毕业论文终稿-全自动送料小车设计（送全套CAD图纸 答辩通过）

下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图书分类号密级毕业设计论文全自动送料小车设计DESIGNOFAUTOMATICFEEDVEHICLE学生姓名沈聪学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师张宏艳2008年6月2日徐州工程学院毕业设计论文I徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名日期年月日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名导师签名日期年月日日期年月日徐州工程学院毕业设计论文II摘要全自动送料小车集声、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。广泛应用在柔性制造系统和自动化工厂中，具有运输效率高、节能、工作可靠、能实现柔性运输等许多优点，极大的提高生产自动化程度和生产效率。本文在分析国内外送料装置的现状与发展的基础上，设计了两后轮独立驱动的自动送料小车。其主要设计过程是根据小车的设计要求合理设计小车的机械结构，由小车的速度选择合适的直流伺服电动机，然后根据电动机转速和小车速度对蜗杆传动进行设计，再由小车的载荷和速度合理设计轴的结构并选用合适的轴承，最后根据小车的行驶要求设计单片机控制系统。所设计的小车通过单片机控制直流伺服电动机的转速和转向能够实现其前进、后退、转弯的功能，达到了沿着设定的路线行驶的目的。本次设计方案的优点是结构紧凑、负载能力大、平稳性好、传动误差小、转向灵活并且控制简便。关键词全自动送料小车；蜗杆传动；单片机徐州工程学院毕业设计论文IIIABSTRACTAUTOMATICFEEDVEHICLEINTEGRATESSOUND,LIGHT,ELECTRICITYANDTHECOMPUTERTECHNOLOGY,ANDSYNTHESIZESADVANCEDTHEORYANDTHEAPPLICATIONTECHNOLOGYINTHISWORLDITISAPPLIEDWIDELYINTHEFLEXIBLEMANUFACTURINGSYSTEMANDTHEAUTOMATEDFACTORY,ANDHASTHEMERITSOFHIGHTRANSPORTATIONEFFICIENCY,ENERGYCONSERVATION,THEOPERATIONRELIABLEANDTHEFLEXIBLETRANSPORTATIONITCANENORMOUSLYINCREASEPRODUCTIONAUTOMATIONLEVELSANDPRODUCTIONEFFICIENCYBASEDONANALYZINGPRESENTSITUATIONANDDEVELOPMENTOFFEEDINGEQUIPMENTATHOMEANDABROAD,TWOWHEELSOFINDEPENDENTDRIVEAREDESIGNEDTHEDESIGNPROCESSOFTHECARINCLUDESMECHANICALSTRUCTUREDESIGNACCORDINGTOTHEDESIGNREQUIREMENTS,CHOOSINGDIRECTCURRENTMOTORSBASEDONTHESPEEDOFTHECAR,THENMAKINGTHEWORMDRIVEDESIGNACCORDINGTOTHESPEEDOFTHEMOTORSANDCAR,THENTODESIGNTHEAXISSTRUCTUREANDCHOOSETHEBEARINGSBASEDONTHELOADANDSPEEDOFTHECAR,ATLASTMAKINGTHECONTROLSYSTEMOFTHEMICROPROCESSORSDESIGNACCORDINGTODRIVINGREQUESTOFTHECARTHISCARCANREALIZEINDEPENDENCEFUNCTIONSOFFORWARDRECESSIONANDTURNINGTHROUGHTHEMICROPROCESSORCONTROLLINGSPEEDANDSTEERINGOFTHEDIRECTCURRENTSERVOMOTORSITWILLDRIVEALONGSPECIFICROUTETHEADVANTAGESOFDESIGNSCHEMESMALLINSIZE,GREATLOADCAPACITY,SMOOTHDRIVING,SMALLERRORSOFTRANSMISSION,HIGHMANEUVERABILITYANDCONVENIENTOPERATIONKEYWORDAUTOMATICFEEDVEHICLEWORMDRIVEMICROPROCESSOR徐州工程学院毕业设计论文I目录1绪论111全自动送料小车简介112全自动送料小车的分类113国内外研究现状及发展趋势12机械部分设计321设计任务322确定机械传动方案323车体计算424直流伺服电动机的选择4241运动参数4242电机的转速4243全自动送料小车的受力分析5244求换算到电机轴上的负荷力矩6245求换算到电机轴上的负荷惯性6246电机的选定6247电机的验算725联轴器的设计726蜗杆传动设计8261选择蜗杆的传动类型8262选择材料8263蜗杆传动的受力分析8264初选9265中心距计算9266传动基本尺寸10267齿面接触疲劳强度验算10268轮齿弯曲疲劳强度验算10269蜗杆轴挠度验算112610精度等级公差的确定112611热平衡核算1127轴的设计11271前轮轴的设计11272后轮轴的设计1428滚动轴承选择计算18徐州工程学院毕业设计论文II281前轮轴上的轴承18282蜗杆轴上的轴承19283后轮上的轴承213控制系统的设计2331控制系统总体概述2332鉴相2333计数的扩展2434中断的扩展2535数摸转换器的选择2636电机驱动芯片选择2837控制软件的设计30结论32致谢33参考文献34附录35附录135英文翻译35中文翻译42买文档送全套图纸扣扣414951605徐州工程学院毕业设计论文III徐州工程学院毕业设计论文11绪论11全自动送料小车简介全自动送料车（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的全自动运输装置。它是以电池为动力源的一种自动操纵的工业车辆。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。12全自动送料小车的分类自动送料小车分为有轨和无轨两种。所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨小车结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高。地面有轨小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）相对于地面有轨小车，车间利用率高，结构紧凑，速度高，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。高架有轨小车较多地用于回转体工件或刀具的输送，以及有人工介入的工件安装和产品装配的输送系统中。有轨小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。无轨小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小车。无轨小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、磁带或反光带指定小车的路径，小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。无径引导自主导向方式中，地图导向方式是在无轨小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，小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。13国内外研究现状及发展趋势AGV是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的。日本人认为柔性加工系统诞生于1981年，这样计算AGV大规模应用的历史也只有15至20年。但是，其发展速度是非常快的。1981年美国通用公司开始使用AGV，1985年AGV保有量500台，1987年AGV保有量3000台。资料表明欧洲40的AGV用于汽车工业，日本15的AGV用于汽车工业，也就是说AGV在其他行业也有广泛的应用。1目前国内总体看AGV的应用刚刚开始，相当于国外80年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，有汽车工业，飞机制造业，家用电器行业，烟草行业，机械徐州工程学院毕业设计论文2加工，仓库，邮电部门等1。这说明AGV有一个潜在的广阔市场。