机电传动单向数控平台设计

1、目录机械工程及自动化专业课程设计说明书错误！未定义书签.1、设计任务 31.1 设计任务介绍及意义 31.2 设计任务明细 42、总体方案设计 42.1 设计的根本依据.4.2.2 可行性方案的比拟 6,2.3 总体方案确实定 7.3、机械传动系统设计.83.1 机械传动装置的组成及原理 8.3.2 主要部件的结构设计计算 84、电器限制系统设计 214.1 限制系统根本组成 214.2 电器元件的选型计算 244.3 电气限制电路的设计 274.4 限制程序的设计及说明 305、结论.39参考书目40前言现代科学技术的不断开展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造

2、.在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速开展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及治理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化迈入了“机电一体化为特征的开展阶段.数控技术及装备是开展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最根本的装备,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术.数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行限制的技术,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,具技术范围覆盖很多领域.X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的根本部件,如数控车床的纵一横向进刀机构、电子元件

3、外表贴装设备等.模块化的X-Y数控工作台,通常由导轨座、移动滑块、工作、丝杠螺母副,以及伺服电动机等部件构成.其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠或螺旋丝杠,丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动,完成工作台在X、Y方向的直线移动.导轨副、 丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化,由专门厂家生产,设计时只需根据工作载荷选取即可.限制系统根据需要,可以选取用标准的工作限制计算机,也可以设计专用的微机限制系统.图一轴数控平台1、设计任务1.1设计任务介绍及意义(1)课程设计题目：机电传动单向数控平台设计(2)主要设计内容：机械传动结构设计和电气限制系统电机驱动方式步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机机

4、械传动方式螺旋丝杠、滚珠丝杠、同步皮带、链传动等电气限制方式单片微机限制、PLC限制功能限制要求速度限制、位置限制主要设计参数单向工作彳T程1800、1500、1200mm移动负载质量100、50kg负载移动阻力100、50N移动速度才S制3、6m/min(3)课程设计意义：通过课程设计,培养综合运用所学知识和水平,提升分析和解决实际问题的水平.专业课程设计是建立在专业根底课程和专业方向课的根底之上,根据所学课程进行工程根本练习.1.2设计任务明细(1)方案设计：根据课程设计任务的要求,在搜集、归纳、分析资料的根底上,明确系统的主要功能,确定实现系统主要功能的原理方案,并对各种方案进行分析评价

5、,进行方案选优；(2)总体设计：针对具体的原理方案,通过对动力和总体参数的选择和计算,进行总体设计,最后给出机械系统的限制原理图或主要部件图(A2图纸一张)；(3)电气限制线路图：根据限制功能的要求,完成电气限制设计,给出电气控制电路原理图(A2图纸一张)；(4)成果展示：课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计图纸上,应保证独立完成课程设计说明书一份,字数为3000字以上,设计图纸不少于两张；(5)绘图及说明书：用计算机绘图,打印说明书；(6)设计分组：设计选题分组进行,每位同学采用不同方案(或参数)独立完成.2、总体方案设计2.1设计的根本依据机电传动单向数控平台是机电一体

6、化的典型产品,是集机床、计算机、电动机及拖动限制、检测等技术为一体的自动化设备.具根本组成包括机械传动系统、数控装置、伺服系统、反应系统等.机械传动系统的主传动在数控平台上一般采用丝杆螺母机构.它是将旋转运动变换为直线运动,也可以将直线运动变换为螺旋运动.丝杆螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分.滑动摩擦机构结构简单,加工方便,制造本钱低,具有自锁功能,但其摩擦阻力打,传动效率低.滚珠丝杆机构虽然结构复杂,制造本钱高,但最大优点是摩擦阻力小,传动效率高.数控装置是数控平台的核心.其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息,经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后,发出

7、相应的脉冲送给伺服系统,使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作.一般由输入输出装置、限制器、运算器、各种接口电路、CRT显示器等硬件以及相应的软件组成.数控装置作为数控机床“指挥系统,能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种限制功能.伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成,它是数控系统的执行部分.驱动机床执行机构运动的驱动部件,包括主轴驱动单元主要是速度限制、进给驱动单元主要有速度限制和位置限制、主轴电动机和进给电动机等.一股来说,数控平台的伺服驱动系统,要求有好的快速响应性能,以及能灵敏且准确地跟踪指令功能.数控机床的伺服系统有步进电动机伺服系统、直流伺服系统和

