RTV膠自動加注控制系統(tǒng)的研究

1、長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計摘 要本文闡述了RTV膠的自動加注系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。該系統(tǒng)利用成熟的單片機技術(shù)，以微控制器AT89C51作為主要控制器件，并通過擴展相關(guān)的外圍電路以及采用模塊化的軟件設(shè)計完成了能夠?qū)崿F(xiàn)膠的精確自動加注和批量生產(chǎn)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件主要包括MCU模塊、步進電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊等幾個模塊。該系統(tǒng)的軟件主要由主模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、顯示模塊及控制輸出模塊等幾個部分組成，主模塊為核心，管理其他幾個子模塊。設(shè)計完成的系統(tǒng)可以對工廠零件的RTV膠的加注進行自動控制。通過液晶顯示屏實時顯示當(dāng)前操作的動作信息。關(guān)鍵詞：單片機 步進電機 自動控制 RTV膠Abstra

2、ctThis paper elaborates the design process of the RTV glue self-motion infuse system. This system uses mature Single-chip technology and Microcontrollers AT89C51 as the main control device. Achieve the system which chould add agglutinant precisely and automatically through the expansion of the relat

3、ed circuits, and the use of modular software design .The hardware system includes: MCU module,Stepper motor drive module, liquid crystal display module, keyboard module and so on.The software system includes the main module, control module, display module ,the output module and other several parts.

4、The main module was the core which managed the others sub-module.The design system is completed the automatic adding of RTV glue to the factory parts . Through the LCD screen shows real-time information which how to operate the action.Key words: Single-chip Stepping Motor Automatic Control RTVgluewa

5、ter長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計目 錄目 錄I緒 論11.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2 本系統(tǒng)研究的意義和主要內(nèi)容11.3 系統(tǒng)應(yīng)用背景21.3.1 RTV膠概述21.3.2 灌膠工件4第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計62.1 系統(tǒng)組成62.2 系統(tǒng)核心AT89C5162.2.1 AT89C51簡介62.2.2 系統(tǒng)端口分配82.3 步進電機概述82.3.1 反應(yīng)式步進電機工作原理102.4 器件選型介紹112.4.1 步進電機的選用112.4.2 顯示器的選用112.4.3 驅(qū)動器的選用122.5 電機驅(qū)動電路設(shè)計122.6 LCD顯示模塊電路設(shè)計132.6.1 液晶與AT89C51的I/O連接132.

6、6.2 顯示設(shè)置142.7 鍵盤設(shè)計部分152.8 二維運動系統(tǒng)工作臺的設(shè)計16第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計183.1統(tǒng)開發(fā)軟硬件環(huán)境183.2整機初始化自檢模塊193.3 采用字符點陣液晶模塊的顯示模塊軟件流程203.4 步進電機控制模塊軟件流程203.4.1 單片機控制步進電機加減速運行規(guī)律203.4.2 步進電機實現(xiàn)X/Y方向行程233.4.3 步進電機軟件流程圖25第四章 系統(tǒng)集成調(diào)試274.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試274.2 軟件調(diào)試27結(jié) 論28致謝29參考文獻30附錄31II長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計緒 論1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀這一設(shè)備的研究在國內(nèi)已有先例，目前市場上的大型灌膠機品種較多，功能也十

7、分完善，但價格昂貴，功能方面已經(jīng)遠(yuǎn)超過工廠現(xiàn)在的簡單灌膠要求，現(xiàn)在工廠里的灌膠機是老式灌膠機，灌膠頭是固定不動的，它只能依靠手動控制運動來完成對零件表面的灌膠，而無法實現(xiàn)對內(nèi)腔、圓周及其它特殊的平面曲線的灌膠，更無法適應(yīng)對數(shù)量較多的電子管集成線路板的灌膠，因此這種灌膠機在使用上有一定的局限性。在國外，目前日本三洋己經(jīng)研制了一種灌膠機，它在微機系統(tǒng)的控制下能夠?qū)π滦臀⒉t的內(nèi)腔和面板四周一圈自動灌封。但是，其價格昂貴，而且灌膠機中所用的一些需要定期更換的附件，目前在國內(nèi)市場上是買不到的，這就造成機子在使用過程中的維修，保養(yǎng)及附件更換不方便的現(xiàn)實問題。而且這種灌膠機只能用日本的膠進行灌封，日本的膠

8、不僅要比國產(chǎn)的膠貴好幾倍，而且購買也不方便，這樣就造成生產(chǎn)成本成倍的提高，產(chǎn)品的價格相應(yīng)的上升，產(chǎn)品的市場競爭力就下降了。1.2 本系統(tǒng)研究的意義和主要內(nèi)容通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的了解，設(shè)計研制我們自己的灌膠設(shè)備對滿足工廠內(nèi)的灌膠封裝要求是非常必要的。隨著微電子技術(shù)、電子計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，以及智能化程度的提高，集成電路技術(shù)的發(fā)展和進一步完善，在汽車、摩托車、飛機、內(nèi)燃機、機械制造、家用電器、軍事、醫(yī)療、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，自動灌膠機設(shè)備將被廣泛的應(yīng)用在自動化生產(chǎn)線上，以實現(xiàn)對電子部件、混合集成電路、變壓器、高低壓電源、線圈、繼電器、傳感器、電氣開關(guān)、儀器儀表等進行灌封。以便保證電子元器件、電

