5-黄聪华-机电一班毕设PPT

1、课题名称：一种签字机器人的控制系统设计,指导老师:李志刚 答辩人:黄聪华 专 业:机械电子工程,华东交通大学 本科毕业生答辩,3,一种签字机器人控制系统的设计,课题研究对象、意义及研究内容 签字机器人控制系统硬件选型 单片机控制板的电路设计及制作 数据的处理过程及程序的编写 系统的调试,研究背景,课题研究对象及意义： 本课题是研究并解决一种签字机器人的控制系统问题。旨在为人们设计开发出一种可以代替人手进行书写操作实现笔迹复现的小型机电设备，进一步系统的探讨了并联机器人的控制问题。,课题方向,主要研究内容： 本课题主要研究签字机器人的软硬件设计及制作，包括单片机控制板的设计制作，电机及驱动器的解

2、决方案，控制程序的编写和调试，系统的整体调试和完善。,3,一种签字机器人控制系统的设计,课题研究对象、意义及研究内容 签字机器人控制系统硬件选型 单片机控制板的电路设计及制作 数据的处理过程及程序的编写 系统的调试,硬件的选型,签字机器人控制系统的硬件主要包括：步进电机、步进电机驱动器、直流电源、电磁铁、单片机、扩展RAM。对硬件的合理选型至关重要，它将直接影响到整个系统能否稳定可靠地运行。,电机、驱动器、直流电源的选型：,机器人使用三个步进电机作为动力，在满足设计需要的前提下首先对步进电机进行选型，最终选用了一款型号为20HS4006A4的步进电机，根据电机为其配置了对应的驱动器M420B和

3、直流电源S-75-24。图1为电机，图2为驱动器，图3为直流电源：,图3,图2,图1,电磁铁的选型,由于签字机器人在进行图文的绘制时需要经常实现下笔和抬笔的动作，设计中采用电磁铁来实现这一要求。电磁铁选用了一款型号为HCNE4-13/30TH的推拉式电磁铁（见图4）。,单片机及片外RAM的选型,单片机选型： 单片机是整个控制系统的核心部件，它需要完成对数据的串行接收和处理，本控制系统采用STC12C5A60S2来作为主控（见图5），该单片机自带60K FLASH ROM，管脚、指令和8051单片机完全兼容，且运行稳定可靠，适合本设计的需要。,图4,图5,片外RAM的选型： 在本控制系统中，单片

4、机需要把从串口接收的数据存储在RAM中，而STC12C5A60S2单片机内部SRAM容量为1280字节，当接收到的数据量比较大时就可能由于RAM容量的不足造成数据的丢失，最终导致机器人不能正常工作，故需要对RAM进行扩展，最终选用了UT62256进行数据存储器的扩展，该RAM容量为32K*8Bit，实物图如图6,图6,3,一种签字机器人控制系统的设计,课题研究对象、意义及研究内容 签字机器人控制系统硬件选型 单片机控制板的电路设计及制作 数据的处理过程及程序的编写 系统的调试,单片机控制板的电路设计,单片机电路板电路的设计主要需要完成片外RAM的扩展，继电器的驱动，接口的引出。利用Protel

5、 99来进行电路图的设计，在接口上使用P1.0作为继电器的驱动信号，P1.1P1.3作为步进电机1的控制线，P1.4P1.6作为步进电机2的控制线，P3.2P3.4作为丝杆驱动的步进电机3控制线，继电器使用的是S8550三极管作为开关管控制继电器的动作。详细电路原理图请参阅附图一。,单片机控制板的制作,本控制板使用双面玻璃纤维万能电路板进行电路的焊接，使用电烙铁把准备好的电子元器件按照电路原理图焊接在万能板上，最终焊接好的电路板如图7和图8：,图7,图8,3,一种签字机器人控制系统的设计,课题研究对象、意义及研究内容 签字机器人控制系统硬件选型 单片机控制板的电路设计及制作 数据的处理过程及程

6、序的编写 系统的调试,数据的处理过程,签字机器人的控制系统工作原理如图9，本课题需要做的就是对从上位机接收到的数据进行处理最终驱动电机和电磁铁实现签字的功能。在设计相应的控制程序之前，必须知道上位机对最终数据进行怎样的定义，明白了数据的意义之后便可进行对应操作了。,图9,数据的定义,在上位机中，对从鼠标捕捉到的信息经过处理之后形成具有一定意义的8位数据格式，数据一帧一帧的发送给单片机，所有数据加一块便组成了某一文字图形。其中，对数据的定义分为对特殊数据的定义和对一般数据的定义： 特殊数据的定义： 在上位机中定义了一些特殊数据以便完成一些诸如落笔和抬笔的动作。数据“FF”表示需要进行抬笔动作，“