8、交流伺服系统,现在常用的是后两者,都带有感应同步器、编码器等位置检测元件,而交流伺服系统正在取代直流伺服系统.反应装置是闭环半闭环数控机床的检测环节,该装置可以包括在伺服系统中,它由检测元件和相应的电路组成,其作用是检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位移,并将信息反应到数控装置或伺服驱动中,构成闭环限制系统.检测装置的安装、 检测信号反应的位置,决定于数控系统的结构形式.无测量反应装置的系统称为开环系统.由于先进的伺服系统都采用了数字式伺服驱动技术(称为数字伺服),伺服驱动和数控装置间一般都采用总线进行连接.反应信号在大多数场合都是与伺服驱动进行连接,并通过总线传送到数控装置,只有在少数场合或

9、采用模拟量限制的伺服驱动(称为模拟伺服)时,反应装置才需要直接和数控装置进行连接.伺服电动机内装式脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、测速机、光栅和磁尺2.2可行性方案的比拟(1)电机驱动方式的选择直流伺服电机主要靠脉冲来定位,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,由于,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了照应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的限制电机的转动,从而实现精确的定位,可以到达0.001mm.步进电机是开环限

10、制,没输入一个脉冲,转过一个角度,精度较低,有时会发生丢步现象.启动较慢,不具备过载水平.综上所述,电机选择直流伺服电机.(2)机械传动方式选择螺旋丝杆(本设计中选定为梯形丝杆)是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的理想的产品.它的功能是将旋转运动转化成直线运动,效率低、速度低、精度也低,但刚性好、具有自锁功能,用于重载荷.滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件,其主要功能是将旋转运动转换成线性运动,或将扭矩转换成轴向反覆作用力,同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点.由于本系统的负载阻力不是很高,同时考虑到经济的问题,选择螺旋丝杆.(3)电气限制方式的选择单片机是一种

11、可编程的集成芯片,系统设计要从底层开发,设计较繁琐.应用系统广泛,开发本钱低,开发周期短,可靠性高.PLC(可编程逻辑限制器)实质是一种专用于工业限制的计算机,是单片机的特例,采用模块化设计,使用方便,编程简单,可靠性高,抗干扰水平强.本例中采用单片机限制.2.3总体方案确实定(1)电机驱动方式直流伺服电机(2)机械传动方式螺旋丝杠(3)电气限制方式单片微机限制(4)功能限制要求速度限制(5)主要设计参数单向工作行程1200mm移动负载质量一一150kg计算工程设计计算过程计算结果负载移动阻力一一50N移动速度限制3m/min寿命要求：每天开机8h,一年按300个工作日,寿命5年以上定位精度0

12、.01mm机床工作台机床工作台3、机械传动系统设计3.1机械传动装置的组成及原理机械传动装置主要包括螺旋丝杆,工作平台,直线导轨,联轴器,轴承等.其中电机与联轴器、丝杆与联轴器均为键联接.原理如下列图：3.2主要部件的结构设计计算3.2.1、 导轨的选择表格A螺螺旋丝杆旋丝杆图 2.1 系统原理图T 止 JJA图 3.1 机械传动原理图条件本设计采用螺旋丝杆,2 根导轨,4 个滑座数,工作平台和滑块的质量假定为 50kg.1、额定工作时间寿命=h2、 额定行程长度寿命2160h3、额定动载荷额定动载荷是指滚动直线导轨的额定长度寿命 t-50km 时,作用在滑座上大小的方向均不变化的载荷.具值可

13、以按卜式计算：F3世fpVKwCafHfTfc作用在滑块上的力F(m1m2)g(5050)101000N那么单个滑座受力FF250N4K 寿命系数 K=50fH硬度系数fH=1fT温度系数fT=1fc接触系数fc=0.81fw负荷系数fw=1.5那么动载荷后布w250增1.5Ca-匚501730NfHfTfc0.8111Ca=1730N4、选择导轨由动载荷可以选择导轨：钢球间隔保持器型 LM 滚动导轨微型 SRS 型.型号： SRS12MC1+1340LHM.导轨长 1340mm,4 个滑块,根本额定动载荷C-4000N,根本额定静载荷Co=3530N.图 3.2 直线滚动导轨3.2.2、螺旋

