母线槽贴标机运动控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 目 录 前言 . 1 第一章 概述 .母线槽概述 .自动检测系统的组成及控制流程 .二章 贴标机运动控 制电路设计 . 5 贴标机的运动 .贴标机运动控制方案设计 . 总体方案设计 . 贴标机控制系统设计 .择及外围电路设计 . 单片机 8031 简介 . 单片机 8031 的时钟及复位电路 .存储器扩展电路设计 . 程序存储器的扩展 . 数据存储器的扩展 .显示电路设计 . 示器简介 . 示电路 .键盘扩展电路设计 . 编辑键盘接口芯片选择 . 编辑键盘电路 . 手动键盘电路 . 编辑键盘程序扫描流程图 .输入 /输出信号接口扩展电路设计 . 步进电机控制信号接口电路 . 开关量输入 /输出信号接口电路 .地址 译码电路设计 . 译码电路 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 译码地址 . 21 第三章 步进电机驱动电路 .相序分配电路设计 . 相序分配电路 . 相序分配软件 .功率放大电路设计 .四章 总结 . 28 致谢 .考文献 .录 附录一 贴标机控制系统原理图 附录二 贴标机控制系统印制电路板（ 附录三 步进电机功率驱动原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 前 言 人类已经进入电气化时代，人们借助电气技术实现了自 动控制机械、自动生产线甚至自动工厂，并大大地发展了自动控制理论。在单片机出现后，计算机成为广大工程技术人员现代化技术革新、技术革命的武器。目前，计算机在工业控制领域中得到最广泛的应用，各种机电设备都竞相引入单片机构成各种控制器、控制系统以及相应得多机系统和网络系统。 而本课题母线槽贴标机控制系统，就是通过外扩键盘、显示和输入 /输出接口等单元，满足母线槽自动贴标功能的单片机系统。 作为一名将成为电子、电气工程技术人员的自动化专业毕业生，了解和掌握 单片机及其控制系统是 非常必要的 。 目前国内 母线槽技术参数的测定 还是由 人工完成，其自动检测技术在国内还是个空白。 随着社会的发展， 人工检测技术远远不能满足社会对生产率的要求，采用 自动检测技术并配备自动化检测装置将大大提高企业 生产 的效 率，减少人员的投入，将会给企业带 来广阔的 市场前景和显著的社会效益。 本课题是母线槽贴标机运动控制系统设计， 课题来源是 系工程实验室项目 。 母线槽贴标机运动控制系统是 母线槽技术参数自动检测系统的一个重要组成部分， 另一重要组成部分是 母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统 ，由 朱静同学负责该 控制系统 控制电路部分 的设计，潘彩霞同学负责自动检测线气压传动部分 的 设计 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 第 一 章 概 述 线槽简介 母线槽是一种新型的配电设备，是替代传统的电缆和电缆桥架输配电系统的更新 换代产品 ,尤其在大电流输送电方面母线槽居于主导地位， 其输 电能力在 200A 5000A, 母线槽 由 许多个直线单元和若干个弯曲单元连接组成。 与传统的电缆配电方式比较， 母线槽 具有体积小、输送电流大、安全可靠、拆装方便、基建与配电施工互不相扰，一次投资可反复使用等优点，是一种理想的配电产品。母线槽的安装可直接从变压器接到低压配电柜，也可以从低压柜直接接到配电系统作为配电干线线路。 母线槽主要有 三相三线制、三相四线制和三相五线制，其中又有单通道和双通道之分， 截面 如图 1示 。按制造工艺和用途，又可以分为：密集型母线槽、空气型母线槽、高性能型母线 槽、耐火型母线槽、防水型母线槽、绝缘型母线槽等。适用于高层建筑、多层工业工房、 机床密集的车间 、产品工艺多变的车间、老车间和 厂房的改造， 以及各种实验室、展览馆、体育馆、宾馆等场所作电力馈电和 配电使用。 母线槽结构 （ 图 1 由 绝缘垫块（酚醛塑料） 、 固定螺栓 、 导电排 、 绝缘层（聚四氟乙烯） 、 侧板 、 盖板 和 外壳螺栓 等部件组成 。 母线槽应用范围广 ，可以应用于多个行业的许多场合 ； 防护等级高，可广泛应用于室内、户外、地下、水中和含有腐蚀性气体等特殊环境中。 母线槽的相关技术参数执行 相关规定。其主要参数有： 额定电流及电压，介电性能，绝缘电阻，结构强度和防护等级等，产品型号标识如图 1示。母线槽的参数性能要求达到： 1）母线槽保证在额定工作电流及 110%的额定电压下长期正常工作。 2）母线槽单元应承受交流 2500V（有效值）的工频耐压，历时 1击穿或闪络现象。 3）母线槽单元相与相之间及外壳之间的绝缘电阻均不低于 20M 欧姆。 