适合。1.3 国内外相关技术发展状况由于莜面制作的复杂性，国内很多工厂都在设计此类型机器。因为技术的快速

13、发展，曾经出现杆压等莜面机已渐渐淡出市场，取而代之的是以电动与液压为主的莜面机。随着电动与液压的种种缺点的暴露，气动设备的逐渐发展，现在已经把莜面机制作的方法的目光转向气压。1.3.1 气缸与气动设备的发展气压传动技术应用也相当普遍，许多机器设备中装有气压传动系统，在工业各领域，如机械、电子、钢铁、运输车辆及制造、橡胶、纺织、化工、食品、包装、印刷和烟草领域等，气压传动技术已成为基本组成部分。在尖端技术领域如核工业和宇航中，气压传动技术也占据着重要的地位。目前 , 它们分别在实现高压、高速、大功率、第 4 页 共 41 页高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化和执行件柔性化

14、等方面取得了很大的进展。同时 , 由于与微电子技术密切配合 , 能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率并加以准确的控制 , 从而更使得它们在各行各业中发挥出了巨大作用。1.3.2 单片机技术的发展单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了SCM、MCU、SoC 三大阶段。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel公司将其 MCS 51 系列中的 80C51 内核使用权以专利互换或出售形式

15、转让给全世界许多著名 IC 制造厂商，如 Philips、 NEC、Atmel、 AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51 单片机兼容的基础上改善了 80C51 的许多特性。这样，80C51 就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为 80C51 系列。80C51 单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的 MCU 品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51 可能最终形成事实上的标准 MCU 芯片。1.3.3 电机技术的发展1800 年伏特发明电池，是电气出现的开端，从 1820 年一直到整个 19 世纪末叶，发现了电磁现象以及相关的各

16、种法则，诞生了交流电机的原型，并确立了电机的工业运用。从 20 世纪开始一直到 1970 年代，是电动机的成长和成熟期，有刷直流电机、感应电动机、同步电动机和步进电动机等各种电机相继诞生，半导体驱动技术和电子控制概念引入，带来变频驱动的实用化。从 1970 年代到 20 世纪末期，计算技术的飞跃发展为发展高性能驱动带来了机会，电动机本体经历了轻量化、小型化、高效化、高力矩输出、低噪音振动、高可靠、低成本等一系列变革，相应的驱动和控制装置也更加智能化和程序化。进入 21 世纪，在以多媒体和互联网为特征的信息时代，电动机和驱动装置继续发挥支撑作用，向节约资源、环境友好、高效节能运行的方向发展。第

17、5 页 共 41 页PID（比例- 积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有 50 多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。1.4 论文各部分主要内容论文共分 5 章，第 1 章，为引言部分；第 2 章，简述电动舵机系统的组成与建立数学模型；第 3 章，舵机系统硬件电路的设计；第 4 章，控制系统仿真；第 5 章，对所做工作的一个小结。论文各章的主要内容具体如表 1.1 所示。表 1.1 论文各章的主要内容第 1 章 引言部分 课题设计研究的背景和意义及国内外相关技术发展状况第 2 章 气缸压面系统设计气缸压面系统的组成、工作原理、各部分的选择，各部分硬件电路设计及分析第 3 章 电机

18、切面系统设计电机切面系统的组成、工作原理、各部分的选择，各部分硬件电路设计及分析第 4 章 整体设计 结合气缸压面系统与电机切面系统进行分析与编程第 5 章 全文总结 对论文全文所做工作的总结2 气缸压面系统设计2.1 气缸压面系统的组成气缸压面系统又单片机控制、气缸、上下两端两个电磁阀、气缸驱动电路、电磁阀驱动电路、位于气缸上下两端电磁传感器、上下两端电磁传感器驱动电路组成。气缸压面系统的组成如图 2.1 所示。单片机控制气缸驱动电路 电磁阀驱动电路电磁传感器驱动电路气缸 电磁阀电磁传感器感应第 6 页 共 41 页.图 2.1 气缸压面系统的组成2.2 气缸压面系统的工作原理整体气缸压面系

19、统工作原理：首先单片机控制上端电磁阀通电，下端电磁阀不通电，应用两位三通原理使气缸向下压面 。随着气缸的向下压面下端的电磁传感器感应到气缸压面位置，当到达指定位置时，电磁传感器感应到一个磁信号转换为电压信号再经 AD 转换传递给单片机。单片机控制上端电磁阀断电，下端通电，使气缸开始回程。当上端电磁传感器感应到达一个指定位置时，电磁传感器感应到一个磁信号转换为电压信号再经 AD 转换传递给单片机。单片机控制两个电磁阀断电使气缸停止，等待下次放面完成后按下开关。2.3 气缸压面系统各部分2.3.1 气缸的比较选择 气缸工作原理为当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差作用在活塞上所形

