机械毕业论文.doc

浙江科技学院毕业设计(论文)V带测长磨削机单片机控制系统软件设计学生姓名：鲍立 指导教师： 浙江机械学院摘 要V带属新型的传动带，现已得到了越来越广泛的应用，尤其是近年来随着我国人民生活水平日益提高，汽车V带等产品的需求大幅度增加，带动我国橡胶行业中V带生产规模迅速扩大。V带测长磨削机是V带生产过程的关键设备之一，对提高V带的产品质量和生产效率起至关重要的作用。V带尺寸的精确十分重要，一是因为对传动性能有很大的影响，除要求V带的截面尺寸必须具有一定的准确性外，V带的长度也必须满足一定的要求。二是因为要符合国际标准和欧美标准。为使同时使用的一组V带长度一致，每条V带的长度必须控制在一个比较小的误差范围内，常需要专用的测长机测量后进行配组。目前国内生产V带的厂家，除了一些采用进口单鼓切割机的切割后不再需要打磨外，采用双鼓切割机的大部分中小型企业都需要有打磨V带这一最后工序。许多生产厂家的做法是：对长度要求不高的产品，切割后的V带在简易型的磨削机上进行打磨而不再进行测长。随着V带使用厂家对V带配组要求的提高，许多中小型厂原有的简易型打磨机由于不能保证V带的长度已显落后，迫切需要在这类打磨机上安装测长打磨为一体的控制系统，以保证V带尺寸的精度与产品质量。 本文第一章主要介绍了V带的在国民生产和人们生活中的应用，国内外制造V带的设备和所面临的问题，即研究背景。 第二章介绍了V带测长磨削机实现的功能以及实现该功能的部分硬件。V带测长磨削机主要实现（1）连续磨带，磨带速度快；（2）单独的测长和定长功能；（3）能够自动正反磨带，磨削有足够的可靠性。（4）能够在线测长，时时检测V带尺寸的精度，保证产品的质量。（5）具有传感器零位校正功能。部分硬件主要是张紧从动轮部分,压轮部分,磨轮部分以及张紧主动轮部分。 第三章主要介绍了V带测长磨削机控制系统的硬件组成，包含了主控板、电动机、传感器、触摸屏以及控制面板等部分。第四章主要介绍了V带测长磨削机单片机控制系统的软件设计，包含了主程序、部分子程序、通信程序与触摸屏程序的设计。主要的子程序有：初始化程序、回零程序、测量程序、定长程序，正反磨程序和复位程序等。通信程序是单片机与触摸屏间的通信程序。子程序的设计主要是程序的功能、流程及结构设计，包括介绍程序名、功能等。单片机与触摸屏接口程序的设计是采用RS232串口通信，通过设定协议实现两者间的数据交换。 第五章是V带测长磨削机单片机控制系统软件程序的调试体会。在做毕业设计的这段时间里，我们在试验室里完成了不少实验来，遇到了很多问题。这章写了软件方面和硬件方面的问题，以及我们是怎样解决这些问题的内容。最后一章是结束语，对本次毕业设计课题的完成情况及主要的收获进行了总结。关键词：测长 磨削 自动控制系统 串口通信Design of measuring long V-belt grinding machine controled by single chip microcomputer system softwareStudent: Bao Shenghong Advisor: Dr. Yang YajunSchool of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University of Science and TechnologyAbstractV belt is the new transmission belt, already obtained more and more widespread application, particularly enhanced day by day in recent years along with our country living standards, product and so on automobile V belt demands increased large scale, lead in our country rubber profession V belt scale of production to expand rapidly. V belt measured that the long milling machine is one of V belt production process key equipments, to improves V belt's product quality and the production efficiency plays the very important role. V belt size precise very important; first, because has the very tremendous influence to the transmission performance, besides requests V belt's section size to have certain accuracy, V belt's length must satisfy certain request. Second, because must conform to the international standard and the European and American standard. Simultaneously