4）母线槽 2m 长度中间能承受 2m 母线槽本身重量加 90静负荷，不影响其性能，母线槽连接处能承受 线槽重量加 90静负荷，不影响其性能。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 5）防护等级为 1 2 3 4 5 6 7 a) b) c） d） 图 1母线槽截面图 a）三线制截面 b）四线制截面 c）双通道四线制 d）五线制截面 1 绝缘垫块 2 固定螺栓 3 导电排 4 绝缘层 5 侧板 6 盖板 7 外壳螺栓 图 1母线槽产品型号 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 动检测系统的组成及控制流程 母线槽自动检测系统主要由一个上位机（ 运动控制系统（或称 下位机 ） 、母线槽参数检测系统、贴标机、气压系统、辅助动作执行结构、包装机构、定位机构、步进驱动系统等组成，并配备了相关的传输机构、打印机等，如图 1示。 图 自动检测系统的组成及控制流程框图 上位机（ 要负责母线槽自动检测系统的总体控制， 控制下位机、接收检测系统检测数据、打印检测结果及控制贴标机贴标。 下位机由 8031 单片机构成，主要控制 气缸传动系统和步进驱动系统 ，相应执行机构单元根据控制系统发出的控制信号动作。贴标机系统 由 8031 及外围电路组成，接收上位机控制信号， 控制 贴标机械手 ， 抓取打印机打印的标签 并 粘贴到母线槽 外壳上。定 位机构是由 气缸驱动 的 。 上位机 打印机 下位机 检测系统 气 压 传 动系统 功率放大系统 步进驱动系统 测试台 母线槽 执行机构（气缸） 贴标机 母线槽 包装机构 定位机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 第 二 章 贴标机运动控制电路设计 标机的运动 贴标机 是一个三坐标 机构，由 X 轴（横向运动）、 Y 轴（垂直 运动）、 Z 轴（纵向 运动）组成，三个轴分别由三个步进电机驱动，通过机械传动装置，控制母 线槽贴标机贴标机械手的运动， 实现粘贴标签的具体动作，贴标机运动机构如图 2示。 其中贴标机械 手由一个两位三通电磁阀（图中未画出）控制的薄膜气缸、抽风扇和压标头等机械部件组成。通过抽 风扇 抽风 ， 形成负压吸附标签 。 贴标机械手在三坐标方向移至母线槽外壳表面，薄膜气缸上腔进气，压标头伸出将标签压贴在母 线槽外壳表面上。 图 2贴标机运动机构示意图 1 X 向步进电机 2 Y 向步进电机 3 薄膜气缸 4 吸标风扇 5 贴标机械手 6 压标头 7 Z 向步进电机 Y 2 1 X Z 6 3 4 5 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 标机运动控制方案设计 体方案设计 如图 2示，选用 8031 单片机作为 展控制系统，输出 分别控制 X 轴、 Y 轴和 Z 轴 方向 步进 电机 脉冲信号，经光电耦合器输出 ，由 89 相序 分配，利用恒流斩波电路对环型分配后信号进行放大，形成控制步进电机的四相驱动信号，最终实现对各轴步进电机的控制。 图 2总体控制方案框图 标机控制系统设计 如图 2示， 贴标机控制系统 采用 8031 单片机作为 8031 单片机是控制系统的核心，控制贴标机的运动。 手动按钮接 8031 的 ，对贴标机运动进行手动控制，手动操作 X 轴、 Y 轴和 Z 轴的移动。 用 2764 芯片 外扩 8 存储 贴标机运动的控制程序。 用 6264 芯片外扩 8据存储器（ ， 存储 贴标机运动的 相关数据 。四位 示，一位用“米”字型 16 段管，用来显示字母 X、 Y 和 Z，其它三位用 7 段管，分别显示百、十、个位数值。 示键盘输入的字母和数值，并在贴标头移动过程中显示贴标头的坐标值。 示的 段选信号经 74存器输出，位选信号用 8031 的 高位地址经 74码输出。键盘用 8255A 的 扩展，行线接 高四位，列线接 低四位，实现 4 4 小键盘 ，分别 设置 0贴标机控制系统 光耦 光耦 光耦 贴标头开关量输出接口 X 轴相序分配 X 轴驱动器 X 轴步进电机 Y 轴相序分配 Y 轴驱动器 Y 轴步进电机 Z 轴相序分配 Z 轴驱动器 Z 轴步进电机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 9 数字键， X、 Y 和 Z 三个字母键等键盘按钮 。 输入 /输出（ I/O）接口也由 8255制贴标机的操作方式（手动、自动和键盘扫描）和三轴的正负行程限位等信号。 步进电机的脉冲信号经 74存输出 ，经光耦电路隔离，接贴标机各轴步进电机的脉冲分配器 。 图 2控制系统组成框图 择及其外围电路设计 列中，各种廉价的普及型 8031 单片机为我国单片机技术的普及、推广做出了巨大贡献。 