20、成的力克服阻力负载推动活塞运动，使活塞杆伸出；当有杆腔进气，无杆腔排气时，使活塞杆缩回。若有杆腔和无杆腔交替进气和排气，活塞实现往复直线运动。 图 2.3.1.1 气缸气 压 传 动 中 将 压 缩 气 体 的 压 力 能 转 换 为 机 械 能 的 气 动 执 行 元 件 。 气 缸 有 作 往 复直 线 运 动 的 和 作 往 复 摆 动 的 两 类 。 作 往 复 直 线 运 动 的 气 缸 又 可 分 为 单 作 用 、 双 作 用 、第 7 页 共 41 页膜 片 式 和 冲 击 气 缸 4 种 。 由 于 系 统 要 求 我 在 这 里 选 择 双 作 用 气 缸 。根据工作所需力

21、的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。下面是气缸理论出力的计算公式：F=/4*10 -1*D2*PF：气缸理论输出力(kgf) F：效率为 85%时的输出力(kgf)-(FF85%） D：气缸缸径(mm) P：工作压力(kgf/cm2) 根据要求气缸缸径选择为 160mm，由于输出的里应不少于 1 吨，要不很难进行压面，查阅图 2.3.1.1。工作压力定在 6 kgf/cm2。F=10-2*/4*

22、160mm*160mm*6 kgf/cm 2=1205.76 kgfF1205.76*85%=1024.896kgf第 8 页 共 41 页图 2.3.1.2 气缸输出力气缸的行程与使用场合和机构的行程比有关(图 2.3.1.2)。由图 2.3.1.2 可看出，不同的安装形式其气缸的行程比不同。图中活塞杆最大计算长度()可由经验数据表2.3.1.1 中查出。在工程设计中由作用力的大小选择出气缸缸径。再根据使用场合的实际行程来验算一下活塞杆的强度是否产生纵向弯曲。根据表 2.3.1.1 可查出推力为 1206kgf，拉力为 1130kgf。根据图 2.3.1.2 结合实际气缸的安装形式定为 4a

23、 类型。第 9 页 共 41 页表 2.3.1.1 理论推力、拉力表单位：kgf1 铰链-铰链 2 铰链-铰链3 固定-铰链 4 固定-固定 2图 2.3.1.3 机构行程比(为活塞杆最大计算长度) 第 10 页 共 41 页为气 缸 的 选 择 尤 为 重 要 ， 由于气动设备的大气压一般都是定在 6bar，所以我们把大气压强定位 0.6mpa。根据工作要求我气缸为单杆双作用型，缸径定为 160mm，根据查表推力为 1206kgf，拉力为 1130kgf,最大行程选用 400mm，选用型号 CS1N160-500。图 2.1.3.4 气缸 CS1N160-400 外形尺寸图气缸驱动电路为在单

24、片机与气缸间加一个光电耦合器进行光电隔离，当单片机传递一个高电平时，光电耦合器导通。接三极管方向光电隔离器输出一个高电平，经三极管导通输出一个低电平。光电耦合器另一端输出一个低电平，由于在这根通路上有个电源使其成为高电平。继电器两端高低电平导通，使气缸开始工作。图 2.1.3.5 气缸驱动电路第 11 页 共 41 页2.3.2 电磁阀的比较选择电 磁 阀 是 用 来 控 制 流 体 方 向 的 自 动 化 基 础 元 件 ， 属 于 执 行 器 ； 通 常 用 于 机 械控 制 和 工 业 阀 门 上 面 ， 对 介 质 方 向 进 行 控 制 ， 从 而 达 到 对 阀 门 开 关 的 控

25、 制 。电磁阀工作原理为电 磁 阀 里 有 密 闭 的 腔 ， 在 不同 位 置 开 有 通 孔 ， 每 个 孔 都 通 向 不 同 的 油 管 ， 腔中 间 是 阀 ， 两 面 是 两 块 电 磁 铁 ， 哪 面 的 磁 铁 线 圈通 电 阀 体 就 会 被 吸 引 到 哪 边 ， 通 过 控 制 阀 体 的 移动 来 档 住 或 漏 出 不 同 的 排 油 的 孔 ， 而 进 油 孔 是 常开 的 ， 液 压 油 就 会 进 入 不 同 的 排 油 管 ， 然 后 通 过油 的 压 力 来 推 动 油 缸 的 活 塞 ， 活 塞 又 带 动 活 塞 杆 ，活 塞 竿 带 动 机 械 装 置

