基于AVR单片机的长距离运料车的设计

菏泽学院Heze University本科生毕业设计（论文）题目 基于AVR单片机的长距离运料车的设计 姓名 学号 系 别 蒋震机电工程学院 专业 机械电子工程 指导教师 职称 副教授 2012年 5月26日菏泽学院教务处制目 录摘要关键词AbstractKey words引言1 机械部分的设计1.1 设计任务及参数1.2 长距离运料车系统结构设计1.2.1 长距离运料车的整体设计1.2.2 运料车机械臂的设计1.2.3 运料车自卸斗的设计1.2.4 运料车底盘的设计2 硬件部分的选择2.1 主控单元的选择2.2.1 单片机介绍2.2.2 单片机型号选择2.2.3 ATmega16引脚说明2.2 直流减速电机的选择2.3 步进电机的选择2.3.1 步进电机介绍2.3.2 步进电机的基本参数2.3.3 选择步进电机三要素2.3.4 选择步进电机型号2.4 传感器模块的选择2.4.1 光电接近开关2.4.2 电感式接近开关2.5 吸盘式电磁铁的选择3 控制电路的设计3.1 主控模块的设计3.1.1 主控单元的设计3.1.2 L7805直流稳压电源的设计3.1.2 串口通信模块的设计3.2 L298N电机驱动模块的设计3.2.1 直流电机的正反转控制3.3 步进电机驱动模块的设计3.3.1 驱动芯片ULN20033.3.2 驱动电机3.4 继电器控制模块的设计4 控制流程的设计4.1 控制流程4.2 流程图总结说明参考文献附录致谢基于AVR单片机的长距离运料车的设计基于AVR单片机的长距离运料车的设计机械电子工程专业学生 指导教师 摘要：随着电子技术的不断更新，工业自动化程度也飞速发展，为了把人们从繁重的体力劳动中解脱出来，本文设计了一种基于AVR单片机的长距离运料车，专门用于运输钢铁等重型物体。基于avr单片机的长距离运料车集光、电、计算机技术于一体，综合了当今科技领域先进的理论和应用技术。单片机技术的应用，可灵活编程，进而实现控制的灵活性并且具有高可靠性、高性价比；可实现工件、加工后的工件全自动运送，减少了体力劳动，提高了工作效率；操作过程全自动化，只需控制开关，实现功能，解决了电力控制机械的难点；广泛应用在柔性制造系统和自动化工厂中，极大的提高生产自动化程度和生产效率。关键词：AVR单片机；工业自动化；效率高；可靠性Based On The AVR Single Chip Microcomputer Long Distance Transport Student majoring in Mechanical and Electronic Engineering Tutor Abstract：Along with the electronic technology update ceaselessly, industrial automation degree are also developing rapidly, in order to make people from the heavy manual labor out of, this paper discusses the design of a AVR based long distance lorry, specifically designed to transport iron and other heavy objects. AVR based long distance lorry set light, electricity, computer technology in one, integrated the technology of advanced theory and application technology. The application of SCM technology, flexible programming, and then realize control flexibility and high reliability, cost-effective; realizing workpiece, machining workpiece automatic delivery, reduce labor, improve the work efficiency; the operation process is fully automatic, only needs to control the switch, realizes the function, to solve the electric power control equipment difficulty; widely used in flexible manufacturing system and factory automation, greatly improve the level of production automation and production efficiency.Key words: AVR single chip microcomputer;Industrial automation;Efficient;Reliability引言随着计算机技术与微电子技术的发展，各种单片机或微控制器（MCU）组成的嵌入式系统，已经在工业自动化、办公自动化和楼宇自动化等领域得到了广泛的应用。