14、丝杆的选择及校核(1)螺旋丝杆初选表格B计算工程设计计算过程计算结果1、工作载荷F通过查阅相关资料,工作载荷Fm是指丝杆副在驱开工作台时承受的轴向力,也叫做进给牵引力,它包括丝杆的走刀方式与移动体重力作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力,由于选择的导轨为矩形截面,所以计算公式如下：F=KFLf(FvFCG)其中,FL、Fv、FC分别为工作台进给方向载荷、垂直载荷和横向载荷；G 为移动部件的重力；K 和f分别为考虑颠覆力矩影响的试验参数和导轨的摩擦系数,取 K=1.1,f=0.15.那么F1.1500.151009.8202NF=202N2、计算螺旋丝杆的动载荷动载荷计算公式为caVTfmF其

15、中,L 为丝杆的寿命系数,单位为1106转,L=60nT/106T 为使用寿命时间,本设计中取 T=12000hn 为丝杆转速：n=v/p=600r/min得L6060012000/106432Ca1680Nfm为载荷系数,取fm=1.1计算可得动载荷为Ca3/4321.12021680N3、选择螺旋类型 螺旋副的螺纹种类主要有梯形螺纹、锯齿形螺纹、圆螺纹、矩形螺纹、三角形螺纹.结合受力情况和使用场合等多种因素考虑,选用梯形螺纹.选用梯形螺纹(2)螺旋丝杆的计算校核表格C计算工程设计计算过程计算结果1、耐磨性(1)螺纹中径 d2(mm)d212.44mmd20.8|pPPF为轴向载荷,Pp螺纹

16、副许用压强,螺纹副的材料取钢对耐磨铸铁,得Pp=4.3MPa为螺母长度 L 与螺杆中径d2,选整体式螺母,故=1.5故j202d20.8.3.28mmV1.58(2)公称直径d和螺距P根据上式计算出的d2按螺纹的标准根本尺寸系列选取d20mm,相应的 d 和 P,经查表可以选出:公称直径：d=20mm;P4mm,螺距：p=4mm,取d2d0.5P18mmd218mm材料选择：丝杆材料 40CrMn,轴颈处可局部热传动螺母采用 ZCuSn10Zn2(3)导程 S选取线数 Z=1,由于螺距P=4mm,故导程S=ZP=4mm(4)螺母高度 HH=d2=1.518=27mm(5)旋合圈数 mm=H/P

17、=27/4=6.75(6)螺纹的工作图度h0.5P0,542mm(7)工作压强pF202p0.26MPaPpd2hm3.141826.75ppPp=8,说明校核合格,设计正确.2、验算自锁(1)螺旋升角,P、,4、-八arctan()arctan()4.048d23.1418(2)当量摩擦角TTarctan(-f-)cos2通过查表,滑动摩擦系数(定期润滑)：f=0.10牙型角=30故,0.10、Tarctan()5.91cos15T,满足自锁条件3、螺杆强度(1)螺杆传动的转矩 TT0.5Fd2tan(T)0.520218tan(4.0485.91)319.2N?mm(2)当量应力小(3)2

18、(2)2Y0.2dld1其中d1dP20416mm故匚319.2；/4202、2j3(3)(2)1.46MPa,0,21633.14162(3)强度条件螺杆材料为：45 钢调质,查表得：材料的屈服极限为s167278MPa,选 278MPa;,校核合格,符合强度条件那么螺杆的许用应力为:69.5MPa4故4,证实稳定F性合格.L1其中长度系数0.5(两端固定),工作行程,.di,L=1200mm,一44生L0.51200故1509014(2)临界载荷Fcl,ElaFcL7淇中E为螺杆材料的弹性模量,取E2.07105MPa,螺杆危险截面的轴惯性矩la-d-3215.36mm4,64-2_5_l

19、3.142.07103215.36彳“,皿Fc218228.7N故(0.51200)2(3)稳定性判定Fc90.244F说明稳定性合格.6.螺杆的刚度(1)轴向载荷使导程产生的变形F4FS42024.o_5F2521.910mmEd123.142.07105162(2)转矩使导程产生的变形T16TS216319.242八“5T24246.510mm2Gd143.1422009.8164(3)导程的总变形量,螺杆刚度合格FT,轴向载荷与运动方向相反时取正号.FT1.91056.51058.4105mm(4)单位长度变形量/S2.1105mm/m在本设计中,取精度等级为 7 级,53.0105mm