9、控板及其它儀表的良好的電氣性能、化學(xué)穩(wěn)定性、機械性能、導(dǎo)熱性、絕緣性、阻燃性、以及粘接、抗震、抗老化等。現(xiàn)在設(shè)計研制的這種自動灌膠機系統(tǒng)在研制過程中采用了步進電機、單片機、自動計量系統(tǒng)以及其他一些系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化和設(shè)計的柔性化。本灌膠機研制成功后將對工廠內(nèi)電子元件、線路板等的灌封生產(chǎn)效率有本質(zhì)的提高。由于膠量易于控制，可減少膠的浪費，而且經(jīng)處理的膠不會出現(xiàn)爛膠現(xiàn)象，利用這種灌膠機將能對線路板及曲線實現(xiàn)自動灌封，從而解決了以往工人手工灌膠膠量難以控制，質(zhì)量難以保證，到處滴膠等問題，而且本機的適應(yīng)性強，國產(chǎn)的大部分膠都可以用，從而使得灌封的線路板的質(zhì)量得到了保證，工人的生產(chǎn)環(huán)境得到了改善，

10、膠的利用率大大提高，生產(chǎn)效率成倍增加，生產(chǎn)成本大大降低。而且本機工作可靠，操作方便，便于維護。1.3 系統(tǒng)應(yīng)用背景1.3.1 RTV膠概述1.3.1.1 組成分類有機硅是分子結(jié)構(gòu)中含有硅元素的高分子合成材料，一般指聚硅氧烷而言，包括硅油、硅橡膠、硅樹脂、硅烷偶聯(lián)劑四大門類幾千個品種牌號。有機硅是二次大戰(zhàn)期間作為飛機、火箭的特殊材料使用而發(fā)展起來的，經(jīng)過六十多年的開發(fā)研究，現(xiàn)在己成為一類幾乎到處都可使用的材料，其原因是出于其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能。世界上著名的有機硅生產(chǎn)廠商有：美國的道康寧公司，通用電氣公司，聯(lián)合碳化公司德國的拜耳公司和瓦克爾化學(xué)公司；日本的信越化學(xué)公司等。我國的有機硅研究和生產(chǎn)

11、始于五十年代，發(fā)展很快?，F(xiàn)在，主要生產(chǎn)廠家有江西星火有機硅廠、吉林化學(xué)工業(yè)公司電石廠、浙江新安江集團、中藍(lán)晨光化工研究院、上海樹脂廠等。另外，在廣東、江蘇、浙江等省以生產(chǎn)有機硅聚合產(chǎn)品或制品為主的工廠增長迅速。目前我國不僅有機硅單體的產(chǎn)量已成規(guī)模生產(chǎn)，而且有機硅下游產(chǎn)品的品種和產(chǎn)量都在日益增多。硅橡膠是聚硅氧烷最主要的產(chǎn)品之一。由以si-o-si鍵為骨架的硅氧烷構(gòu)成，具有良好的耐候、耐熱、耐寒性及電器性能等特點。硫化前為高摩爾質(zhì)量的線型聚硅氧烷，硫化后成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的彈性體。在所有橡膠中，硅橡膠具有最廣的工作溫度范圍(-100+350)，耐高低溫性能優(yōu)異。硅橡膠具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在-60+26

12、0內(nèi)，不僅能保持一定的柔軟性、回彈性和表面硬度，機械性能無明顯變化，而且還能抵抗長時間的熱老化，并且具有優(yōu)良的電絕緣性、耐候性、耐臭氧和透氣性，而且無毒無味。一些特殊結(jié)構(gòu)的硅橡膠，還具有優(yōu)異的耐油、耐溶劑、耐輻射以及在超高低溫下使用等特性。硅橡膠按其產(chǎn)品形態(tài)及硫化機理，可分為如圖1-1所示的幾種類型。硅橡膠按其硫化溫度，可分為高溫加熱硫化型及室溫硫化型兩類；按產(chǎn)品形態(tài)及混配方式可以分為混煉硅橡膠及液體硅橡膠兩類；按其交聯(lián)反應(yīng)機理又可分為有機過氧化物引發(fā)型、縮合反應(yīng)型及加成反應(yīng)型三類。圖1-1 硅橡膠的分類1.3.1.2 室溫硫化硅橡膠RTV膠又叫室溫硫化硅橡膠，室溫硫化硅橡膠通常為輕基或乙烯基