in order to cause a group of V belt length which uses to be consistent, each V belt's length must control in a quite small error range, after often needs the special-purpose metroscope survey, carries on matches the group. At present the home production V belt's factory, uses import gangu cutter's cutting after some no longer needs to polish, uses the double drum cutter's majority Small and medium-sized enterprise to need to have polishes V belt this finishing operation. Many Manufacturer's procedure is: To the length request not high product, after the cutting V belt carries on the polish on the simple milling machine no longer to carry on measures is long. Uses the factory along with V belt to match the enhancement which for V belt the group requests, because many middle and small scale factory original simple dressers cannot guarantee that V belt's length obviously fell behind, urgent needs to install on this kind of dresser measured that the long polish is a body's control system, guarantees V belt size the precision and the product quality. The first chapter mainly introduced V belt, in the national dividend and the people live the application, domestic and foreign makes the question which V belt's equipment and faces, namely research background. Chapter 3 control system hardware which introduces and should whet to pare machine constitutes, include with single slice machine for core of the lord control the plank part, touch to hold, electric motor and spread feeling machine etc., and constitute the contact that frame diagram explained them through the hardware of system.The second chapter introduced V belt measured the long milling machine realizes the function as well as realizes this function partial hardware. V belt measured that the long milling machine mainly realizes (1) the continual abrasive belt, the abrasive belt speed is quick; (2) independent measures long and the fixed-length function; (3) can the automatic pro and con abrasive belt, the grinding have the enough reliability. (4) can online measure is long, examines V belt size at times the precision, the guarantee product quality. (5) has the sensor zero correction function. The partial hardware are mainly tighten the driven wheel part, the pressure roller part, the emery wheel