26、 动 。 这 样 通 过 控 制 电 磁 铁 的电 流 就 控 制 了 机 械 运 动 3。图 2.3.2.1 电 磁 阀为了更好地控制气缸的运行，电磁阀的选用要达到一定要求，首先从功能上选择，肯定是要选择两位三通电磁阀控制方式则选择一 进 一 出 ZC2/3 常 闭 式 ： 当电磁阀线圈通电时，接口 2 通向接口 1，接口 3 关闭；当电磁阀线圈断电时，接口 2 关闭，接口 1通向接口 3。从 原 理 上 分 类 ， 比 较 工 作 环 境 先 导 式 电 磁 器 相 对 由 于 其 他 两 种 。经 过 比 较 选 用 QY23XD-2 两 位 三 通 先 导 式 电 磁 阀 ， 此 电

27、磁 阀 换 向 时 间 0.04s因 此 换 向 频 率 较 高 ， 正 负 电 压 都 可 控 制 使 可 靠 性 较 高 ， 工 作 压 力 为 0 0.8Mpa，正 好 适 合 在 气 缸 选 用 的 工 作 压 力 0.6Mpa 范 围 内 ， 经 过 上 述 参 数 选 定 最 终 确 认 定 用QY23XD-2 两 位 三 通 先 导 式 电 磁 阀 。图 2.3.2.2 QY23XD-2 两 位 三 通 先 导 式 电 磁 阀 图 形 符 号电 磁 阀 驱 动 电 路 为 在单片机与电磁阀间加一个光电耦合器进行光电隔离，当单片第 12 页 共 41 页机传递一个高电平时，光电耦合

28、器导通。接接地端光电隔离器输出一个高电平，光电耦合器另一端输出一个低电平，使电磁阀一端为低电平，由于电磁阀另一端接了一个电源使为高电平，电磁阀导通。图 2.3.2.3 电 磁 阀 驱 动 电 路2.3.3 电磁传感器的比较选择电磁接近开关这种开关可以感应到进入自己检验区域的金属物体，控制自己内部电路的开或关。开关自己产生磁场，当有金属物体进入到磁场会引起磁场的变化。这种变化通过开关内部电路可以变成电信号。图 2.3.3.1 电磁传感器霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流 IC 的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端

29、构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在 0.05T 左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。最终选用霍尔磁性接近开关 LJH-1220S，外壳材料为镀镍黄铜，工作电压很广，一般条件下都可以达到。并且可做多点控制，安装方便，节省成本。第 13 页 共 41 页图 2.3.3.2 霍尔接近开关 LJH-1220S 外围尺寸霍尔传感器驱动电路为霍尔传感器感应到有金属或带电半导体通过磁场时，产生一个电压信号为一个高电

30、平传递到光电耦合器使之导通，下端输出一个高电平接地,上端输出一个低电平平，C 端由于电源的原因为高电平，经过电压比较器 LM311 进行 AD转换信号最终都传递到单片机。图 2.3.3 霍尔传感器驱动电路2.5 本章小结本章介绍了气缸压面系统的组成及其工作原理，分析了组成压面系统的各个环节，并且确定了个环节器件的型号，详细的介绍了单片机驱动各环节的方法，为后面的整体设计墓顶了基础。 第 14 页 共 41 页3 电机切面系统设计 3.1 电机切面系统组成 电机切面系统又单片机控制、步进电机、步进电机驱动电路、光电传感器、光电传感器和曲柄滑块组成。图 3.1 电机切面系统组成3.2 电机切面系统

31、工作原理整个系统有单片机控制，首先光电传感器感应是否有物体遮住光源，当光被遮挡时，光电传感器传递一个信号经 AD 转换到单片机。然后单片机传递 1 个或几个脉冲信号到步进电机进行正反转与速度改变，最后电机带动曲柄滑块进行切面。 3.3 电机切面系统各部分3.3.1 步进电机的比较选择步进电机是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目

32、的。单片机控制步进电机驱动电路光电传感器驱动电路步进电机光电传感器第 15 页 共 41 页步进电机要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩 Mjmax 大的电机，负载力矩大。图 3.3.1.1 电机步进电机应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。

