三棱形軸孔工件零位自動(dòng)找正裝置定位精度研究

三棱形軸孑工件零位自動(dòng)找正裝置定位精度的研究⑧重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)術(shù)學(xué)位學(xué)生姓名:武歡指導(dǎo)教師:簡毅副教授專業(yè):機(jī)械電子工程學(xué)科門類:工學(xué)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二一二年五月⑧’..:一一一一一一,中文摘要摘要三棱形軸孔工件因其傳動(dòng)速度高、動(dòng)力學(xué)性能好、承載能力大、傳動(dòng)扭矩大、傳動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用在航空航天、船舶工業(yè)、軍事工程等領(lǐng)域。作為一種精密傳動(dòng)部件,其加工過程是一個(gè)對精密度要求很高的工作。目前,三棱形軸孔零件多采用三棱形鉆床進(jìn)行粗加工,再由三棱磨床精加工。在三棱形軸孔工件精加工中,機(jī)床在數(shù)控系統(tǒng)的控制下,實(shí)現(xiàn)了工件切削加工過程的柔性自動(dòng)化。而在對工件精加工前必須先對三棱形軸孑工件的加工零點(diǎn)進(jìn)行找『,傳統(tǒng)的手動(dòng)找正方式會(huì)造成加工的輔助時(shí)問長、裝央效率低、裝夾精度受人的技能高低和狀態(tài)好壞的影響。為了克服手動(dòng)找下的缺點(diǎn),前期我們已經(jīng)設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)和絕對式編碼器為核心的零位偏差角度自動(dòng)找下系統(tǒng),取代傳統(tǒng)的手動(dòng)找正,以徹底實(shí)現(xiàn)工件找正的自動(dòng)化。但前期設(shè)計(jì)的自動(dòng)找『系統(tǒng)對零點(diǎn)的找正速度比較慢,穩(wěn)定性較差,而且測量誤差也比較大,與數(shù)控加工的高精度、高效率、高柔性、高自動(dòng)化的特征不相適應(yīng)。本文就是在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上通過對系統(tǒng)硬件和軟件的研究改進(jìn),以實(shí)現(xiàn)對二件加工零位快速精確的定位,從而減小角度測量誤差,提高自動(dòng)找正裝置的精度和穩(wěn)定性以及軸孔工件的加工精度。論文首先對前期現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,并根掘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想及要求,得出系統(tǒng)在工作中硬件和軟件部分可能存在的誤差,然后針對這些誤差,對系統(tǒng)的硬件和軟件部分分別制定了相應(yīng)的改進(jìn)與完善措施。硬件部分主要包括:主從單片機(jī)的重新選型設(shè)計(jì)、角度測量模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)、人機(jī)交互模塊的完善以及硬件抗干擾設(shè)計(jì)。軟件部分采用模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),主要包括主程序的設(shè)計(jì)、主從單片機(jī)之問的通信、角度測量、數(shù)據(jù)處理以及無線通信模塊的改進(jìn)設(shè)計(jì),最后對軟件抗干擾技術(shù)進(jìn)行了研究。經(jīng)過對整個(gè)改進(jìn)裝置的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和對測試結(jié)果的分析,證明了三棱形軸孔工件零位自動(dòng)找正裝置各部分工作『常,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,定位精度得到了明顯的提高,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo),具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字:三棱形工件,自動(dòng)找正,定位精度,主從式,無線通信英文摘要一????????????????????????????????????????????????????一,,,,,,,...,,譬.,.,’,,,.,?,.‘.,’,’,,.,,’,’.’.,;’;,,,,目錄目錄.