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          基于80C196MC單片機(jī)的自動(dòng)定位系統(tǒng)

          作者: 時(shí)間:2012-02-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/172037.htm

          包裝機(jī)上卷筒型包裝紙印有連續(xù)的商標(biāo),當(dāng)機(jī)器開(kāi)動(dòng)時(shí),連續(xù)的標(biāo)紙由送紙輥牽引向機(jī)器內(nèi)輸送,再經(jīng)切紙刀輥將連續(xù)標(biāo)紙分切成單張的包裝紙。刀輥每旋轉(zhuǎn)一周,切下一張包裝紙,若要使實(shí)際切紙線與理論切紙線重合,送紙輥的直徑和單張包裝紙的長(zhǎng)度必須滿足嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系。由于送紙輥加工有公差,包裝機(jī)工作過(guò)程中卷筒的半徑逐漸減小,標(biāo)紙所受張力發(fā)生變化等等因素,使得刀輥切下的包裝紙和理論切紙線之間有偏差,即使這種偏差很小。例如,某張標(biāo)紙偏差只有01mm,刀輥速度為300r/min,機(jī)器運(yùn)行10min,累計(jì)偏差即達(dá)300mm。此時(shí),包裝紙上的圖案就會(huì)明顯偏離正確位置,不符合工藝要求。然而,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們審美情趣的提高,人們對(duì)商品的包裝效果提出了更高的要求。為解決這一問(wèn)題,必須在包裝機(jī)上設(shè)計(jì)商標(biāo)。

          2調(diào)節(jié)原理

          設(shè)計(jì)為控制的交流伺服系統(tǒng),因?yàn)榻涣魉欧姍C(jī)與直流伺服電機(jī)相比,具有體積小、過(guò)載能力強(qiáng)、輸出轉(zhuǎn)矩大、不存在電刷磨損、無(wú)需經(jīng)常維修等優(yōu)點(diǎn)。而且由于無(wú)電刷壓降因素影響,因此可以達(dá)到很低轉(zhuǎn)速,并且有硬的機(jī)械特性。系統(tǒng)框圖如圖2—1所示,其調(diào)節(jié)原理為:在送紙輥上,光電裝置利用印在卷筒包裝紙上的色標(biāo),即可檢測(cè)標(biāo)紙的輸送位置;與刀輥旋轉(zhuǎn)同步的光電碼盤通過(guò)光電裝置,可以反映刀輥的切紙時(shí)間;上述光電裝置產(chǎn)生的光電脈沖均送入進(jìn)行邏輯處理,然后決定伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。伺服電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間由的定時(shí)器中斷控制,以伺服電機(jī)的輸出作為補(bǔ)償量,它通過(guò)差動(dòng)輪系與主動(dòng)輪系相合成,帶動(dòng)送紙輥,從而補(bǔ)償?shù)遁亴?shí)際切線與理論切線的偏差,實(shí)現(xiàn)標(biāo)紙的定位。

          3自動(dòng)定位系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

          經(jīng)過(guò)比較,選用Intel公司的作為系統(tǒng)的CPU。其性能優(yōu)越,功能強(qiáng)大,專為電機(jī)控制而設(shè)計(jì),特別適用于與軸式光電碼盤和伺服電機(jī)接口。而且,與MCS—51相比,不僅在主頻和90°相移記數(shù)方式方面有很大的優(yōu)勢(shì),同時(shí)其片內(nèi)還增加了波形發(fā)生器和大量的存儲(chǔ)空間。考慮 片內(nèi)有這樣豐富的硬件資源,本系統(tǒng)由單片機(jī)組成最簡(jiǎn)單、最基本的單片機(jī)系統(tǒng),如圖3—1所示。這樣,可以大大簡(jiǎn)化許多外部硬件和控制軟件,達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。

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          3.1存儲(chǔ)空間的確定

          80C196MC片內(nèi)存儲(chǔ)器容量可達(dá)65536Bytes,除了0000H~01FFH、1F00H~1FFFH和2000H~207FH 3個(gè)專用區(qū)及標(biāo)明“保留”的個(gè)別單元共896 Bytes外,其余都可作為程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)或存儲(chǔ)器影射的外設(shè)區(qū),共計(jì)64642 Bytes,約計(jì)64KB可用。因此,不需片外擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器。

          3.280C196MC的前向通道設(shè)計(jì)