part as well as tighten the driving pulley part.The third chapter mainly introduced V belt measured the long milling machine control system's hardware composition, has contained master control parts and so on board, electric motor, sensor, touchscreen as well as control panel.The fourth chapter mainly introduced V belt measured the long milling machine monolithic integrated circuit control system's software design, has contained the master routine, the partial subroutines, the signal procedure and the touchscreen procedure design. The main subroutine includes: The initialization routine, returns to zero procedure, the measurement routine, the fixed-length procedure, the pro and con rubs the procedure and the replacement procedure and so on. The signal procedure is the monolithic integrated circuit and the touchscreen signal procedure. The subroutine design is mainly the procedure function, the flow and the structural design, including introduction procedure name, function and so on. The monolithic integrated circuit and the touchscreen interface routine's design uses the RS232 serial port correspondence, realizes both's data exchange through the hypothesis agreement.The fifth chapter is V belt measures the long milling machine monolithic integrated circuit control system software routine the debugging experience. In makes the graduation project in this period of time, we completed in the test chamber have many tested, has met many questions. This did Zhang Xie the software aspect and the hardware aspect's question, how as well as we solve these question content.The last chapter ends language, designing completion circumstance and main results of topic to carry on summary to this graduation.Keyword: measure、polish、automatic control systems、serial communication目 录摘 要IAbstractIII目 录V第一章 绪论11.1 引言11.2 国内外现状及发展趋势2第二章 系统功能分析和系统方案设计42.1 系统功能分析42.2 系统总体方案设计52.3 本章小结6第三章 控制系统硬件组成73.1 系统基本配置73.1.1 主控板73.1.2 电动机83.1.3 线位移传感器93.1.4 触摸屏93.2 人机界面设计103.3 本章小结11第四章 控制系统软件设计124.1 主程序结构124.2 部分子程序功能及其流程图154.2.1 初始化程序154.2.2 带轮回零程序164.2.3 定长程序174.2.4 V带测量程序184.2.5 正向磨削程序254.2.6 反向磨削程序254.2.7 复位程序264.3 单片机与触摸屏通信程序设计264.3.1 通信协议274.3.2 通信程序设计294.4 本章小结33第五章 程序调试体会35结 论41参考文献42致 谢43附录1 程序清单44VII第一章 绪论1.1 引言V带属新型的传动带，现已得到了越来越广泛的应用，尤其是近年来随着我国人民生活水平日益提高，汽车V带等产品的需求大幅度增加，带动我国橡胶行业中V带生产规模迅速扩大。