为了加快实现工业的发展，进一步解放劳动力，提高生产效率，自动化已成为21世纪工业生产的发展趋势和发展方向。在各种自动化生产线中，运货的运料车是自动化生产线中的重要组成部分，尤其是多加工工位的自动化生产线，自动运料车有节约运货时间、减少工人的劳动强度等优点，所以自动运料车在自动化生产线中得到广发的应用。 长距离送料车（即称 AGV），是一种物料搬运设备，是能在某一位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置，自动完成货物的卸载的全自动运输装置。装卸搬运是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高，占据物流费用的重要部分。因此，运输工具得到了很大的发展，其中 AGV 的使用场合最广泛，发展十分迅速。它是一种集声、光、电、微型计算机为一体的简单搬运机器人。和人驾驶车的性质是一样的，只不过它的“司机”是一个微型计算机控制系统。它主要在柔性加工、装配系统，自动化立体仓库以及其他一些场合作为搬运工具1。我们知道，目前工业生产过程中已经有很多运料设备，但是能实现全自动、高效、安全运料的运料车很少。目前市面上的运料车主要分为两种：（1）有轨长距离送料车：所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨送料车结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高。地面有轨送料车多采用直线或环线双向运行，广泛应用于中小规模的箱体类工件 FMS 中。高架有轨小车（空间导轨）相对于地面有轨送料车，车间利用率高，结构紧凑，速度快，有利于把人和输送装置的活动范围分开，安全性好，但承载力小。有轨送料车由于需要机械式导轨，其系统的变更性、扩展性和灵活性不够理想。（2）无轨长距离送料车：无轨送料车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送运料车。无轨送料车按引导方式和控制方法分为有径引导方式和无径引导自主导向方式。有径引导方式是指在地面上铺设导线、磁带或反光带指定送料车的路径，送料车通过电磁信号或光信号检测出自己的所在位置，通过自动修正而保证沿指定路径行驶。无径引导自主导方式中，地图导向方式是在无轨送料车的计算机中预存距离表（地图），通过与测距法所得的方位信息比较，送料车自动算出从某一参考点出发到目的点的行驶方向。这种引导方式非常灵活，但精度低。 本文所研究的长距离运料车主要应用在机械制造业等工业领域当中，要求的承载力较大，并且要求可靠性高，定位精度好。因此我们选用第一种作为研究方案，即有轨式长距离运料车。现在市面上AGV价格比普通叉车价格要高出数倍，致使国内一些企业对AGV望而却步。这不是AGV不能在国内企业普及的唯一原因，另一个原因是现在的AGV变更性及适应性差，不能满足不同公司不同生产线的运输要求。此外，由于研发成本及其昂贵，所以AGV生产商也很难满足所有企业的生产需求。虽然AGV价格昂贵，但是仍不能掩盖其特点。AGV是一种自动化程度非常高的运输设备，并且具有运输效率高、可靠性高、能耗小、可实现柔性控制、灵活性好等诸多优点，已经广泛的运用在汽车制造、机械加工、烟草业自动仓库等诸多领域。在现代企业生产运输中，AGV为提高生产效率，降低生产成本发挥着重要的作用。但是由于AGV高昂的造价和复杂的制造工艺使的许多中小企业望而却步。所以急需设计一种价格低，性能好又能满足以上特点，并且又能适合于中小型企业需求的一种运料车。1 机械部分的设计1.1 设计任务及参数设计一台长距离运料车，可以在地面预定的轨道上行驶，并自动完成装卸料任务。本设计采用AVR单片机作为控制系统来控制小车的行驶，从而实现运料车的装料、直走、卸料、倒退、停止等功能。其设计参数如下： 长距离运料车的长度：500mm 长距离运料车底板高度：32mm 长距离运料车的载重：35kg 长距离运料车的宽度：300mm 长距离运料车的行驶速度：100mm/s1.2 长距离运料车系统结构设计1.2.1 长距离运料车的整体设计 2134所设计的长距离运料车的模型如图所示。