基于ARM的FH装配生产线电气控制系统设计--本科毕业设计（论文）.doc

南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文）摘 要本课题研究的主要目的是设计出装配生产线电气控制系统，本课题将针对装配生产线完成其加工、检测、装卸、运输等相应部分的电气控制。随着科学技术的发展，由于传统的装配生产线无法满足柔性与生产效率相互兼顾。众所周知，只有生产品种单一、大批量、设备专用工艺稳定并且高效的生产线才能构成一定的经济效益；反之品种多样化、设备专用性低，在加工形式相似的情况下，不断的调整工夹具，工艺不稳定，这样生产效率必然会受到影响。因此为了同时提高柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，提高生产效率，降低生产成本，最终使小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化生产系统便由此被开发出来并得到广泛应用。而ARM嵌入式系统具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。如果能够在电气控制系统中采用ARM，用软件实现对生产线运行的自动控制，可靠性大大提高；可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性和可靠性，并便于检修；用于群控调配和管理，并提高生产线运行效率。关键字：ARM、自动生产线IABSTRACTThe main purpose of this research is to design electrical control systems assembly line , the subject will complete their respective portions of the electrical control processing, testing , handling, transportation , etc. for the assembly line.With the development of science and technology, because of the traditional assembly line can not meet each other both flexibility and productivity . As we all know , a single , high-volume , device-specific varieties and production process is stable only efficient production lines in order to constitute certain economic benefits ; contrary species diversity, device-specific low in processed form under similar circumstances , and constantly adjust workers fixture, process is unstable, so that productivity is bound to be affected.Therefore, in order to improve the flexibility and productivity at the same time , so that under the premise of ensuring product quality , increase productivity, reduce production costs, and ultimately make small batch production to compete with large , flexible automated production systems have thus been developed and widely used.The ARM embedded system with small size, low power consumption, the control function is strong, flexible expansion , miniaturization and ease of use . If you can adopt ARM in the electrical control system, automatic control software running on the production line , greatly improving the reliability ; can achieve a variety of complex control system , easy to add or change the control function ; may be automatic fault detection and alarm display improve operational safety and reliability, and ease of maintenance ; for group control the deployment