20、/m故可知,螺杆刚度合格.2dnc12.3106y,其中lc为螺杆两支承间的距1c端固定)；4.7311613057.6T/min12002(2)工作转速 n 的校核按n=1500r/min计算,n0.8nc2446.1r/min满足要求,合格.离,取lc=1200mm1为支承系数,取1=4.730(两7、螺杆的横向振动(1)临界转速 ncn0.8ncc满足转速要求.那么nc12.3106通过螺纹外径和螺距选择 30 度梯形丝杠(两端台阶型),型号为 MTSBLW20-1200-F25-V15-S25-Q15*两端台阶筌R0.38、效率0.980.98tantan(T)tan4.048tan(

21、4.0485.91)0.3950.3959、螺旋丝杆选型=.图 3.3 螺旋丝杆3.2.3、 流伺服电机的选型参数：工作台重量G=509.8=490N工作台与导轨间的摩擦系数=0.15工作台行进时动载荷Ca1680N螺旋丝杆导程S4mm螺旋丝杆节圆直径d20mm螺旋丝杆总长l1200mm螺旋丝杆传动效率s0.9表格D计算工程设计计算过程计算结果1、 动作模式的决定其中,工作平台移动速度v50mm/s工作行程l1200mm行程时间ts23.8s加减速时间ta0.2s定位精度Ap0.01mm2、等效负载转矩电机与螺旋丝杆间的传动比 i,为使结构简单,提升精度,取 i=1.(1)空载时的摩擦转矩TL

22、P丁GS0.154900.004八-TLP0.052Ngm2Si23.140.91(2)车削加工时的负载转矩TLTCaS16800.004一TLa1.19Ngn2si23.140.91TLP0.052NgmTL1.19Ngm3、等效转动惯量(1)螺旋丝杆转动惯量 JsJmd4l3.14(0.02)47.81031.5Js32g329.81.87105Kggm2(2)工作台的转动惯量 JwGS24900.0042Jw()()9.829.823.14_5.22.0210kg.m(3)联轴器的转动惯量 Jg根据螺旋丝杆和电机输出轴直径,选择MCSLCWK40-12-15 联轴器(两端带键槽),转动惯

23、量为52Jg1.9105kggm2图 3.4 联轴器(4)换算到电机轴上的等效转动惯量为 J_5_5一一JmJsJwJq1.87102.02101.910illsvvg25.97105kg.m24、转速计算电机转速n60v6050八.n1500r/minPi21n1500r/min5、直流伺服电机初步选定根据车削时负载转矩TL1.19Ngm,电机等效转动惯量.5.2一.,一.、.Jm5.9710kg.m和电机转速n1500r/min,初步选7E为巨风牌稀土永磁直流向服电机,型号为 85SZD,额定转速为n=1500r/min,额定转矩为T=1.6N.m,峰值转矩为Tmax=10N.m,转动惯量

24、为,C5.2J=80.610kggm.5.97105kg.为了使电机具有良好的起动水平和较快的响应速度,应有：Tmax108.4TL1.19Jm5.971055J80.61050.68Nm7、瞬时最大转矩及成效转矩(1)必要的瞬时最大转矩TI工TaTL0.681.191.87NmT2TL1.19NmT3TLTa1.190.680.51Nm故TI=T1=1.87Nm(2)有效转矩 Trmst1T22t2以t3tt2t3t?1.8720.21.19223.80.5120.20.223.80.20.21.41Nm图 3.5 直流伺服电机6、加减速转矩加减速转矩Ta1.250.0743Ta(J60ta

25、Jm)23.141500600.2_一 5(80.610_5.5.9710)图 3.6 电机动作模式及合成转矩8、电机其它参数校验(1)成效转矩 TrmsTrms=1.41NmT=1.6N.m(2)瞬时最大转矩 TT=1.87Nme=0.68,-2.7e=0.68,且AA2,RR2故当量动载荷为PP2fp(xR2yA2)1.5(0.413430.87545)922NP922N7、根本额定动载荷C10189NCftV106其中Lh为轴承预期计算寿命,取Lh=15000h为寿命系数,取=3ft为温度系数,取ft=1.00那么922J60150015000C3610189N1.001068、选用轴承