AGV从技术的发展看，主要是从国家线路向可调整线路；从简单车载单元控制向复杂系统计算机控制；从原始的定期通讯到先进的实时通讯等方向发展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为集中的机械制造、加工、装配生产线向广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物品仓储，商品配送等行业发展。徐州工程学院毕业设计论文32机械部分设计21设计任务设计一台全自动送料小车，可以在水平面上按照预先设定的轨迹行驶。本设计采用AT89C51单片机作为控制系统来控制小车的行驶，从而实现小车的左、右转弯，直走，倒退，停止功能。其设计参数如下全自动送料小车的长度M150全自动送料小车的载重KG全自动送料小车的宽度全自动送料小车的高度全自动送料小车的行驶速度HK/1522确定机械传动方案方案一采用三轮布置结构。直流伺服电动机经过减速器和差速器，通过两半轴将动力传递到两后轮。全自动送料小车的转向由转向机构驱动前面的一个万向轮转向。传动系统如图21所示。图21传动方案一方案二采用四轮布置结构。全自动送料小车采用两后轮独立驱动差速转向，两前轮为万向轮的四轮结构形式。直流伺服电动机经过减速器后直接驱动后轮，当两轮运动速度不同时，就可以实现差速转向。传动系统如图22所示。徐州工程学院毕业设计论文4图22传动方案二四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。方案一有差速器和转向机构，故机械传动误差大。方案二采用两套蜗轮蜗杆减速器及直流伺服电动机，成本相对于方案一较高，但它的传动误差小，并且转向灵活。因此，采用方案二作为本课题的设计方案。23车体计算根据设计要求车体材料选用Q235，因为车体采用矩形状，所以其抗弯截面系数2为式（21）62BHW车体厚度式（22）MBMH32185906MAX式中表示Q235的屈服极限；MAX表示车体收受到的最大弯矩；M表示小车宽度。B24直流伺服电动机的选择伺服电动机的主要参数是功率KW。但是，选择伺服电动机并不按功率，而是根据下列指标选择。241运动参数小车行走的速度为3M/S，则车轮的转速为式（23）MIN/1450310RDVN式中表示小车后轮直径。D242电机的转速选择蜗轮蜗杆的减速比I10徐州工程学院毕业设计论文5式（24）MIN/140RIN电243全自动送料小车的受力分析OGPFBFCFAFD图23车轮受力简图小车车架自重为PN式326708901510823ABHG（25）小车的载荷为GN式49M（26）式中表示小车长度；A表示货物的质量；M表示小车材料密度。取坐标系OXYZ如图23所示，列出平衡方程由于两前轮及两后轮关于Y轴对称，则，ABFCD，式（27）0ZF20PG，式（28）XM9450解得式（29）NDCBA58132两驱动后轮的受力情况如图24所示图24后轮受力图OFSN徐州工程学院毕业设计论文6滚动摩阻力偶矩的大小介于零与最大值之间，即FM式（210MAX0FM）M式NDFN63958132MAX（211）其中滚动摩阻系数，查表52，4060，取50MM2牵引力F为式（212）DF527806392MAX244求换算到电机轴上的负荷力矩式10892IDWFTL（213）MN1831089257352取07,139258,015W式中表示摩擦系数；F表示牵引力；W表示重物的重力；D表示后轮直径；表示传递效率；表示传动装置减速比。I245求换算到电机轴上的负荷惯性式（214）21234LZJJ22049076013064618KGM式中表示车轮的转动惯量；1J表示蜗杆的转动惯量；2表示蜗轮的转动惯量；3表示涡轮轴的转动惯量。4J246电机的选定徐州工程学院毕业设计论文7根据额定转矩和惯量匹配条件，选择直流伺服电动机。电机型号及参数见表21。表21电动机参数型号电刷材料额定功率转子惯量电机直径电机轴直径电机长度效率MAXONF2260石墨1KW12902GCM32020M20070247电机的验算2AX36189LJGC式（215）M025LMJ即3618902851式中表示电机转子惯量。MJ由以上计算可以看出所选的直流电动机满足设计要求。248快移时的加速性能最大空载加速转矩发生在全自动送料小车没有携带工件，从静止以阶跃指令加速到伺服电机最高转速时。这个最大空载加速转矩就是伺服电动机的最大输出转矩。MAXNMAXT式（216）MAX2231401658991076NTJNT加速时间式（217）MSTM4式中表示机械时间常数为19MS25联轴器的设计由于电动机轴直径为20MM，输出轴销平一部分后与联轴器相连，联轴器的直径为50MM，其结构设计如图25所示。