基于自动控制环壁厚检具设计

I摘 要本次毕业设计的题目是基于自动控制环壁厚检具设计。本设计是由机械系统设计和控制系统的设计所组成。包括齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计及选择，步进电机的选择和装置中机械系统的设计，有关测试系统的控制设计及选择。而步进电动机是由单片机控制。当工件到了指定的位置时按启动键，单片机接收到信号时，给步进电动机 1 脉冲，使步进电动机 1 转动，从而移动侧头使它与环壁相接触，同时启动电动机 2 使工件轻轻转动。这时位移传感器把测到的数据传送到单片机，当得到最大值和最小值时输出测量值。此检具的特点是：操作简单，减少了加工工序，提高了工件的性能，工作效率高，加工精度高，工件可以大批量生产，对环境的要求较低。关键词：检具；自动检测；电动机：单片机控制IIAbstractThe graduation design is the subject of the design of automatic control the thickness of the circle wall tool.This design is composed by the mechanical system design and the control system design, which includes the gear drive design and the choice, the ball bearing guide screw design and chooses, motor machine choice and installment mechanical system design, relating test system control design and choice.Stepper motor is controlled by microcomputer. When the work piece is moved to the appointed position, pressing the activate button then the microcomputer receives the signal and pulses the stepper motor 1 to run, thus the measuring head moves and connected with the wall of the ring. At the same time, activate motor 2 to rotate the work piece slightly，Here while the translation sensor carries the measured data to the microcomputer, and outputting the measured value when it is maximized and minimized.The characteristic of the inspection instrument is described as follow: Easy to operate, having decreased the manufacturing process and improved working performance, having high working efficiency and high manufacturing accuracy, the products can be produced in large quantities, having lower environmental demand. Key words: detector; Automatic detection; electromotor; SCM controlIII目 录第 1 章 绪论 .11.1 设计题目 .11.2 设计总体 .11.2.1 设计参数 .11.2.2 方案设计 .1第 2 章 自动检测装置机械传动部分的计算 .22.1 选择电动机 .22.2 直齿圆柱齿轮部分的计算 .72.3 轴的设计计算 .11第 3 章 电路系统的设计 .133.1 芯片的选择及连接 .133.1.1 芯片的选择 .133.1.2 8051 基本电路 .183.1.3 8051 与 ADC0809 的连接 .193.2 驱动电路 .193.3 功率放大系统的设计 .20第 4 章 软件部分的设计 .234.1 主程序的设计 .234.2 检测部分子程序 .244.3 显示部分子程序 .25第 5 章 总结 .26参考文献 .27致 谢 .28附录 1 .29附录 .331第 1 章 绪论1.1 设计题目本次毕业设计的题目是基于自动控制环壁厚检具的设计。机械量测试技术是现代实验科学非电量测量中的重要组成部分。它是根据各种物理效应的实验原理，采用相应的实验和测试手段，对所研究的机械进行机械量检测和分析的实验方法，它是解决机械工程实际问题的有效途径。所以本次设计题目能够提供现代化的测量技术，使机械和电子有机的结合起来达到预期想要达到的目的。