车体采用后轮独立驱动的模式，后轮由电机带动齿轮传动，给与合适的动力源。四轮结构与三轮结构相比较有较大的负载能力和较好的平稳性。并采用槽轮结构，更能保证运料车的平稳性和安全性。如图所示机械臂和自卸斗分布在运料车的两侧，既保证了运料车的平稳性，又大大提高了运料的效率2。如图1-1。 4 图1-1 基于AVR单片机的长距离运料车的整体设计图1、机械臂；2、自卸斗；3、钢轨；4、V型槽轮1.2.2 运料车机械臂的设计 如图1-2采用减速步进电机带动机械手上升和下降，既保证了上升和下降的精确度，又提供了足够大的动力。两伸缩杆保证了运料的平稳性。12345 图1-2 运料车机械臂1、电磁铁；2、伸缩杆；3、步进电机；4、V型槽轮；5、带绳1.2.3 运料车自卸斗的设计 如图1-3采用两个侧倾式自卸斗，通过步进电机带动凸轮实现自卸斗的倾卸。132图1-3 侧倾式自卸斗1、自卸斗；2、凸轮；3、步进电机1.2.4 运料车底盘的设计 如图1-4直流减速电机通过齿轮副，带动运料车主轴转动，进而带动V型槽轮转动。12345图1-4运料车底盘各结构组成1、V型槽轮；2、轴承与轴承座；3、轴；4、齿轮副；5、直流减速电机2 硬件部分的选择2.1 主控单元的选择2.2.1 单片机介绍 单片机即单片结构微型计算机的简称，可以认为是一种带CPU的计算机集成电路芯片。由单片机构成的计算机系统常被称为嵌入式计算机系统。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择3。单片机最早的应用是在工业控制领域，所以有时我们也把单片机称作微控制器（MCU）。早期的单片机的芯片内仅有CPU专用处理器。当初的设计目的是为了使计算机系统变得更小，使得控制设备的系统更为先进。最早INTEL公司根据这种设计理念设计出了的Z80处理器，从此以后，单片机和专用处理器便发展成两个不同的领域。2.2.2 单片机型号选择 （1）方案一：采用ATC89C51单片机，该单片机是8位的CPU，主频等于晶振的12分频，具有4KB的程序储存器（ROM）；256b的数据存储器（RAM）；32条I/O 口线；111条指令，大部分为单字节指令；21个专用寄存器；2个可编程序定时/计数器；5个中断源；2个优先级；一个全双工串行通信口。应用范围广泛，该型号单片机不仅硬件结构合理，而且指令系统也更为规范，占据了先入为主的优势，并且至今任保持者活力。（2）方案二：采用AVR系列的ATmega16单片机，该单片机为高性能、低功耗的8位AVR微处理器；16KB的系统内可编程序Flash程序存储器，可实现1万次的程序反复擦写功能；并可同时实现读、写功能；片上还具有512B的EEPROM，并可擦写10万次；具有JTAG接口，方便芯片编程烧写；ATmega16的片上还具备很多外设，拥有2个独立预分频和比较器功能的8位定时器/计数器；并且还具有一些特殊处理器的特点4。工作电压范围在4.55.5V之间，最大工作频率为16MHz。通过对两种型号的分析与调查我们采用AVR系列的ATmega16单片机作为长距离运料车的主控单元。主要是因为在同等时钟条件下ATmega16单片机比ATC89C51单片机速度快12倍，如果是做1616的乘法，可比ATC89C51快23倍，计算优势非常明显。AVR单片机的耗电量比ATC89C51也减少了很多，由于AVR单片机采用了更加先进的制造工艺，在同等配置的条件下，AVR单片机的价格要比ATC89C51单片机便宜。AVR单片机上外设接口多，自带EEPROM的数据存储器，因此在大多数的情况系，可以基本上摆脱外接的串行EEPROM，使得产品知道成本降低，同时也缩小了产品的体积。最重要的一点就是在可靠性和稳定性方面，AVR单片机的抗干扰能力也优越于ATC89C51单片机，在工作条件复杂和恶劣的情况下能稳定的工作。2.2.3 ATmega16引脚说明图2-1 AVR单片机管脚图（1）VCC：正电源引脚。（2）GND：接地引脚。（3）PAPD：为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。具有对称的驱动特性输出缓冲器，可实现大电流的吸收和输出。当被定义成输入状态时，若内部上拉电阻使能，外部电路拉低端口时，将输出电流。若被复位，不管系统时钟是否起振，端口均处于高阻态5。其中端口A另一个功能就是A/D的模拟输入端。对于端口C，如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。（4）RESET：复位引脚，低电平复位。