V带测长磨削机是V带生产过程的关键设备之一，对提高V带的产品质量和生产效率起至关重要的作用。V带已广泛应用于汽车、机械、纺织、家电、轻工、农机等各个领域，在国民经济和人民日常生活中发挥着愈来愈重要的作用。随着传动带品种多样性、使用性能标准的不断提高，在传动带生产中不断采用了新材料、新技术和新工艺，使用越来越先进的生产装备和检测手段。V带尺寸的精确十分重要，一是因为对传动性能有很大的影响，除要求V带的截面尺寸必须具有一定的准确性外，V带的长度也必须满足一定的要求。二是因为要符合国际标准和欧美标准。为使同时使用的一组V带长度一致，每条V带的长度必须控制在一个比较小的误差范围内，常需要专用的测长机测量后进行配组。目前国内生产V带的厂家，除了一些采用进口单鼓切割机的切割后不再需要打磨外，采用双鼓切割机的大部分中小型企业都需要有打磨V带这一最后工序。许多生产厂家的做法是：对长度要求不高的产品，切割后的V带在简易型的磨削机上进行打磨而不再进行测长123。1.2 国内外现状及发展趋势目前，国外发达国家的V带生产工艺装备已达到相当先进和完善的水平，整个生产工艺连续化，普遍采用计算机控制，使成型、硫化、切割、磨削等工艺设备实现了高度光机电一体化，操作人员少，生产效率高，产品质量稳定。如德国的SCHOLZ公司、BERSTORFF公司、日本的神户公司等均是专业生产此类设备的企业；此外，一些规模较大的橡胶公司如PIRELLI和GATES公司等也已能自行设计制造V带生产设备，如成型机、切割机、测长打磨机等。这些公司生产的设备，有的将成型、切割、测长打磨机等集成为一体，如SCHOLZ公司的V带万能成型机，也有自成产品的，如日本的神户机械株式会社生产的切割机、测长打磨机等。这些设备的共同特点是均采用工控机和触摸屏进行数据计算和人机对话，采用高精度的直线滚动导轨，无间隙滚珠丝杠，高精度光栅等各种传感器，以保证纵横向移动位置的精确度56。我国V带产品在解决了工艺等一些关键问题后，近几年发展迅速，除国内市场外，已逐步向国外渗透。浙江省的V带产品现在东南亚等地已有相当大的出口规模，许多企业已将目标瞄准欧美市场，但由于生产设备落后等问题，产品的质量与国外产品还有相当大的距离，产品还很少进入欧美市场。从80年代末开始，国内少数有实力的厂家，如上海胶带股份有限公司、贵州大众橡胶有限公司等相继从德国、日本、美国引进了部分新型传动带生产设备，开始生产切边V带、同步带和多楔带，产品很受用户青睐，市场销路相当不错。但这些进口设备价格昂贵，仅一条生产线就需几千万元人民币，即使只购买单台设备也需要200-300万人民币，这对国内一般的中、小型V带生产厂家来说是无法承受的4。目前国内生产V带的厂家，除了一些采用进口单鼓切割机的切割后不再需要打磨外，采用双鼓切割机的大部分中小型企业都需要有打磨V带这一最后工序。许多生产厂家的做法是：对长度要求不高的产品，切割后的V带在简易型的磨削机上进行打磨而不再进行测长，大大降低了产品的精度。随着V带使用厂家对V带配组要求的提高，许多中小型厂原有的简易型打磨机由于不能保证V带的长度已显落后，迫切需要在这类打磨机上安装测长打磨为一体的控制系统，以保证V带尺寸的精度与产品质量。现有的V带测长打磨机设备主要有以下几点不足：1.其主要功能是V带测长，一般情况都需要先对V带进行磨削后再进行测长磨削，这样就多了一道工序。如果用这类设备直接进行V带磨削，则由于原设计是当检测到V带偏短时再进行少量的磨削修整，因而连续磨削时可靠性不够高，磨削速度不够快，影响操作工人使用这类生产设备的积极性。2.一些仿制进口的 V带测长打磨机常用气液阻尼缸控制 V带的打磨修整 ,以实现快进、慢进、停止和快退等功能。但由于制造和安装等原因 ,节流阀不能准确控制压辊进给速度 ,易出现每磨削一根 V带都要调整节流阀的现象 ,且在磨削同一根 V带的过程中也会出现压辊进给速度不稳定甚至压辊突然卡紧高速旋转磨轮的现象 ,这些现象在 V带的磨削过程中是不允许出现的 。3.许多企业V带磨削采用的是干磨方式，粉尘大，工作环境恶劣，设备的电器部分极易损坏，这是一些国产V带测长磨削机的控制系统部分工作寿命较短的主要原因，而进口产品或仿进口产品的价格又较高，一般的中小型厂家不可能全部采用。随着科学技术的不断发展，人们对设备生产效率及自动化程度的要求也越来越高。针对目前的V带磨削生产方式，人们也提出了更高的要求。希望能设计出一种能连续磨削，同时也能进行在线测长的新型V带测长磨削机。不仅能提高生产效率，也能降低工人的操作强度910。第二章 系统功能分析和系统方案设计2.1 系统功能分析V带测长磨削机单片机控制系统实现的功能1. 连续磨带，磨带速度快。2. 单独的测长和定长功能。3. 能够自动正反磨带。4. 能够在线测长，时时检测V带尺寸的精度，保证产品的质量。5. 具有传感器零位校正功能。1. 回零：步进电机使带轮返回零点。2. 测量：测量键用于对带长的测量。3. 正磨：对被加工带测长并比较是否合格，不合格继续。4. 反磨：与正磨作用相同，区别在于加工精度比正磨高。5. 复位：程序初始化及系统复位。2.2 系统总体方案设计图2.1 V带测长磨削机结构示意图注：1操作面板；2张紧气缸；3张紧带从动轮；4压轮；5压紧气缸； 6磨轮；7张紧带主动轮；8带轮电机；9丝杆；10步进电机。结构及工作原理：图2.1所示为V带测长磨削机结构。