26、根据额定动载荷C,查表,选用7302AW,d=15mm,D=42mm,B=13mm,根本额定动载荷为C=13400N,根本额定静载荷为 7100N型号7302AW,d=15mm,D=42mm,B=13mm,C=13400N9、计算寿命106ftCLh(-M106(113400)3Lh34120h60nP34120h601500922符合寿命要求轴承合格3.2.5 键的校核表格F计算工程设计计算过程计算结果1、 电机与联轴器上键的校核(1)选择 A 型普通平键.根据轴径 d=12mm,确定 b=5mm,h=5mm,L=14mm.(2)键的强度校核验算其挤压强度,查表得p100N/mm2ppJ4T

27、Lpdhl键的工彳长度lLb1459mm那么4TL41.19c2p8.8N/mmppdhl1259符合强度要求.键 5142、 联轴器与螺旋丝杆上键的校核(1)选择 A 型普通平键根据轴径 d=15mm,确定 b=5mm,h=5mm,L=14mm.(2)键的强度校核验算其挤压强度,查表得p100N/mm2ppJ4TLpdhl键的工彳长度lLb1459mm那么4TL41.192p7.05N/mmppdhl1559符合强度要求.键 5144、电器限制系统设计4.1限制系统根本组成4.1.1 总体方案确定本系统设计的限制系统的工作过程为：系统开机,电机正转,工作平台正向移动,默认速度3m/min,完

28、成工作行程之后,触碰右限位开关,电机反转,工作平台返回,依此循环.速度限制采用PWM调节,有3m/min和6m/min两个设定速度.传感器检测的速度在LCD上显小.4.1.2 电器限制系统原理及组成(1)限制系统原理图如下：图 4.1 电器限制系统原理图(2)限制流程图如下:图 4.3PWM 流程图4.2电器元件的选型计算4.2.1限制芯片选择89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMHFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、 高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机.单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次.该

29、器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微限制器,89C2051是它的一种精简版本.89C单片机为很多嵌入式限制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案.XT禹JP0加ADOP0.1/AD1PD27AD2PC.S/ADSPD.47AtXPCWAD5P0.6/AD6RSTROT/AD7因口陶P21；A9咫印ALE口2日,工于PZ5W13至7帙15P10P32/RXD户1,1P12P32/HNTOP13ra3/iMIP14P34fT0P1SP3&T1P16

30、P；SNRP17P37/RDyocsi图 4.589C51 管脚图4.2.2电机驱动芯片选择由于单片机P3口输出的电压最高才有5V,难以直接驱动直流电机.所以我们需要使用恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N来驱动电机.L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS,VSS可接4.57V电压.4脚VS接电源电压,VS电压范围VIH为+2.546V.输出电流可达2.5A,可驱动电感性负载1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号.L298可驱动2个电动机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机,本系统我们选用驱动一台电动机.5,7,10,12脚接输入限

31、制电平,限制电机的正反转.ENA,ENB接限制使能端,限制电机的停转.同时需要加四个二极管在电机的两端,预防电机反转的时候产生强大的冲击电流烧坏电机.U131314L2964.2.3 旋转式编码器选择(1)增量式或绝对式选择增量式只能记住自己走的步数,开机后会回到原点；而绝对式上电后就能知道所处的位置,但其需要更多的线数,本钱更高,不如增量式经济.综上所述,选择增量式编码器.(2)分辨率精度根据电机选型时确定的最小分辨率400,保证编码器分辨率不小于400.(3)容许最大旋转数由上可知,电机的额定转速为1500r/min,保证容许最大旋转数不低于此值.(4)最高响应频率数最大响应频率=(旋转数

32、/60)X分辨率=(1500/60)X600=15kHz1D12至至11INIVCCIN2IN3IN4ENAEN疗VS0UT1OUT20UT3SENSASENSBOUT4GND图 4.6L298 管脚图行钟章600电源电压512辘方式电压输出夕他50最高峋应频率数状国100起司丑矩mNm10O惯性力矩应m21E 6以下允许易高旋转赖Miin;6QQQ第哂造ECfttt1P64图 4.7 旋转式编码器4.2.4 显示器选择图 4.8LCD1602显示器选择LCD1602,可显示16*2个字符,芯片工作电压为作电流为2.0mA5.0V时.接口说明信号如下:接接口信号说明口信号说明: :嫔号符号弓1

