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山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
第一章概述
1.1我國(guó)玻璃市場(chǎng)現(xiàn)狀
玻璃裝飾建材產(chǎn)品在日常生活中已得到了廣泛使用。但是,就我國(guó)目前的浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)而言,除了合資生產(chǎn)線達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平外,其余均屬一般水平,與國(guó)際先進(jìn)水平相比存在著較大差距。國(guó)家每年需要花大量外匯從國(guó)外進(jìn)口大量?jī)?yōu)質(zhì)浮法玻璃,以滿足國(guó)內(nèi)建筑業(yè),裝飾,裝修和玻璃深加工業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)浮法玻璃的需求。1994年,全國(guó)優(yōu)質(zhì)浮法玻璃產(chǎn)量占總產(chǎn)量的5.5%,經(jīng)綜合分析預(yù)測(cè),本世紀(jì)末我國(guó)浮法玻璃需求量為1.4億重量箱,其中,優(yōu)質(zhì)浮法玻璃需求量為:交通運(yùn)輸業(yè)850-900萬(wàn)重量箱,建筑業(yè)1250-1300萬(wàn)重量箱,制鏡業(yè)300-350萬(wàn)重量箱,市場(chǎng)及其他400-450萬(wàn)重量箱,出口600-700萬(wàn)重量箱,供給3400-3700萬(wàn)重量箱。占總產(chǎn)量的24.3%-26.4%.我們應(yīng)抓緊機(jī)遇,建設(shè)具有當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平的浮法玻璃生產(chǎn)線,推進(jìn)我國(guó)平板玻璃工業(yè)技術(shù)進(jìn)步,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)浮法玻璃,滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求,參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng),縮小我國(guó)浮法玻璃技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。
1.2 我國(guó)浮法玻璃技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距
我國(guó)浮法玻璃技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距表現(xiàn)在軟件上是指浮法玻璃生產(chǎn)線各部分的自動(dòng)控制能力和全線自動(dòng)控制程度和水平。對(duì)于浮法玻璃的生產(chǎn)來(lái)說(shuō),高水平的自控可以最大限度的消除認(rèn)為因素對(duì)玻璃質(zhì)量的影響,從而達(dá)到穩(wěn)定,高質(zhì)量的生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)的浮法玻璃生產(chǎn)線一般都是以半經(jīng)驗(yàn)半技術(shù)自控,自控程度和自控水平較低。
1.3 高精度玻璃切割的必要
在加工浮法玻璃的過(guò)程中,高精度的玻璃切割作為加工的第一道工序是必不可少的。平板玻璃生產(chǎn)線是連續(xù)型生產(chǎn)線。原料在經(jīng)過(guò)了熔化、成形、退火后成為連續(xù)的帶狀玻璃帶。這條玻璃帶必須經(jīng)過(guò)在線切割才能滿足包裝與市場(chǎng)的需求。橫切機(jī)就是玻璃在線切割必不可少的設(shè)備之一。它的設(shè)備形式、控制原理及與生產(chǎn)的匹配性直接影響了成品玻璃板的幾何質(zhì)量。平板玻璃生產(chǎn)線的特點(diǎn)是連續(xù)性和大規(guī)模,但是由于缺乏行之有效的控制方法,橫切機(jī)切割質(zhì)量的檢測(cè)和調(diào)節(jié)一直是由人工來(lái)完成的。由于人工檢測(cè)調(diào)節(jié)的間歇性、經(jīng)驗(yàn)性和不確定性,玻璃切割質(zhì)量的控制不能很好的針對(duì)工況的變化,同時(shí)又加重了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。而橫切機(jī)的切割系統(tǒng)是一個(gè)離散、滯后、非線性不確定的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方法又很難滿足它的控制要求。采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)可以將這一問(wèn)題較好的解決。
第二章 設(shè)計(jì)方案
2.1、研究?jī)?nèi)容
研究方向、內(nèi)容
隨著單片機(jī)、PLC技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)逐漸被新型智能控制系統(tǒng)取代。鑒于PLC比單片機(jī)成本高,且輸入/輸出點(diǎn)數(shù)受到限制。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我主要研究單片機(jī)技術(shù)的全自動(dòng)玻璃橫切結(jié)構(gòu),分別對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)和人機(jī)界面系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
以下為欲設(shè)橫切機(jī)的功能設(shè)定:
1)機(jī)械系統(tǒng)功能:
切割速度方向要求:玻璃帶為運(yùn)動(dòng)的帶狀物體, 運(yùn)動(dòng)速度為V L。為了保證成品玻璃板為矩形, 橫切機(jī)的切刀必須同時(shí)具有縱向與橫向兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) (如圖1 所示)??v向運(yùn)動(dòng)使切刀與玻璃帶保持運(yùn)動(dòng)同步, 即縱向運(yùn)動(dòng)速度V Z 與玻璃帶運(yùn)動(dòng)速度V L 保持一致; 而橫向運(yùn)動(dòng)則使切刀完成切割工作, 其運(yùn)動(dòng)速度為V H。
刀架運(yùn)動(dòng)要求;接到單片機(jī)控制信號(hào)后,落刀,由同步帶帶動(dòng)沿橫梁方向切割玻璃,抬刀,返回原落刀點(diǎn)。其中落刀刀口壓力要控制在指定厚度的玻璃的承載范圍之內(nèi)。要保證其對(duì)玻璃的沖擊不至于使玻璃損壞。
橫梁的直線度不低于對(duì)玻璃的直線度的要求。
2)人機(jī)界面系統(tǒng)功能:
手動(dòng)輸入所要切割的玻璃的長(zhǎng)度,切片數(shù)量,落刀位置,抬刀位置等參數(shù),并可以通過(guò)鍵盤修改相關(guān)參數(shù)。鍵盤設(shè)置急停鍵,抬刀鍵、回車鍵,以便切割出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)手動(dòng)處理。
2.2、實(shí)現(xiàn)方法
2.2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案
對(duì)綜述中提到的幾種橫切機(jī)的結(jié)構(gòu)的比較本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也決定采用斜置式速度控制式機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6.