（5）X1：反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。（6）X2：反向振荡放大器的输出端。（7）AVCC：AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。（8）AREF ：A/D的模拟基准输入引脚。2.2 直流减速电机的选择直流电动机的主要参数是功率（KM）。但是，选择直流电动机并不按功率，而是根据下列三个指标选择6,7。长距离运料车行走的速度为 100mm/s，则车轮的转速为： （2-1） 选择齿轮的减速比为i=4电机的转速 （2-2） 长距离运料车的受力分析： 300 图2-2 车轮受力简图运料车车架自重为P （2-3） 小车的载荷为G （2-4） 取坐标系OXYZ如图2-2所示，列出平衡方程 由于两前轮及两后轮关于Y轴对称，则 （2-5） （2-6）解得： 滚动摩擦阻力偶矩的大小介于零和最大值之间，即 （2-7） （2-8） 其中为滚动摩阻系数， =210，取=6mm牵引力F为 （2-9） 摩阻系数 牵引力 F N 重物的重力W N 滚子直径 D mm 传递效率 传动装置减速比求换算到电机轴上的负荷力矩（） （2-10） =5.79所以选择直流减速电机为 24V 转矩为6 转速为200r/min。2.3 步进电机的选择2.3.1 步进电机介绍 步进电机是主要对于位置和速度进行精确控制的一种电机8。“数字性”是步进电机的最大特点，当控制器发过来一个脉冲时，步进电机可通过驱动器的驱动下运转一个固定的角度（简称步距角）。同样如果步进电机接收到n个连续的脉冲，它将连续运转n个步距角。并且可以通过控制脉冲频率，直接控制电机转速。由于步进电机工作原理易学易用，成本低(相对于伺服电机)、电机和驱动器可靠性高，可在微电脑和单片机控制下运行，所以近年来在各生产领域的控制设备中得到了越来越广泛的应用。步进电机根据它的构造大致可分为三种：反应式（VR）、永磁式（PM）和混合式（HB）。2.3.2 步进电机的基本参数 （1）电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。每一个电机在被生产出之后都会有一个步距角，而这个步距角我们通常称作 “电机固有步距角”，但是当我们在实际应用它时，就不能单单考虑“电机固有步距角”了，还要根据驱动器来确定其真正工作时的步距角。（2）步进电机的相数：步进电机的相数是根据电机内部线圈的组数而确定的，即相数等于组数。市面上比较常用的步进电机有二相、三相、四相、五相等多种类型。如果步进电机的相数不同，其步距角也就不同。（3）保持转矩（HOLDINGTORQUE）：保持转矩又称最大静转矩，是指电机在额定静态电压作用下（通电），电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩，即定子锁住转子时的力矩。它是步进电机最重要的参数之一。（4）钳制转矩（DETENTTORQUE）：钳制转矩是指步进电机没有通电的情况下，定子给转子的锁定力矩。需要注意，反应式步进电机转子的材料是非永磁的，所以反应式步进电机没有钳制转矩。2.3.3 选择步进电机三要素 选择步进电机时，我们通常从步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三个方面去考虑，确定了这三个方面之后，便确定了步进电机的型号。（1）步距角的选择：通常通过负载精度选择步进电机的步距角，如果将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，便可以确定电机在每个当量下应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应小于等于此角度。（2）静力矩的选择： 通常情况下步进电机的动态力矩不容易被确定，但是为了了解步进电机的动态力矩，我们一般先确定电机的静力矩。通过计算电机的工作负载就可以轻松的把静力矩给确定下来，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种，两种负载不能单一的存在。两种负载都要考虑的情况是在直接起动时（一般由低速），主要考虑惯性负载的情况是在加速起动时。相反，只需考虑摩擦负载实在恒速运行时。在选择步进电机时，静力矩在摩擦负载的2-3倍内最好，当静力矩选定好之后，便可以确定电机的机座及长度了（几何尺寸）。（3）电流的选择： 当步进电机的静力矩相同时，步进电机的电流参数对其运行特性影响很大，通过矩频特性曲线图，可判断步进电机电流的大小（参考驱动电源、及驱动电压）。