1.2 设计总体1.2.1 设计参数1.2.2 方案设 计本次设计由检具的机械、控制部分组成。其中机械部分，包括电动机的选择，轴的校核，轴承的选择，齿轮的计算以及各零件的组装和配合。电路部分，包括电路图和接线图以及检具的操作程序；而步进电动机是由单片机控制。当工件到了指定的位置时按启动键，单片机接收到信号时，给步进电动机 1 脉冲，使步进电动机 1 转动，从而移动侧头使它与环壁相接触，同时启动电动机 2 使工件轻轻转动。这时位移传感器把测到的数据传送到单片机，当得到最大值和最小值时输出测量值.2第 2 章 自动检测装置机械传动部分的计算2.1 选择电动机一、脉冲当量的选择：脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离=0.01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动 0.01 毫米）初选之相步进电动机的步距角 0.90 /1.80 ，当三相六拍运行时，步距角 =0.9 0 其每转的脉冲数：S= =200 p/r9.036步进电动机与滚珠丝杆间的传动比 i：i= = =0.625sL4801.二、步进电动机转轴上的总转动惯量 的计算eqJ加在步进电动机转轴上的总转动惯量 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电动机具有主要意义。 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装eq置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。 的具体eqJ计算方法如下计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 已知：滚珠丝杠的公称直eqJ径 =19mm，总长 l=330mm，导程 =3mm，材料密度 =7.850dhP；移动部件总重力 G= 400N。23/1cmkg算得各个零部件的转动惯量如下：滚珠丝杠的转动惯量=0.268kg. ；横梁折算到丝杠上的转动惯量 =1.124 kg. 。sJ2 WJ2cm初选步进电动机的型号为 110BYG2502，为三相混合式，步矩角为 ，9.0查得该型号步进电机转子的转动惯量 =15 kg. 。mJ2c则加在步进电机转轴上的总转动惯量为= + +（ + + ）/ =17kg.eqJm1z2zJWs2i2三、等效负载转矩的计算步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同工况下是不同的。通常考虑两种情况：一种情况是快速空载起动（工作负载为 0）另一种情况是承受最大工作负载。下面分别进行讨论：快速空起动时电动机转轴所承受的负载转矩 1eqT31eqT= 0maxtf （2-1 ）式中 s快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为 N.m；f移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位为 N.m；0T滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为N.m。具体计算过程如下：快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩： maxT= eqJ= ameqtnJ602式中 步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为 .kg. 2m；电动机转轴的角加速度，单位为 rad/ 2s；mn电动机的转速，单位为 r/min；at电动机加速所用时间，单位为 s，一般在 0.31S 之间选取。其中： mn= 360axv（2-2）式中 v空载最快移动速度，本机器为 1500mm/min步进电动机步矩角，预选电动机为 ；36.0脉冲当量，本工作台的脉冲当量 =0.005mm。将以上各值代入式（2-2） ，算得 mn=300r/min。设步进电动机由静止到加速到 转速所需要时间 at=0.4s，传动链总效率=0.7 。则可求得：maxT= 7.046312.80.21N.m移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： f= i2hPF摩（2-3）式中 摩 导轨的摩擦力，单位为 N；h滚珠丝杠导程，单位为 m；传动链总效率，一般取 =0.70.85；i 总的传动比，i= n/n，其中 为电动机转速， n 为丝杠的转速。其中式（2-3 ）中导轨的摩擦力为：4摩F= )(Gc （2-4）式中 导轨的摩擦因数（滑动导轨取 0.150.18，滚动导轨取0.0030.005）取 0.15；cF垂直方向的工作负载，车削时为 CF，立铣时为 z单位为 N，空载时 C=0；G 运动部件的总重力，单位为 N 。本设备 G=400N。