1
2
3
4
5
6
7
8
1 主電機(jī) 2 同步帶 3 刀架 4 氣動(dòng)元件 5 玻璃切割刀
6 支桿 7 被切玻璃 8 工作臺(tái)(玻璃輸送機(jī)構(gòu))
圖6 自動(dòng)玻璃橫切機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成
具體工作過(guò)程:
1、 通電:由鍵盤輸入所切玻璃長(zhǎng)度、切片數(shù)量、,落刀、抬刀位置這四個(gè)參數(shù)。點(diǎn)擊啟動(dòng)鍵,系統(tǒng)開始運(yùn)行。
2、 啟動(dòng)主電機(jī);啟動(dòng)按下后單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào),啟動(dòng)主電機(jī),同步帶帶動(dòng)刀架到指定落刀位置。
3、 切割:傳感器檢測(cè)玻璃輸送情況,到達(dá)要求長(zhǎng)度時(shí),單片機(jī)控制落刀并切割到指定抬刀位置,抬刀。將單片機(jī)計(jì)數(shù)單元中的切片數(shù)量減一。刀架以最大回車速度運(yùn)動(dòng)到指定落刀點(diǎn)。
4、 顯示:將單片機(jī)計(jì)數(shù)單元中的數(shù)值傳輸給LCD并顯示,全程顯示落刀、抬刀位置、切割玻璃長(zhǎng)度。
5、系統(tǒng)自動(dòng)重復(fù)3、4步至實(shí)際切割片數(shù)等于設(shè)定切割片數(shù)或手動(dòng)停車為止。
2.2.2控制系統(tǒng)方案
1)主電機(jī)控制單元
為了保證加工過(guò)程的連續(xù)性和生產(chǎn)效率,切刀必須連續(xù)不斷地工作,同時(shí)因切割玻璃長(zhǎng)度的不同,主電機(jī)應(yīng)持續(xù)通電,且能夠調(diào)速以適應(yīng)不同切斷長(zhǎng)度的需要??紤]到此要求,本設(shè)計(jì)中主電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī),并變頻器進(jìn)行速度控制。
2)單片機(jī)控制模塊單元
處理器用單片機(jī)主要用于信號(hào)的采集,數(shù)據(jù)的處理、控制信號(hào)的輸出等,它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。
鍵盤完成加工參數(shù)以及干預(yù)信號(hào)的輸入。
考慮到以后顯示功能的擴(kuò)展,本設(shè)計(jì)采用的是漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。
單 片 機(jī)
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
步 進(jìn) 電 機(jī)
傳感器
鍵 盤
L C D
圖7 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
2.2.3軟件流程方案
根據(jù)自動(dòng)橫切記的自動(dòng)化過(guò)程,采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)掉電保護(hù)程序,保護(hù)工作狀態(tài)信息和加工參數(shù),以便恢復(fù)生產(chǎn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我只編寫人機(jī)界面系統(tǒng)的程序,包括:LCD驅(qū)動(dòng)程序、顯示程序、鍵盤監(jiān)控程序。
玻璃橫切機(jī)總體工作流程圖如下:
開始
系統(tǒng)初始化
控制參數(shù)輸入
RUN
一組片數(shù)到否
停止
切割
Y
N
圖8 玻璃橫切機(jī)總體工作流程圖
2.3設(shè)計(jì)任務(wù)
主要內(nèi)容:
1. 設(shè)計(jì)玻璃切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)玻璃切割機(jī)的工況,設(shè)計(jì)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu),達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、工作可靠、易維護(hù)的設(shè)計(jì)目的。
2. 設(shè)計(jì)人機(jī)界面系統(tǒng)。包括人機(jī)界面的單片機(jī)硬件電路,設(shè)計(jì)相關(guān)軟件,畫出程序流程圖,然后分別編寫各個(gè)模塊程序,包括:LCD驅(qū)動(dòng)程序、、鍵盤監(jiān)控程序、顯示程序等。
主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo):
1. 使用最大原版寬度 4.5 m ;
2. 對(duì)角線切割精度 + 5mm ,切割直線度 0.5 ;
3. 使用玻璃厚度 1.5-19 mm ;
4. 最大回車速度 3m/s ,適用玻璃帶速度 50m-1200m/H ;
5. 安裝斜置角7° ;
6. 控制器帶有LCD和鍵盤,能夠顯示切片數(shù)量、落刀位置、抬刀位置等參數(shù),并可以通過(guò)鍵盤修改相關(guān)參數(shù)。
2.4總體方案的確定
2.4.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇
(1) 同步帶傳動(dòng)副的選用 由于同步帶常以鋼絲繩作負(fù)載心層,由與鋼絲繩受載后變形極小,仍能保持帶長(zhǎng)不變,故帶與帶輪間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),傳動(dòng)比恒定。同步帶薄而輕,可用于高速場(chǎng)合,線速度可達(dá)40m/s,傳動(dòng)比可達(dá)10,效率可達(dá)98%.
(2) 伺服電動(dòng)機(jī)的選用 從設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的內(nèi)容來(lái)看脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm ,定位精度未達(dá)到微米級(jí),空載最快移動(dòng)速度也只有3m/s 。因此,本設(shè)計(jì)不采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī),如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等,可以選用性能好的一些步進(jìn)電動(dòng)機(jī),以降低成本,提高性價(jià)比。
任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)可以達(dá)到,所以選用開環(huán)控制。
2.4.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
(1) 對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制,選用MCS-51 系列的8位單片機(jī)AT89C51作為控制系統(tǒng)的CPU ,應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。
(2) 人機(jī)界面選用4×4的薄膜式矩陣鍵盤,顯示選用RT12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。
第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型
玻璃橫切機(jī)的傳動(dòng)部分通常由刀架、同步帶、傳動(dòng)軸、以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中,伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)同步帶,同步帶帶動(dòng)刀架完成切割運(yùn)動(dòng)。同步帶、伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化,由專門廠家生產(chǎn),設(shè)計(jì)時(shí)只需要根據(jù)工作在和選取即可。
3.1.1.同步帶帶動(dòng)部件的重量估算
按照同步帶帶動(dòng)部件的重量進(jìn)行估算,即整個(gè)刀架加傳動(dòng)帶的重量最大50N 。
3.1.2切割力的估計(jì),約為100N
3.1.3 同步帶傳動(dòng)副的計(jì)算與選型
要求傳遞功率 P=0.3KW ,主動(dòng)輪最大轉(zhuǎn)速n1=4440r/min ,主、從動(dòng)輪的傳動(dòng)比為1:1.