13、封端的、分子量在18萬之間的直鏈聚硅氧烷，又稱為液體硅橡膠。室溫硫化硅橡膠是六十年代問世的一種新型的有機硅彈性體，這種橡膠的最顯著特點是在室溫下無須加熱、即可就地固化，使用極其方便。因此，一問世就迅速成為整個有機硅產(chǎn)品的一個重要組成部分。液體硅橡膠以其品種眾多、性能優(yōu)良、適應(yīng)性強及使用方便等而博得人們青睞，雖然它們的開發(fā)歷史較短，但發(fā)展速度則超過了混煉型硅橡膠，它是有機硅聚合產(chǎn)品中最為活躍的一個領(lǐng)域?，F(xiàn)在室溫硫化硅橡膠己廣泛用作粘合劑、密封劑、防護涂料、灌封和制模材料，在各行各業(yè)中都有它的用途。室溫硫化硅橡膠一般包括縮合型和加成型兩大類。加成型室溫膠是以具有乙烯基的線性聚硅氧烷為基礎(chǔ)膠，以含氫

14、硅氧烷為交聯(lián)劑，在催化劑存在下于室溫至中溫下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而成為彈性體。它具有良好的耐熱性、憎水性、電絕緣性，同時由于活性端基的引入，使其具有優(yōu)異的物理機械性能，尤其是在抗張強度、相對伸長和撕裂強度上有明顯的提高。它適用于多種硫化方法，如輻射硫化、過氧化物硫化及加成型硫化，廣泛用于耐熱、防潮、電絕緣、高強度硅橡膠制品等方面?？s合型室溫硫化硅橡膠是以硅羥基與其他活性物質(zhì)之間的縮合反應(yīng)為特征，于室溫下即可交聯(lián)成為彈性體的硅橡膠，產(chǎn)品分為單組分包裝和雙組分包裝兩種形式。單組分室溫硫化硅橡膠(簡稱RTV-1膠)是縮合型液體硅橡膠中主要產(chǎn)品之一。通常由基礎(chǔ)聚合物、交聯(lián)劑、催化劑、填料及添加劑等配制而成。產(chǎn)

15、品包裝在密封軟管中，使用時擠出，接觸空氣后能自行硫化成彈性體，使用極為方便。硫化膠能在-60+200溫度范圍長期使用，具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能耐水，耐臭氧，耐氣候老化，對多種金屬和非金屬材料有良好的粘接性。主要用作各種電子元器件及電氣設(shè)備的涂覆，包封材料絕緣、防潮、防震；作為半導(dǎo)體器件的表面保護材料；也可作為密封填隙料及彈性粘接劑等。雙組分室溫硫化硅橡膠(簡稱RTV-2膠)使用上沒有RTV-1膠方便，但其組分比例富于變化，一個品種可以得到多種規(guī)格性能的硫化制品，而且還能深度硫化，因而被廣泛用于電子電器、汽車、機械、建筑、紡織、化工、輕工、印刷等行業(yè)作絕緣、封裝、嵌縫、密封、防潮、抗

16、震及制作輥筒的材料。此外，由于RTV-2具有優(yōu)異的脫模性，因而作為軟模材料大量用于文物、工藝品、玩具、電子電器、機械零件等的復(fù)制與制造。此外，RTV膠大量用作建筑物接縫密封，玻璃粘接及密封，如玻璃幕墻以及高層建筑等新型建筑形式的粘接密封等，也用于公路及機場跑道接縫密封，輕質(zhì)復(fù)合屋頂材料及電纜通道阻燃密封等；在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，主要用做各種假體、印模材料等。1.3.2 灌膠工件工件的圖形如圖1-2，它的中間黑色部分是需要注入RTV膠的槽，它深3mm、寬3mm。注入RTV膠后在它的上面扣一個密封蓋子，在其中間需要密封的是一塊電路板，密封后可以防止其他的氣體、液體進入腐蝕電路板影響電路的使用性能。圖1-

17、2 工件示意圖在往槽內(nèi)注入膠的時候，X電機先轉(zhuǎn)動使膠頭按照直線方向行進，把X方向的槽均勻注入膠，走過到固定距離后進行轉(zhuǎn)彎處的注膠，這時兩個電機一起轉(zhuǎn)動，使膠頭走出圓弧的曲線，把圓弧形槽處注膠，走過90°后，X電機停止轉(zhuǎn)動，Y電機再轉(zhuǎn)動固定的圈數(shù)，將Y軸方向的槽均勻注入膠，然后再進行下一個90°轉(zhuǎn)彎處槽的膠澆注。31第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1 系統(tǒng)組成根據(jù)RTV膠的自動加注系統(tǒng)的設(shè)計要求，整個系統(tǒng)由電源，顯示，單片機（MCU），按鍵電路和電機驅(qū)動電路組成。系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機接口線直接連接步進電機各相驅(qū)動電路，由單片機發(fā)出信號控制步進電機，然后根據(jù)起始的位置和步距