33、根据所要求脉冲当量，齿轮减速比 i 计算如下: i=(.S)/(360.) (1-1) 式中 -步进电机的步距角（o/脉冲） S -丝杆螺距（mm） -(mm/脉冲) i=(1.8*12)/(360*0.06)=10 计算电机输出的总力矩 M Ma=（Jm+Jt）.n/T1.02102 式中 Ma -电机启动加速力矩（N.m） Jm、Jt-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2) n-电机所需达到的转速（r/min） T-电机升速时间（s） 由于电机的运行距离很短所以忽略电机升速降速的问题，定为恒速。负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为 fq=

34、fq0(1-(Mf+Mt)/Ml(1+Jt/Jm) 1/2 式中 fq-带载起动频率（Hz） 第 16 页 共 41 页fq0-空载起动频率 fq0=启动转速*单圈步数=6*200=1200HzMl-起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（N.m） 若负载参数无法精确确定,则可按 fq=1/2fq0 进行估算. 运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率 时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。 负载力矩和最大静力矩 Mmax。经过计算最终选用 86mm 系列三相混合式步进电机 SM8669A,SM86 系列电机在内部的定子磁极间崁上

35、了另外的强磁铁,虽然增加了制造步进电机上的困难,但也因此提高了步进电机的扭力及精度 ,所以在相同尺寸的步进电机比一般的步进电机多了将近 1倍的扭力(指实际输出扭力),电机的机械精度误差也由一般的 3%提高至 1.5%,比起一般的步进马达(误差精度 5%以上)更加的精准,也更提高了微步进驱动的性能。该电机保持转矩为 2.6Nm,转子惯量为 1100gcm2，具有高转矩、低振动、发热小、可靠性高等优点。图 3.3.1.2 SM8669A 尺寸图及接线第 17 页 共 41 页3.3.2 光电传感器的比较选择光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部

36、分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。根据实际设计的要求在众多传感器中我选用红外光电传感器，但是红外光电传感器也分为 4 种分别是槽型光电传感器、对射型光电传感器、反光板型光电开关、扩散反射型光电开关，由于槽型光电传感器开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米，因此第一个被排除。由于该机器一般使用环境高低

37、不一，因此反光板型光电开关与对射型型光电开关也被 图 3.3.2.1 光电传感器排除在外。所以最后决定使用对射型扩散反射光电传感器。敏度可调的增强型漫反射式光电开关是最经济的光电开关。光亮表面比阴暗表面反射更多的光线，所以拥有更长的检测距离。要在检测阴暗表面时获得同样的效果，必须提高开关的灵敏度。由于增强型光电开关的反射系数很高、背景的亮度超过物体，所以在检测光亮背景前具阴暗表面的物体时，会造成检测错误。然而，检测阴暗背景前的光亮物体是这种光电开关的理想应用场合。由于光电开关在气缸下侧且气缸缸径为 160mm，为了光电开关的感光距离适当最终选用 MTH1-P222。光电传感器驱动电路为光敏电阻

38、右端为高电平、左端为低电平，当有光照射到光敏电阻时导通产生一个低电平，传递给 LM311 进行信号转换，最终经过个非门把信号转换为高电平传递给单片机。第 18 页 共 41 页图 3.3.2.2 红外光电传感器驱动电路3.3.3 曲柄滑块为了实现水平切面，我在这里应用到了曲柄滑块。步进电机轴上接一个直径为 30mm 的 A 齿轮，直径 60mm 的 B 齿轮与直径 144mm 的C 圆盘公轴，曲柄长 240mm。通过步进电机带动齿轮转动，在 A 齿轮与 C 齿轮间用一个B 齿轮进行减速，降低电机消耗。电机正反转带动曲柄滑块结构进行切面。当滑块处于图中最右端时为切面到达的最大距离，反之最远端为切

39、面时的起始位置。第 19 页 共 41 页图 3.3.3 曲柄滑轮机构3.4 本章小结本章介绍了电机切面系统的组成及其工作原理，分析了组成切面系统的各个环节，并且确定了个环节器件的型号，详细的介绍了单片机驱动各环节的方法，为后面的整体设计墓顶了基础。4 整体设计 4.1 整体系统流程 本课题是用单片机 AT89S52 为主体控制外部设备而实现的全自动莜面机系统设计。1.通电整个系统复位。2.按下开关，上端电磁阀通电，下端电磁阀断电，是气缸开始压面。 3.红外光电传感器在出面口下端感应。当光第一次被遮挡时，红外传感器经过电压比较器转换信号传递给单片机。单片机控制步进电机正转带动曲柄滑块切面。当光