(1) 確定帶的設(shè)計(jì)功率Pd
設(shè)計(jì)功率: Pd=KAP (9)
式中 KA——工作情況系數(shù)。
P——傳遞功率,單位為KW。
根據(jù)玻璃切割機(jī)工作情況查同步帶工作情況系數(shù)表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P28表3-18),選取KA=2.00。
Pd=2.00×0.3KW=0.6KW
(2) 選擇帶型和節(jié)距pb
根據(jù)Pd和n1由同步帶選型圖(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P29圖3-14)選擇帶型,圖中水平坐標(biāo)為帶的設(shè)計(jì)功率Pd (KW),垂直坐標(biāo)為小帶輪的轉(zhuǎn)速n1(r/min)。當(dāng)所得交點(diǎn)落在兩種節(jié)距的分界線上時(shí),盡可能選擇較小的節(jié)距。
選擇L輕型,節(jié)距為9.525mm。
(3) 確定小帶輪齒數(shù)z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1
應(yīng)使z1>=zmin ,zmin 可由帶輪最少許用齒數(shù)表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P28 表3-17)查得,查得結(jié)果為 zmin=18 ,在帶速v和安裝尺寸允許時(shí),z1盡可能選用較大值。本設(shè)計(jì)中選用z1=19 。
小帶輪節(jié)圓直徑 d1=pbz1/π=9.525×19/π=57.606 ,根據(jù)此值再查帶輪直徑尺寸系列表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P27 表3-16),取d1=57.61 。小帶輪節(jié)圓直徑初定后應(yīng)驗(yàn)算帶速,不適合則重取。同步帶的速度v應(yīng)滿足:
v=πd1n1/600×1000<=vmax (10)
極限帶速vmax為:L型=35-40m/s 。
v=π×57.61×4440/60000=13.39 m/s
=zmmin=6 。因?yàn)閦m=9>6 , 所以合適 。
(7) 計(jì)算基準(zhǔn)額定功率P0
基準(zhǔn)額定功率P0為: P0=(Ta-mv2)v/1000 (12)
式中 P0——所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率,單位為KW ;
Ta——帶寬為bs0時(shí)的許用工作拉力,單位為N ,查“同步帶在基準(zhǔn)寬度下的許用工作拉力和線密度”表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P30 表3-21)。
m——帶寬為bs0時(shí)的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量,單位為kg/m , 查“同步帶在基準(zhǔn)寬度下的許用工作拉力和線密度”表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P30 表3-21)。
v ——同步帶的線速度,單位為 m/s 。
查表得 L型bso=25.4時(shí),Ta=244.46N , m=0.095 kg/m 。
同步帶線速度v :
由任務(wù)書知 α=A=7° Vz=50-1200m/H
由 V H= V Q·cosΑ (1)
V Z= V Q·sinΑ (2)
得 V Q =V zsinΑ (6)
所以 同步帶速度v=0.114m/s-2.74m/s 。
由以上得 P0=0.6679KW
(8) 確定實(shí)際所需同步帶寬度bs
實(shí)際所需同步帶寬度bs 為:
bs>=bs0(Pd/KzP0)1/1.14 (13)
式中 bso——選定型號(hào)的基準(zhǔn)帶寬,如表所示(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P30 表3-21) 。
Kz——小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù),查小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P31 表3-22) ,即zm>=6時(shí) ,Kz=1.00。
由以上得 bs=21.65 mm 。
(8) 帶的工作能力驗(yàn)算
用下式來(lái)計(jì)算同步帶的額定功率P ,若結(jié)果滿足P>=Pd (帶的設(shè)計(jì)功率),則帶的工作能力合格: P=(KzKwTa-bs/bs0mv2)v×10-3 (14)
式中 Ks——嚙合系數(shù),上式中以查得。
Kw——齒寬系數(shù),Kw=(bs/s0)1.14
Ta——基準(zhǔn)帶寬為bs0時(shí)的許用工作拉力,單位為N ,以上已查得為244.46 .
m ——帶寬為bs0 時(shí)的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量,單位為kg/m ,以上已查得0.095 .
v——同步帶的線速度,單位為m/s ,以上已算得 為 2.74 .
由以上得 P=0.6063KW
因?yàn)镻>Pd,所以同步帶的工作能利合格 。
3.1.4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型
1)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu),求得加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq ;
加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一,它對(duì)選擇電動(dòng)機(jī)具有重要意義。在本設(shè)計(jì)中Jeq 主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、傳動(dòng)系統(tǒng)、同步帶、刀架折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
已知傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、同步帶輪的尺寸與材料。移動(dòng)部件總重量G=50N,傳動(dòng)比1:1 .
