毕业设计(论文)-基于单片机的绕线机控制系统的设计.doc
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1、2012届本科生毕业论文 学号:080201060111 绕线机的单片机控制系统设计 (论文) 院 系: 机电工程学院 专 业:机械设计制造及其自动化 姓 名: 指导教师: 毕业论文诚信声明本人郑重声明:所呈交的毕业论文单片机剪切机控制系统是本人在指导老师的指导下,独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果,均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。 毕业论文作者签名: 2011年 12月 5 日 基于单片机的绕线机控制系统的设计目录摘要2第一章 绪论31.1提出问题确定设计方案31.2研究方法和内容51.3本课题的研究意义和发展趋势6第二章
2、控制系统硬件电路的设计72.1 开关量接口电路72.2 扩展RAM接口电路112.3 复位、时钟中断部分电路162.4 执行机构接口电路192.5 键盘和显示部分接口电路22第三章 控制系统软件的设计263.1 RAM地址分配及初始化263.2 控制系统主程序的设计293.3 控制系统子程序的设计31第四章 控制系统可靠性设计、综合调试和误差分析344.1 控制系统可靠性设计344.2 控制系统的综合调试354.3 误差分析36第五章 总结与展望37致谢38参考文献39附录一40附录二44附录三51摘要PLC绕线机存在着成本高,更换绕组品种困难,工作方式单一和人机交互不便等缺点。 原来的PLC
3、绕线机生产的绕组已很难满足不断发展的机电产品的要求。为解决此问题,我们研制了一种能代替PLC控制系统的新的控制系统单片机控制系统。本文论述了绕线机单片机控制系统的设计方法和过程,包括:硬件设计、软件设计、可靠性设计等方面。硬件电路采用89C52单片机、先进的接口技术和大规模的集成电路设计而成。精密排线是通过单片机输入的CP脉冲信号和方向信号准确控制步进电机的步进、跳段等工作状态来实现的。方便良好的人机交互界面是用8279键盘/显示集成芯片来实现的。本绕线机控制系统,既可以预先设定800种规格或型号的绕组,又可以根据用户需求随时设定新型绕组。单片机控制系统的绕线机具有自动化程度高、成本底、体积小
4、、控制精确等优点,具有很好的经济效益和广阔的发展前景。 关键词:绕线机 单片机 控制系统 ABSTRACT PLC winders have many disadvantages, such as not accomplishing accurate winding threads, being difficulty in work patterns and being not convenient in the exchange between people and machines. Winders controlled by PLC have not been satisfied wit
5、h the mechanical and electrical products need. To overcome these problems, we researched into a new control systemSCM system for winder, This paper introduced the design method and reach process of SCM system for winder, including hardware design, software design, reliability design and so on. Hardw
6、are circuits are designed by means of 89C52, advancing interface technology, large integrated circuits and so on. Accomplishing accurate wind thread relies on the SCMCP pulse and direction signal, which can accurate control step motors step moving and jumping. The convenient control system can not o