and management , and to improve the efficiency of the production line .Key words：ARM, automatic production line目 录第一章 绪 论11.1 自动化生产线发展状况11.2 ARM的应用及目前的研究现状31.2.1 生产线上的工艺过程31.3 课题主要研究的内容及意义4第二章 硬件设备的说明62.1 继电器的设备及微动开关的设备说明62.2 限位开关的设备说明6 2.2.1 限位开关的简单介绍62.2.2 限位开关的基本工作方式72.3 光电开关的设备说明82.3.1 光电开关的简单介绍82.3.2 光电开关的使用9第三章 ARM S3C2440在自动线中的使用111. Mini2440开发板的外形11 2. 典型ARM的硬件结构12 3. JTAG与总线接口13 4. 电源14第四章 单元控制系统的设计174.1 ARM对下料单元174.2 电气原理图设计194.3 ARM机型选择204.4 I/O系统总线接口21第五章 系统的软件设计245.1 软件的组成及作用245.1.1 ARM编程语言24 5.2 C语言程序设计26第六章 总结29第七章 参考文献30致谢 31附录：程序清单32IV第一章 绪 论1.1 自动化生产线发展状况自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。它能够自动完成加工、检测、装卸以及运输的过程。并且能够使之组成高度连续的、完全自动化的生产线，从而来实现产品的生产，提高工作效率，降低生产成本、提高加工质量、并且能够快速的对产品进行更新，是机械制造业竞争跟发展的基础，同时也是衡量机械制造业水平的标尺。自动线将朝着提高可调性，扩大工艺范围，提高加工精度以及提高自动化程度的方向发展。并将之与现代计算机相结合，使之成为完全自动化的生产线。自动线包含传送系统和控制系统。其中传送系统包括了机床上下料装置、传送装置以及储料装置。旋转体加工自动线还包含重力输送和强制输送的料槽或料道，转位、提升以及分配装置等。有的时候还采用机械手来完成传送装置的某些功能。而在组合机床自动线中当工件有合适的输送基面时，则采用直接输送方式，其传送装置有各种步进式输送装置、转位装置和翻转装置等对于外形不规则、无合适的输送基面的工件，通常装在随行夹具上定位和输送，这种情况下要增设随行夹具的返回装置。控制系统包含了启动、预停、复位等控制机能，自动线在正常的工作情况下需要停车时，能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都能回到原始位置才能停车。由传送系统和控制系统组成的完整系统能够被称为自动生产线，是由于它综合了传感技术、机械技术、驱动技术、接口技术、以及计算机技术等多种技术，自动化生产线在全世界各个地区都有着不同的生产需求它能够有效的综合和组织，来优化整体设备。自动化生产线虽然源于传统的流水线，但是它的功效却大大的优越于传统的生产线，并有着明显的区别，主要特点是自动化生产线具备非常高的自动化控制，还具备传统流水线所不具备的精密生产节奏，它是统一的自动控制系统，它的工作流程要按照一定的生产工序来完成。在不同的应用领域，自动线的结构也各有不同，大小也不尽相同，功能上也存在一定的差异，但是它们都包含了检测、信息处理、机械本体、输入、输出接口部分以及执行机构等部分。但不论何种生产线，其在功能上都必须能够实现运转、控制、检测以及驱动等，并且这些控制功能都是由电子装置来完成的。在所有的自动生产线中，一切的传感器都是用来检测信号，再经由控制装置进行运算、变换、存储其所检测到的信号，在通过其接口电路向执行机构给出指令来实现相应的工作。这些传感器需要检测上产线上的温度、位置、流量、压力等信号，来让信息处理部件进行分析处理，驱动功能是由电磁阀、液压缸电动机、机械手、气压阀等执行部件来实现的。驱动部分是生产线不可或缺的主体部分。自动线支持技术的快速发展，驱动了自动线的发展，使其能够实现技术更加复杂的操作和生产，以及对装配工艺要求更高的操作流程，现在这些技术正在想着更加高深的领域进行发展，尤其是微电子技术向着超大规模和超大规模集成电路方向发展，在那几平方毫米的硅片上能够集成几百万乃至上千万个逻辑元件，以此来实现计算机的高速化，智能化和小型化的发展，正是由于智能计算机的出现使得自动线的功能更加的完善，大大的提高了产品的质量以及生产的效率。现代工业是信息技术、计算机、先进工艺技术、现代管理技术的综合与集成，其涵盖了生产准备、制造执行、产品设计等多方面的技术， 是社会发展和国家建设的重要支柱之一。为了加强学生能够更好的面对新世纪的挑战，提高机、电、光一体化的理论能力和实践水平刻不容缓，将重点转移到建设机电类工程和柔性加工综合实验平台，具有迫切性和现实意义。自动化生产线包含了产品生产过程所经过的所有路线，从原料进入生产现场开始，再经过加工、运输、装配、检验等一系列的生产线活动所构成的路线。生产线是按照对象组织起来的，能够完成产品工艺过程的一种组织形式，即是按照产品专业化原则，配备生产各种产品（零、部件)所需要的各种生产设备和工人，来完成一些产品（零、部件）的全部制造工作，并对相同的劳动对象进行不一样的工艺加工。图1-1 自动化生产线此模拟自动化生产线，能够较好的解决学生在校期间，只能够以接触单元实验或学校组织的参观学习为主，一些较大型的自动控制站只能够观看而不能进行操作，达不到较好的教学效果的实际接触问题。