基于DSP的飞剪控制系统设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 基于 DSP 的飞剪控制系统设计系 （院） 电气工程系专 业 电气工程与自动化班 级 2010 级 3 班学生姓名 张波学 号 1014090322指导教师 何芳职 称 助 教二一四年六月二十日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） ，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 年 月 日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文） ；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 年 月 日滨州学院本科毕业设计（论文）基于 DSP 的飞剪控制系统设计摘 要横向剪切运行中的轧件的剪切机叫做飞剪，它是一种能快速切断铁板、钢管、纸卷的加工设备，飞剪常用于轧钢，造纸等生产线上。广泛采用飞剪有利于使轧钢生产迅速向高速化、连续化方向发展。因此，它是轧钢生产发展的重要环节之一，定尺飞剪应该保证良好的剪切质量定尺精确、切面整齐和较宽的定尺调节范围，同时还要有一定的剪切速度。此飞剪控制系统采用 TMS320F2812 作为主控单元，提出了一种基于 DSP 的飞剪控制系统设计方案。文中首先对飞剪工作原理作了详细的介绍。其次，分别论述了飞剪控制系统的硬件设计和软件设计。硬件部分设计主要包括 DSP 系统设计、电机驱动电路设计、显示模块设计以及飞剪模型设计等，软件部分主要采用 C 语言编写，实现TMS320F2812 对飞剪模型的状态控制。经调试，系统方案设计合理，并在论文结尾提出了需要完善之处。关键词：飞剪控制系统，系统设计方案，剪切质量滨州学院本科毕业设计（论文）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滨州学院本科毕业设计（论文）目 录第一章 绪论 .11.1 研究背景 .11.1.1 飞剪机的应用与发展 .11.1.2 DSP 应用于控制领域的发展与优势 .11.2 设计的目的和意义 .11.3 设计的主要工作 .2第二章 系统总体方案设计 .3第三章 系统硬件设计 .53.1 硬件选型 .53.1.1 LCD 显示屏选型 .53.1.2 主控单元选型 .53.1.3 稳压电源芯片选型 .63.1.4 电机驱动芯片选型 .63.1.5 电压比较器芯片选型 .73.2 DSP 主控单元设计 .83.2.1 TMS320F2812 简介 .83.2.2 TMS320F2812 系统设计 .83.3 电机驱动电路设计 .123.3.1 28BYJ-48 步进电机 .123.3.2 ULN2803 驱动芯片及驱动电路 .133.4 传感器与电压比较电路设计 .133.4.1 传感器电路设计 .133.4.2 电压比较电路设计 .143.5 LCD 显示及按键电路设计 .163.5.1 LCD 显示模块电路设计 .16滨州学院本科毕业设计（论文）I3.5.2 按键电路设计 .17第四章 系统软件设计 .184.1 DSP 开发平台简介 .194.2 人机交互程序设计 .194.2.1 显示单元程序设计 .194.2.2 按键输入程序设计 .224.3 电机控制程序设计 .244.4 速度采集与飞剪切割长度控制程序设计 .284.4.1 速度采集程序设计 .284.4.2 飞剪切割长度控制程序设计 .29第五章 总结 .32谢 辞 .33参考文献 .34附 录 .35滨州学院本科毕业设计（论文）0第一章 绪论1.1 研究背景1.1.1 飞剪机的应用与发展横向剪切运行中的轧件的剪切机叫做飞剪，是一种能快速切断铁板、钢管、纸卷的加工设备，是冶金轧钢行业、高速线材及螺纹钢定尺剪断机，是现代轧制棒材剪断中的产品。飞剪机在我国生产领域的应用已经有几十年的历史，它是工业中不可缺少的重要设备，也是我国长期以来一直引进的重要的冶金设备。飞剪机的剪切精度是使用的关键，而影响剪切精度的重要因素除机械制造精度外，更重要的是控制精度一定要高，这样才能保证产品质量，而随着控制技术和电机技术的发展,对于飞剪机自动化运动控制的研究也在不断发展中。1.1.2 DSP 应用于控制领域的发展与优势随着以 DSP 为代表的高速高性能专用微处理器的出现和普及，以 DSP 为核心的微控制器已成为发展主流，它强大的信息处理能力和运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、运动控制方便、通用性好的特点。本课题所采用的以 DSP 为核心的控制技术，充分发挥了 DSP 相对于传统单片机处理能力强、实时性好、片内外设及 I/O 端口丰富、开发环境友好等特点 1。这些特点的采用正适应了运动控制技术数字化，开放化的发展趋势。此外，简易运动控制系统的搭建为运动控制技术方面的算法验证和演示提供了平台。1.2 设计的目的和意义本文对飞剪控制系统硬件和软件的设计进行说明。以 TMS320F2812 作为控制核心，非常适用于高速、精确的控制系统。系统进行飞剪剪切速度、剪切尺度数据的实时监测与控制，监测数据精度高，控制准确，系统操作简单，可更好的适应于各种不同的生产环境。DSP 微控制器处理速度高，处理数据量大，运行稳定可靠，更适用于控制精度要求高，数据处理量大的生产需求，有着广泛的应用前景。滨州学院本科毕业设计（论文）1通过本次的毕业设计，可以能将大学四年学的知识串联起来，也算是对这四年自己学习状况的一次考核。我不仅复习了以前学过的专业知识，还扩大了知识面，提高了自己的认识水平。最重要的是，这让我全面的了解了一个课题的研究过程。在拿到一个题目后，知道从何处入手，知道研究一个课题要分成多个模块个个突破，化整为零，这样才能对一个课题有所感觉。1.3 设计的主要工作本系统的构建需要能完成一些基本的飞剪系统控制的要求，根据系统需求，首先构建一个飞剪模型以及一个 DSP 的最小系统，由 DSP 系统通过外部的相关接口电路控制飞剪模型的正常运作，然后通过显示模块显示出飞剪系统的运行状态同时通过按键可设定飞剪的工作参数。在此过程中，需要解决飞剪运动模型设计、DSP外围接口电路设计、飞剪系统运行数据采集、DSP 对飞剪运行状态的控制等问题，最重要的就是如何将飞剪系统控制的更为精确。滨州学院本科毕业设计（论文）2第二章 系统总体方案设计对于系统的硬件设计，需要明确设计要求，根据要求进行硬件电路设计和芯片的选择，完成相应的功能，实现电机、舵机的驱动、显示和键盘输入以及数据采集等功能。系统软件设计要在硬件的基础上通过软件编程实现对各个模块的控制，通过软硬件的结合促使整个系统有规律的正常运行。本系统硬件分为以下几个部分：电源部分，DSP 系统部分，电机驱动部分，按键与显示部分等。系统的总体设计思路是 DSP 控制单元通过按键与显示部分获得用户输入的飞剪模型的工作参数并实时显示，然后 DSP 通过这些参数控制飞剪模型的送料速度以及切割时间并采集飞剪模型通过传感器回传的相关数据,实现更精确的闭环控制。系统的整体设计框图如图 2-1 所示。按键与显示单元D S P 控制单元传感器驱动电路飞剪模型电源图 2-1 系统总体设计框图为使硬件设计尽可能合理，系统的电路设计遵循了以下几个方面：（1）在对硬件系统总体结构考虑时，考