8031 内 部没有 需外扩一程序存储器 。根据母线槽控制系统的要求，要求具有 8序存储器， 8051 内部只有 4序存储器，存储空间仍需外扩，所以选用 8031 单片机。 8031 具有价格低、功能强、使用灵活、开发方便等特点，适合贴标机控制系统的控制。 片机 8031 简介 制造工艺为 片机都采用 40 只引脚的双列直插封装（ 式， 8031 引脚 如图 2示。 I/O 口线： 四个 8位口；控制口线： 外取指控制）、 址锁存控制）、 片外存储器选择）、 位控制）；电源及时钟： +5V 电源）、 地）； 外部晶体振荡器。 8031 单片机 255A 74耦电路 键盘 I/O 接口 手动按钮 4 位 示 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 当 8031 单片机外扩程序存储器、数据存储器或输入输出端口时，外部芯片需要 8031 为其提供地址总线、数据总线和控制总线， 如图 2示。 地址总线（ 度为 16 位，可访问 64外部程序存储器和 64外部数据存储器。低 8 位地址总线（ 经地址锁存 器提供，高 8 位地址总线（ 接由 提供 。数据总线宽度为 8 位 ,由 提供。控制总线（ 的第二功能状态和 4 根独立的控制线 成。 图 28031 引脚图 28031 片外总线结构 片机 8031 的时钟及复位电路 1. 时钟电路 单片机 8031 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。母线槽贴标机控制系统用内部时钟方式，在 脚上外接晶体以及电容 成并联谐振电路，使内部振荡器产生自激振荡，如图2示。 2. 复位 电路 贴标机系统采用按钮复位。 在 8031 复位端 接如图 2示电路，当上电或 按动按钮 位端 出现高电平， 保持 10上 便能可靠地实现复位， 200 欧姆， 1k 欧姆 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 图 2时钟及复位电路 储器扩展电路设计 序存储器的扩展 1. 程序存储器芯片选择 可擦除、可编程只读存储器， 母线槽贴标机控制系统中，只需扩展 8 间的程序存储器，用一片 2764（ 8K 8）芯 片就可满足要求。 图 2示 为 2764 芯片引 脚。图中， 地址线， 数 据输出线， 片选端， 输出允许端， 编程脉冲端， 未连接端， 编 程电压端， +5V， 地。 图 2764 引脚图 2. 程序存储器扩展电路 程序存储器扩展时，一般扩展容量大于 256 字节，因此， 内地址线除了由 经锁存器提供 8 位地址线外，还需由 提供 若干地址线。需地址线数决定于 容量，当 2地址线为 11 根，4地址线为 12 根， 8地址线为 13 根，以此类推。所需的高位地址线12345678 B :9y:11+5买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 由 提供。 如图 2示，贴标机系统外扩 8序存储器， 8031 的 经 74764 的 8 根地址线 8031 的 2764 的另 5 根地址线 8031 单片机 接 2764 的 数据线 许地址锁存）接锁存器 （ 11 脚）， 由于是分时使用，先输出外部存储器的低 8 位地址，故应在外部加锁存器将地址数据锁存，地址锁存信号用 后，才作为数据口使用。 根据 程序存储器电路的连线，确定 2764 的寻址范围，如表 2示。 表 2程序存储器地址表 地址线 地址 0 0 0 0 0 0 0000H 0 0 0 0 0 0 1 0001H 0 0 0 0 0 1 0 0002H 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 数据存储器的扩展 1. 数据存储器芯片选择 8031 单片机内部有 128 个字节的 母线槽贴标机控制系统中，仅靠片内 不够的，必须外扩外部数据存储器。常用的数据存储器有静态动态 类。 般用于存储容量较大的系统中，而且 要刷新逻辑电路以保持数据信息的不丢失，电路设计较复杂。虽然 片具有容量大、功率低、价格便宜等优点，但它极易受干扰，对外界环境、工艺结构、控制逻辑和电源质量等的要求都很高。因此，母线槽贴标机控制系统选用 与 比， 须考虑保持数据而设置的刷新电路，故扩展电路较简单。在 8031 单片机应用系统中，最常用的静态数据存储器 片有 6116（ 2K 8）和 6264（ 8K 8）两种。标机控制系统要求外扩 不大于 8 6264 芯片能满足要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 6264 是 8K 8 位静态随机存储 器 芯片，采用 艺制作， 28 线双直插式封装，其引脚如图 2示。 