而在本次设计中该模拟生产线控制系统中包含了下料单元，加工单元，检测单元，传送单元整套控制系统，以此建立了以工业控制为对象的整套实物模拟仿真系统，能够很好的解决自动化相关专业的学生在实践中所遇到的难题。1.2 ARM的应用及目前的研究现状1.2.1 生产线上的工艺过程 ARM也就是Advanced RISC Machines的首字母组合，它可以被认为是一个公司的名字，也可以被认为是对一类微处理器的统称。ARM公司于1991年在英国剑桥成立，主要销售芯片设计技术的授权。ARM公司的发展速度非常快，目前，采用ARM技术知识产权的微处理器已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统，甚至军用系统也大量的使用了ARM微处理器。在整个微处理器市场上具有很高的份额。随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展，嵌入式系统的应用无处不在。 ARM的目前工人的业界领先的32位嵌入式RISC（精简指令计算机）微处理器。ARM技术日益成熟和不断发展，正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，包含了以下三个部分 ：1.硬件环境：是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，硬件平台包括嵌入式处理器和外围设备。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。2.嵌入式操作系统：完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能。具有内核较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点。嵌入式操作系统具有相对不变性。 3.嵌入式应用程序：运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。由于ARM处理器具备以下特点： 1.体积小、低功耗、低成本、高性能； 2.支持Thumb(16位)/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 3.大量使用寄存器，指令执行速度更快； 4.大多数数据操作都在寄存器中完成； 5.寻址方式灵活简单，执行效率高； 6.指令长度固定。 正是基于以上的特点 和性能使得工业系统得以能够实现远程化、控制信息化、智能化以及自动化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一了。 此次设计一共分为四个单元，其功能分别是 ： 1下料单元：将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。 2加工单元：通过机械臂从托盘取出工件进行加工。 3检测单元：由机械臂取出工件，通过摄像头检测，合格进入下一站，不合格进入废料站 4传送单元：通过电机带动传送带传送工件。1.3 课题主要研究的内容及意义 本文设计的自动化生产线实验平台是为了培养普通高校和高职机电类专业学生的专业技能和技术应用能力，尤其是锻炼学生的综合能力，创新能力以及培养学生的团队合作精神，而开发的实验实训平台。特别针对自动化生产线的高仿真性I/O的要求，本课题所研究的实训平台应该能够随意拆装和组合，并能够任意设置故障，且预留工位，可以随时加装内容，这可能最大的满足学校与企业订单式培养。现代化的自动生产线最大的特点就是它的系统性和综合性，笨课题的研究的实训实验平台把微电子技术、传感测试技术、机械技术、接口技术、电工电子技术、网络通信技术、信息变换技术等各种技术进行组织，并将其整体的使用到生产设备上，力求达到让实验者通过实验平台能够很好的熟悉生产线的传输与处理、执行、传感检测、控制与驱动等机构在这个微处理单元的控制下能够协调有序的工作。 ARM处理器以其体积小、低功耗、低成本、高性能而成为现代控制系统的宠儿，并且充当现代生产线的大脑对生产线进行控制。因此，培养掌握机电一体化技术、ARM嵌入式技术的高技术人才成为了当务之急。 本设计研究的自动化生产线实验平台是在铝合金导轨式实训台上进行下料、加工、检测、传送等一系列工作单元，以此来构成一个现代化的生产线机械平台，该系统的各结构分别才用了变频器驱动、步进电机位置控制和气动驱动等技术，实验平台控制各个单元均是由一台独立的ARM控制，该实验平台综合了传感器应用技术。在此实验平台上可以模拟出一个与实际生产情况相识的控制过程，使得使用者能够更好的将其运用到实践教学中，力求缩短理论教学与实践应用的距离。 本课题所研究的自动化生产线实验平台设计，采用的是模块组合式结构，各个工作单元模块都是相对独立的，并采用标准结构和抽屉式模块放置架，具备较强的互换性。能够将实训需求或工作任务进行不同的组合、调试和安装，力求更好的整合学习功能和生产性能的目标，也符合教学实训考核或技能竞赛的要求。第二章 硬件设备的说明2.1继电器的设备及微动开关的设备说明传送单元中用到的继电器主要部分是：传送带的转角部分运输。水平运动的动力依靠直流电机，然而继电器在此处的应用只是为了实现控制这两个电机的正反转，也就是工作台的复位和正转。通过继电器的断开和吸合，实现电压的正负变化，以达到控制电机正反转的目的。继电器是根据电压、温度、速度、电流以及时间等信号的变化，来控制接通或断开小电流电路或电器的控制元件。