7、nly design 800 kinds of winding in advance, but also design winders at any time. SCM winders have many advantages, such as automatic work, price in prospects. The research success of SCM system for winder marked great advancement in the development of winder. Key words: wind SCM control system 第一章 绪
8、论1.1 提出问题确定设计方案一、问题的提出现行的绕线机主要是PLC绕线机,这种绕线机存在着更换绕组困难人机交互不便,工作方式单一,整个控制系统体积大。成本高等缺点。尤其是随着机电产品对绕组质量要求的不断提高,原有的控制系统已很难实现高质量绕组的要求。为此迫切要求有新型的绕线机的出现。二、明确课题任务本单片机控制的绕线机是用来生产机电产品所使用的绕组,为了实现高质量的绕组,绕组的生产过程必须有一套精密的自动控制系统来实现,对控制系统的要求是:1、提高绕组质量,实现精密排线。2、整个控制系统自动化程度高、控制精确、操作简便,成本低,体积小。3、有一个方便良好的人机界面,设计一个输入键盘和两个显示
9、部分,一部分显示出:绕组规格的编号、绕组的总匝数、慢绕匝数、跳距、排幅和线径等数据,另一部分指示出工作状态。4、厂家既可以预先设定800多种绕组,又可以根据用户需要随时设定新型绕组。5、绕线机工作系统方框图和单片机控制系统方框图参见图1-2-1和图1-2-2。三、确定设计方案明确课题任务后我们认为单片机控制系统能代替原来的PLC控制系统,并能很好的满足对绕组质量的要求。方案如下:1、 确定系统的I/O点数和通道:(1)输入量点数的确定:系统的输入量主要包括:主轴电机的测速信号、键盘输入和一组开关量输入。其中开关输入量有8个,分别是:左限、右限、起止位置、断线、起止位置、断线、热继电保护器、气压
10、欠压、刹车、脚踏。(2)输出量点数的确定:输出量包括: 驱动步进电机的信号(2个)、驱动继电器工作的信号(5个)、驱动工作状态的指示灯、驱动键盘显示器18位7段LED数码管。 (3) 输入输出通道: 除了键盘显示器输入输出外,输入通道2个分别是:转速检测信号的输入通道和开关输入量的输入通道。输出通道3个,分别是:驱动步进电机信号的输出通道、驱动继电器执行机构的输出通道、驱动工作状态指示的通道。2、 选择单片机:根据控制系统所需要的控制精度、响应速度、开发环境、I/O点数、输入输出通道数等情况,选择了MCS-51系列的8位单片机89C52,它具有8KEEPROM,256B RAM,全双工UART
11、与8032 完全兼容。3、 确定存储器和键盘显示器: 单片机运行的程序存放在存储器ROM中,其中有关的数据和参数存放在RAM中。本单片机控制系统选择的是intel2732EPROM芯片。 8279是INTER公司生产的可编程键盘/显示I/O专用芯片,8279能够以较简单的硬件电路和较少的硬件开销实现单片机与键盘和显示器接口。利用8279,可以实现对键盘/显示器的自动扫描,并识别键盘上闭和的键号,不仅可以大大的节省CPU对键盘/显示器的操作时间,而且显示稳定、程序简单很少出现误操作。因此,本设计键盘/显示器部分选用8279芯片。4、 设计绕线机工作系统方框图: 如图1-2-1所示,是绕线机工作系
12、统方框图。(1) 绕线机的工作过程: 用一个3K的三相异步电动机,通过皮带轮带动绕线机主轴的转动,丝通过丝杠上的穿孔送到绕线机绕组的模子上。由步进电动机带动主轴的转动和三相步进电动机推动丝杠的步进来完成绕组的绕线过程。绕组的模子套在绕线机的主轴上,绕线机的主轴由汽缸固定,脚踏开关控制汽缸的动作来完成装载和卸下绕组模子的工作。电磁刹车阀可以用单片机控制系统控制,也可以由操作工手动控制。通过单片机发出的信号去控制变频器,在由变频器控制主轴电机的速度,变频器有快速、慢速、停三个控制挡。步进电机的运动由步进电动机控制/驱动器控制的。 5、 设计单片机控制系统方框图:如图1-2-2所示,是单片机控制系统