如常用部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P56 表4-1)所示圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式為: J=mjD2/8 (15)
式中 ,mj ——圓柱體質(zhì)量(kg)
D ——圓柱體直徑(cm)
由上式求各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
(1) 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1
聯(lián)軸器內(nèi)圓直徑14mm、外圓直徑25mm、高77mm、材料密度7.85×10-3kg/cm3
聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=m1D2/8=0.209kgcm2
(2) 從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2
從動(dòng)階梯軸如下圖
尺寸由左向右為φ1=25mm、L1=27mm、φ2=38mm、L2=4.5mm、φ3=32mm、L3=43.5mm、φ4=29mm、L4=35mm、φ5=25mm、L5=21mm材料密度7.85×10-3kg/cm3
從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2=ΣπDi2LiρDi2/32=0.7591kgcm2
(3) 同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3
同步帶帶輪內(nèi)圓直徑30mm、外圓直徑57.6mm、高45mm、材料密度7.85×10-3kg/cm3
同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3=3.38 kgcm2
(4) 主傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4
主傳動(dòng)軸為七階梯
尺寸由左向右為φ1=15mm、L1=38mm、φ2=22mm、L2=39mm、φ3=25mm、L3=27mm、φ4=38mm、L4=4.5mm、φ5=32mm、L5=43.5mm、φ6=29mm、L6=35mm、φ7=25mm、L7=21mm材料密度7.85×10-3kg/cm3
主傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4=0.844 kgcm2
(5) 移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5
移動(dòng)部件總重量G=50N
移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5==41.472 kgcm2
初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BC3100,為三相式,二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為0.6°,從反應(yīng)式/磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P63 表4-3)查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=7kgcm2。
則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:
Jeq=Jm+J1+J2+J3+J4+J5=53.664kgcm2
2)計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq
分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。
(1) 快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1
由式 Teq1=Tamax+Tf+T0 (16)
式中 Tamax——快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩,單位為NM;
Tf——移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩,單位為NM;
T0——同步帶預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩,單位為NM;
具體計(jì)算過(guò)程如下:
a) 快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩;
Tamax=Jeqε=2πJeqnm/60ta (17)
式中 Jeq——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,單位為kgm2;
ε ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度,單位為rad/s2;
nm ——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,單位為r/min;
ta——電動(dòng)機(jī)加速所用時(shí)間,單位為s,一般在0.3-1s之間選取。
b) 移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
Tf=F摩d1/2πηi (18)
式中 F摩——導(dǎo)桿的摩擦力,單位為N;
d1——同步帶輪節(jié)圓直徑,單位為m;
η——傳動(dòng)鏈總效率,一般取η=0.7-0.85;
i——總的傳動(dòng)比;
其中導(dǎo)桿的摩擦力為;
F摩=μ(Fc+G) (19)
式中 μ——導(dǎo)桿的摩擦因數(shù)(滑動(dòng)副取0.15-0.18,滾動(dòng)副取0.003-0.005);
Fc——垂直方向的工作負(fù)載;
G——運(yùn)動(dòng)部件總重力,單位為N
c) 同步帶預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
T0=FYJd1(1-η02)/2ηπi (20)
式中FYJ——同步帶的預(yù)緊力,一般取同步帶工作載荷的1/3,單位為N;
η0——同步帶為預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,一般取η0>=0.9。
由于同步帶的傳動(dòng)效率很高,所以由式(20)算出的T0值很小,在式(16)中與Tamax和Tf比起來(lái),通常可以忽略不計(jì)。則有:
Teq1=Tamax+Tf (21)
根據(jù)式(17),考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率η,計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩:
Tamax=2πJeqnm/60taη (22)
式中 nm——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速,單位r/min;
ta——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間,單位為s;
其中:
nm=vmaxα/360°δ (23)
式中vmax——縱向空載最快移動(dòng)速度,任務(wù)書制定為180000mm/min 。
α——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角,為0.6°
δ——脈沖當(dāng)量,本例為0.5mm/脈沖。
將以上各值代入式(23),算得 nm=600r/min
設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速的時(shí)間ta=0.3s,縱向傳動(dòng)總效率η=0.8;
由式(22)求得:
Tamax=2π×53.664×10-4×600/60×0.3×0.8 Nm =1.4Nm
由式(18)可知,移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí),折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為:
ηπi (24)
式中μ——導(dǎo)桿的摩擦因數(shù),滾動(dòng)副取0.005;
Fc——工作負(fù)載,空載時(shí)取0;
η——傳動(dòng)鏈總效率,取0.8 .
由式(24)得
0.003Nm
最后由式(21),求得快速啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為:
(25)
(2)最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2
(26)
由式(26)知,Teq2包括三部分:折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tf,移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf,,同步帶預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0.T0相對(duì)于Tt和Tf很小,可以忽略不計(jì)。則有
(27)
式中Tf按式(18)進(jìn)行計(jì)算。而折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt由下式計(jì)算:
π (28)
式中 Ff——進(jìn)給方向最大工作載荷,單位為N.
估計(jì)Ff=100N,則有;
Tt=100×0.05761/2×0.8π=1.146Nm
Tf按式(18)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算垂直方向承受最大負(fù)載情況下,移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩:
=0.005×(100+50)×0.05761/2π×0.8=0.0027Nm
最后由式(27),求得最大工作狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為:
=0.0027+1.146=1.1487Nm
經(jīng)過(guò)上訴計(jì)算后,得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為;
3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定
考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源手電網(wǎng)電壓影響較大,當(dāng)輸入電壓降低時(shí),其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降,可能造成丟步,甚至堵轉(zhuǎn)。因此,根據(jù)Teq來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí),需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4,則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足:
(29)
上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BC3100,由永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P65 表4-5)該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=9.8Nm,可見(jiàn)滿足式(29)的要求。
4)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核
(1) 最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核
任務(wù)書給定刀架的最快工進(jìn)速度vmax=20000mm/min,脈沖當(dāng)量δ=0.5mm/脈沖。
計(jì)算電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為:
(30)
從110BC3100電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出,在此頻率下,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.1487Nm,滿足要求。
(2) 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核
任務(wù)書給定刀架最快空載移動(dòng)速度vmax=180000mm/min,
計(jì)算電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率
從110BC3100電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出,在此頻率下,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
,大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=1.403Nm,滿足要求。
(3) 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核
與最快空載移動(dòng)速度vmax=180000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率fmax=6000HZ.查由永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P65 表4-5)可知該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)15000HZ,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。
(4) 啟動(dòng)頻率的計(jì)算
已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=53.664kgcm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=7 kgcm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率fq=1500HZ,則由式
=510HZ
上式說(shuō)明,要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步,任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于510HZ。實(shí)際上,在采用軟件升降頻時(shí),起動(dòng)頻率選得更低,通常只有100HZ(即100脈沖/s).
綜上所述,本設(shè)計(jì)中選用110BC3100步進(jìn)電動(dòng)機(jī),完全滿足設(shè)計(jì)要求。
3.1.5 滾動(dòng)軸承的選擇
本設(shè)計(jì)中載荷不大,且對(duì)軸承轉(zhuǎn)速要求比較高,所以采用極限轉(zhuǎn)速比較高的球軸承。
因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中,軸承在承受徑向載荷的同時(shí)還要承受一定的軸向載荷,所以選用向心推力 36305 極限轉(zhuǎn)速9500-14000rad/min ,額定載荷1620 kgN
3.1.6 主傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
擬定軸上零件的裝配方案: 如裝配圖所示,軸套、軸承、軸承端蓋、聯(lián)軸器依次從軸的下端向上安裝,同步帶輪、軸套、軸承、軸用彈性擋圈、軸承端蓋依次從軸的上端向下安裝。
軸上零件的定位:以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋來(lái)保證。詳見(jiàn)裝配圖。
本軸為傳動(dòng)軸,主要承受轉(zhuǎn)矩,對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)條件計(jì)算
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
式中 τT——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,單位為MPa
T——軸所受的扭矩,單位為Nmm
WT——軸的抗扭截面系數(shù),單位為mm3;
n——軸的轉(zhuǎn)速,單位為r/min;
P——軸傳遞的功率,單位為Kw ;
d——計(jì)算截面出軸的直徑,單位為mm;
τr——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,單位為MPA.