将以上各值代入（2-4）式，算得 摩 =120N由式（2-3 ）可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：fT= = =0.08N.m iPFh2摩 27.01436滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩：）（ 200iThYJ（2-5）式中 YJF滚珠丝杠的预紧力，一般取滚珠丝杠工作载荷 MF的 1/3，单位为 N；0 滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取 00.9由于滚珠丝杠副的传动效率很高，所以由式（2-5）算出的 0T值很小，在式（2-3 ）中与 maxT和 f比起来，通常可以忽略不计。最后由式（2-5） ，求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩：= =0.21+0.08=0.29N.m1eq0axtf（2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 2eqT：2eqT= t+ f+ 0式中， fT和 0分别按式（2-3）和式（2-5）进行计算。而折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩 t由下式计算：t= iPFhf2（2-6 ）式中 fF进给方向最大工作载荷，单位为 N。已知沿着丝杠轴线方向的最大载荷为 f=1609N，则有：5tT= iPFhf2= 27.0143691.1N.m再由式（2-3 ）计算垂直方向承受最大工作负载（ zF=556N）情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： fT= i2)(hPGFZ= 27.014326)56(.00.13N.m最后由式（2-6）求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为： fteqT2=0.13+1.1=1.23 （2-7）经过上述计算后，可知加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为： eqT=amx 1eq， 2T=1.23 （2-8）3.步进电机的初选将上述计算所得的 eqT乘上一个 K，用 K eqT的值来初选步进电机的最大静转矩，其中的系数 K 称做安全系数。因为在工厂应用中，当电网电压降低时，步进电动机的输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。所以，在选择步进电动机最大静转矩的时候，需要考虑安全系数 K，对于开环控制，一般应在 2.54 之间选取。区安全系数 K=4，则步进电机最大静转矩maxjT4 eq=41.23=4.92N.m上述初选的步进电动机型号 110BYG502，该型号电动机的最大静转矩axj=16N.m。可见，满足（ 2-8）4.步进电动机的性能校核（1）最快工作进给速度时电动机输出转矩校核由最快工作进给速度fvmax=400mm/min 和系统脉冲当量 （0.005mm/ 脉冲） ，可计算出电动机对应的运行频率为： fax= 60mafv= 05.41333HZ。 （2-9）从初选的 86HS3A135-236 步进电动机的矩频特性曲线图 6-24，可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩 fTmax4.9 N.m，远远大于最大工作负载转矩 1eqT满足要求。6最快空载移动时电动机输出转矩校核由最快空载移动速度maxv=1500mm/min 和系统脉冲当量 （mm/ 脉冲） ，仿照式（2-9） ，算出电动机对应的运行频率： axf= 05.61=5000HZ。在此频率下，电动机的输出转矩 maxT=3.8N.m 大于快速空载起动时的负载转矩 1eqT=0.28N.m。满足要求。最快空载移动时电动机运行频率校核由与最快空载移动速度maxv=1500mm/min 对应的电动机运行频率 maxf5000HZ。电动机的空载运行频率可达到 30000HZ，可见没有超出上限。起动频率的校核 已知电动机转轴上的总转动惯量 =18.26 kg. ，电动机转子的电动eqJ2c机运行频率为 mJ=15 kg. ，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率2cqf=2700HZ。由式（2-9）可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率： Lf= meqJf/1=1813HZ （2-10）式中 qf电动机空载起动频率，单位为 Hz，可由产品资料查得；eJ加在步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为 kg. 2m；m步进电动机转子转动惯量，单位为 kg. 2。从式（2-11 ）可知，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于 1813HZ。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有 100HZ。综上所诉，本机器的 Y 轴传动选用 86HS3A135-236 步进电动机，完全满足设计要求。