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.本課題的研究目的和內(nèi)容?系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理??..三棱形軸孔工件數(shù)控磨床系統(tǒng)簡介?..硬件系統(tǒng)組成??...軟件系統(tǒng)組成??..自動(dòng)找正裝置的原理?.自動(dòng)找正裝置的組成結(jié)構(gòu)?....硬什組成?..軟:成?.本章小結(jié)??..】系統(tǒng)精度誤差分析?.系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想以及前期測試結(jié)果??....系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想..系統(tǒng)要求?..前期測試結(jié)果.硬件誤差分析...軟件誤差分析...本章小結(jié)??一系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善.主從單片機(jī)選擇與設(shè)計(jì)??....主從單片機(jī)的選擇..系統(tǒng)主控制模塊設(shè)計(jì).角度測量模塊設(shè)計(jì)?....角度測量模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)?..角度測量與轉(zhuǎn)換?.編程調(diào)試接口?緒論緒論.本課題研究的來源和意義不斷追求勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高,是現(xiàn)代制造業(yè)永恒不變的主題,這是由制造業(yè)自身的生存及發(fā)展需要所決定的。現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)就是為了滿足制造業(yè)提高生產(chǎn)率的需求而發(fā)展起來的。而作為一個(gè)完整的制造技術(shù)體系,現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)主要由數(shù)控機(jī)床、數(shù)控刀具和數(shù)控量儀三個(gè)子系統(tǒng)組成。這三個(gè)子系統(tǒng)既獨(dú)立發(fā)展,又互相促進(jìn)、相輔相成,從而不斷推動(dòng)制造業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高?。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展,國際競爭愈來愈激烈,在現(xiàn)代機(jī)械制造和加工中,對加工精度的要求也越來越高,特別是在航空航天、船舶工業(yè)、軍事工程等生產(chǎn)和科研部門,對加工的精度更是精益求精,因此對數(shù)控量儀的精度要求也必然會(huì)越來越高。三棱形軸孔工件具有傳動(dòng)速度高、動(dòng)力學(xué)性能好、承載能力大、傳動(dòng)扭矩大、傳動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲小等優(yōu)點(diǎn),其作為傳動(dòng)部件,已被廣泛的應(yīng)用在航空航天、賽車、軍事等領(lǐng)域。而作為一種精密的傳動(dòng)部件,三棱形軸孔工件的精加工也是一個(gè)具有很高精密度的工作,在加工過程中,三棱形軸孑工件加工零位的設(shè)置、找『誤差的大小以及快慢程度都將會(huì)直接影響著工件的生產(chǎn)效率、加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。而將零位的誤差控制在很小的范圍內(nèi)是提高三棱形軸孔工件精度的主要思路之一,以此滿足三棱形軸孔工件的高精度要求。在現(xiàn)代機(jī)械加工制造過程中,隨著對工件加工精度和測量精度要求的不斷提高,加工工件零位找正的方法已成為重要的研究內(nèi)容,這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展直接反央出一個(gè)國家高精密加工工業(yè)的整體水平。通常情況下,工件在機(jī)床上的安裝方式一般有兩種方法,要么直接將工件安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上,要么用央具將工件安裝在工作臺(tái)上。機(jī)床操作人員在安裝工件時(shí),除了專用夾具外,工件是隨機(jī)地放在工作臺(tái)表面的,然后再用千分表、水平儀、塞規(guī)等專用工具來?！