計(jì)算得τT =0.956MPa,45號(hào)鋼的τr=25-45 MPa ,所以軸強(qiáng)度合格。
3.2 玻璃切割機(jī)機(jī)械裝配圖的繪制
在完成同步帶、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算、選型后,繪制玻璃切割機(jī)機(jī)械裝配圖。
在繪制裝配圖時(shí)考慮以下問(wèn)題:
1) 了解玻璃切割機(jī)的詳細(xì)結(jié)構(gòu),從有關(guān)資料里查閱機(jī)箱、橫梁、刀架等的結(jié)構(gòu)及尺寸。
2) 根據(jù)載荷特點(diǎn)和支撐形式,確定傳動(dòng)軸兩端軸承的型號(hào),由于本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)軸為豎置,軸承需具備同時(shí)承受軸向、徑向力的能力,所以選用了向心推力球軸承。
3) 考慮各零部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方式。主傳動(dòng)軸與電機(jī)輸出軸間采用套筒連軸器、銷聯(lián)接,采用在主傳動(dòng)軸上設(shè)階梯、軸套的方法定位。
4) 在進(jìn)行各零部件設(shè)計(jì)時(shí),注意了裝配的工藝性,考慮裝配的順序,保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。
5) 注意了繪制裝配圖的基本要求。
第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程
4.1 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)任務(wù)書的要求,設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件主要考慮以下功能;
1) 接收鍵盤數(shù)據(jù)。
2) 控制液晶顯示。
如圖7 (控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理)所示,CPU選用ATMEL公司的AT89C51;由于AT89C51本身資源已滿足設(shè)計(jì)要求,所以不需要進(jìn)行擴(kuò)展。鍵盤與液晶均直接與CPU相連。
具體聯(lián)接情況請(qǐng)參看附錄的電路原理圖。
人機(jī)界面的構(gòu)成如下
液晶固定顯示;
玻璃長(zhǎng)度
待切片數(shù)
落刀位置
抬刀位置
矩陣鍵盤
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
確定
清屏
圖9人機(jī)界面的構(gòu)成
人機(jī)界面設(shè)置了16個(gè)鍵,0-9的數(shù)字鍵,清屏鍵、確定鍵。
4.2人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)
人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序
人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序流程圖見(jiàn)圖10,如圖所示,首先進(jìn)行液晶顯示功能初始化1;然后進(jìn)行液晶固定顯示2(即128×64的點(diǎn)陣漢字顯示液晶可以顯示四行漢字每行可顯示8個(gè)字,這里固定顯示內(nèi)容如圖9所示);然后掃描鍵盤3;判斷鍵盤是否有鍵按下4;如果沒(méi)有鍵按下則重新進(jìn)行鍵盤掃描(即回到3);否則(即有鍵按下)進(jìn)行判斷鍵值5;
如果為數(shù)字鍵(即鍵值<10)則進(jìn)入數(shù)字鍵處理程序6a,之后從2開始重新循環(huán)。如果為功能鍵(即鍵值>10)則進(jìn)如功能鍵處理程序6b,根據(jù)不同鍵值進(jìn)入不同的功能鍵子程序7a-b,之后從2開始重新循環(huán).
1)首先,對(duì)設(shè)計(jì)中用到的128×64ST7920液晶進(jìn)行必要的說(shuō)明。
本實(shí)驗(yàn)RT12864M ST7920 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊可顯示漢字及圖形,內(nèi)置8192個(gè)中文漢字(16*16點(diǎn)陣),128個(gè)字符(8*16點(diǎn)陣)及64*256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM).由E選通,其與單片機(jī)P0口相接,用于顯示控制界面信息。采用的連接方式是直連方式,通過(guò)直接的人為控制狀態(tài)位,來(lái)實(shí)現(xiàn)LCD的顯示。其硬件連接圖見(jiàn)附錄。圖形液晶顯示屏的命令和詳細(xì)原理見(jiàn)附錄。
2)以下對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行說(shuō)明:
液晶 驅(qū)動(dòng)程序模塊
1液晶顯示功能初始化子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖11,第一步將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù);第二步功能設(shè)定值送入A, 本設(shè)計(jì)中功能設(shè)定值送#30H(見(jiàn)附錄液晶指令表即00110000,使用基本指令集動(dòng)作);第三步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序(見(jiàn)1a子程序說(shuō)明);第四步顯示模式設(shè)定值送入A
,本設(shè)計(jì)中顯示模式設(shè)定值送#04H(即00000100,顯示器控制,游標(biāo)不顯示);第五步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序;第六步清屏命令值送入A,即#01H送入A;第七步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序;第八步模式設(shè)定值送入A,本設(shè)計(jì)中模式設(shè)定值送#0FH(即00001111,即顯示功能全開);第九步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序;第十步ACC出棧;第十一步返回主程序。
(1a)“寫命令到GLCD”子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖12,第一步將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù), 第二步調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程(見(jiàn)1b子程序說(shuō)明);第三步寫指令口地址送入DPTR(即設(shè)置指令口寫地址);第四步DPTR地址中的數(shù)送入A(寫指令代碼);第五步DPTR出棧;第六步返回主程序。
1GLCD 初始化
2顯示一遍GLCD
3掃描鍵盤
4是否有鍵按下?
5判斷鍵值
6數(shù)字鍵?