常用的继电器有中间继电器、速度继电器、欠电压继电器、热继电器、过电流继电器、时间继电器等。按作用把它们分为控制继电器和保护继电器两类：其中中间继电器、速度继电器、时间继电器属于控制继电器；欠电压继电器、热继电器、过电流继电器属于保护继电器。微动开关是由一个动触点和一个定触点组成的，通过动触点动作，实现微动开关的闭合和断开的过程。在此设计中的应用是：利用限位开关作为ARM中控制电机正反转的重要部件，当摆臂取、放件时只有在碰到行程开关时才被认为摆臂到位，（且ARM上有相应的输入指示灯显示）才可启动电机或控制电机的正反转。同时也能启到保护电机的作用。2.2限位开关的设备说明2.2.1 限位开关的简单介绍限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。限位开关包含接触式的和非接触式两种。接触式的比较笼统，在机械设备的运动部件上安装上行程开关，再在与其相对运动的固点上安装极限位置的挡块，也可以是相反安装位置。在行程开关的机械触头碰到挡块时，将切断或改变控制电路，那么机械就将停止运行或改变运行。但是由于机械的惯性运动，使得这种行程开关具有一定的“超行程”用以保护开关不受损坏。而非接触式的形式很多，很常见的有感应式、干簧管、光电式等，这几种形式在电梯中都是能够见到的。当然还有很多更加先进的形式。 图2-1 限位开关2.2.2 限位开关的基本工作方式限位开关是一种比较常用的小电流主令电器。它通过利用生产机械运动部件之间的碰撞使其触头动作从而实现接通或分断控制电路，以达到一定的控制目的。一般情况下，这类开关常被用来限制机械运动的行程或位置，使运动机械按照一定行程或位置自动停止、变速运动、反向运动以及自动往返运动等。而在电气控制系统当中，限位开关的作用通常是实现定位控制、顺序控制和位置状态的检测。用来控制机械设备的行程和限位保护。它的构造是由触点系统、操作头和外壳组成。在实际生产中，通常将限位开关安装在预先安排好的位置，当安装在生产机械运动部件上的模块与行程开关发生撞击时，限位开关的触点动作，从而实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理和按钮类似。限位开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。限位开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。2.3 光电开关的设备说明2.3.1 光电开关的简单介绍光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。图2-2 光电开关2.3.2 光电开关的使用由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。特征：辨别不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。在安装或使用时，有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等问题。这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开关的自诊断功能而使其通过STABLITY绿色稳定指示灯发出通知，以提醒使用者及时对其进行调整。下列场所，一般有可能造成光电开关的误动作，应尽量避开：灰尘较多的场所；腐蚀性气体较多的场所；水、油、化学品有可能直接飞溅的场所；户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所。环境温度变化超出产品规定范围的场所；振动、冲击大，而未采取避震措施的场所。第3章 ARM S3C2440在自动线中的使用ARM微处理器由于体积小、低功耗、成本低、高性能等特点，已经被广泛应用于工业控制、通信系统、网络运用、消费类电子产品等各个领域。Mini2440 是一款真正低价实用的 ARM9 开发板，是目前国内性价比最高的一款学习板；它采用 Samsung S3C2440 为微处理器，并采用专业稳定的 CPU 内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性。 1. Mini2440开发板的外形 主板采用ARM 920T内核的S3C2440A为核心器件，集成如下片上功能。（1） 1.2V内核，1.8V/2.5V/3.3V存储器，3.3V扩展I/O，16KB指令Cache（I-Cache)、16KB数据Cache（D-Cache）。（2） 外部存储控制器（SDRAM控制盒片选逻辑）。（3） 集成LCD专用DMA的LCD控制器（支持最大4K色的STN和256K色的TFT）。（4） 4路拥有外部请求引脚的DMA控制器。（5） 3路URAT（IrDA1.0，64B TX FIFO，64B Rx FIFO）。（6） 2路SPI。（7） C总线接口（多主支持）。（8） IIS音频编解码器接口。（9） AC97编解码器接口。（10） 1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口。（11） 2路USB主机控制/1路USB期间控制（1.1.版）。（12） 4路PWM定时器/1路内部定时器/看门狗定时器。（13） 8路10位ADC和触摸屏接口。