负 载步 距 角静 转 矩电 流电机型号矩频特性曲线修 正综上所述选择电机一般应遵循图2-3的步骤。图2-3 步进电机的选择方法2.3.4 选择步进电机型号 根据图2-3，我们首先计算每个步进电机所承受的负载力大小，所需的步距角、静转矩以及步进电机的电流，进而确定步进电机的型号。长距离运料车的总载重为35kg,而每个运料车可同时运载两个工件，并且每个机械臂上布置两个步进电机，同时提升工件，选择步进电机的型槽轮的半径为1cm。则每个步进电机所承受的负载为： （2-11）该运料车对步进电机的步距角要求不是非常的严格，可首先确定其他要素之后，在确定步距角的大小。静转矩的大小： （2-12） 电流选择可在02A之间。故我们可选择的步进电机的型号为：42BY48HJ50。其主要特点：体积小，具有较高的启动和运行频率，有定位转矩大等优点。其主要技术参数见表2-1。表2-1 12V减速步进电机技术参数表额定电压12V启动转矩100cm min相数4/2启动频率280PPS min减速比1/50定位转矩100cm max步距角7.5绝缘等级电阻3010%(25)型 号42BY48HJ50相电流0.40A噪 声40dB(120Hz,Noload,10cm)图2- 减速步进电机2.4 传感器模块的选择采用光电开关对运料车运动位置的精确定位；采用电感式接近开关，检测货物卸载位置。2.4.1 光电接近开关 我们通常把光电接近开关简称为光电开关，它检测物体主要是通过检测被测物体遮挡或者反射过来的光束，并由同步回路选通电路，从而达到检测的目的。被检测物体不仅仅局限于金属，凡是能反射光线的物体都可以被检测到。所选用的光电开关的型号为：E3F-DS10C4。其技术参数见表2-2。表2-2 光电开关技术参数品名光电开关 漫反射型型号E3F-DS10C4外形直径18毫米圆柱体检测距离10厘米（CM）工作电压直流6-36VDC以内输出方式NPN三线常开输出电流300毫安（mA)外壳材料塑料ABS2.4.2 电感式接近开关 电感式接近开关又叫涡流式传感器，它主要由三部分组成：振荡器、开关电路和放大输出电路。其检测目标主要是金属导体。所选用的电感式接近开关的型号为：LJ12A3-4-Z/BX。其技术参数见表2-3。表2-3 电感式接近开关技术参数品名电感式接近开关型号LJ12A3-4-Z/BX外形直径12毫米圆柱体检测距离4毫米（mm）工作电压直流6-36VDC以内输出方式NPN三线常开输出电流300毫安（mA)检测物体金属/铁图2-5 光电开关 图2-6电感式接近开关红/棕黄/黑兰/兰图2-7 光电开关的接线图2.5 吸盘式电磁铁的选择吸盘式电磁铁在通电状态下可产生强劲吸附力，把它安装在自动化设备中可对被吸附物体起到停止或移动作用。广泛应用于自动化配送生产线，分拣机器、机械手、实验设备、医疗、研磨、切割、切削等自动化加工生产线上材料或产品的输送，传递，控制简单，省力省电，安全可靠，并可进行远程操作。使用注意事项：被吸附物体表面应尽可能平整，且吸附面积不宜小于电磁铁吸合面。图2-8 电磁铁3 控制电路的设计3.1 主控模块的设计本模块主要是采集信号并进行分析，同时输出信号来控制直流减速电机以及减速步进电机。从而实现运料车的前进、后退，以及运料车机械手的上升与下降。此处采用ATmega16为主芯片，由12V直流电通过7805稳压芯片，稳压后为其进行供电。单片机读写口连接了MAX232芯片，并焊接了串口接口，使其能够直接使用USB转串口线下载程序；除此之外，单片机引脚全部通过排针引出，使得此电路连接其他模块更加方便。3.1.1 主控单元的设计 单片机最小系统由复位电路和晶振电路组成，其电路图如图3-1和图3-2所示。图3-1复位电路图3-2 单片机引脚电路3.1.2 L7805直流稳压电源的设计 在我们电路设计中经常用到L7805稳压模块为主电路供电。本设计中采用12V蓄电池进行供电，电容C1、C2对输入到L7805前的直流电进行滤波，之后输入到L7805，经其稳压后输出5V直流电，为单片机供电。电路如图3-3所示。图 3-3 L7805稳压模块3.1.2 串口通信模块的设计 本模块采用MAX232芯片，使用+5v单电源为其供电。它的主要作用就是对串口发出来的信号进行转换方便程序的实时修改与下载。其电路图如图3-4所示。图 3-4串口通信电路模块3.2 L298N电机驱动模块的设计本模块以L298N为驱动芯片，可实现小车前进、后退、停止的功能，并采用光电隔离对单片机进行保护。L298N在驱动直流电机时，具有驱动电压高、驱动电流大等优点。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。电路包含两个驱动器，既可以驱动直流电动机、步进电动机又可以驱动继电器线圈等感性负载；可以利用标准的逻辑电平信号进行精确控制；其中包含使能控制端两个，如果它们不受输入信号影响，就可以完全控制器件允许或禁止工作，有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机9。其控制电路如图3-5所示。3.2.1 直流电机的正反转控制 使用直流/步进两用驱动器可以驱动两台直流电机。分别为M1和M2。引脚A，B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接）实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。（如果信号端IN1接低电平， IN2接高电平，电机M1反转。）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。（反之则反转），PWM信号端A控制M1调速，PWM信号端B控制M2调速10。如表3-1所示。表3-1 直流电机正反转真值表电机旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4输入PWM信号改变脉宽可调速调速端A调速端BM1正转高低/高/反转低高/高/停止低低/高/M2正转/高低/高反转/低高/高停止/低低/高图3-5 直流电机驱动模块线路图3.3 步进电机驱动模块的设计3.3.1 驱动芯片ULN2003 ULN2003是一种高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成。每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003的内部结构如图，灌电流可达500mA，并且在关态时承受50V的电压，还可以在高负载电流并行输出运行11。图 3-6 ULN2003 内部结构图 图3-7 ULN2003芯片引脚图VINVIN 12V图3-8 单片机控制步进电机线路电源输入部分：VIN接+12V，由电源模块供电，注意极性。信号输入部分：14管脚分别对应接单片机PA0PA3管脚。输出部分：与步进电动机连接，注意相序。3.3.2 驱动电机 驱动步进电机的关键是对电机旋转的角度进行精确控制。把步进电机的控制方式建成控制模型来进行程序设计，先把这个控制方式编写成数据表，然后存在程序存储器当中，方便应用。采用四相八拍控制方式，把单片机Atmega16的PA0、PA1、PA2和PA3分别用以控制步进电机的四相。根据表3-2，将正转模型设计为：A、AB、B、BC、C、CD、D、DA；反转模型设计为：DA、D、CD、C、BC、B、AB 、A；并采用寄存器进行计数达到控制步进电机转动的步数。表3-2 八拍驱动方式逻辑时序步进01020304真值表通电0OFFOFFOFFON0001A1OFFOFFONON0011AB2OFFOFFONOFF0010B3OFFONONOFF0110BC4OFFONOFFOFF0100C5ONONOFFOFF1100CD6ONOFFOFFOFF1000D7ONOFFOFFON1001DA8OFFOFFOFFON0001A3.4 继电器控制模块的设计 电磁继电器是有触点电继电器的一种。它是利用电磁效应来控制电路开、关，在各种电子、仪表以及自动化设备中得到广泛的应用。在各种自动设备中，都要求用一个低电压电路来控制一个高电压的电器电路。如图3-9继电气控制电路，见下页。图3-9 继电气控制电路单片机是一个弱电器件，一般情况下他们大都工作在5V甚至更低。驱动电流在mA级以下。而要把它用于一些大功率场合，比如控制电动机，显然是不行的。所以，就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。用该继电器驱动直流电磁铁。4 控制流程的设计4.1 控制流程打开电源，当光电开关1检测到信号后，两个机械手带动电磁铁下降，将工件吸住后，上升至原来高度，运料车前行。当运料车运行至加工机器处，光电开关2检测到信号，运料车停止运行，机械手下降，平稳的将工件放置在加工设备上。同时将已加工好的工件，运至工件卸载位置，此位置有电感式接近开关检测。到达此位置后，自卸斗自动翻转，将工件平稳的放置到地面上。运料车前行至初始位置，进行下一轮的工作。开 始初始化主电机反转光电1接受到信号？主电机停止步进电机1、2正转，脉冲n=n+1光电4接受到信号？m为奇数？电磁铁得电，m=m+1电磁铁失电，m=m+1步进电机1、2反转，n=n-1n=0?m为奇数？主电机反转主电机正转光电2接收到信号？光电3接收到信号？