18、角及絲桿的傳送比確定CPU發(fā)出的脈沖個數(shù)，X軸和Y軸需要各用一個電機，負(fù)責(zé)完成注膠頭的橫向與縱向的直線運動及轉(zhuǎn)彎的運動。AT89C51單片機步進電機灌膠頭鍵盤真空泵電磁閥氣缸LCD顯示計量缸電磁閥驅(qū)動器圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2 系統(tǒng)核心AT89C512.2.1 AT89C51簡介單片機從誕生至今己經(jīng)產(chǎn)生了許多種，新品種的也是層出不窮，從最初INTEL的MCS-51和PIC系列，以及最近推出的AVR，ARM等，品種繁多，功能各異。但是就目前來說，51系列的單片機仍是許多設(shè)計的首選，特別是ATMEL公司的89系列單片機，運用更是廣泛。而且各種技術(shù)參考資料相對也較多。通過對本設(shè)計所需資源的分析，

19、選用ATMEL公司的8位單片機AT89C51作為主控芯片。它的片內(nèi)含可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，這些使AT89C51成為一強勁的微型計算機。它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了高度靈活和低成本的解決方法。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB可編程Flash存儲器（可擦寫1000次）；128字節(jié)RAM；32條I/O引線；兩個16位可編程定時器/計數(shù)器；6個中斷源；1個全雙工一個串行通訊口；片內(nèi)振蕩器。AT89C51可降至

20、0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。主要性能如下：1.與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；2.4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器；3.耐久性：1000寫、擦除； 4.全靜態(tài)操作：0-24MHz；5.三級加密程序存儲器；6. 128×8字節(jié)內(nèi)部RAM； 7.32個可編程I/O口線；8.兩個16位可編程定時器/計數(shù)器；9.6個中斷源；10.可編程串行UART通道；11.低功耗空載和掉電方式；引腳功能:

21、P0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FIash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部

22、信號拉低時會輸出一個電流。FIash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2

23、亦接收高位地址和其它控制信號。P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示：表2-2 P3引腳第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外中斷0）P3.3/INT1（外中斷1）P3.4T0（定時計數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時計數(shù)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲

24、器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）2.2.2 系統(tǒng)端口分配1.P0.0-P0.7：輸出步進電機控制信號到步進電機驅(qū)動器，用于控制步進電機。2.P1.0-Pl.1：鍵盤接口。3.P2.0-P2.7：接LCD顯示數(shù)據(jù)口 4.P3.0-P3.3：接LCD控制口。詳細(xì)接線見附錄系統(tǒng)原理圖。2.3 步進電機概述步進電機又稱脈沖電機或階躍電機，國外一般稱Step motor或Stepping motor。目前，隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)以及電動機本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機分類間的界面越來越模糊。就傳統(tǒng)的步進電機來說，步進電機可以簡單地定義為：根據(jù)輸入的脈沖信號，每改變一次勵磁狀態(tài)就前進一定角度或

25、長度，若不改變勵磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動機。從廣義上講，步進電機是一種受電脈沖信號控制的無刷直流電動機，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率同步的同步電動機。步進電機具有其自身的特色，歸納起來有：1直接接收數(shù)字信號，不必進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使用方便；2位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以要求更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)；3無刷，電動機本體部件少，可靠性高；4易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好；5停止時，可有自鎖功能；6步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通常可以在較低速下以高轉(zhuǎn)矩運

26、行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載工作；7速度可以相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。同時用一臺控制器控制幾臺步進電機可使它們完全同步運行；8不能直接使用普通的交流電源驅(qū)動；步進電動機的種類很多，從廣義上講，步進電機的類型分為機械式、電磁式和組合式三大類型。按結(jié)構(gòu)特點電磁式步進電機可分為反應(yīng)式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進電機。(1)反應(yīng)式步進電機（VR）反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進電機有單段式和多段式兩種類型。(2)永

27、磁式步進電機（PM）永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，消耗功率小(相比反應(yīng)式)，但啟動運行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電。(3) )混合式步進電機（HB）混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動小。這種電動機最初是作為一種低

28、速驅(qū)動用的交流同步機設(shè)計的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動機也能做步進增量運動。由于能夠開環(huán)運行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種電機在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于本設(shè)計的設(shè)計目的更注重整個系統(tǒng)的有機結(jié)合，所以只采用反應(yīng)式步進電機。2.3.1 反應(yīng)式步進電機工作原理 圖2-3是反應(yīng)式步進電機結(jié)構(gòu)示意圖，它的定子具有均勻分布的八個磁極，磁極上繞有繞組，兩個相對的磁極組成一組。反應(yīng)式步進電機的工作原理是利用了物理上的“磁通總是力圖使自己所通過的路徑的磁阻最小”所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，使電機一步步轉(zhuǎn)動。以四相反應(yīng)式步進電機為例。圖2-3 四相步進電機步進示意圖開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、

29、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。其通電順序分別為：四相單四拍：A->B->C->D->A；四相雙四拍：AB-&g