（14） 具有日历功能的RTC。（15） 摄像头接口（支持最大4096X4096的输入，2048X2048缩放输入）。（16） 130个通用I/O，24个外部中断源。（17） 电源控制：正常、慢速、空闲、睡眠模式。（18） 带PLL的片上时钟发生器。图3-1 Mini2440开发板外观图由图示可知，虽然ARM的外观与通用的计算机有很大的差别，但在其内部结构上，ARM就像是一台增强了I/O功能并能与被控对象方便连接的计算机。而在系统结构上ARM的基本组成包含硬件与软件两部分。2. 典型ARM的硬件结构 ARM的硬件部分由CPU处理器、SDRAM内存、FLASH存储、LCD显示、通信电路、基本输入输出接口、电源等构成；软件部分则由系统程序和用户程序共同构成。在内部结构上，中央处理器模块由CPU、输入输出端口、通信接口、存储器、电源等构成，但没个部分的功能均不相同，跟通用危机CPU差不多，CPU在ARM系统中的作用也类似于人体的神经中枢。ARM系统中的存储器按其作用可分为三类：用户程序存储器、系统程序存储器、功能存储器(数据区）。3. JTAG与总线接口开发板刚开始的时候里面没有任何的程序，这时候需要通过JTAG接口烧写程序，就是Super boot，借助Super boot可以使用USB口下载更加复杂的系统程序，除此之外JTAG 接口在开发中最常见的用途是单步调试，不管是市面上常见的 JLINK还是 ULINK，以及其他的仿真调试器，最终都是通过 JTAG 接口连接的。标准的 JTAG 接口是 4 线：TMS、 TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线，加上电源和地，一般总共 6 条线就够了；为了方便调试，大部分仿真器还提供了一个复位信号。 图3-2 JTAG内部结构图本开发板上的系统总线接口为 CON5，它总共包含 16 条数据线(D0-D15)、8 条地址线(A0-A6, A24)、还有一些控制信号线(片选、读写、复位等)，CON5 可以向外提供 5V 电压输出；实际上，很少有用户通过总线扩展外设。图3-3 总线接口内部结构图4. 电源 S3C2440A需要3.3V和1.8V两种供电电压，由5V电源电压经LM1117-3.3V和AS1117-1.8V分别得到3.3V和1.8V的工作电压。开发板上的芯片大多使用3.3V电压，而1.8V是供给S3C2440内核使用的。5V电压供给音频功能放芯片、LCD、CAN总线等电路使用。具体如图所示。图3-4 开发板电源电路为了方便外接电源，此开发板上还设计了一个电源接口，他说一个白色的2.0mm间距的单排插座，中间均为“地”，两侧为5V。要注意的是这两个5V电源不是想通的，其中一个连接了外部电源的5V，另一个则连接了经过拨打开关S1之后的5V。图3-5 开发板供电电源RTC电路的电压是1.8V，实际是将锂电池电压或3.8V电压经过1N4148二极管和10K电阻串联降压后得到的。硬件复位电路由IMP811T构成，实现对电源电压的监控和手动复位操作。IMP811T的复位电平可以使CPU JTAG（n TRST)和板级系统（n RESET)全部复位；RESET反相后得到n RESET信号。如图所示。当n RESET信号为低，ARM 920T放弃任何指令，并从增加的字地址处取指令。图3-6 系统的复位电路 当n RESET信号为高时ARM 920T进行如下操作。（1） 将当前的PC值和CPSR值写入R14-svc和SPSR-svc,已保存的PC和CPSR的值是未知的。（2） 强制M4:0为10011（超级用户模式），将CPSR中的“I”和“F”位设为1，并将T位清零。（3） 强制PC从0x00地址处取下一条指令。（4） 恢复为ARM状态并开始执行。第4章 单元控制系统的设计4.1 ARM对下料单元下料单元的主要功能是将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。图4-1下料单元实物图加工单元的主要功能是将工件从传送带取出，然后对工件进行加工，加工完毕再由机械臂夹取放回传送带托盘上。 图4-2加工单元实物图传送单元共分为七个部分，其中每个部分都配有一台电机用于传送带，并在转角处传送带处还配有两台正反转电机，以及上升和下降的气缸，通过这些装置可以使得工件能够顺利的进入下一单元。传送带1传送带3正反转电机气缸传送带2传送带7传送带6传送带5正反转电机气缸传送带4图4-3控制系统结构框图 检测单元通过机械臂从传送台取出工件，由摄像头拍摄检测，合格的放回通过，不合格的则放入废弃站。图4-4检测单元图4.2 电气原理图设计图4-5主电路图电气系统各部分运动流程： （1） 启动按钮按下，下料电机启动。 （2） 停止按钮按下，全部输出停止。 （3） 复位按钮按下，全部输出清零。 （4） 当传送带1上有工件时，传送电机1开始启动。 （5） 当光电开关2检测到工件时，传送电机2开始启动。 （6） 当工件到达传送带2，且下料电机没有下料时，传送电机1停止，这是为了节省能源。 （7） 光电开关4检测到工件时，传送电机3开始启动。 （8） 当光电开关5检测到货物时，传送电机2和传送电机3停止运行。 （9） 这里到达传送带的转角位置，首先，3号工作台通过气缸开始上升，触碰到上限位开关后，停止上升。 （10） 3号工作台上升完毕后，工作台通过正反转电机，进行90度旋转，粗碰到正反转限位开关后，工作台通过气缸下降。以上几个都是正反转和上升下降的限位开关程序设计。 （11） 光电开关6检测到工件后，传送电机3停止工作。 （12） 光电开关7检测到工件后，传送电机4停止运行，并且加工单元的机械臂开始启动。 （13） 加工过程省略，设定时间2秒，2秒后工件被放回托盘，机械臂复位，传送电机4继续运行。 （14） 光电开关8检测到工件后，传送电机5开始启动。 （15） 光电开关9检测到工件后，传送电机4和传送电机5停止运行。 （16） 此处4个网络对应传送带5，和传送带3一样，实现平台的上升下降，正转和反转，使工件顺利运输到下一单元。 （17） 这4个网络是对传送带5平台动作的限位开关的程序设计。同时传送电机6开始启动。 （18） 光电开关10检测到工件后，传送电机5停止运行。（19） 光电开关11检测到工件后，传送电机7开始运行。（20） 光电开关12检测到工件后，传送电机6停止运行。（21） 光电开关13检测到工件后，传送电机7停止运行，此处准备进入检测单元。（22） 检测单元动作省略，通过机械臂取走工件进行检测，检测完后（这里设定是2秒）合格产品放回传送带，否则移走，同时传送带7开始运行。（23） 当光电开关14检测到工件后，取料电机启动，取走工件。同时传送带7停止运行。至此i，一套完整的生产线已经执行完毕。电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，非常适合研究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用。4.3ARM机型选择各种ARM的品种很多，它们的结构价格、性能、形式也都各不相同，适合的场合也都各有侧重。合理选择ARM型号，对于提高ARM控制系统技术经济性指标具有重要意义。三星公司的S3C2440A为手持设备和普通应用提供了低功耗和高性能的小型芯片微控制器的解决方案。为了降低整体系统成本，S3C2440A还提供了以下丰富的内部设备S3C2440A基于ARM920T核心，0.13m的CMOS标准宏单元和存储器单元。低功耗，简单，精致，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构如先进微控制总线构架（AMBA）。S3C2440A的突出特点是其处理器核心，是一个由AdvancedRISCMachines（ARM）公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBA总线和哈佛结构高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令高速缓存和16KB数据高速缓存。每个都是由具有8字长的行(line)组成。根据自动化生产线的控制要求，我们采用了韩国三星ARM9 S3C2440型号，此类型ARM无论独立运行，或是联接网络都能够完成各种控制任务。它的使用范围可以覆盖从而替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、电梯、纺织机械、塑料机械等行业。S3C2440通讯功能完善，具有极高的性能价格比是很突出的特点，也是我们采用它的主要原因。 ARM为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两部分，一部分是原点、单周期、连续等面板控制按钮，另一部分是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为ARM的输入变量，经过ARM的输入接口输入到内部数据寄存器， 然后在ARM内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制传送带的运输和旋转。4.4 I/O系统总线接口在本次系统设计中，我们定义的I/O分配表如表1-2所示。在本设计中，我将43个输入信号和16个输出信号按各自的功能类型分好，选定与之功能相对应的元器件，然后再与ARM的I/O点一一对应，编排地址如表1-1所示。数字量扩展模块的地址分配是从最靠近CPU模块的数字量模块开始，模拟量扩展模块的地址是从最靠近CPU模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增。图4-6输入输出口CON5网络名称说明（有些端口可复用）CON5网络名称说明（有些端口可复用）1VDD5V5V电源（输入或输出）2GND地3EINT 17中断17（输入）4EINT18中断18（输入）5EINT3中断（输入）6EINT9中断9（输入）7nGCS1片选1对应物理地址：0x180000008nGCS5片选2对应物理地址：0x100000009nGCS3片选3对应物理地址：0x1800000010nGCS5片选4对应物理地址：0x2800000011Ln OE读使能信号12Ln WE写使能13n WAIT等待信号14n RESET复位15n XDACK0n XDACK016n XDREQ0n XDREQ017LADDR0地址018LADDR1地址119LADDR2地址220LADDR3地址321LADDR4地址422LADDR5地址523LADDR6地址624LADDR24地址2425LDATA0数据线026LDATA1数据线127LDATA2数据线228LDATA3数据线329LDATA4数据线430LDATA5数据线531LDATA6数据线632LDATA7数据线733LDATA8数据线834LDATA9数据线935LDATA10数据线1036LDATA11数据线1137LDATA12数据线1238LDATA13数据线1339LDATA14数据线1440LDATA15数据线15 表4-1 第5章 系统的软件设计5.1 软件的组成及作用5.1.1 ARM编程语言ARM是通过运行用户编写的程序来实现控制任务的。