具体 尺寸如下：7图 2.1 步进电机尺寸图表 2额定扭矩额定电流相感抗相阻抗 转子惯量机身长度重量 引线数量型号(N.m) (A) (mH) (0hms) (Kg) (mm) (Kg)86HS3A135-236 6 5 31 7.7 15 182 4 62.2 直齿圆柱齿轮部分的计算低速、直齿圆柱齿轮(1)择材料，确定精度等级及许用应力小齿轮硬度为250-280HB选用材料为 40Cr 钢，调质处理。大齿轮硬度为162-185 HB选用材料为 ZG310，正火处理。选级精度5-16b MPaH6901limMPaH402lim(2)计算应力循环次数814.hjLnN207.u查25-17 得 1.1 1.14（允许有一定点蚀）1NZ2NZ由（5-29 ）得 0.2x1.0 0.92w8取 0.1limHS MPaZSWNH 5.46192.092lim21li1 因 计算中取 = =461.5MPa2H12H(3)按接触疲劳强度计算中心距 3 21)/(2)( HEHaZuKTa式中 mN9501初取 .2ZKt 2.0aMPaZE9.18mttH5.2sinco/2ZuKTaHEa 7)/()1(3 2由于中心距略小，所以将中心距放大圆整取a=81mm取标准模数 mn1取 541Z则 10822u齿轮分度圆直径： mZd5411mZd10822齿轮顶圆直径： haa 10562*29齿轮基圆直径： mdtb731.50cos1t482齿轮的圆周速度0.28106ndvms/由2表 5-6 知，选取齿轮精度 9 级是合适的。由2表 5-3 知，电动机驱动，载荷平稳0.1AK smvz /15.0/428.01/按 9 级精度查取 5-4a 3VK齿宽： mab1682.0则 ，低速级轴的刚度较大，二级传动中齿轮相对轴承为非3.54/16/d对称布置，得 K按 8 级精度查 5-4 得： 1.2.05.1VA又机械原理公式计算端面重合度 6895.21047.arcosarcs3.5.2211 bd)tan(t)tn(t 2221 aZZ由2式（5-17）10MPaubdKTZEH8.3521541690.2921故安全(3)校核齿根弯曲疲劳强度MPa 21HSaFFYmbdKT按 、1vz查2图 5-14 2vz查2图 5-19 0.1,.21NY由2式（5-23）计算 15.832.075.75. 查2图 5-16b，得 =290Mpa, =152Mpa1limF2limF查25-19 0.,.21NY由2式（5-32） ，m=15mm, 取.121X 4.1,0.2limFSTY弯曲疲劳许用应力，由式2（5-31）知故 安全 .372FaXNSTFYlimliMPaST411li1li1YXNSTF27lim2li2 PaPabdKFaFF 411.80111 11故安全要参数：541Z10821mmd541b=16mm a=81mm md2齿轮分度圆直径： Zd5411mZd10822齿轮顶圆直径： mhmaa 100826*2齿轮基圆直径： dtb73.5cos1t48022.3 轴的设计计算 轴的材料选 45 钢，调质处理机械性能查文献2表 8-1：1.0,2. ,15,268,356371MPaaMPaasB由于轴主要受转矩作用，所以按扭转强度计算由文献2式（8-1）得MPaTTTWnp31095式中 轴的扭剪应力，Mpa；TT轴的传递扭矩，NMM；轴的抗扭截面模量， ；W3mP轴传递的功率， KW；n轴的转速， ；inrMPaPaYFSaFSaFF 21715.76/1212 12轴材料的许用扭剪应力，MPa。T对于既传递扭矩又承受转矩的转轴，可用上式初步估算轴的直径，但必须将轴的许用扭剪应力 适当的降低，以补偿扭转对轴的影响。将降低后的 带T T入上式，可以改写成设计计算公式。对于实心轴 ，则轴的直径为332.016dWTmnPAT3033.195估算低速轴外伸端最小直径取 8mmnPAd28.3045.3估算高速轴外伸端最小直径取 6mmmnPAd924.608.313第 3 章 电路系统的设计3.1 芯片的选择及连接3.1.1 芯片的选择基于自动控制环壁厚检具的控制只需要完成控制步进电动机的转动，LED 的显示和工作的状态。由于完成的功能不是很多，并且要降低成本，所以选择 8051单片机作为控制系统的处理芯片。选用 ADC0809 作为 AD 转换处理芯片。电机驱动芯片为 8748。LED 显示选择了 8279 芯片。1.8051 单片机引脚图的介绍图 4.1.1 8051 芯片 HMOS 制造工艺的 MCS-51 单片机都采用 40 引脚的直插封装（DIP 方式），制造工艺为 CHMOS 的 80C51/80C31 芯片除采用 DIP封装方式外，还采用方型封装工艺，引脚排列如图。其下面按其引脚功能分为四部分叙述这 40 条引脚的功能。1、主电源引脚 VCC和 VSSVCC（40 脚）接+5V 电压；VSS（20 脚）接地。