30、t;BC->CD->DA->AB；四相八拍：A->AB->B->BC->C->CD->D->DA->A。電機正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CA-BC-AB時為反轉(zhuǎn)。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序分別如圖2-4 a、b、c所示：四相單四拍在換相瞬間可能導(dǎo)致相電流的缺失從而影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，其余兩種方式在任何時刻至少有一相通電，避免了這樣的問題；步進電機在兩相通電時力矩較大，大約是單相的1.4倍。四相雙四拍可以取得最大的驅(qū)動力矩，但其犧牲了一定的定位精度。四相八拍步距

31、角是7.5度，是單四拍與雙四拍的一半，正轉(zhuǎn)1圈需要360/7.5=48個脈沖，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度，由于系統(tǒng)對與電機的周期穩(wěn)定性有很高要求，因此系統(tǒng)中采用的是四相八拍的運行方式。a. 單四拍                b. 雙四拍                  

32、60;  c八拍圖2-4 步進電機工作時序波形圖2.4 器件選型介紹2.4.1 步進電機的選用由前面介紹的步進電機的運行性能可知，步進電機在工作時只能在電機的啟動頻率范圍內(nèi)起動。微機控制步進電機系統(tǒng)除必須保證步進電機的輸出功率大于負(fù)載所需的功率、步進電機的步距角a和機械系統(tǒng)匹配得到合適的脈沖當(dāng)量占外，還必須考慮在負(fù)載情況下，步進電機頻率變化。在選用步進電機時，先估算出機械系統(tǒng)的負(fù)載慣量和機械系統(tǒng)所要求的啟動頻率，使之與步進電機的矩頻特性相匹配并具有一定的余量，而且要使最高連續(xù)工作頻率能滿足工作臺快速移動的要求。步進電機在選用時應(yīng)考慮以下幾個關(guān)鍵問題：1.轉(zhuǎn)動慣量；2.定位轉(zhuǎn)距；3.最

33、大靜轉(zhuǎn)距；通過以上這些參數(shù)的分析來判斷我們所選的步進電機是否符合系統(tǒng)的實際運行要求?？紤]到本系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)、精度要求及灌封時間，選擇35BY48S03型步機電機。表2-535BY48S03型步機電機參數(shù)型號步距角相數(shù)電壓電流電阻最大靜轉(zhuǎn)距定位轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)動慣量35BY48S037.54120.264718065 2.52.4.2 顯示器的選用在數(shù)據(jù)顯示方面，由于系統(tǒng)的顯示量大，同時從實現(xiàn)方便性和經(jīng)濟性考慮，因此采用了1602字符液晶模塊作為顯示界面，它微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件。1602可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/

34、W、EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光，液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的，系統(tǒng)功率消耗低，滿足系統(tǒng)長期連續(xù)不間斷工作的要求。2.4.3 驅(qū)動器的選用L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線

35、圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；并可以直接用單片機的I/O口提供信號；由L298組成的步進電機控制電路使用元件少，組件的損耗低，可靠性高，體積小。而且電路簡單，使用比較方便。 2.5 電機驅(qū)動電路設(shè)計由于步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件, 它不能直接接到交直流電源上, 而必須使用專用設(shè)備-步進電機控制驅(qū)動器。典型

36、步進電機控制系統(tǒng)如圖2-6所示，電機驅(qū)動電路如圖2-7，控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號, 它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。圖2-6 典型步進電機控制框圖環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進電機驅(qū)動電源的各項輸人端，以驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動。環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計算機軟件設(shè)計的方法實現(xiàn)環(huán)分器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器，另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱為硬環(huán)形分配器。功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號進行放大，以達(dá)到驅(qū)動步進電機目的。L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，設(shè)計是

37、為接受標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號和驅(qū)動電感負(fù)載的，例如繼電器、圓筒形線圈、直流電動機和步進電動機。具有兩抑制輸人來使器件不受輸入信號影響。每橋的三級管的射極是連接在一起的, 相應(yīng)外接線端可用來連接外設(shè)傳感電阻。為防止電機產(chǎn)生的反向感應(yīng)電壓燒毀芯片，所以在電機輸出端接二極管。圖2-7 電機驅(qū)動電路2.6 LCD顯示模塊電路設(shè)計2.6.1 液晶與AT89C51的I/O連接LCD是液晶顯示器的英文名稱的縮寫，它是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特性達(dá)到顯示的目的。功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多，同時抗干擾能力強。

38、LCD按排列形狀可分為字段型、點陣字符型和點陣圖形型。點陣字符型液晶顯示模塊是專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等點陣型的液晶顯示模塊。它由若干個5X7或5X10點陣組成，每一個點陣顯示1個字符。本系統(tǒng)顯示采用的1602點陣字符型顯示器，芯片工作電壓：4.55.5V，工作電流：2.0mA(5.0V)，能夠同時顯示1602即32個字符（16列2行），液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中