与一般V带测长打磨机相似,需磨削的V带由张紧气缸控制,磨轮上方的压轮由力矩电机控制。带轮和磨轮分别由带轮电机和磨轮电机驱动,带轮和磨轮电机均为双速电机8。1.控制面板： 这是V带测长磨削机的人机界面，包含一个触摸屏和一些按钮。触摸屏可以用做数据的输入和显示输出。按钮用来控制磨削机的运作。2.张紧从动轮部分：这部分包括张紧带从动轮、张紧汽缸及线位移传感器。张紧带从动轮及张紧汽缸的主要作用是在磨削时，确保被加工V带随时处于张紧状态。线位移传感器是与张紧汽缸的活塞相连接的，活塞升缩的同时也使传感器的长度发生变化，只要通过A/D对传感器进行数据采集，就可以随时测量被加工V带的长度。 3.压轮控制部分：这部分包含压轮和力矩电机。主要作用是通过对力矩电机的控制，实现对压轮的升降控制，保证在磨削时始终能让压轮顶住V带，使其与磨轮的完全接触，有良好的磨削效果。4.磨轮控制部分：这部分包含磨轮和交流电机。由交流电机带动磨轮转动。磨轮是V型的槽，磨削时V带嵌入槽中，同时磨轮的转动方向与V带的运动方向相反，这样可以提高磨削效率。5.张紧主动轮部分：这部分包含张紧带主动轮、带轮电机及步进电机。张紧带主动轮及步进电机的作用是用来定长，在触摸屏上输入长度时，程序就会驱动步进电机牵引张紧带主动轮运行相应的距离，达到指定位置。带轮电机只要驱动张紧带主动轮运转，带动V带运转711。2.3 本章小结 本章主要阐述了新型V带测长磨削机的功能分析，以及V带测长磨削机控制系统总体方案设计。新型V带测长磨削机功能包括连续磨带、独立测长等功能，同时简单介绍了整机的部分硬件。第三章 控制系统硬件组成3.1 系统基本配置下面是V带测长磨削机控制系统硬件框图：图3.1 系统硬件框图V带测长磨削机主要包含了主控板、电动机、传感器、触摸屏以及控制面板等部分组成。下面简单介绍下各部分的硬件。3.1.1 主控板主控板的核心是单片机，同时还包括外围一些基本电路。综合考虑后采用80C51单片机做为控制芯片。下面对其做基本介绍。MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O接口等计算机所需要的基本功能部件。具体包括：一个8位CPU;4KB ROM或EPROM（8031无ROM）；128字节RAM数据存储器；21个特殊功能寄存器SFR；4个8位并行I/O接口，其中P0、P2为地址/数据线，可寻址64KB的RAM和64KB的ROM；一个可编程全双工串行口；具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构；两个16位定时器/计数器；一个片内振荡器和时钟电路。图3.2 80C51单片机内部结构3.1.2 电动机 1.力矩电动机在某些自动控制系统中，被控制对象的转速相对于伺服电动机的转速低得多，所以，二者之间常常必须用减速机构连接。采用减速器一方面使系统装置变得复杂，另一方面它是使闭环控制系统产生自激振荡的重要原因之一，影响了系统性能的提高。而力矩电动机就是一种能和负载直接连接产生较大转矩、能带动负载在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机。力矩电动机由于在设计、制造上保证了电动机能在低速或堵转情况下能产生足够大的力矩而不损坏，加上它有精度高，反应速度快、线性度好等优点，因此，它常用在低速、需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件。 2.步进电动机步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行原件。每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度。步进电机转子运动的速度主要取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲信号数，故它作为伺服电动机应用于控制系统时，往往可以使系统简化、工作可靠，而且不需要位移传感器就可以达到较精确的定位，获得较高的控制精度。本设计采用110BC30C，0.75度/1.5度，9.8NM的步进电机， 及五相混合式步进电机驱动器WD5H5。驱动器基本资料：适配二相四出线110BYG系列、130BYG系列混合式步进电机；H桥驱动，恒流斩波；相电流可调节为2A，4A，5A，或6A；自动半流锁定；工作电压AC100V±10%，50/60HZ，最大输入功率为350VA。3.交流异步电动机交流异步电动机结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的稳态和动态特性，因此，它是工业中使用最为广泛的一种电动机。三相异步电动机主要由定子和转子够成，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙。它的工作原理是基于定子旋转磁场（定子绕组内三相电流所产生的合成磁场）和转子电流（转子绕组内的电流）的相互作用。本设计采用YD90S-6/4型号三相异步电机。3.1.3 线位移传感器精确而可靠地发出位置给定信号并检测被控对象的位移是位置伺服系统工作良好的基本保证。位置传感器将具体的直线或转角位移转换成模拟的或数字的电量，再通过信号处理电路或算法，形成与控制器输入量相匹配的位置误差信号。本设计采用NS-WY02型的位移传感器，其特点如下：内置弹簧、自动复位；高分辨率 、预期寿命长；精度高、误差小；移动平滑、舒畅。