2、外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1（19 脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对 HMOS 单14片机，此引脚应接地；对 CHMOS 单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18 脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对 HMOS 单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对 XHMOS，此引脚应悬浮。3、控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPPRST/VPD（9 脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与 VSS引脚之间连接一个约 8.2k 的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约 10F 的电容，以保证可靠地复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部 RAM 的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而 VPD 在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD 就向内部 RAM 提供备用电源。ALE/PROG（30 脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）8 个 LS 型的 TTL 输入电路。对于 EPROM 单片机（如 8751），在 EPROM 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。PSEN（29 脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次 PSEN 有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。PSEN 同样可以驱动（吸收或输出）8 个 LS 型的 TTL 输入。EA/VPP（引脚）：当 EA 端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过 0FFFH（对 851/8751/80C51）或 1FFFH（对 8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的 8031 来说，无内部程序存储器，所以 EA 脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。对于 EPROM 型的单片机（如 8751），在 EPROM 编程期间，此引脚也用于施加21V 的编程电源（VPP）。4、输入/输出（I/O）引脚 P0、P1、P2、P3（共 32 根）P0 口（39 脚至 32 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总线的低 8 位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动 8 个 LS 型的 TTL 负载。P1 口（1 脚至 8 脚）：是准双向 8 位 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。P1 口能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。对 8052、8032，P1.0 引脚的第二功能为 T2 定时/计数器的外部输入，P1.1 引脚的第二功能为 T2EX 捕捉、重装触发，即 T2 的外部控15制端。对 EPROM 编程和程序验证时，它接收低 8 位地址。P2 口（21 脚至 28 脚）：是准双向 8 位 I/O 口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高 8 位地址总线送出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证期间，它接收高 8 位地址。P2 可以驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。P3 口（10 脚至 17 脚）：是准双向 8 位 I/O 口，在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3 能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。作为第一功能使用时，就作为普通 I/O 口用，功能和操作方法与 P1 口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是，P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。