6a數(shù)字鍵處理程序
6b功能鍵處理程序
清屏鍵
7b-f
確認(rèn)鍵
7a-
N
Y
Y
N
圖10人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序流程圖
ACC入棧
功能設(shè)定值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
顯示模式設(shè)定值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
#01H送入A (清屏)
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
模式設(shè)定值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
ACC出棧
返回
圖11液晶顯示功能初始化子程流程圖
DPH入棧
DPL入棧
調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程
寫指令口地址送入DPTR
@DPTR送入A
DPL出棧
DPH出棧
返回
圖12“寫命令到GLCD”子程序流程圖
(1b)檢查忙碌標(biāo)志BF”子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖13,第一步將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù);第二步將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù);第三步讀指令口地址送入DPTR(即設(shè)置讀指令口地址) 第四步DPTR地址中的數(shù)送入A(讀指令代碼);第五步判斷ACC.7是否為0(即確認(rèn)液晶內(nèi)部動(dòng)作是否完成),是則繼續(xù),否則返回到上一步重新執(zhí)行;第六步ACC出棧;第七步DPTR出棧;第八步返回主程序。
2液晶固定顯示子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖14,圖中ADDR1為起始的顯示位置臨時(shí)變量,N1為字?jǐn)?shù)的臨時(shí)變量。設(shè)定漢字的顯示行,每行可以顯示8個(gè)漢字:,第一行開始地址為00H~07H, 第二行開始地址為10H~17H,第三行開始地址為08H~0FH,第四行開始地址為18H~1FH。第一步,#00H送入ADDR1(即第一行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量);第二步,#04H送入N1(即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量);第三步,#DHZTAB1送入DPTR,第一行需要顯示的漢字(玻璃長(zhǎng)度)位置送入DPTR;第四步,調(diào)用漢字顯示子程序(見(jiàn)2a子程序說(shuō)明);第五步,#10H送入ADDR1(即第二行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量);第六步,#04H送入N1(即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量);第七步,#DHZTAB2送入DPTR,第二行需要顯示的漢字(待切片數(shù))位置送入DPTR;第八步,調(diào)用漢字顯示子程序;第九步,#08H送入ADDR1(即第三行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量);第十步,#04H送入N1(即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量);第十一步,#DHZTAB3送入DPTR,第三行需要顯示的漢字(落刀位置)位置送入DPTR;第十二步,調(diào)用漢字顯示子程序;第十三步,#18H送入ADDR1(即第四行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量);第十四步,#04H送入N1(即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量);第十五步,#DHZTAB4送入DPTR,第四行需要顯示的漢字(抬刀位置)位置送入DPTR;第十六步,調(diào)用漢字顯示子程序;地十七步返回主程序。
DPL入棧
ACC入棧
讀指令口地址送入DPTR
@DPTR送入A
ACC.7=0???
DPH入棧
ACC出棧
DPL出棧
DPH出棧
返回
N
Y
圖13“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程序流程圖
#00H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB1送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
#10H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB2送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
#08H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB3送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
#18H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB4送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
返回
圖14液晶固定顯示子程序流程圖
DPTR入棧
ACC入棧
ADDR1值送入ADDR
N1值送入B
ADDR值送入A
#80H和A進(jìn)行與運(yùn)算
調(diào)寫命令子程
A取反
@A+DPTR 送入A
DPTR加1
調(diào)用“寫資料到GLCD”子程
A取反
@A+DPTR 送入A
DPTR加1
調(diào)用“寫資料到GLCD”子程
B減1,B=0?
N
Y
ACC出棧
DPTR出棧
返回
圖15漢字顯示子程序流程圖
2a漢字顯示子程序
程序流程圖見(jiàn)圖15
圖中ADDR為起始的顯示位置。第一步,將現(xiàn)在的DPTR入棧保護(hù);第二步,將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù);第三步,將ADDR1值送入ADDR(將起始顯示位置臨時(shí)變量的值送入起始顯示位置中);第四步,將N1值送入B(顯示字?jǐn)?shù)送入B);第五步,將ADDR值送入A;第六步,讓A值與#80相與,值送入A(即送顯示地址,參見(jiàn)附錄漢字顯示坐標(biāo));第七步,調(diào)用“寫命令到GLCD”子程(見(jiàn)1a子程說(shuō)明);第八步,A值取反;第九步,查找漢字的高位碼;第十步,DPTR加1;第十一步,調(diào)用“寫資料到GLCD”子程序(見(jiàn)2b子程序);
第十二步,A值取反;第十三步,查找漢字低位碼;第十四步,DPTR加1;第十五步,調(diào)用“寫資料到GLCD”子程序(見(jiàn)2b子程序);第十六步,B值減一并判斷B是否為零,是則繼續(xù),不是則返回第八步重新循環(huán);第十七步,ACC出棧;第十八步,DPTR出棧;第十九步,返回主程序。
2b“寫資料到GLCD”子程序
程序流程圖見(jiàn)圖16
DPH入棧
DPL入棧
調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程
寫數(shù)據(jù)口地址送入DPTR
@DPTR送入A
DPL出棧
DPH出棧
返回
圖16“寫資料到GLCD”子程序流程圖
第一步,將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù), 第二步,調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程(見(jiàn)1b子程序說(shuō)明);第三步,寫數(shù)據(jù)口地址送入DPTR(即設(shè)置數(shù)據(jù)口寫地址);第四步,DPTR地址中的數(shù)送入A(寫數(shù)據(jù)代碼);第五步,DPTR出棧;第六步,返回主程序。
鍵盤監(jiān)控程序模塊
3 鍵盤掃描子程序
子程序流程圖見(jiàn)圖17
F0 清0
P1口清0
P1口低四位置1(鍵盤列置1)
P1值送入A
A=#0FH?
F0 清0
F0 置1
返回
N
Y
圖17鍵盤掃描子程序流程圖
鍵盤的硬件連接圖見(jiàn)附錄。程序第一步,F(xiàn)0用戶標(biāo)志位清0;第二步,P1口清0;第三步,將#0FH送入P1口(即把P0低四位置1,鍵盤各列置1,行為高四列,列為低四列);第四步,將P1口值送入A(如果此時(shí)有鍵按下,則P0的低四位將不全為1,即A值將不等于#0FH); 第五步,判斷A值是否等于#0FH,如果相等就表示沒(méi)有鍵按下,繼續(xù)執(zhí)行下一步程序,如果不相等即表示有鍵按下,轉(zhuǎn)入執(zhí)行第八步(YOUJIAN)程序;第六步,F(xiàn)0用戶標(biāo)志位清0;第七步,跳至執(zhí)行第九步(DONE0)執(zhí)行程序;第八步,F(xiàn)0用戶標(biāo)志位置1;第九步,返回主程序。
4 判斷是否有鍵按下
如圖10人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序流程圖所示,程序在這一環(huán)節(jié),判斷F0用戶標(biāo)志位是否為1,不是1則返回去再執(zhí)行鍵盤掃描子程序,等于1則繼續(xù)向下執(zhí)行判段鍵值子程序。
5 判斷鍵值子程序(程序流程圖如圖18所示)
延時(shí)去抖動(dòng),
行值計(jì)數(shù)器R1清0
對(duì)A口進(jìn)行行掃描
行掃描值左移1位
讀列值
被按鍵在
本行?
