工业机器手自动控制系统_毕业论文(编辑修改稿)

工业机器手自动控制系统_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 VPP，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP。 （ 4） 4 个 8 位 I/O 端口 P0、 P P P3 P0口： P0口是一组 8为漏极开路型双向 I/0 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写 “1” 时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8位）和数据总线复用，在访问器长 春 大 学 工业机器手自动控制系统 共 38 页 第 11 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 件激活 内部上拉电阻。 在 Flash 编程时， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1口： P1是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写 “1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 和 还可分别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和输入（ ）。 Flash 编程和程序校验期间 ， P1接收低 8位地址。 P2口： P2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口 P2写 “1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX @R1 指令）时， P2口输出 P2锁存器的内容。 Flash 编程和 程序校验期间， P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 P3口： P3口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口 P3写 “1” 时，它们被上拉电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 21 所示。 此外， P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外中断 0） INT1（外中断 1） T0（定时 /计数器 0） T1（定时 /计数 器 1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 表 21 P3口的第二功能 长 春 大 学 工业机器手自动控制系统 共 38 页 第 12 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 2— 3 AT89C51的引脚图 硬件选择 系统主要控制对象为机器手，其动力系统为气动式。 系统主要由采样放大单元、模数转换单元和控制单元、驱动单元和执行单元组成。 信号采集选用漫反射式光电传感器；信号放大选用 AD522 芯片；模数转换采用 8 位串行 A/D 转换器 TLC549 芯片；控制单元选用 AT89C51 单片机；步进电机由 UCN5804B 集成电路芯片驱动。 系统主要程序构成 机器手控制系统软件设计主要由主程序、转换子程序、报警子程序、定时子程序组成。 系统主程序主要实现自检初始化、外部中断及启动机器手搬运的功能。 用户可以通过它监控系统的工作。 主程序流机器手的运动主要由 4 个步进电机实现。 步进电机经驱动芯片与单片机 P2 口依次连接，行程开关与单片机的 P0 口依次连接。 为使程序编写方便，将机器手的运动形式分解，划分为 11 个步骤，与驱动的电机的工作状态相对应，列出真值表。 再根据真值表编写机器手控制程 序。 另外，单片机实现对机器手运动控制，可对步进电机转角精确控制，因此必须能够产生 PWM（脉冲调制）周期信号，并且能够调节脉冲信号的占空比。 采长 春 大 学 工业机器手自动控制系统 共 38 页 第 13 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用的控制方式是使用定时器设置初值，定时时间为 20ms，在程序运行时通过改变定时器中断的初值，使其输出指定占空比的脉冲信号。 此脉冲信号宽度是微秒级单位，这样既能提高系统控制精度，又能保证系统可靠工作。 其它子程序 （ 1） A/D转换子程序是将传感器输出信号放大后，经 A/D 转换器送入单片机内部数据存储器中，将数据按照指定格式存放在对应的位置。 （ 2） 报警子程序是将当系 统采集、数字滤波后的数据（比如电机温度）超过给定值的的上、下限时，系统发出声光报警，使程序转而处理故障。 （ 3） 定时子程序是设定 PWM（脉冲调制）周期信号的宽度，从而控制步进电机的转角精度。 步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。 步进电动机驱动系统的性能，不但取决于步进电动机自身的性能，也取决于步进电动机驱动器的优劣。 对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。 步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电动机驱动器）。 控制器（脉冲信号发生器 ）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 因为步进电机是靠单片子产生脉冲来控制转矩的，单片机本身驱动电流较小，驱动不了电机绕组，要用驱动电路产生较大电流，直接驱动会烧坏单片机。 在此只对驱动电路做简单说明（如图 24）。 长 春 大 学 工业机器手自动控制系统 共 38 页 第 14 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 2— 4驱动电路模块 单片机、机器手、各个芯片要工作，就必须为其提供电源，他们的电源电压都是 5V。 因此就需要将 220V 的交流电降压整流为 5V 的直流电源。 其电路如图 25 所示。 这就是一个简单的整流电路， 220V 的交流电经过变压器（ 220/9V）后输出 9V的交流电，再经过单相桥式整流、电容滤波，最后由 7805 稳压输出5V 的电压供给整个电路板使用。 此设计中用到了单片机，而单片机的抗干扰能力很差，所以电源板与单片机的电路板是分开的。 电源板由按键开关控制输出，由发光二极管显示工作状态， C C5 的使用是为了提高抗干扰能力。 长 春 大 学 工业机器手自动控制系统 共 38 页 第 15 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 2— 5单片机的电源 长 春 大 学 工业机器手自动控制系统 共 38 页 第 16 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 机器手系统的总体设计 总体设计方案 机器手的重要指标有快速性 、定位精 度和平稳性等。 而运用 AT89C51单片机 时 ，有价格低廉、体积小、结构简单、抗干扰能力强和可靠性高等优点。 因此煤饼的装箱采用了单片机控制机器手和走箱工作台相配合的方式，机器手工作轨迹固定，而工作台可做定向移动。 为提高装箱速度，在机器手卸完煤饼返回的同时，使工作台完成相应的位移量。 机器手从 A点抓去工件右行至 B 点，放下工件，然后返回到 A点抓取下个工件，依次反复。 步进电机作为机器手左右运行的执行机构。 图 31 总体设计方案 硬件电路设计 步进电机的结构原理 和特点 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度。 即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、动作灵敏、中低速时具备高转矩、高信赖性、小型、高功率等特征，使其具有广泛的应用。 长 春 大 学 工业机器手自动控制系统 共 38 页 第 17 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 步进电动机是一种控制用的特种电机，作为执行元件，步进 电机是机电控制中一种 关键 的执行机构，它的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。 通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电动机驱动器）。 控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速 度和加速度，从而达到调速的目的控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。 控制步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 选择步进电机的转速为 1500r/min。 步进电机的一些特点： （ 1）一般步进电机的精度为步进角的 35%，且不累积。 （ 2）步进电机外表允许的最高温度。 步。