徐州工程学院毕业设计论文8电机轴蜗杆轴图25联轴器机构图联轴器采用安全联轴器，销钉直径D可按剪切强度计算，即4式（218）8MKTDZ式中K表示过载限制系数；T表示电机转矩；D表示联轴器直径；MZ表示销的个数。销钉材料选用45钢。查表52知5表2245钢力学性能牌号试样毛坯尺寸硬度HBSBS5KA4520217225637MPA35317350392/MMJ销钉的许用切应力为；式（2190780756347BPA）过载限制系数K值由表144查得K164式MD32754103（220）由计算可知选用D5MM的销钉满足剪切强度要求。26蜗杆传动设计261选择蜗杆的传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆ZI。262选择材料蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故材料选用40CR。蜗轮用灰铸铁HT300制造，采徐州工程学院毕业设计论文9用金属模铸造。263蜗杆传动的受力分析确定作用在蜗轮上的转矩T2按Z2，由电机参数表21得07,则式MNINPNT45610371059/1059105966262（221）图26蜗轮蜗杆受力分析各力的大小计算为；F式（222）NTAT41508324121式（223）DT297662式（224）TR0TAN957AN21264初选当量摩擦系数设2M/S5M/S，查表136取大值SV43S721V选值在图1311的I10线上选取AD/14040，（Z2），AD/1231701265中心距计算蜗轮转距式（225）1612059INPIT9557044610345MN徐州工程学院毕业设计论文10使用系数按题意查表129K41A转速系数Z（Z07812N8105N弹性系数根据蜗轮材料查表132Z4MPAE52寿命系数Z10965HHL61H接触系数由图1312查出274接触疲劳极限查表132265MPALIMH接触疲劳最小安全系数自定31S中心距3LIM2HHNEAZSTKA7856265091734561033取A10266传动基本尺寸蜗杆头数207式22610/427/4271UZ取2。1Z蜗轮齿数20式22702IZ模数8式22820/174/742AMM蜗杆分度圆直径A04040式2291D蜗轮分度圆直径式230Z682蜗杆导程角式231/TAN1218蜗轮宽度式23201845025021MDB48蜗杆圆周速度式2336/36/11NVS/相对滑动速度式234821CO0COS/1SSM/3当量摩擦系数由表136查得（与假设有出入，毋须作调整，以计算为准）4，0V201V徐州工程学院毕业设计论文11267齿面接触疲劳强度验算许用接触应力07156MPA式235HLIMHHESZ3126509最大接触应力152924MPA式23632ATKA347因为MLV93轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB89418550，其尺寸为,故D70,。MXI56MLXI5MLI52其余尺寸根据前轮轴上关于左右轮辐结合面基本对称可任意确定尺寸，确定了轴上的各段直径和长度如图27所示。3）轴上零件的轴向定位左右轮辐与轴的轴向定位采用平键联接。按由手册查得平键截面VID5BH25MM14MM。GB/T10951979,键槽用键槽铣刀加工，长为100MM标准键长见GB/T10961979,同时为了保证左右轮辐与轴配合有良好的对中性，故选择左右轮辐与轴的配合为H7/N6。滚动轴承与轴的轴向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为J7。4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径为R1。2713求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图。MCFF1F2M图28前轮轴的载荷分析图式NF29658139221（244）式ML0421（245）式MC16796徐州工程学院毕业设计论文14（246）2714按弯曲应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面强度。最大负弯矩在截面C上，。MNMC16724对截面C进行强度校核，由公式式1CAW（247）由表151查得，45号钢经调质处理后其许用弯曲应力为。5160MPA在C处的抗弯截面系数为式332870MD（248）12870641MPACA因此该轴满足强度要求。