33、将说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2mI/O2VDO电送正樵WD3DataI/O3VL液晶显示偏压信号TID4DataI/O4RS数据,命令选择端(HL)1206Data1/05楂第匿写选择端 HL；1306DataI/O6E使能,14D7Dwt*I/O根据以上参数,选择欧姆龙生产的增量式旋转式编码器E6c2-C.4.55.5V,工7DODataII/015BLA背光源正极自D1Data/016BLK皆光源负极4.3电气限制电路的设计4.3.1单片机最小系统单片机最小系统：所谓最小系统就是指由单片机和一些根本的外围电路所组成的一个可以工作的单片机系统.一般来说,它包括单片机,晶振电路和复

34、位电路.(1)晶振电路设计高频率的时钟有利于程序更快的运行,也有可以实现更高的信号采样率,从而实现更多的功能.但是告诉对系统要求较高,而且功耗大,运行环境苛刻.考虑到单片机本身用在限制,并非高速信号采样处理,所以选取适宜的频率即可.适宜频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处,本次设计选取12.0MHz无源晶振接入XTAL1和XTAL2弓唧.并联2个30pF陶瓷电容帮助起振.(2)复位电路复位电路通常分为两种：上电复位和手动复位,如下列图所示图 4.10 上电复位图 4,11 手动复位有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况,在程序开发过程中,经常需要手动复位.所以本次设计选用手动复位.怜,KT

35、AL1R值ADO口口VAD1PO#AD?XTAI.2P03/AD3-PD-1/AE4PDAKPO.t/ADtRSTP07ZAD7P2次以日P21Oid一PSEHPS/AIIALEF2/A12EAr2E/A13P27；M5Pl0P3O4?XDP11P31JIXBP12P32HTETP-13P33flNTTPl4户34noPI5P3WiPlSP36WRPI?P土?丘图 4,9 晶振电路U1尹010k图 4.12 复位电路4.3.2直流电机驱动电路设计由单片机转换成PWM信号,并由P3.0、P3.1输出,经驱动电路输出给电机,从而限制电机得电与失电.P3.0为高电平实现电机正转,P3.1为高电平时实

36、现电机反转.通过调节脉冲的占空比,实现速度的调节.0/.H81/.%/A10/A12/A13/AM/AI327zeRXDTOINTOINF!WE5/T1vnF1015ie17：A：INIVCCVSIM?UT1IlM0UT50gENS0UT3SENiADUT4SENSB.N.02:-1-nF-,REPACKS二三人：Z,IN40y,T 曰 XT电路设计如下:图 4.15 键盘电路4.4限制程序的设计及说明4.4.1PWM 根本原理图 4.13 驱动电路4.3.3显示电路设计PO.QiAMPOWACH网刀山国POLACOP0.4/AEMPO.AWPO.&AWP0.7/AD7P2QiAft匐

37、1g&图 4.14 显示电路4.3.4键盘电路设计P10P111P12PII3P1I4PII5P16PH7速度速度1-CZL0IPOO-LCD1UMC10L(1)PWM是通过限制固定电压的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电压,进而到达限制要求的一种电压调整方法.PWM可以应用在许多方面,如电机调速、温度限制、压力限制等.在PWM驱动限制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通和“断开时间的长最大值 Vmax平均值 Vd最小值 Vmin短.通过改变直流电机电枢上电压的“占空比来改变平均电压的大小,从而限制电动机的转速.因此,PWM又被称为“开关驱

38、动装置.如图1所示,在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加；电机断电时,速度逐渐减少.只要按一定规律,改变通、断电的时间,即可让电机转速得到限制.图 4.16PWM 限制原理设电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax, ,占空比为DtzT上tlt2那么电机的平均速度为VdVmaxD式中,Vd电机的平均速度；Vmax电机全通电时的速度(最大)；由公式(2)可见,当我们改变占空比Dt/T时,就可以得到不同的电Dti/Ttitlt2占空比tit2机平均速度Vd, ,从而到达调速的目的.严格地讲,平均速度Vd与占空比Dt/Tt1并不是严格的线性关系、在一般的应用中,可以将其近似地看成tlt2线性关系.