片内 13 位地址线； 8 位数据线； 片选端； 读、写信号线。 2. 数据存储器扩展 电路 图 2264 引脚图 如图 2示 ， 6264 芯片低 8 位地址线 8031 单片机 经地址锁存器 74存输出相连接；高 5 位地址线 8031 接相连；数据线 接与 8031相连；片选 8031高位地址 74址译码，并与 信号相“或”后控制；片选 持高电平。 6264 芯片的 脚接掉电保护电路。掉电保护电路带有后备电池，在系统掉电瞬间，自动保护 有用的信息和系统的运行状态。当电源恢复时，能自动恢复掉电前的工作状态。 根据数据存储器的扩展电路，确定 6264 芯片的寻址范围，如表 2示。 表 2数据存储器地址表 地址线 地址 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 示电路设计 单片机的显示器主要有 光二极管显示器）和 晶显示器）两种。其中 结构和电路设计更为简单，价格也更低廉，所以贴标机系统选用 示。 示器有静态显示和动态显示两种方式。 所谓静态显示就是需要显示的字符在各字段连续 通电，所显示的字段连续发光。所谓动态显示，就是用扫 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 图 2存储器扩展电路图 1234A B C :y:764031114买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 描的方法 一位一位轮流点亮显示器的各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次，利用人眼视觉的暂留效 应，使得看上去好像几位显示器同时在显示，因此动态显示必须设计动态扫描电路，以保证显示的连续性。 虽然静态显示占用 硬件 资源较多，但因为贴标机系统 只用 4 位 示，位数较少， 增加 硬件不多 ， 同时 考虑到动态显示 占用 间较多 ，所以贴标机系统选用静态显示。 示器简介 示器由发光二极管构成的字段组成的，有 7 段（不含小数点段）和16 段（“米”字）管两类，如图 2示，这种显示器又有共阴极和共阳极之分。当一个或几个发光二极管的阳极为高电平时，相应的段被点亮即显示。 如果加到各段阳极上的代码不同，则 控制显示不同的字符或数字。这个代 码称为段选码，也叫字形码。表 2出了 7 段 示数字 0 9 的对 应段选码。 7 段 示器一般都有 示段，用于显示小数点，实际上 为 8 段，所以它的段选 码为一个字节。 段选码的编码顺序从最高位到最低位 图 2示器 分别对应 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 段。 a)七段显示器 b)十六段显示器 示电路 根据对贴标头运动范围的估计，三个轴各自的行程不超过一米，所以用三位 示数值，最大显示值为 999可满足显示要求。“米”字型 、 Y、 Z 三轴坐标字母。 贴标机系统的 示，段选信号 由 8031 单片机 输出， 经 74存器接各位 选信号端； 位选信号用 8031的 高位（ 74码器 地址译码 ， 形成 5 个不同的入口地址， 接各位 74片选端，控制各位 通显示， 接口电路如图 2示，图中 于显示字母 X、 Y、 Z， 于显示百位数值，于显示十位数值， 于显示个位数值。 a) b) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 表 2七段 示器段选码 显示字符 共阴极型 共阳极型 显示字符 共阴极型 共阳极型 0 3 5 6 92H 1 06H 6 7 82H 2 5 7 07H 4 8 7 80H 4 66H 99H 9 6 90H 盘扩展电路设计 贴标机系统用到两个键盘， 如图 2示。 一个为编辑键盘，用 8255盘由数字键 0 9，字母键 X、 Y、 Z 等组成 。当贴标机 位于编辑状态时， 通过该键盘输入 X 轴、 Y 轴和 Z 轴 坐标 的位移量 。另一个为手动键盘，用8031 单片机 控制。贴标机在手动方式时，按下手动键盘，可以实现贴标机 X 轴、 Y 轴和 Z 轴正、负方向 的手动操作。 辑键盘接口芯片选择 8255A 作为单片机应用系统常用的可编程 I/O 接口得到广泛的应用，对于单片机系统来说，若系统已用到 8255A，在 8255A 资源足够时，作为键盘的接口无需再专门增加芯片，所以用 8255A 扩展编辑键盘，不仅使系统资源得到充分利用，而其使电路设计更为简单 。 8255A 是 司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有 3 个 8 位的并行 I/有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强， 可作单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。 