272后轮轴的设计后轮轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，故属于转轴。图29后轮轴结构2721求后轮轴上的功率、转速和转矩2P2N2T取蜗轮蜗杆传动的效率07,则式KWP7012（249）MIN/142RNMNT45632徐州工程学院毕业设计论文152722作用在蜗轮上的力NFT295762NFA4152NFR752092723轴的结构设计1拟定轴上零件的装配方案装配方案是蜗轮、套筒、左端的深沟球轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的左端向右安装；右端的深沟球轴承、透盖、轮辐、轴端盖依次从轴右端向左安装。2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列深沟球轴承。单列深沟球轴承6218，其尺寸为DDT90MM160MM30MM，故。MDVII90右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6218型轴承的定位轴肩高度5H6MM,因此，取。I122轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB89418650,其尺寸为，故MD90，。DI586LI73取安装轮辐处的轴段的直径。轮辐的宽度为125MM,为了使轴端挡圈MDVI75可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。MLVI12其余尺寸根据零件的结构可任意选取。确定了轴上的各段直径和长度如图29所示。3轴上零件的轴向定位蜗轮与轴的轴向定位采用平键联接。按由手册查得平键截面BH14MM9MM,D5键槽长为40MM。轮辐与轴的配合为H8/H7。4确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径为R1。2724求轴上的载荷后轮轴上的受力分析如图210。图中L1L261MM；L3106MM。1在水平面上后轮轴的受力简图为211。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力式25NFFTNH1289576121三个集中力作用的截面上的弯矩分别为式251LMD41式2520HAB徐州工程学院毕业设计论文16图210后轮轴受力图图211水平受力和弯矩图徐州工程学院毕业设计论文17图212垂直受力和弯矩图图213合成弯矩2在垂直面上后轮轴的受力简图如图212所示。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力式NFANV4152（253）式MDMA3062（254），式2550A2311212LFLFNVAR解得式MARNV（256）10625813924067520961徐州工程学院毕业设计论文18N926，式2570YF0221RNVFFRV（与假设方向相反）734099658在段中，将截面左边外力向截面简化，得AD其中式258111XFMNVX610X在段中，同样将截面左边外力向截面简化，得B其中式259ARVXM221262470698345973402在段中，同样将截面右边外力向截面简化，得C其中式26033312XFMX1063XVCAMNVD58967409左47260470右B135132计算A、B、C、D截面的总弯矩M如图213所示。AC式261MNMVDH28694057942221左式262D73012右NB63后轮轴上的转矩MT22725按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面D）的强度。由式（155）得4式263MPAWTMDCA537021846426322式中表示折合系数为06。为轴D处的抗弯截面系数333294MD选定轴的材料为45钢，调质处理，由表151查得许用弯曲应力4160MPA因为，所以该轴满足强度要求。1C徐州工程学院毕业设计论文1928滚动轴承选择计算281前轮轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向力HLH120MIN/1450310RDVN，轴向力。NFR96AF由上述条件试选轴承。试选6214型轴承，查表1625表236214轴承性能RCORCLIMNKN846KN37（脂）/480R1）按额定动载荷计算由公式式264610HNLPC对深沟球轴承3，4式265RPARFFYXF查表136全自动送料小车42P代入得N5483961C602104583故6214型轴承能满足要求。