Y
N
行值計(jì)數(shù)器加1
掃描完一遍?
N
返回
Y
被按鍵在0列?
被按鍵在1列?
列首鍵號(hào)00H
送入A
列首鍵號(hào)04H
送入A
被按鍵在2列?
列首鍵號(hào)08H
送入A
被按鍵在3列?
列首鍵號(hào)0CH
送入A
Y
Y
Y
Y
N
N
N
列首號(hào)加行值送入A
查表得鍵值送入A
圖18判斷鍵值子程序流程圖
第一步,延時(shí)去抖動(dòng)(在按下某個(gè)鍵時(shí),被按鍵的簧片總會(huì)有輕微抖動(dòng),這種抖動(dòng)常常會(huì)持續(xù)10ms左右。因此,CPU在按鍵抖動(dòng)期間掃描鍵盤必然會(huì)得到錯(cuò)誤的列首號(hào)和行值,最好的辦法是使CPU在檢測(cè)到有鍵值按下時(shí)延時(shí)再進(jìn)行行向掃描),行值計(jì)數(shù)器R1清0,送#04H給R3,表示還未掃描的行數(shù);第二步,對(duì)A口進(jìn)行行掃描,(即將#0F7H送入R0;將R0值送入A,這時(shí)A中為11110111);第三步行掃描值左移1位讀列值(即把A左移,變?yōu)?1101111,使行最低位為0;把變化了的A值還給R0以備掃描下一行用;送#0FFH給P1,把P1所有位置1;讓P1和A與,使P1的第五位為0,若一行有鍵按下則有對(duì)應(yīng)的列變?yōu)?,p1第一位變?yōu)?;延時(shí)去抖動(dòng));第四步,判斷被按下鍵在不在本行,如果在則進(jìn)入第七步列值判斷程序,如果不再則繼續(xù)執(zhí)行下一步(讓A和#0F0H與,把行置1;判斷A 是否等于#0FFH,如果A等于FF,表示掃描行無(wú)鍵按下,若不等則有鍵按下);第五步R1加1,即把行數(shù)加1;第六步,判斷是否掃描完一遍(R3減1,并判斷R3是否等于0,),是則跳至子程序尾的第十步返回主程序,否則返回第二步在對(duì)A口進(jìn)行掃描;第七步,列值判斷程序,首先判斷被按鍵是否在0列(ACC.0是否等于0),是則將列首號(hào)00H送入A,跳至第八步,否則判斷被按鍵是否在1列(ACC.1是否等于0),是則將列首號(hào)04H送入A,跳至第八步,否則判斷被按鍵是否在2列(ACC.2是否等于0),是則將列首號(hào)08H送入A,跳至第八步,否則判斷被按鍵是否在3列(ACC.3是否等于0),是則將列首號(hào)0CH送入A;第八步,列首號(hào)加行值送入A(即R1加A);第九步查表送鍵值給A(#BIAO送入DPTR,在用DPTR加A求得偏移量,繼而將鍵值送給A);第十步,返回主程序。
6數(shù)字鍵?
將A與10 作比較,A小于10,則進(jìn)入數(shù)字鍵處理程序,若A大于或等于10則進(jìn)入功能鍵處理程序。
6a數(shù)字鍵處理程序
程序流程圖如圖19所示
第一步,R5(數(shù)字鍵按下次數(shù)累加存儲(chǔ)單元)加1;第二步,判斷將數(shù)字顯示在第幾行,28H.0,28H.1,28H.28H.3,分別為液晶四行數(shù)字位置是否有顯示的標(biāo)志位,當(dāng)液晶的某一行的顯示數(shù)字已經(jīng)輸入完畢并確認(rèn)后,此行對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位將被置1.所以在這里判斷這四個(gè)標(biāo)志位是否為1即可指導(dǎo)此行是否需要顯示數(shù)字。按順序進(jìn)行,即判斷28H.0是否等于0,是則進(jìn)入YIHANG子程;否則第三步,判斷28H.1是否等于0,是則進(jìn)入ERHANG子程;否則第四步,判斷28H.2是否等于0,是則進(jìn)入SANHANG子程;否則第五步,判斷28H.3是否等于0,是則進(jìn)入SIHANG子程; 否則表示所有數(shù)值輸入完畢,不再需要輸入,進(jìn)入第六步,返回主程序。
6a1 YIHANG 子程序
程序流程圖見(jiàn)圖20
第一步,將#83H(第一行數(shù)字顯示的起始位置)送入30H;第二步,將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù);第三步,將30H中的值送入A;第四步,A與R5相加得值存入A(即得到現(xiàn)在輸入的數(shù)字的顯示位置);第五步,將A值送入31H(保護(hù)已求得的顯示位置);第六步,ACC出棧;第七步,進(jìn)入數(shù)字顯示子程。(6a2至6a4程序語(yǔ)句與6a1相同,只是第一步送的數(shù)不同,按順序分別送#93H,#8BH,#9BH)。
6a5數(shù)字顯示子程序
程序流程圖見(jiàn)圖21
第一步,將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù);第二步將現(xiàn)在的ACC值入棧三次(以為后續(xù)程序會(huì)多次用到A值,所以要進(jìn)行多次入棧);第三步,31H值給A即送顯示位置;第四步,調(diào)“寫
INC R5
28H.0=0?
28H.1=0?
28H.2=0?
28H.3=0?