39、的點陣字符圖形顯示出來，就能看到字母“A”。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳，與單片機的I/O接口：第1腳：VSS接電源地；第2腳：VDD接5V電源正極；第3腳：VEE為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。接單片機的P1.0口；第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。接單片機的P1.1口；第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電

40、平時，液晶模塊執(zhí)行命令。接單片機的P1.2口；第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。接單片機的P3口；第15腳：背光正極；第16腳：背光負(fù)極。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊顯示字符位置。2.6.2 顯示設(shè)置1602基本操作時序表：圖2-8 讀操作時序圖2-9 寫操作時序顯示模式設(shè)置：0011 0000 0x38 設(shè)置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口。顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有

41、效)。0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1 &光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1 &光標(biāo)減1)。S=1，N=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移)S=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動。數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)。其他設(shè)置：01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。圖2-10 顯示模塊電路圖2.7 鍵盤設(shè)計部分鍵盤是按其結(jié)構(gòu)形式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。編碼鍵盤采用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。每按下一個鍵，鍵盤能自動生成鍵盤代碼，鍵數(shù)較多，但硬件較復(fù)雜

42、。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以判斷哪個按鍵被按下。其鍵碼由軟件確定，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單。獨立式鍵盤相互獨立，每個按鍵占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他按鍵的工作狀態(tài)。在獨立鍵盤電路中，各按鍵都采用上拉電阻，這保證了在按鍵斷開時，各I/O口有確定的高電平。這種按鍵軟件程序簡單，適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。I/O狀態(tài)皆為高電平，則表示無鍵閉合；I/O狀態(tài)中有低電平則表明有鍵閉合。本系統(tǒng)中需要的按鍵較少，采用的兩個獨立式按鍵即可滿足系統(tǒng)操作的要求。按鍵1接P1.1口，按鍵2接P1.0口，如圖2-11。圖

43、2-11 獨立式按鍵電路2.8 二維運動系統(tǒng)工作臺的設(shè)計二維工作是自動灌膠機系統(tǒng)的執(zhí)行部件，它主要由上下兩層組合而成，見圖2-12所示。各層結(jié)構(gòu)均有絲杠副與直線滾動導(dǎo)軌副組成。運動由步進電機經(jīng)聯(lián)軸器傳給絲杠2，使與滾動螺母3相連接的滑板4沿導(dǎo)軌的承導(dǎo)件5移動。上層導(dǎo)軌的底板與下層導(dǎo)軌的滑板連接在一起，使上層導(dǎo)軌隨下層導(dǎo)軌的滑板一起移動，上層導(dǎo)軌的滑板還可以沿其本身的導(dǎo)軌移動，從而使與滑板相連接的灌膠頭6實現(xiàn)二維運動。夾持灌膠頭的底座7是固定在上層導(dǎo)軌的滑板4上，依靠切口部分的彈性螺釘將其固定。為了保證灌膠系統(tǒng)在灌膠過程中的可靠性和提高滾珠滾動副的定位精度，在每層導(dǎo)軌的的兩側(cè)安裝了零位傳感器8，

44、從而保證了滾珠絲杠的零位準(zhǔn)確，并大大減少了螺距累積誤差對灌膠質(zhì)量的影響。通過滾珠絲杠可以將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，滾珠絲杠和滑板的相對位移為： （2-1）其中：-絲杠或螺母的位移； -螺距； -螺旋線頭數(shù)； -絲杠和螺母的相對轉(zhuǎn)角；工作臺設(shè)計采用了以步進電機、自線導(dǎo)軌副和滾珠絲杠副為主體的二維運動裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運動靈活、量程大、精度高等優(yōu)點。圖2-12 二維測量系統(tǒng)工作臺第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1統(tǒng)開發(fā)軟硬件環(huán)境Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它增加了源代碼功能、導(dǎo)航器功能、模板編輯和改進的搜索功能。與匯編相比，C

45、語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型軟件時有高級語言的優(yōu)勢。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)時可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由L

46、IB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進行調(diào)試，或直接寫入程序存貯器如EPROM中。 圖3-1 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)軟件框架設(shè)計，軟件中主模塊是管理模塊，設(shè)計考慮因素有：1）系統(tǒng)資源的合理使用，例如中斷資源，內(nèi)部存儲器的寄存器資源。2）在實現(xiàn)功能的前提下，保證程序的簡化和優(yōu)化，減少調(diào)試工作量。 3）系統(tǒng)集成調(diào)試，分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，硬件的調(diào)試側(cè)重于原理的正確性驗證和印刷電路板的工藝性錯誤的檢測：軟件的調(diào)