39、一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽三种方法改变占空比的值,但是前两种方法在调速时改变了限制脉宽的周期,当限制脉冲的频率与系统的固有频率接近时将会引起振荡,因此常采用定频调宽法改变占空比的值,从而改变直流电动机电枢两端电压.定频调宽法的频率一般在800HZ-1000Hz之间比较适宜.(2)实现方法PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法.硬件方法的实现已有很多文章介绍,这里不做赘述.本文主要介绍采用定频调宽法来利用51单片机产生PWM信号的软件实现方法.MCS-51系列典型产品8051具有两个定时器T0和T1.通过限制定时器初值,从而可以实现从8051的任意输出

40、口输出不同占空比的脉冲波形.由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器,而不同单片机的定时器具有不同的特点,即使是同一台单片机由于选用的晶振不同,选择的定时器工作方式不同,其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同.因此,首先必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系.如果单片机的时钟频率为f,定时器/计数器为n位,那么定时器初值与定时时间的关系为：式中,L表示定时时间；n表示定时器的位数；no表示定时器的计数初值；N表示单片机一个机器周期需要时钟数,8051需要12个时钟;t12nn0f表示单片机晶振频率.N随着机型的不同而不同.在应用中,应根据具体的机型给出相应的值.这样,我们可以通过设

41、定不同的定时初值L,从而改变占空比D,进而到达控制电机转速的目的.4.4.2速度反应原理速度编码器通过编码,输出的是标准脉冲,由其分辨率为600P/R可知,每一个脉冲可以使电机轴转1/600转.通过计算1s的输出脉冲值,乘以1/600,就可以得到电机轴的实际转速,通过与额定转速25r/s比拟,得出差值,再进行调速,即可完成速度的反应限制.4.4.3单片机I/O口分配P0.0P0.7:LCD1602数据I/O口P1.0:电机急停开关P1.1:电机正转开关接左限位开关P12电机反转开关接右限位开关P1.3:电机速度调节开关3m/minP1.4：电机速度调节开关6m/minP2.0:LCD1602数

42、据/命令选择端P2.1:LCD1602读/写选择端P22LCD1602使能信号端P2.7:传感器读数据端P3.0:直流伺服电机接入端P3.1:直流伺服电机接入端P3.7:L298n使能端4.4.4程序设计#include#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitTX=P2A6;sbitRS=P2A0;存放器选择位,将 RS 位定义为 P2.0 引脚sbitRW=P2A1；/读写选择位,将 RW 位定义为 P2.1 弓唧sbitE=P2A2;使能信号位,将 E 位定义为 P2.2 弓 I 脚/初使化显示数组定义uchard

43、is1=Speed;uchardis2=mm/s;ucharcodeASCII=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,.,-,M;uintcount;voidlcdshow();显示程序voidkeyscan();/键盘扫描程序voiddelay();/延时程序voidforward();/电机前进程序voidbackward();/电机后退程序voidstop();/电机急停程序voidspeed1();/速度 3m/minvoidspeed2();/速度 6m/minfloatcount(floats);/计算传感器 1s 输出的脉冲数voidspeedcontrol();/速度反应限制

44、voiddelay()unsignedchari,j;for(i=20;i0;i-)for(j=248;j0;j-);延时 10msvoidkeyscan()uchartemp=0;P1=0 xff;if(P1&0 x1f)!=0 x1f)delay();if(P1&0 x1f)!=0 x1f)(temp=P1&0 x1f;switch(temp)(case0 x1e;stop();break;case0 x1d;forward();break;case0 x1b;backward();break;case0 x17;speed1();break;case0 x0f;s

45、peed2();break;while(P1&0 x1f)!=0 x1f);floatcount(s)(s=count/600;shi=(s/10)+48;ge=(s%10)+48;returns;ucharlcd_busy()(bitresult;RS=0;RW=1;E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result=(bit)(P0&0 x80);E=0;returnresult;voidlcd_wcmd(ucharcmd)while(lcd_busy();RS=0;RW=0;E=0;_nop_()；_nop_();_nop_();_nop

46、_();E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=0;voidlcd_pos(ucharpos)(lcd_wcmd(pos|0 x80);voidlcd_wdat(uchardat)(while(lcd_busy();RS=1;RW=0;E=0;P0=dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=0;voidlcd_init()(voiddelay();lcd_wcmd(0 x38);voiddelay();lcd_wcmd(0 x38);voiddelay();lcd_wcmd(0 x38);voiddelay();lcd_wcmd(0 x0c);voiddelay();lcd_wcmd(0 x06);voiddelay();lcd_wcmd(0 x01);voiddelay();voidlcdshow()inti=0;lcd_init();lcd_pos(0