3.1.4 触摸屏随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地用到了触摸屏。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。 触摸屏的基本原理是，用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置(以坐标形式)由触摸屏控制器检测，并通过接口(如RS-232串行口)送到CPU，从而确定输入的信息。 触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。本设计方案采用日本三菱公司产的F940系列触摸屏，其与单片机与之间可以通过串行通信实现数据交换12。3.2 人机界面设计人机界面主要由触摸屏和按钮组成，用于实现对V带测长磨削机的控制。触摸屏主要作为数据的输入及输出显示。按钮主要功能如下：回零：步进电机使带轮返回零点。测量：测量键用于对带长的测量。正磨：对被加工带测长并比较是否合格，不合格继续。反磨：与正磨作用相同，区别在于加工精度比正磨高。复位：程序初始化及系统复位。操作面板界面设计如下图：图3.3 人机界面3.3 本章小结本章主要介绍了V带测长磨削机的硬件组成，主要包含了主控板、电动机、传感器、触摸屏以及控制面板等部分组成。主控板的核心是单片机，本设计采用80C51单片机做为控制芯片。触摸屏采用日本三菱公司产的F940系列触摸屏，其与单片机与之间可以通过串行通信实现数据交换。电机主要介绍了步进电机、力矩电机和交流异步电动机。第四章 控制系统软件设计V带测长磨削机单片机控制系统软件主要是实现步进电机的精确走位控制，V带产品尺寸的测量和V带产品尺寸的定长，以及触摸屏人机界面的设计。4.1 主程序结构主程序主要是实现时时对硬件控制系统的监控扫描，检测外部硬件电路状态有无变化。一旦状态变化时，就调用相应的子程序，等待某一子程序结束后再返回。当上电时，主程序开始运行，循环执行每条语句。先对系统进行初始化，再控制步进电机使主动轮回零，然后就是对人机界面上的各个按键进行循环扫描，当有按键状态发生变化时，主程序就调用相应的子程序，实现相应的功能。本程序包括如下子程序：初始化程序：对系统进行初始化；回零程序：主动轮回到零位；定长程序：控制主动轮行程；测量程序：测量被加工带的长度；正磨程序：对被加工带进行正磨；反磨程序：对被加工带进行反磨；复位程序：系统复位和传感器零位校正。 下面是主程序结构的流程图：图4.1 主程序流程图主程序如下：ORG0000H LJMPMAIN ORG 000BH LJMPTIMER0 ;跳定时中断0进行显示处理 ORG 0060HMAIN: ;调用系统初始化子程序,设置堆栈,定时器,中断,显示初始内容等LCALL SYSTEM_INIT ；调用系统初始化子程序LCALLSEND_INIT KEY_GOT: LCALL DISP ;调显示子程序LCALLKEY ;监测扫描键盘子程序,键码返回给 ACC JZ KEY_GOT ;键返回0，说明没有键按下MOVB,A ;暂存键码值SUBBA,#04HJNCKEY_GOT ;则如果按下的不是磨削,测量或调零键则不做处理MOVA,B ;恢复键值MOVB,#03H MULABMOVDPTR,#KEY_TABLEJMPA+DPTRKEY_TABLE: LJMP KEY_GOTLJMPADJUST_ZERO ;调零处理程序LJMPMEASURE_LENGTH;测量V带的长度LJMPMILL_BELT ;磨削V带ADJUST_ZEROLCALL ADJUST_ZERO ;调零处理程序LJMPKEY_GOT ;处理结束后返回到KEY_GOTMEASURE_LENGTH:LCALL MEASURE ;测量V带的长度LJMPKEY_GOT ;处理结束后返回到KEY_GOTMILL_BELT:LCALL MILLING ;磨削V带LJMPKEY_GOT ;处理结束后返回到KEY_GOT4.2 部分子程序功能及其流程图主程序主要包含了初始化程序、回零程序、定长程序、测量程序、正磨程序、反磨程序和复位程序7个子程序1314。4.2.1 初始化程序初始化程序是开机时运行，对系统进行初始化的程序，包括对触摸屏单元的初始赋值和程序单元的初始赋值。 下面是初始化程序的流程图：图4.2 初始化程序流程图程序：SYSTEM_INIT:MOVR0, #1FHSYST10: INCR0 MOVA, #0 MOVR0,A MOVA, R0 CJNE A,#0FFH,SYST10 ;对20HFFH清零;初始化是把显示的清为0 MOV SHOWBUF1,#0 ;对触摸屏的初始化 MOV SHOWBUF2, #19 MOV SHOWBUF3, #0 MOV SHOWBUF4, #16 MOV SHOWBUF5, #0 MOV SHOWBUF6, #0 MOV SHOWBUF7, #0 MOV SHOWBUF8,#0 MOV LENTH_H, #0 MOV LENTH_L, #0 MOV BLACK_DELAY, #20H ;特殊寄存器MOVTMOD,#01H ;T0方式1 MOVTH0, #09EH MOVTL0, #058H;25ms初值 SETB TR0 ; SETB ET0 ; SETB EA