47、試重于子模塊的功能驗證與模塊的接口配合。3.2整機初始化自檢模塊開機或復(fù)位后，系統(tǒng)首先進行整機初始化處理。初始化模塊完成對本系統(tǒng)硬、軟件的初態(tài)設(shè)置，自檢指系統(tǒng)在上電時對控制器的部分器件進行檢測，看其工作是否正常，該單片機系統(tǒng)在上電時主要對各種存儲器進行自檢，包括89C51的內(nèi)部RAM、外部RAM、EEPROM、顯示控制器。整機初始化完成后，將表首數(shù)據(jù)(運行頻率)放入定時器中，并開定時器中斷，然后判斷是不是需要調(diào)用EPROM子程序，將灌膠對象的參數(shù)送CPU，如果不要則系統(tǒng)進入灌膠子程序;如果需要則調(diào)用鍵盤子程序并將參數(shù)保存在EEPROM中，同時調(diào)用計算子程序?qū)⒚恳欢蔚木唧w運行頻率及步數(shù)送入表中，

48、然后進入灌膠子程序。整機初始化流程框圖如圖3-2圖3-2 整機初始化流程框圖CPU模塊、步進電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊為獨立模塊。CPU模塊為主模塊，管理其他3個子模塊，這4個模塊均為實模塊，而軟件模塊為虛模塊，它存儲于CPU的程序存儲器中，其作用就是監(jiān)視和控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。將程序燒入CPU ，系統(tǒng)上電后復(fù)位，對LCD1602進行初始化，由AT89C51掃描鍵盤接口有無輸入，判斷輸入信號的內(nèi)容，采集到輸入信號后，將輸入信號種類進行顯示的同時根據(jù)輸入的控制信號輸出電機的控制信號到驅(qū)動電路，由步進電機的驅(qū)動電路控制電機的各種動作。3.3 采用字符點陣液晶模塊的顯示模塊軟件流程顯示模塊軟

49、件流程圖如圖3-3。圖3-3 顯示模塊軟件流程圖單片機復(fù)位后進行LCD的初始化，設(shè)置顯示的格式：清屏，設(shè)置顯示初始位置，設(shè)置顯示模式：8位子行5X7點陣顯示光標(biāo)右移，顯示開，光標(biāo)不顯示，不閃爍。初始化后由鍵盤控制步進電機的啟動，同時根據(jù)操作的內(nèi)容調(diào)用相應(yīng)數(shù)組的內(nèi)容送顯示。3.4 步進電機控制模塊軟件流程3.4.1 單片機控制步進電機加減速運行規(guī)律一般情況下，步進電機的極限起動頻率較低，系統(tǒng)要求的灌膠速度要快，即要求的運行頻率比較高，如果系統(tǒng)以要求的速度直接起動，可能會發(fā)生丟步或根本不能運行的情況，因為要求的運行速度即頻率己經(jīng)超過起動頻率而造成電機不能正常工作。同樣系統(tǒng)運行起來后，如果到達(dá)終點時

50、突然停發(fā)脈沖令其停止，由于系統(tǒng)慣性的原因，灌膠頭會繼續(xù)往前沖過終點的現(xiàn)象。因此在灌膠開始時，程序要有一個加速過程，結(jié)束時要有一個減速過程，才能保證系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運行。步進電機不能以系統(tǒng)要求的速度即頻率起動，必須以步進電機的極限起動頻率或更小的頻率起動，步進電機才能正常工作。因此灌膠系統(tǒng)的運行速度有一個加速、恒速、減速的過程。在本系統(tǒng)中采用了自線規(guī)律的加減速，用單片機控制步進電機的加減速實際上是改變輸出脈沖的頻率。在加速時脈沖頻率逐漸增加，從極限起動頻率一直到恒速運行所需的頻率；在減速時脈沖頻率逐漸降低，從恒速運行的頻率一直降到極限起動頻率。因此有必要分析系統(tǒng)的加減速度運行規(guī)律及確定運行加速度值

51、。3.4.1.1 加速度值的確定圖3-4 步進頻率、脈沖序列和時間序列的關(guān)系圖步進電機的轉(zhuǎn)速常用每秒數(shù)或每秒脈沖數(shù)來表示。加速度常用步.秒來表示。單片機控制步進電機系統(tǒng)中，步進電機在線性加速條件下，加速中的速度指令、脈沖序列P和時間序列t的關(guān)系如圖3-4所示。圖中為恒速運行頻率；為負(fù)載條件下的起動頻率；為非零頻率起動時的初值。在力學(xué)上，加速與減速的運動形態(tài)是一致的，但對于控制問題來說，由于步進電機的加速和減速特性有差異，加速運行時步進電機的起動力矩非常值，在計算和分析加速過程的值時要一并考慮。在圖3-4中，a、b、c和d表示步進電機在線性加速運行一步情況下的運行頻率和時間間隔所包絡(luò)的梯形面積。