13、的方框图。其中转速检测接口电路、开关输入量接口电路、步进电机接口电路、执行机构接口电路与 单片机连接。1.2 研究内容和方法本课题的主要任务是设计一套绕线机单片机控制系统,主要研究内容和方法如下:一、 研究内容1、 主要研究内容是:通过单片机控制系统对步进电机的工作状态和主轴转速的控制,实现不同尺寸线径的精密排线。2、 用LED显示器组成的高亮度的显示电路完成数据的输入输出显示,包括绕组型号及其地址、匝数、慢绕匝数、线径排幅和跳距等。3、 用LED发光管完成工作状态的指示。4、 设计单片机控制系统的硬件电路。5、 编制控制系统的软件二、研究方法主要的研究方法是:用单片机及其接口技术,通过软硬结
14、合,实现对绕线机工作状态的自动控制和精确控制,以实现不同尺寸线径的精密排线。用一个三相异步电动机,通过皮带轮带动绕线机主轴的转动,丝通过丝杠上的穿孔送到绕线机绕组的模子上。由步进电动机带动主轴的转动和三相步进电动机推动丝杠的步进来完成绕组的绕线过程。绕组的模子套在绕线机的主轴上,绕线机的主轴由汽缸固定,脚踏开关控制汽缸的动作来完成装载和卸下绕组模子的工作。电磁刹车阀可以用单片机控制系统控制,也可以由操作工手动控制。通过单片机发出的信号去控制变频器,在由变频器控制主轴电机的速度,变频器有快速、慢速、停三个控制挡。步进电机的运动由步进电动机控制/驱动器控制的。精密排线是通过单片机输入的CP脉冲和C
15、P脉冲的个数,准确控制步进电机的步进、跳段等工作状态来实现的。通过单片机发出的CP脉冲的个数,控制步进电动机推动丝杠向前移动的距离,如480个脉冲,使步进电动机推动丝杠向前移动5mm。通过单片机发出的方向信号,控制步进电机的运动方向。1. 3本课题的研究意义和发展趋势一、研究意义单片机控制系统的研制成功是绕线机发展中的一次较大的进步,它表明了目前正在使用的许多PLC控制系统完全可以由单片机控制系统来代替。这种绕线机的控制系统采用单片机控制技术和先进的接口技术,具有良好的人机交互界面:厂家可以预先设定800多种绕组,又可以根据用户需要随时设定新型绕组;具有三种工作方式,可以同时绕三排绕组,每排1
16、0绕组;可以实现0.01-1.00mm线径,10-80mm的排幅;克服了PLC绕线机更换绕组品种困难,能节省大量的人力、物力、财力,能很好的满足许多机电产品对绕组质量的要求,具有很好的推广市场和广阔的发展前景。二、发展趋势随着机电产品对绕组质量要求的不断提高,如何实现精密排线是绕线设备上档次上水平首先要解决的问题,因此如何把排线的精密程度作为反馈信号构成闭环系统是下一步绕线机的发展方向。第二章 控制系统硬件电路的设计2.1开关输入量接口电路一、 开关输入量接口电路 开关输入量经8255A扫描输入口输入,由89C52发出的读信号,从74LS373芯片读入。二、8255A接口芯片1. 8255的主
17、要功能有2个独立的8位并行数据通道(A、B口),2个4位的并行数据通道(C口高4位、低4位);占用4个IO端口地址(A、B、C、控制端口);A、B通道具有基本输入/输出、选通输入/输出以及双向3种传输方式;C口除了具有简单输入/输出功能外,还具有另外3个功能:其部分信号线可作为CPU与外设之间的应答联络信号;具有按位置位/复位功能;在CPU读取8255A状态时,C口又可作为状态口2. 8255内部结构:4 部分组成(1)数据端口A、B、C(称为PA、PB、PC):端口A具有1个输入锁存器和1个输出锁存器/缓冲器。作输入或输出时,数据均受到锁存。所以可用作双向数据传输。端口B只有1个数据输入缓冲
18、器和1个输出锁存器/缓冲器。只能工作在输入或输出方式,不具有双向功能。端口C每个4位的端口对应1个输入缓冲器和1个输出锁存器/缓冲器。C口只有在端口A、B都工作在简单I/O方式时,才具有2个4位的I/O功能。在更多情况下是作为A、B口的应答联络信号,分别为端口A和端口B提供控制信号和状态信号。(2) A组控制和B组控制这两组控制电路接收CPU输出的控制字,以及读/写控制逻辑电路命令,决定两组端口的工作方式和读/写操作。A组控制电路控制端口A和端口C的高4位(PC7PC4)的工作方式和读/写操作。B组控制电路控制端口B和端口C的高4位(PC3PC0)的工作方式和读/写操作。(3)读/写控制逻辑电
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