步进电机4、5旋转一周NYNYNYNYNYNNYY4.2 流程图图4-1 程序总流程图总结运料车在工业自动化生产过程中，发挥着举足轻重的作用，运料速度决定着生产效率，进而影响到一个企业的整体效益。本文主要对基于AVR单片机的长距离运料车的研究设计，主要做了以下几个让面的工作：(1) 详细分析了运料车的研究现状；(2) 进行了运料车的整体机械部分分析与设计；(3) 对运料车的控制部分进行论证与设计；(4) 对运料车整体组装、调试。确保运料车的正常工作。说明基于AVR单片机的长距离运料车曾参加过2011年的山东省机电产品创新竞赛荣获三等奖。参考文献：1 徐清.自动导引小车系统的设计与实现D.苏州：苏州大学硕士论文.2006：1-5.2 孙恒，陈作模，葛文杰主编.机械原理M.7版.北京：高等教育出版社,2006：20-43.3 丁化成主编.avr单片机应用设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2003：20-25.4 石东海主编.单片机数据通信技术从入门到精通M.西安：西安电子科技大学出版社，2002：62-71.5 刘 朋，张艳华，阎 茹.基于单片机的有轨自动供料小车的定位控制N.陕西工程大学学报，2009-06-08.6 孙恒等.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006：11-20.7 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.机械设计M.8版.北京:高等教育出版社，2006：15-22.8 郑振杰 江衍煊 游德智.单片机结合ULN2003驱动步进电机J.电机技术,2010,（6）：44-46.9 秦曾煌.电子技术M.6版.北京：高等教育出版社,2006:55-64.10 马书雷,张立勋,杨双华.用AVR 单片机实现直流电机PWM 调速J.应用技,2000,(10):40-42.11 刘焕平，李 娟. 基于51单片机的智能定时控制系统设计J.石家庄职业技术学院学报，2010-09-25.附录实验测试总程序#include#define xtal 8#define uchar unsigned char #define uint unsigned int unsigned char const table1=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;/步进电机正转unsigned char const table2=0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;/步进电机反转unsigned char const table3=0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90;/步进电机正转/延时函数void delay_1ms(void) unsigned int i; for(i=1;i(unsigned int)(xtal*143-2);i+) ;void delay(unsigned int n) unsigned int j; for(j=0;jn;j+) delay_1ms(); void bujin1(void) uchar i,j=0; for(i=0;i=8) j=0; delay(10); void bujin2(void) uchar i,j=0; for(i=0;i=8) j=0; delay(10); void bujin3(void) uchar i,j=0,n; for(n=0;n64;n+)/正转1圈共4096个脉冲for(i=0;i=8) j=0; delay(10); void bujin4(void) uchar i,j=0,n; for(n=0;n64;n+)/反转1圈共4096个脉冲for(i=0;i=8) j=0; delay(10); void bujin(void)/车斗上的步进电机 uchar i,j=0,n; for(n=0;n64;n+)/正转1圈共4096个脉冲for(i=0;i=8) j=0; delay(10); void main() uchar i,j,n=0,key,tem; DDRD=0xff; PORTD=0xfc;/控制电机 DDRA=0Xff;/控制步进电机正反转管脚 PORTA=0X00; DDRB=0x00;/光电开关 PORTB=0xff; DDRC=0Xff;/控制继电器 while(1) tem=PINB; /读取端口b delay(5); /排除按键抖动和抗干扰 key=PINB; if(tem=key) if(key=0x7f)/K1按下(在起