按额定静载荷校合由公式式40PS（266）查表138，选取240式267NFYXPRAR2960代入上式，满足要求。SNC58139237500282蜗杆轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向载荷，作用HLH12MIN/45RNNFR875104在轴上的轴向载荷。FA9576由上述条件试选轴承。选2207型轴承，查表524得5表242207轴承性能COCLIMNE徐州工程学院毕业设计论文20KN816KN328（脂）MIN/850R380图211蜗杆轴的轴承受力图1）按额定动载荷计算式268NYFSR85307124121因为式2691695830SA所以，式270621A2式271RPFXF查表1512，4PF，式27238079581046EFRA0417Y式273N631295712，式27447532ERAX0式FFYXFFPPAR85042（275）由公式154式610HNLC（276）对调心球轴承34式277NNLPH839610245321061061式278CH485106362均小于满足要求。12、N82）按额定静载荷校核由公式5104式0PSC（279）徐州工程学院毕业设计论文21查表1314，取4018S式501279501YFRA（280）式NYXPARO7362898401（281）式5012902YFR（282）PRO874均小于，满足要求。012P、NCO83203）极限转速校核由公式（1511）4式283LIM21AXNF，由图155得061842C41F，由图156得7951RAF502式284IN/4281MAXRN，由图155得2348067PC4F，由图156得29ARF2式285MIN/850012MAXRN因为小于和所以该轴承满足要求。NMAX12283后轮上的轴承要求轴承的寿命，转速，轴承A的径向载荷HLH0IN/14R式NFNVHR14397052822211（286）轴承B的径向载荷式R622221（287）轴向载荷为。由于轴承A承受的载荷大于轴承B的载荷，故只需对轴承FA45A进行校核。由上述给定条件试选轴承试选6218型轴承，查表15195表256218轴承性能CCLIMN徐州工程学院毕业设计论文22KN873KN560（脂）MIN/380R1）按额定动载荷计算由公式式4610HNLPC（288）对深沟球轴承，34式ARPYFXF（289）由查表1519，068541OACF41,40E560X由式952731FRA（290）查表1512得4PF代入得式N3594173095621（291）式C78023596（292）故6218型轴承能满足要求。2）按额定静载荷校核由公式4式2930PSC查表1514，选取401S由24RAF查表1519，时，4EFRA1,560OYX得式NP4973149（294）代入上式，满足要求。SNCOO56052）极限转速校核式LIM21AXNF（295）由查图155087359CP41F徐州工程学院毕业设计论文23查AF48502F代入式MIN/3801MAXRN（296）满足要求。MAXIN/4R3控制系统的设计31控制系统总体概述本系统使用AT89C51单片机作为核心的控制运算部分。连接在电机上的数字编码器徐州工程学院毕业设计论文24在电机运转时发出的脉冲信号，经过自行设计和制作的脉冲鉴相电路，可以得到电机的运转方向；来自鉴相电路的正反方向的脉冲信号进入到两块8253计数器进行计数，以获得电机的旋转速度和位移；经过在AT89C51单片机上运行的各种控制程序的适当运算以后，输出的控制量经过两块DAC1208转换器变成模拟量，输出到两块UC3637直流电动机脉宽调制器，通过H桥开关放大器，作为执行机构的速度或者力矩给定，从而控制电机的运转，使整个全自动送料小车能够完成所设计的控制任务。整个控制系统的组成框图如下图31控制系统的组成框图32鉴相伺服电机根据控制要求能够工作在四个不同的象限，作为系统的状态检测部分，必须能够检测电机的转速及分辨电机不同的旋转方向。安装在电机旋转轴上的数字编码器在电机运转时能够产生相位相差90度的两路脉冲信号，电机的旋转方向可以由鉴相电路对此两路脉冲进行鉴相后获得，其原理9如图32所示。图32鉴相原理图伺服电机反转时，A相脉冲超前于B相脉冲90度，在CP十端输出反向计数脉冲，当正转时，B相脉冲超前于A相脉冲90度，在CP一端输出正向计数脉冲，见图33中的B和C徐州工程学院毕业设计论文25所示，分辨出的脉冲进入脉冲计数电路进行计数，再由计算机读入进行处理。