7、7F”表示需要进行下笔动作，“7E”表示工作台需要右移9mm以使笔移动到下一个需要书写的地方，“7D”表示工作台需要左移9mm，“2E”表示数据的结束标志位。,一般数据的定义： 除了特殊数据的定义外，其它数据都是一般性数据，一般数据的意义为：一帧数据为8位，若该帧数据的地址数为偶数则驱动步进电机1，若其地址数为奇数则驱动步进电机2，8位数据中若最高位为1则表示对应的步进电机正转，若为0则表示对应的步进电机反转。除了最高位剩余的7位数据表示步进电机需要的脉冲数，每给一个脉冲步进电机转一定的角度,单片机控制程序的编写,单片机控制板需要完成串行数据的接收和数据的处理控制信号的分配。首先需要在单片机中

8、进行串口有关变量的设置以便实现串口数据的接收，串口的设置主要是对串口寄存器的设置，串行端口有两个控制寄存器SCON（图10）和PCON（图11）。,串口变量的设置：,对SCON设置为50H(01010000),则串行口工作方式选择了方式1，同时允许串行接收。,图10,PCON设置为80H（10000000），则波特率加倍。,图 11,波特率的设定,波特率在串口通信中非常重要，在上位机中设置了串行通信的协议为波特率4800bps，通过对TMOD寄存器和定时/计数器装入计数值可进行波特率的设定，设置TMOD为20H，则选择定时器1，工作方式2,自动装载计数值。,图 12,驱动程序的设计,在对串口进

9、行了必要的设定之后就需要编写步进电机和电磁铁的驱动程序了。之前已经分析了数据的定义，按照定义编写对一般数据的处理程序和特殊数据的处理程序，图13是整个控制程序流程图，按照此流程图，首先应该对从RAM中取出的数据进行辨别区分，先判别是否为特殊数据，如果是转而进入相应的程序中执行操作，如果是一般数据则应该按照一般数据的定义进行处理，如判别数据地址数奇偶，判断数据首位，执行步进电机的驱动等。,图13,程序的编写使用的均为汇编语言，在对数据进行判断时使用的是“CJNE”比较判断指令，如判断数据是否为“FF”，程序是这样的： MOVE A,DPTR CJNE A,#0FFH,SOL_ON 第一条程序是从

10、RAM中取数据，第二条程序对所取的数据进行判断，如果是“FF”则继续往下执行，若不是“FF”则跳转到SOL_ON程序段中进行下一步判断处理。对其它特殊数据的处理方式和这个原理相似。,当程序处理到一般数据时，需要对步进电机1和步进电机2执行相应驱动，这部分处理程序是这样的： 首先对一般数据进行地址数奇偶的判别，在程序中定义了一个寄存器R2用以对地址数进行计数，只要对R2中的数进行奇偶判断就能选择对电机1或者电机2的驱动，奇偶的判断是对R2最低位的判断，如果最低位为1则为计数为0则为偶数。奇数与01H相与则结果为01H，偶数与01H相与则结果为00H，从而可以使用判零指令JNZ来进行判断，该程序段

11、为： MOV A,R2 ；R2中数放A中 ANL A,#01H ；A中数与01H相与结果 存A JNZ MOTOR2 ；若结果为0则继续往下执行，若不为零则转移到MOTOR2程序段处执行,步进电机驱动程序： 通过对数据的定义知道，数据中除了最高位外其余七位表示步进电机需要的脉冲数，故对电机每给一个脉冲则脉冲数进行减一操作直到减为零止，这样就能使电机精密运转了。这部分程序段如下： MOVX A,DPTR ;取数据 SETB P1.3 ；电机驱动器使能端置位 CLR P1.2 ；电机方向信号低电平反 转 CCW_ROTATEL1： CLR P1.1 ；低脉冲信号 ACALL DELAY2 ；延时 SETB P1.1 ；高脉冲信号 ACALL DELAY2 ；延时 DEC A ；A中数据自减一 JNZ CCW_ROTATE1 ；不为零则返回循环执行,以上处理方式是在数据首位不为零的情况下执行的，当首位为零时需要先把首位屏蔽掉再按以上方法进行驱动，屏蔽首位的方法是先清除进位位再把数据减进位位和80H即可把首位去除，程序段为： MOVX A,DPTR ;取数 CLR C ；清进位位 SUBB A,#80H ；除首位,3,一种签字机器人控制系统的设计,课题