8255A 的引脚介绍如图2示， 0 为三态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数 据信息； 片选信号端，低电平有效， 表示芯片被选中； 读出信号端，低电 平有效 ， 控制数据的读出； 写入信号 端，低电平有效，控制数据的写入； +5V 电源； A 口输入 /输出线； B 口输入 /输出线； C 口输入 /输出线； 复位信号； 引脚 图 28255A 引脚图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 地址线，用来选择 8255A 内部端口。 图 2口电路 1234A B C G :y:0 11 12 13 14 15 16g1 g2 h i j k l 0V s s 201V 1V 1V 1V 1V +5+5+51 233333R?纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 图 2 键盘电路 编辑 键盘 电路 如图 2示，编辑键盘电路采用矩阵式结构，按键触点接于行、列母线构成的矩阵电路的交叉处，每当一个键按下时通过该键将相应的行、列母线连通。 低 4 位经反相器输出 为 列线 ， 高 4 位通过电阻接 +5V 电源 为行线 ，行、列母线相交处用按键连接。 通过键盘扫描方式，扫描 状态，读 状态，在行、列线相交处，确定按键的键值。 12345678A B C :y:6116 0V s s 20+A R P O +5+5+5+5纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 图 2编辑键盘电路 手动键盘电路 手动键盘电路如图 2示，采用独立式结构，每个键都有一根信号线与 8031单片机 连接，所有按键有一个公共地端，并通过电阻接 +5V 电源，每个键相互独立互不影响。 图 2手动键盘电路 编辑键盘流程图 根据编辑键盘电路接口 和工作原理，设计编辑键盘扫描程序流程图，如图2示。 入 /输出信号接口扩展电路设计 进电机控制信号接口电路 1 2 3 4i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z a t e : 2 - J 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : D : P r og r a m F i l e s D e s i E x p l o r e r 9 9 S E E xa m p l e s M y D e s i d d bD r a w n B y: 2C R Y S T A / V 039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732T X . 728P 2. 627P 2. 526P 2. 425P 2. 324P 2. 223P 2. 122P 2. 021A L E S E . 78P 1. 67P 1. 56P 1. 45P 1. 34P 1. 12P 1. 23P 1. 013 1 2 C 1 3 1 1+5or tP or 3 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9 S P A C K 4+51 2 3 4 5 6 7 8i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z a t e : 2 - J 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : D : P r og r a m F i l e s D e s i E x p l o r e r 9 9 S E E xa m p l e s M y D e s i d d bD r a w n B y: 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710 S E 5 5 4 1 2 30S W - P 2S W - P 2S W - P 6S W - P 8S W - P 1S W - P 3S W - P 4S W - P 9S W - P 5S W - P 5S W - P 4S W - P 6S W - P 1S W - P 3S W - P 7S W - P S 2 S 2 S 2 S 2+5买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20 页 贴标机系统的输出信号主要有步