ARM中的程序需要通过J-Link来将用户所编写的程序传输到芯片中然后在进行运行，用户程序是用户为了完成特定的控制任务而编写的应用程序。S3C2440系列的ARM编程语言非常丰富，有语句表、功能图、C语言等多种。这些编程语言都是面向用户的，这使得控制程序的开发、输入、调试、修改工作都得到了大大的简化。我们在本次设计中选择用C语言进行编程。一下我们来详细的介绍下C语言编程的概念。C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔实验室的Dennis M. Ritchie于1972年推出，1978年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件、三维、二维图形和动画，具体应用例如单片机以及嵌入式系统开发。ARM编程C语言程序具备以下一些特点：1. C是高级语言：它是把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来的工作单元。2. C是结构式语言：结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。3. C语言功能齐全：具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。4. C语言适用范围大：适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。C语言对编写需要硬件进行操作的场合，优于其它高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。5. C语言应用指针：可以直接进行靠近硬件的操作，但是C的指针操作不做保护，也给它带来了很多不安全的因素。C+在这方面做了改进，在保留了指针操作的同时又增强了安全性，受到了一些用户的支持，但是，由于这些改进增加语言的复杂度，也为另一部分所诟病。Java则吸取了C+的教训，取消了指针操作，也取消了C+改进中一些备受争议的地方，在安全性和适合性方面均取得良好的效果，但其本身解释在虚拟机中运行，运行效率低于C+/C。一般而言，C，C+，java被视为同一系的语言，它们长期占据着程序使用榜的前三名。6. C语言文件由数据序列组成：可以构成二进制文件或文本文件常用的C语言IDE（集成开发环境）有Microsoft Visual C+、Dev-C+、Code:Blocks、Borland C+ Builder、Watcom C+、GNU DJGPP C+、Lccwin32 C Compiler 3.1、High C，Turbo C、C-Free、Win-TC、Xcode等。5.2 C语言程序设计识别程序驱动电路监控中心控制程序AVR单片机 S3C2440（Linux系统）传输程序电机气缸串口通信编码程序检测程序 图5-1 系统结构图其中包含了传送带电机驱动程序、转角处电机正反转程序，气缸上升下降程序、各个传感器程序、以及系统复位程序 第6章 总结 通过此次的学习让我的自主学习能力有了非常大的提高，在设计任务中使得我对自动生产线有了一定的了解。一方面自动生产线包含了多方面的知识，如电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、机械技术等多种技术。并将这些技术综合应用到生产设备当中；另一方面对于模拟的自动化生产线的一些工作流程有了一个基本概念。自动化生产线的基本组成部分有传输与处理、传感检测、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下进行着协调有序的工作，把这些独立的部分有机的融合在一起。在此次设计中应用到了ARM嵌入式技术，这是一门实用性非常强的专业课程，ARM嵌入式技术在当今社会中发展飞车的迅速，各个生产厂家也陆续推出了许多强功能强大的ARM、各种特殊模块以及通信联网器件，使得ARM嵌入式成为了集微机技术、通信技术、自动化技术于一体的通用工业控制装置，成为了实现工业自动的一种非常有力的工具。通过此次的设计让我学到了很多实用的东西，不仅巩固了之前所学的理论知识，还增强了我的动手能力，更好的将理论知识与实践相结合，这不仅需要一定的理论知识，还需要一定的动手能力，只有将这两者非常好的结合起来才能更好的完成此次的设计任务。真正的做到学以致用。第7章 参考文献 1牛永奎,冷芳.传感器与应用.北京：清华大学出版社，20072陈建俊.电机与电气控制.北京：北京交通大学出版社，20043朱梅,朱光力.液压与气动技术.西安电子科技大学出版社,2007 4李善平,刘文峰,王焕龙等编著,Linux与嵌入式系统,清华大学出版社5吴学智,戚玉华,林海涛,刘波编著,基于ARM的嵌入式系统设计与开发,人民邮电出版社6杜春雷,ARM嵌入式系统基础教程,清华大学出版社.2003年2月第一版 7乌欣,基于ARM的嵌入式系统的研究与开发,解放军信息工程大学出版社,2003.11.158谢川,贺玲玲,ARM处理器与嵌入式系统J.微计算机信息,2009.119熊茂华,熊昕,