52、從圖中的線性加速段能看出下列的關(guān)系存在： （3-1） （3-2）式中：-步進電機加速度；-起動時的步進頻率在線性加速時，從t=0到t=運行的總步數(shù)是一定值，假設(shè)為m由于橫軸是時間坐標(biāo)，縱軸是步進電機的步進頻率坐標(biāo)，則有如下的關(guān)系成立： （3-3）解方程(3-1)(3-2)能得到脈沖時間定時 （3-4）在微機控制步進電機系統(tǒng)中，線性加速后進入恒速運行，假定從第m個脈沖(脈沖編號為m-l)開始恒速運行，取則由式(3-1)可得：則由式(3-4)可得：解上述聯(lián)立方程可得： （3-5）將式3-2代入式3-5可得： （3-6）解這個關(guān)于的二次方程并求有效值可得: （3-7）在已知m、的情況下就可以得到值了

53、。微機控制步進電機時，加速過程和減速過程的具體實現(xiàn)要靠微機在一定的時刻發(fā)送一定的脈沖來實現(xiàn)，從而需先計算出加速度，然后推算出脈沖定時和脈沖間隔。利用上面的公式在步進電機行程較短，升速運行的步數(shù)不是很多m小于10情況下控制起來可靠、方便。但當(dāng)升速段的步數(shù)大于10時，利用每一步都改變脈沖頻率的方法來加速和減速就不方便了。因此在升速段的步數(shù)大于10的情況下，將加速段和減速段分成幾段，在每一段改變頻率的方法來實現(xiàn)。在該系統(tǒng)中加減速段的行程為15mm，步進電機每一步所對應(yīng)的直線位移量即脈沖當(dāng)量可由下式確定： （3-8）式中：-脈沖當(dāng)量值C-絲桿螺距-步距角在該系統(tǒng)中絲杠的螺距c為5mm，步距角為0.72

54、，則由式3-8可得步進電機每一步所對應(yīng)的位移量為10um。則在加速段微機需發(fā)的脈沖個數(shù)可由下式確定： （3-9）式中：x-步進電機行程已知x為15mm、為10um則可得加速段所需的步進脈沖數(shù)為1500個，將其分成5段，則每一段的脈沖數(shù)是300個。通過改變每一段的頻率就可以實現(xiàn)加速過程和減速過程了。3.4.2 步進電機實現(xiàn)X/Y方向行程灌膠機是要對如圖3-5所示的曲線進行灌封。圖3-5 灌膠曲線示意圖步進電機走X、Y兩個方向就可以實現(xiàn)對一封閉曲線進行灌膠了。分別由X、Y兩個方向的步進電機控制兩個方向的導(dǎo)軌的移動來帶動導(dǎo)軌上的灌膠頭的運動。單片機控制X方向的步進電機沿正方向到灌膠零位，灌膠零位在方

55、向的中點(取該點是為了使灌膠起始和結(jié)束的重合點處于不顯眼的位置)，到灌膠零位后等待進一步的灌膠命令，接到灌膠命令后灌膠頭沿X正方向、Y正方向、X反方向、Y反方向、X正方向的循序按加速、勻速、減速對每一段實現(xiàn)灌膠。通過控制單片機系統(tǒng)的輸出脈沖的頻率的大小來控制步進電機的加速、平穩(wěn)運行、減速運行速度，從而實現(xiàn)對灌膠速度的控制。在軟件上可以查表結(jié)合定時器來實現(xiàn)升降頻控制，即速度的控制。首先將各段運行頻率常數(shù)及步進脈沖數(shù)依序存入表中，在開始運行后，將表首數(shù)據(jù)(運行頻率)放入定時器中，待第二次時鐘中斷到來時送一個步進脈沖，同時將表中下一個數(shù)據(jù)即下一段的頻率常數(shù)送入定時器中，這樣重復(fù)至升至最高運行頻率，然

56、后將最高頻率常數(shù)送定時器，保持最高頻率運行到要減速時反查表送數(shù)據(jù)。圖3-6 升降頻控制程序框圖圓弧段的灌膠實現(xiàn)起來相對復(fù)雜一點。對于圓弧段而言，可以采用一個方向的步進電機減速，另一個方向的步進電機同時加速的方法來實現(xiàn)。當(dāng)然也可以利用走階梯步的方法，即一個方向的步進電機先走一段然后停止，然后另一方向的步進電機再走一段后停止的方法來實現(xiàn)，只要每段的長度足夠小就可等效于走圓弧了。雖然后一種方法編程實現(xiàn)起來比較容易，但考慮到步進電機的起動特性較差(起動頻率較低)的特點，如果用階梯步的方法來實現(xiàn)，會造成灌膠速度大大減慢，影響灌膠效率。因此我們選用第一種方法來實現(xiàn)對圓弧段的灌膠。對于有圓弧段是這樣來實現(xiàn)灌膠的：第一步、灌膠頭到初始灌膠零位；第二步、X正向加速運行，然后勻速運行；第三步、走第一個圓弧，X正方向步進電機開始減速，同時Y方向步進電機正向加速運行；第四步、Y方向步進電機正向勻速運行；第五步、走第二個圓弧，Y方向步進電機正向減速運行，X方向步進電機反向加速運行；第六步、X方向步進電機反向勻速運行；第七步、