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
START
YIHANG6a1
ERHANG6a2
SANHANG6a3
SIHANG6a4
數(shù)字顯示6a5
圖19數(shù)字鍵處理程序流程圖
命令到GLCD”子程序1a ;第五步,ACC出棧;第六步,ACC交換高低四位元;第七步,將A值和#0FH與,保留低四位元;第八步,數(shù)字表表頭地址送入DPTR;第九步,將DPTR加A求得的數(shù)字送入A;第十步,調(diào)“寫資料到GLCD”子程序2b;第十一步,ACC出棧;
第十二步,將A值和#0FH與,保留低四位元;第十三步,將DPTR加A求得的數(shù)字送入A;第十四步,調(diào)“寫資料到GLCD”子程序2b;第十五步,ACC出棧;第十六步,DPTR出棧;第十七步,返回主程序。
6b功能鍵處理程序
程序流程圖見(jiàn)圖22
第一步,將功能鍵表JTAB表頭地址送到DPTR;第二步,A減#10H,結(jié)果送入A,即在A中形成JTAB表地址偏移量;第三步,A 左移一位;第四步,轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能鍵分支程序。
7a確認(rèn)功能鍵分支程序
程序流程圖見(jiàn)圖23
第一步,判斷28H.0是否等于零,即判斷第一行數(shù)字顯示是否未確定,是則轉(zhuǎn)入YI;否則第二步,判斷28H.1是否等于零,即判斷第二行數(shù)字顯示是否未確定,是則轉(zhuǎn)入ER;否則
第三步,判斷28H.2是否等于零,即判斷第三行數(shù)字顯示是否未確定,是則轉(zhuǎn)入SAN;否則第四步,判斷28H.3是否等于零,即判斷第四行數(shù)字顯示是否未確定,是則轉(zhuǎn)入SI ;否
#83H送入30H
ACC入棧
30H的值送入A
ACC與R5相加
A送入31H
ACC出棧
跳至數(shù)字顯示子程
圖20 YIHANG 子程序流程圖
則表示所有參數(shù)輸入完畢,第五步,跳轉(zhuǎn)START重新進(jìn)行鍵盤掃描。如果進(jìn)入分支YI,則
第一步,將28H.0置1,即將第一行數(shù)字顯示標(biāo)志位置1;第二步,將R5清零,即數(shù)字鍵按下次數(shù)累加器清零;第三步,跳轉(zhuǎn)回START重新進(jìn)行鍵盤掃描。其他三個(gè)分支同理,即將自己的標(biāo)志位置1,將R5清零,在跳轉(zhuǎn)回START。
7b“清屏”功能鍵處理子程序
程序流程圖見(jiàn)圖24
第一步,將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù);第二步,將#01H送入A,即將清屏命令送入A;第三步,調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序(見(jiàn)1a);第四步,ACC出棧;第五步,送#00H到28H,即數(shù)字顯示標(biāo)志位清零;第六步,R5清零,即數(shù)字鍵按下次數(shù)累加器清零;第七步,跳轉(zhuǎn)到LOOP,即返回到GLCD固定顯示。
以上,人機(jī)界面控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)完畢,源程序見(jiàn)附錄。
DPTR入棧
ACC入棧
ACC入棧
ACC入棧
31H值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
ACC出棧
ACC高低四位交換
ACC和#0FH與
數(shù)字表表頭地址送入DPTR
@DPTR+A送入A
調(diào)“寫資料到GLCD”子程
ACC出棧
ACC和#0FH與
@DPTR+A送入A
調(diào)“寫資料到GLCD”子程
ACC出棧
DPTR出棧
返回
圖21 數(shù)字顯示子程序流程圖
送JTAB到DPTR
A減#10H
A 左移一位
轉(zhuǎn)入@A+DPTR
圖22 功能鍵處理子程序流程圖
28H.0=0?
28H.1=0?
28H.2=0?
28H.3=0?
跳轉(zhuǎn)到START
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
28H.0置1
28H.1置1
28H.2置1
28H.3置1
R5清零
圖23“確認(rèn)”功能鍵處理子程序流程圖
ACC入棧
#01H送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程序
ACC出棧
#00H送入28H
R5清零
跳轉(zhuǎn)到LOOP
圖24“清屏”功能鍵處理子程序流程圖
結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)了一種玻璃橫切機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其人機(jī)界面系統(tǒng)。首先詳細(xì)了解了各種玻璃橫切機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu),及其相應(yīng)的切割特征。最終選擇了斜置式速度控制式的機(jī)械結(jié)構(gòu)。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件的同步帶、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、軸承、主傳動(dòng)軸進(jìn)行了選型、計(jì)算、校核。繪制了機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖、支架、刀架、機(jī)箱、法蘭盤、主傳動(dòng)軸的零件圖。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),繪制了電路原理圖。人機(jī)界面系統(tǒng)設(shè)計(jì),其硬件由矩陣鍵盤、RT12864M ST7920 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊組成。實(shí)現(xiàn)功能為:液晶顯示切割玻璃長(zhǎng)度、切片數(shù)量、落刀位置、抬刀位置四項(xiàng)參數(shù),并可以通過(guò)鍵盤修改這些參數(shù)。做了軟件設(shè)計(jì)、程序編寫包括LCD驅(qū)動(dòng)程序、鍵盤監(jiān)控程序、顯示程序三大模塊。畫出了軟件流程圖,包括總流程圖及各個(gè)子程序流程圖,并對(duì)程序進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。大致完成了任務(wù)書的要求。
由于技術(shù)、時(shí)間有限存在很多不足之處,望老師批評(píng)指導(dǎo)。
韓建波
2010年4月5日
致 謝
緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了?;厥走@幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活,雖然辛苦,但看到自己能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)還時(shí)感到由衷的高興。要想自己的設(shè)計(jì)從頭至尾,每一個(gè)細(xì)節(jié),每一步計(jì)算都明明白白,做到心中有數(shù)。并不是一件簡(jiǎn)單的事情。不下一番苦功夫,不花大力氣是不可能做到這一點(diǎn)的。但只要你用心做了,成功總是伴隨你左右的。
通過(guò)這次設(shè)計(jì),我不敢說(shuō)獲得了豐富的知識(shí),但起碼也小有收獲。這使我在拿到一個(gè)題目時(shí)不再擔(dān)心害怕,因?yàn)樵谖业哪X中已形成了一種思考問(wèn)題解決問(wèn)題的思路。當(dāng)然,今后我們工作在一個(gè)集體中做的只是一個(gè)工作中的某一部分,所以我們要學(xué)會(huì)配合,學(xué)會(huì)虛心聽(tīng)取別人意見(jiàn)等。這都是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我所學(xué)到的。
最后,我要感謝我的老師,在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,不辭辛勞的為我找資料,為我細(xì)心的指導(dǎo)、講解各種問(wèn)題。在此,我要再次衷心的感謝每一位幫助我的老師。
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