表 P3 各口线的第二功能定义口线 引脚 第二功能P3.0 10 RXD（串行输入口）P3.1 11 TXD（串行输出口）P3.2 12 INT0（外部中断 0）P3.3 13 INT1（外部中断 1）P3.4 14 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 15 T1（定时器 1 外部输入）P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）2.ADC0809 芯片及引脚功能介绍16图 4.1.2 ADC0809 芯片ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 DA 转换器、逐次逼近 寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与 TTL 兼容。ADC0809A/D 转换芯片引脚功能ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装 1.IN0IN7：8 路模拟量输入端。2.2-12-8：8 位数字量输出端。3.ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路.4.ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 5.START： AD 转换启动信号，输入，高电平有效。 6.EOC： AD 转换结束信号，输出，当 AD 转换结束时，此端输出一个高电平17（转换期间一直为低电平）。 7.OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 AD 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。8.CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ。 9.REF（+）、REF（-）：基准电压。 10.Vcc：电源，单一5V。 11.GND：地。 3.8279 芯片及引脚功能介绍图 4.1.3 8279 芯片D0 D7（数据总线）:双向、三态总线，和系统数据总线相连；用于 CPU 和8279 间的数据/命令传送。单片机和 8279 之间的地址、数据、命 令、状态信息都是通过它传送的。 SL0SL3(扫描线)：输出线。RL0RL7(回复线)：输入线。OUTA0OUTA3（A 组显示信号）：输出线。OUTB0OUTB3（B 组显示信号）:输出线。18:片选信号，低电平有效。CS：读选通信号。 RD：写选通信号。 WCLK：输入线，为 8279 提供内部时钟的输入端。SHIFT（位移信号）：输入线，高电平有效。 CNTL/STB(控制/选通)：输入线。高电平有效。IRO（中断请求）：输出线。高电平有效。RESET(复 位)：输入线， 当RESET=1 时，8279 复位。 其复位状态为： 16 个字符显 示；编码扫描 键盘双锁 定；程序时钟 编程为 31。(显示BD 消隐)：输出线。低电平有效。该信号在数字切换显示或使用消隐命令时，将显示消隐。3.1.2 8051 基本电路8051 的基本电路包括复位电路和晶振电路。这里采用的是按键复位电路。上电瞬间，RC 电路充电，RESET 引脚端出现正脉冲，只要 RESET 端保持 10ms 以上的高电平，就能使单片机有效地复位。具体电路如下图 4.119图 4.1 复位电路和晶振电路3.1.3 8051 与 ADC0809 的连接8051 与 ADC0809 连接需要一个地址所存器 74LS373。 图 4.2 8051 与 ADC0809 连接203.2 驱动电路步进电机的驱动有很多种，根据实际需要来选用。本次设计考虑采用斩波法。如图所示为斩波法电机驱动电路原理图图 4.3 电路原理图T1 是一个高频开关管，T2 开关管的发射极接一只小电阻 R，电动机绕组的电流经过这个电阻到地，所以这个电阻是电流采样电阻。比较器的一端接给定电压uc,，另一端接采样电阻上的压降，当采样电阻为 0 时，比较器输出高电平。当控制脉冲 ui 为低电平时，T1 和 T2 两个开关管均截止；当 ui 为高电平时，T1 和 T2 两个开关管均导通,电源向绕组供电。由于绕组电感的作用，R 上的电压逐渐升高，当超过给定电压 uc值时，比较器输出低电平，使与门输出低电平，T1截止，电源被切断；当采样电阻上的电压小于给定电压时，比较器输出高电平，与门也输出高电平，T1 又导通，电源又开始向绕组供电。这样反复循环，直到 ui为低电平。3.3 功率放大系统的设计功能是将环形分配器送来的弱电信号变为强电信号，采用晶体管单电压型的驱动电路。控制方便、调试容易和线路简单等优点。电路见下图。21图 4.4 功率放大电路高电平时， 、 开关导通，电机绕组供电；低电平时， 、 开关截止。1T2 1T220K4 为续流二极管，电机绕组产生反电势将维持电流继续沿原方向流动。另外通过二极管还能释放磁场能，以免高的反电势击穿 、 。121.确定电流 、 、 、 、 、 、AICGIDBIEPI步进电机每一相绕组电流 =3A， 与 的关系 =PBFEPI式中： 放大系数。查得 3DD15 在绿点时 为 80120，取FE=100。