二维数控平台电气线路说明书.doc

465c3f28b9a471dbe05eed4588b84c7e.pdf二维数控平台步进伺服系统电气线路说明书二维数控平台步进伺服系统的电气线路是为了实现对运动控制实验室内的微型二维机械平台的计算机控制而设计的。该系统由机床电气部分和单片机步进电动机伺服驱动板卡两大部分组成。首先介绍微型机床的电气部分，其电路图如图一所示。在上述的电路图中，X驱动器和Y驱动器是指由微型机床生产厂家提供的配套步进电动机的驱动器。该组驱动器的直流24V供电电压是由开关电源提供的。开关电源是由工频市电供电。其供电回路如下：220V交流电压供电回路先通过无触点开关的两个交流触点的引线端子，接入开关电源的220V的电源端，再经过1A的熔断器接入市电电源220V的另一端。与此同时，220V的交流电压还接入一个小变压器，经过整流和稳压后，产生一个5V的稳定直流电压，用作单片机的工作电源。开关电源的24V直流输出电压分别接入X、Y轴步进电机驱动器的电源端子。该驱动器的型号为SH20403。在上述电路图中，X、Y驱动器上各有10个接线端子，分成两组，其中，六端子组为步进电动机接口端子，该端子组最右侧的两个为电源端子，分别接24V电压的正端和地端，其接线的颜色对应为红和兰，其余四个端子分别接X、Y轴的两个步进电动机的两相绕组，其接线的颜色对应为黑、绿、红、兰。四端子组是单片机控制接口端子，该端子组中最左边的一个端子接+5V电源，接线颜色为黄色，其余三个端子分别为脉冲、转向和锁定端子，分别用红、黄、兰三色的导线联结。 在上述电路中，开关电源的交流输入电压受到了无触点开关SSR的控制，由图中标注的符号可以看出，SSR的两个高压开关端子实际上接在其内部的一个双向可控硅的两极上，该双向可控硅由内部的光敏管控制；SSR的两个低压控制端子上标注了INPUT3-32VDC字样，表示当输入直流电压在3-32V范围内时，即可实现对双向可控硅的通断控制。由图中标注的符号可以看出，其内部接入了一个发光二极管，单片机可以通过无触点开关的直流控制端对该发光二极管进行控制，进而实现对开关电源交流输入电压的通断控制。图中虚线部分的P15表示单片机板卡中P1.5口，它的作用是驱动三极管9012的基极，从而驱动SSR内部的发光二极管，最终实现以单片机的5V弱电信号控制交流220V强电通断的目的。在实际设备中，为了对X，Y轴的高位和低位四个方向进行限位保护，需要按装四个行程开关（图中SL1、SL2、SL3、SL4）。为了简化机械按装工作，在X、Y方向的平台内部安放了4个永久磁铁，并在每个方向的极限位置安装了一个干簧管，干簧管是一种磁敏开关。它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空玻璃管里。只要用磁铁接近它，干簧管两个触点就会吸合在一起，使电路导通，产生一个信号，此信号在本电路中被用作限位开关信号。在图一中，对应为当平台运动到达X方向低位极限位即XL位置时，SL1闭合，TP2/4接地；当平台运动到达X方向高位极限位即XH时SL2闭合，TP2/5接地；同理，当平台运动到达Y方向低位极限位即YL位置时，SL3闭合，TP2/2接地；当平台运动到达Y方向高位极限位YH位置时，SL4闭合，TP2/1接地，配合单片机软件检测电路的设计，可以达到自动限位的目的。其次，介绍单片机控制硬件电路部分。其接线如下图2-5所示。电路可分为三大部分，分别为通信部分、单片机及外围控制部分、及驱动输出部分.通信部分以集成块MAX232为核心，配合5个0.1uF的电容器工作，图中，TX、RX接到电脑232接口，属于RS232电平，其电气特性是将高于+3V的电平信号作为逻辑“0”，低于-3V的信号 作为逻辑“1”。为了满足单片机工作的需要，应当将RS232电平转换成TTL电平，MAX232电路解决了这个电平转换的问题，其9、10两引脚为符合TTL电平要求的信号端口，可以接到单片机的串口TXD、RXD，其电气特性为+5V表示逻辑1，0V表示逻辑0。单片机及外围控制部分包括：由发光二极管组成的信号发生电路、无触点开关的控制电路，它们都使用了9012三极管作为驱动管，三极管9012的主要是起功率放大的作用。因为P1口允许灌入的电流是1mA，而发光二极管需要有接近10mA的电流才能驱动，所以由9012将电流放大。与单片机RST端子相关联的是由10uF的电容，100和5K电阻组成的单片机的复位电路，在该电路中，平时RST处于低电位，当按下按钮AN1以后，电容就放电，电容两端的电压为0，当释放按钮时，由于电容两端的电压不能突变，所以RST电位瞬时上升到+5V，该脉冲使单片机复位。当RST又恢复到低电平时，单片机又正常工作，从而起到复位的作用。该电路还具备上电复位的功能。从单片机晶振接口引出频率为11.0592MHz的晶振元件，配合以2个30pF的振荡电容。XTAL1端口为片内晶振输入端，XTAL2端口为片内晶振输出端。在P0口用了5K的上拉电阻，而P1、P2、P3口没有用，这是因为P2、P3、P4口内部已经接有上拉电阻，其阻值一般为15K20K。驱动输出部分以ULN2003为核心，其作用是将单片机的输出脉冲、转向和锁定信号进行电流放大，使其输出的电流足以驱动驱动器内部的发光二极管工作。驱动芯片ULN2003是高耐压、大电流达林顿阵列，内部有7组硅NPN达林顿管组成。同时它也起了反相作用，因此，当单片机的输入脉冲信号为高电平时，就能够驱动步进电机作步进运动。图二中，JP插口是单片机板卡与二维数控平台的电源联接插口，其中，JP1是二维数控平台中开关电源的交流进线控制口，JP3、JP4分别是单片机电源供电地和+5V供电口。JX是单片机板卡与X轴驱动器的联接插口；JY是单片机板卡与Y轴驱动器的联接插口，其中，JX0、JX1、JY0、JY1分别是上述四个极限位置行程开关的检测联接插口。图二中，XA、XB、XABS分别为X轴光栅的三个输出信号的检测联接插口；YA、YB、YABS分别为Y轴光栅的三个输出信号的检测联接插口。X、Y轴光栅的供电端口也已经在