          單片機(jī)80C196MC的前向通道配置由光電開(kāi)關(guān)、脈沖整形電路、光耦電路和緩沖電路組成。光電開(kāi)關(guān)采用機(jī)電部電氣傳動(dòng)研究所研制的最新產(chǎn)品,光源進(jìn)行脈沖調(diào)制,GaAs紅外發(fā)光二極管,對(duì)外界雜亂光和電氣噪聲的抗干擾能力強(qiáng)。光電開(kāi)關(guān)1LS和2LS檢測(cè)碼盤的旋轉(zhuǎn)位置,亦反映刀輥的旋轉(zhuǎn)位置,光電脈沖信號(hào)分別送入P1.0和P1.1腳,供邏輯處理用。光電開(kāi)關(guān)3LS檢測(cè)卷筒包裝紙輸送位置,EXTINT為外部中斷輸入端,光電脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)脈沖輸入端T1CLK,實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)的自動(dòng)計(jì)數(shù)。

          復(fù)位采用一種簡(jiǎn)單而又實(shí)用的上電及手動(dòng)復(fù)位電路,低電平有效,由腳引入。

          3.380C196MC的后向通道設(shè)計(jì)

          80C196MC的后向通道由緩沖電路、光耦電路、達(dá)林頓功放電路及固態(tài)繼電器等組成。由PWM0(P6.6)和PWM1(P6.7) 輸出定時(shí)和邏輯處理程序運(yùn)行結(jié)果,因PWM模塊本身包含脈沖寬度調(diào)制計(jì)數(shù)器和內(nèi)部時(shí)鐘,所以不必另增硬件,控制伺服電機(jī)運(yùn)行的時(shí)間。輸出信號(hào)經(jīng)固態(tài)繼電器 1SSR和2SSR控制伺服電機(jī)正、反轉(zhuǎn)。固態(tài)繼電器具有無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)、開(kāi)關(guān)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),適合伺服電機(jī)正、反轉(zhuǎn)頻繁起動(dòng)。

          3.4系統(tǒng)顯示和鍵盤電路設(shè)計(jì)

          因80C196MC單片機(jī)本身的雙向I/O端口已經(jīng)夠用,故不須另擴(kuò)展并行I/O接口,可直接由P3和P4口建立顯示和鍵盤電路,設(shè)置6位LED共陰極顯示器,段選碼由P3提供,位選碼由P4口提供。鍵盤與顯示電路合并,列輸入依次由P4.1~P4.6提供,行輸出由P4.0提供,共設(shè)置6個(gè)功能鍵:?jiǎn)?dòng)、停止、增加定時(shí)時(shí)間、減少定時(shí)時(shí)間、顯示定時(shí)時(shí)間、顯示包裝數(shù)量。

          3.5系統(tǒng)報(bào)警和停車電路設(shè)計(jì)

          由P2.1輸出邏輯處理程序運(yùn)行結(jié)果,再經(jīng)緩沖器、光耦和達(dá)林頓電路控制中間繼電器KA,從而實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警和包裝機(jī)自動(dòng)停車。

          4自動(dòng)定位系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

          在主傳動(dòng)軸上裝有光電碼盤,如圖4—1a所示,采用2圈光欄,可同時(shí)確定位置和方向,分別控制兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)1LS和2LS,碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)可產(chǎn)生不同時(shí)序的脈沖信號(hào)。碼盤分成4個(gè)控制區(qū)域,分別對(duì)應(yīng)4種不同的工作狀況。

          ①若標(biāo)紙的輸送速度與刀輥的線速度相等,則檢測(cè)卷筒包裝紙輸送位置的光電脈沖3LS出現(xiàn)在I區(qū)域,此時(shí)無(wú)需補(bǔ)償,伺服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。

          ②若標(biāo)紙的輸送速度落后于刀輥的線速度,則光電脈沖出現(xiàn)在Ⅱ區(qū),此時(shí)要求伺服電機(jī)正轉(zhuǎn),通過(guò)差動(dòng)輪系增加送紙輥的速度,從而使標(biāo)紙輸送速度得到正的補(bǔ)償。

          ③若標(biāo)紙的輸送速度超過(guò)刀輥的線速度,光電脈沖3LS出現(xiàn)在Ⅲ區(qū),此時(shí)要求伺服電機(jī)反轉(zhuǎn),通過(guò)差動(dòng)輪系減慢送紙輥的速度,從而使標(biāo)紙輸送速度得到負(fù)的補(bǔ)償。

          ④若是光電脈沖出現(xiàn)在Ⅳ區(qū),說(shuō)明包裝紙圖案位置的偏差超過(guò)允許值,此時(shí)要求包裝機(jī)自動(dòng)停機(jī),并由蜂鳴器發(fā)出報(bào)警,停機(jī)后重新調(diào)整。

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