则 = =30 （mA）FEBI103查得 20K4 绿点时 =50110，取 =80FEFE（mA）17.kUIB则 =（30+0.7 ）/80=0.384 （mA）G= + =30+0.7=30.7 （ mA）DIBE= +CIGAI22式中： 光敏三极管的输出电流， = 。AI AI20TRFC表20TRC 示在环境温度20时的电 流传输比。查表，GO101 型的 为 20%。TR 查得在 20时电流传输比 的相对值/ =100%。因此 =20%。则20TRC20TRC)mA(384.2.I%01A2、确定电阻 、 、CD)(1507.634.02.2)(15384.7.023322 DCESBDACABEIUKI23第 4 章 软件部分的设计4.1 主程序的设计工作流程图主要对此次设计的机构各部分的工作顺序进行描述，本次设计需要 3 个电机顺序工作，其中穿插有传感器的测量，以及行程开关对电机的行程控制，准确的进行信号的发送，使电机不会超过工作行程。最后全部送入显示。具体工作流程如下图：图 5.1 主程序流程图244.2 检测部分子程序程序流程图如下：图 5.2 检测部分子程序流程图4.3 显示部分子程序显示器的命令口为：#7FFFH。待显示的数据通过这个命令口进入程序进行分25析，通过对 CPU 的中断进行数据的显示，显示的提示符全部存储在代码表里，当查表查到该位显示数据时就从代码表里提取该字符。查表后的数据要指向段选码首位地址，然后查段选码。最后全部送入显示部分进行显示。显示完毕后清零等待下次显示任务。显示部分子程序流程图如下图：图 5.3 显示部分子程序流程图26第 5 章 总结本 设 计 按 时 完 成 了 题 目 的 各 项 要 求 ， 包 括 基 于 自 动 控 制 环 壁 厚 检 具 的 机械 部 分 和 控 制 部 分 。本 检 具 的 机 械 部 分 根 据 传 统 检 具 的 结 构 设 计 的 ， 测 量 原 理 与 传 统 检 具 基 本相 同 。 传 统 检 具 的 手 动 部 分 由 本 检 具 的 电 动 机 来 代 替 。 力 的 传 递 时 靠 丝 杠 完 成的 ， 且 读 数 由 LED 显 示 出 ， 大 大 节 省 了 劳 动 力 。本 检 具 的 控 制 部 分 利 用 80C51 单 片 机 发 出 控 制 信 号 给 8255， 再 发 控 制信 号 给 驱 动 芯 片 来 控 制 步 进 电 机 ， 当工件到了指定的位置时按启动键，单片机接收到信号时，给步进电动机 1 脉冲，使步进电动机 1 转动，从而移动侧头使它与环壁相接触，同时启动电动机 2 使工件轻轻转动。这时位移传感器把测到的数据传送到单片机，当得到最大值和最小值时输出测量值本 检 具 操 作 简 单 ， 普 通 人 即 可 对 高 精 度 工 件 进 行 测 量 ， 虽 然 本 检 具 比 传 动检 具 成 本 稍 微 高 了 些 ， 但 是 对 工 件 的 测 量 精 度 提 升 了 许 多 。 不 在 需 要 专 用 人 员进 行 检 测 了 。 且 不 会 在 出 现 在 不 同 位 置 读 数 不 同 的 错 误 了 。.27参考文献1 王晓明.电动机的单片机控制.第一版.辽宁：北京航空航天大学出版社，2005年 5 月 2 孙志礼，冷兴聚，魏延刚，曾海泉.机械设计 .第一版.东北大学出版社，2004年 7 月3 孙桓，陈作模 .机械原理.第六版.西安：高等教育出版社，2000 年 8 月4 巩云鹏，田万禄,张祖立,黄秋波.机械设计课程设计 . 第一版.东北大学出版社，2000 年 12 月5 周希章,周全 .如何正确选择电动机.机械工业出版社.2004 年 1 月6 张建民等着 .机电一体化系统设计.北京:北京理工大学出版社7 何立民编.MCS-51 系列单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社.19918王沛民等编.微型计算机与接口技术.西安:西北电讯工程学院出版社.19879 林有德等编 .传感器及其应用技术.上海:上海科学技术文献出版社.199210 欧姆龙自动化控制网站.: http:/www.fa .11 成大先. 机械设计图册.化学工程出版社12 蛛辉,曹桄等 .画法几何及工程制图.上海科学技术出版社.2003 年13 秦曾煌. 电工学.高等教育出版社.2004 年14 刘鸿文. 材料力学.高等教育出版社.2004 年15 王文斌等 .机械设计手册.机械工业出版社.2005 年第三版16大西 清. 机械设计制图手册.科学出版社.2001 第十版28致 谢这次毕业设计的顺利完成，与大家的热心帮助是分不开的。首先，要感谢我的指导老师，辽宁工业大学机械工程与自动化学院的杨红梅老师。她的热心指导一直贯穿于我的整个毕业设计阶段。也要感谢其它的指导老师，每当遇到问题请教他们的时候，他们都耐心指导。其次，要感谢我的同学，我的进步来源于我们的共同讨论。本次毕业设计之前，曾经阅读了大量的相关资料，从中汲取了丰富的知识，借此向这些作者们深表敬意。29附录 1主程序模块源程序：ORG 0000H AJMP MAIN ；转主程序ORG 0030HMAIN:MOV SP,#60H ；设堆栈指针MOV DPTR,#7F00H ；指向控口地址MOV A,#00001001B ；PA，PB 口输出，PC 输入MOVX DPTR,A ；写入