其电路图见图33中的A所示。8图33电机转向分辨电路图本次设计使用的数字编码器为500P/R,即电机每旋转一周输出500个脉冲,电机到车轮的减速齿轮的减速比为101,因此车轮每前进或者后退一周产生50010即5000个脉冲,可见分辨率非常高。编码器的脉冲输出为差动形式,鉴相电路接收差动形式的脉冲信号,鉴相后输入到8253计数器。33计数的扩展为了得到驱动轮运转的速度、位移等,而数字编码器的输出经过鉴相电路提供的是电机的正转和反转脉冲,必须对这些脉冲分别进行计数、运算才能得到所要的速度、位移等状态量。本系统中使用了两块8253计数器,每块芯片具有三个16位计数器。四个独立的计数器即1、2、3和4分别用于两台电机的正/反转脉冲的计数。8253可编程定时器计数器可由软件设定定时与计数功能，设定后与CPU并行工作，不占用CPU时间，功能强，使用灵活。它具有3个独立的16位计数器通道，每个计数器都可以按照二进制或二十进制计数，每个计数器都有6种工作方式，计数频率可高达2MHZ，芯片所有的输入输出都与TTL兼容。8253的内部结构框图8如图34所示；引脚8如图35所示。徐州工程学院毕业设计论文26图348253内部结构框图图358253引脚图U6芯片中计数器0和计数器1用于左轮电机正反转计数，并处于工作方式3。U7芯片中计数器0和计数器1用于右轮电机正反转计数，并处于工作方式3。在中断服务程序中,这四个计数器分别对两台伺服电机的正/反脉冲进行计数,所得到的计数值减掉上一次的计数值,就可以得到在这一时间周期内的各路脉冲数。右轮反转、正转和左轮反转、正转的结果分别存于临时变量TEMP1、TEMP2、TEMP3和TEMP4中,在主程序中通过对它们进行运算就可以得到小车的状态量了。34中断的扩展AT89C51单片机是使用两个级联的8259A中断控制器来控制中断的。主8259A芯片上的IRQ2扩展成从片上的IRQ8IRQ15使用。8259A作为一种可编程中断控制器，是一种集成芯片。它用来管理输入到CPU的各种中断申请，主要外围设备，能提供中断向量、屏蔽各种中断输入等功能。每一个8259A芯片都能直接管理8级中断，最多可以徐州工程学院毕业设计论文27用9片8259A芯片级连，由其构成级连机构可以管理64级中断。8259A的外部引脚8如图36。图368259A引脚图数据线，CPU通过数据线向8259A发送各种控制命令和读取各种状态信息。70DINT中断请求，和CPU的INTR引脚相连，用来向CPU提出中断请求。中断响应，接收CPU的中断响应信号。INTA读信号，低电平有效，通知8259A将某个寄存器的内容送到数据总线上。R写信号，低电平有效，通知8259A从数据线上接受数据（即命令字）。W片选信号，低电平有效。CS端口选择，指出当前哪个端口被访问。0接收设备的中断请求。7IR级联端，指出具体的从片。在采用主从式级联的多片8259A的系统中，20A主从片的对应连接在一起。S主从片/缓冲器允许，双功能引脚，双向。它有两个用处当作为输入时，PEN用来决定本片8259A是主片还是从片。作为输出时，当从8259A往CPU传送数据时，由引出的信号作为总线启动信号，以控制总线缓冲器的接收和发送。本次设计采用两片8259A进行级联主片的引脚连接从片的中断请求INT，如果某2IR一个引脚下面没有连接从片，则可以直接连接外部中断请求；而主片、从片的中断响应信号和数据信号互相连在一起。主片CAS和从片CAS互相连在一起，当从片数INTA07D量较多时，可以在主片CAS和从片CAS之间增加驱动器。主片的接高电平。从片SPEN的接低电平。在8259A的主从式级联方式中，中断的优先级设置类似于单片机的情SPE况。35数摸转换器的选择徐州工程学院毕业设计论文28将数字量转换为模拟量的器件称为数/模转换器DIGITALANALOGCONVERTER,简称为DAC。数/模转换器的主要技术指标有分辨率、转换精度、线性误差和建立时间。分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之比。本次设计采用DAC1208芯片，故其分辨率为。412210转换精度是以最大的静态转换误差的形式给出。DAC1208芯片为12位数/模转换器其最大误差为,精度为。1210NFSAV01、线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。建立时间是在数字输入端发生满量程码的变化以后，数/模转换器的模拟输出稳定到最终值1/2最低有效位时所需要的时间，当输出的模拟量为电流时，这个时间很短。DAC1208的内部结构及引脚8如图37和图38所示。