40、第二次被遮挡时，红外传感器转换信号传递给单片机，单片机控制步进电机反转带动曲柄滑块切面。4.整个过程中当位于气缸下端的电磁传感器感应到活塞经过时，经电压比较器转第 20 页 共 41 页换信号传递给单片机，单片机控制上端电磁阀断电，下端电磁阀通电，使气缸回到上端。返回过程中上端电磁传感器感应到气缸经过时，上下两个电磁阀同时断电。使气缸停止运作，等待按下开关开始。 图 4.1 整体系统流程图4.2 复位系统设计 MAX1232 是一个复位芯片，不需要任何程序。根据该芯片特点，当电压上升时该系统通电上端电磁传感器感应红外光电传感器感应系统复位按下开关气缸回程电机正转切面电机反转切面上端电磁阀断电下

41、端电磁阀通电下端电磁传感器感应上端电磁阀通电下端电磁阀断电气缸压面红外光电传感器感应上端电磁阀断电下端电磁阀断电气缸停止系统断电第 21 页 共 41 页复位芯片触发，当电压下降时该复位芯片同样触发。使得实现系统开始时的复位工作与系统紧急断电时的复位工作。图 4.2 复位系统电路由于使用的单片机芯片为 AT89S52 自带看门狗，因此只用在程序中调用看门狗程序就可以达到陷入死循环后的系统复位。AT89S52 看门狗调用程序如下:sfr WDTRST = 0xA6;Main()WDTRST=0x1E;WDTRST=0xE1;/初始化看门狗。While (1)WDTRST=0x1E;WDTRST=

42、0xE1;/喂狗指令4.3 气缸压面部分分析与编程 由于气缸的运作完全是由上下两个电磁阀来控制，运行的方式是经过上下两端霍第 22 页 共 41 页尔传感器感应信号后再改变。气缸、霍尔传感器的型号都对程序的编写没有太多的影响，唯一要注意的就是两个电磁阀的两位三通特性。图 4.3 气缸压面系统程序流程图气缸压面编程如下：sbit DIANCIFA1 = P24; /上端电磁阀控制输出sbit DIANCIFA2 = P25; /下端电磁阀控制输出sbit DIANCIU = P21; /气缸上端霍尔传感器输入sbit DIANCID = P22; /气缸下端霍尔传感器输入sbit QIGANGR

43、 = P23; /气压void yeyar() /气压运作while(1)气缸压面判断 DIANCID0气缸回程1判断 DIANCIU01气缸停止第 23 页 共 41 页DIANCIFA1 = 1;DIANCIFA2 = 0;QIGANGR = 1;if （DIANCID = 1） /如果气压到底部则弹回DIANCIFA1 = 0;DIANCIFA2 = 1;QIGANGR = 1;void yeyas() /气压弹回停止while(!DIANCIU) /气压没有到顶部则弹回DIANCIFA1 = 0;DIANCIFA2 = 1;QIGANGR = 1;DIANCIFA1 = 0; /气压到

44、顶部则停止DIANCIFA2 = 0;QIGANGR = 0;第 24 页 共 41 页4.4 电机切面部分编程 由于电机为步进电机，是以脉冲信号来控制正转、反转、速度与转角。在此本课题选用的三相六拍式的步进电机，三相六拍的通电顺序为:正转:A ABBBCCCA，转换为信号为 01H、03H、02H、06H、04H、05H;反转:A ACCCBBBA，转换为信号为 01H、05H、04H、06H、02H、03H。改变通电顺序可以改变步进电机的转向。 根据曲柄滑块系统参数，滑块最远距离与最近距离以圆盘圆心为圆心夹角为： 180-30=150电机齿轮与减速齿轮直径为 1/2，因此步进电机转旋转 3

45、60时，圆盘旋转 180由于进行切面的过程需圆盘转动 150，那么步进电机每次切面就需要旋转 300步进电机选型步进角为 1.8，所以脉冲信号次数为 300/1.8=166.6667167图 4.4 电机切面系统程序流程图电机切面系统编程如下：sbit GUANGDIAN = P20; /光电传感器输入sfr P3 = 0x80;sbit I = P26;气缸压面判断 GUANGDIAN0电机反转判断 I电机正转101I+1I-1第 25 页 共 41 页void init() /初始化I = 0;void motor() /电机控制int I,j,count,delay;count =167;lay = 2000;if(GUANGDIAN = 1)if(I = 0)for (j=0;jcount;j+)/循环 167 次P3=01H;for(i=0;idelay;i+);P3=03H;for(i=0;idelay;i+);P3=02H;for(i=0;idelay;i+);P3=06H;for(i=0;idelay;i+);P3=04Hfor(i=0;idelay;i+);P3=05Hfor(i=0;idelay;i+);I + 1;