图37DAC1208的内部结构图图38DAC1208的引脚图DAC1208内部对输入数据具有两级缓存8位输入寄存器、4位输入寄存器和12位DAC寄存器，这三个寄存器可以分别选通。DAC1208有三种工作方式单缓冲方式、双缓冲方式、直通方式。所谓的单缓冲方式就是使DAC1208的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式。所谓双缓冲方式，就是把DAC1208的两个锁存器都接成受控锁存方式。本次设计采用双缓冲方式，目的是为了让两个直流伺服电机能够实现同步。所谓直通方式，输入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即信号均有效，数据被直接送入数/模转换电路进行数/模转换。12ILEWRXFE、CS本次设计采用DAC1208芯片的数/模转换器其工作步骤为为高电平时，BYTE选中数据输入到8位输入寄存器；当为低电平时，选中数据4DIITCSWR1AGNDDI9DI8DI2DI3DI4DI5DI6DI7VREFRFBDGNDVCBYTE1/BYTE2WR2XFERIOUT2IOUT1DAC12081109876543220141516171819131212423221LSBDI0DI1DI1MSBDI10徐州工程学院毕业设计论文29输入到4位输入寄存器；片选信号，低电平有效，和输入锁存信号30DIICS一起决定第一级数据锁存是否有效。第一级允许锁存，高电平有效。写1LEWR、ILE1WR信号1，作为第一级锁存信号，必须和同时有效。写信号2，作为第二级锁存、R信号，必须和同时有效。控制信号，低电平有效，和一起决定第二级数据XFXFR锁存是否有效。模拟电流输出端，DAC寄存器全1时最大，全0时为0。模拟电流OUTI2OUTI输出端，和有一个常数差常数，此常数对应一个固定基准电压的满112OUTII量程电流。参考电压输入端，电压范围为。REFV01V36电机驱动芯片选择电机驱动采用PWM技术6来驱动直流伺服电动机。PWM技术为脉宽调制技术，可通过输入直流电压，在其输出可以得到频率固定、脉冲幅度一定、脉冲宽度与输入信号INU成线性关系的方波脉冲串，利用该方波脉冲串驱动功率放大电路，从而控制伺服电机的转速。采用PWM技术的优点是，PWM具有较高的切换频率，这有助于克服伺服电机的静摩擦力矩，与其线性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系统中得到了广泛的应用。为了改善伺服电机的运行特性，必须适当选择PWM的切换频率，其选择可参考以下原则1切换频率应能使电机轴产生微振，以克服静摩擦，改善运行特性。即6式31TMFF式LKUC4/（32）式中表示PWM的切换频率；TF表示电机频率；MK表示力矩常数；表示PWM电源电压；CUL表示电感；T表示电机静摩擦力矩。2微振的最大角位移应小于设定的位置误差。即6式333192LJKUFCT式中J表示转动惯量；表示设定的位置误差。3尽量减少电机产生的高频功耗。即应使得6式34LRFAT2徐州工程学院毕业设计论文30式中表示电内电阻。AR一般伺服电机的电感很小，如果切换频率不高，导致交流分量很大，很容易损坏功率晶体管。在此采用PWM芯片UC3637和H功率桥放大电路来驱动伺服电机，根据上述原则选择切换频率为30KHZ。UC3637的特点单电源或双电源工作，250V双路PWM信号输出，驱动电流能力为1MA限流保护欠电压封锁有温度补偿，25V阀值的关机控制UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路6如图39所示。图39恒幅三角波产生电路三角波参数的计算取PWM定时电路充电电流为05MA,则有式3505STHTVR6式364TCF对于图312所示的控制系统，要求2SVMAX10C10INRKPWM频率30FKHZ徐州工程学院毕业设计论文31计算得式37KVRSCIN516241024MAX3式3834304I式39344578SRINV式310323621612THSKV式53050STHT（311）式136RK（312）式935104078TTHCFFV（313）式中表示三角波峰值的转折电压；THV表示电源电压；S表示定时电阻；R表示定时电容；RC表示振荡频率。FC3637具有一个高速、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。37控制软件的设计考虑到系统的各个状态量都是通过数字编码器输出的脉冲信号进行检测的,要将脉冲信