汗ぜ鶞?zhǔn)的平行度或垂直度進(jìn)行安裝,并通過測量某些基準(zhǔn)面、線來確定工件零點(diǎn)與機(jī)床。零點(diǎn)之問的關(guān)系【某軍工單位在三棱形軸孔工件加工前的零點(diǎn)找正方式主要是采用手動(dòng)找正,即工人利用央具、塞規(guī)和水平儀來實(shí)現(xiàn)工件零點(diǎn)的找『。三棱形軸孔工件的手動(dòng)找正方式不僅工作量大、強(qiáng)度高、技術(shù)要求高,而且操作人員的熟練程度對工件的精度有較大的影響,長期下去,對生產(chǎn)成本,產(chǎn)品工藝都將會(huì)造成影響,同時(shí)也會(huì)影響著我國精密加工技術(shù)的進(jìn)一步提高。目前,我國在高精密加工技術(shù)方面的水平還比較低,許多的關(guān)鍵性技術(shù)都依賴從國外引進(jìn),從而使得我國在高精尖緒論產(chǎn)的多邊形仿形鉆床,多邊形仿形鉆床采用的是機(jī)械式仿形加工原理,設(shè)備使用前期具有加工效率和加工精度高的優(yōu)點(diǎn),但由于設(shè)備長期使用,磨損嚴(yán)重,現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足加工要求,而該設(shè)備生產(chǎn)廠家現(xiàn)在也已經(jīng)倒閉。西班牙達(dá)諾巴特公,埃馬克能夠?qū)θ庑屋S孔工件進(jìn)行磨削。其中,德國肖特?cái)?shù)控內(nèi)外圓磨床的特點(diǎn)除了機(jī)床可靠、技術(shù)成熟、精度高以外,還有以下特點(diǎn):能夠磨削不同的材料;且可根據(jù)應(yīng)用情況配置種砂輪架;一次裝央完成全部磨削;測量儀可用于在線直徑測量和軸向定位。至今國外生產(chǎn)三棱形的加工設(shè)備主要有德國的邊形仿形磨床、多邊形磨床等,這些設(shè)備都主要用于三棱形的精加工,而對于三棱形的前期粗加工工藝,國外很少有廠家生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備,國內(nèi)則為空白一。根據(jù)調(diào)查,國內(nèi)現(xiàn)有加工三棱形軸孔工件的專用設(shè)備是以前從國外引進(jìn)生產(chǎn)線時(shí)引進(jìn)的,該設(shè)備在國內(nèi)僅臺(tái),三棱形磨削技術(shù)仍然被國外壟斷。由于三棱形模型的建立和程序的編制技術(shù)還掌握在少數(shù)幾個(gè)外國公司的手罩,國內(nèi)部分廠商雖然能夠加工三棱形孔軸但是技術(shù)不高,精度較低,這些都極大地制約了三棱形磨削技術(shù)的發(fā)展和三棱形孔軸技術(shù)在我國的推廣和應(yīng)用。年重慶巨禾電子信息技術(shù)改造的一高精度三棱形軸孔數(shù)控磨床能加工三棱形零件,在國內(nèi)是首例,填補(bǔ)了我國在高速高精度三棱形數(shù)控磨床的空白,打破國外技術(shù)壟斷,使三棱形數(shù)控磨床加工技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。而在三棱形工件零位自動(dòng)找『方面,國內(nèi)報(bào)道主要有燕山大學(xué)楊莉等人提出的以工件為基準(zhǔn)的自動(dòng)定位原理,即當(dāng)工件安裝偏斜時(shí),使工件坐標(biāo)系自動(dòng)適應(yīng)機(jī)床的加工要求,該方法在測出工件的偏斜度和偏移坐標(biāo)值,并對原數(shù)控加工程序進(jìn)行自動(dòng)修『后,可方便實(shí)現(xiàn)。蘭州理工大學(xué)蔡善樂等人提出了利用無線測頭對放置在帶有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的臥式加工中心上的箱體工件進(jìn)行角度和位移量的找『,從而省去了手動(dòng)找『和設(shè)計(jì)精密夾具。國外在磨床工件零位找『方面尚未有相關(guān)報(bào)道。.本課題的研究目禾內(nèi)容本課題針對三棱形工件的零點(diǎn)找『方法而提出,研究的目的是提高三棱形工件零點(diǎn)找『的定位精度,利用單擺原理設(shè)計(jì)了三棱形工件的自動(dòng)找正裝置。三棱形軸孔工件自動(dòng)找正裝置主要由機(jī)械部分、檢測部分、無線收發(fā)部分以及相關(guān)的檢測控制軟件組成。而檢測方式和檢測精度是關(guān)鍵,因?yàn)榫仁潜狙b置最基本的性能指標(biāo),所以通過合理的軟硬件改進(jìn)與完善設(shè)計(jì),使零點(diǎn)找『的精度到達(dá)系統(tǒng)要求,確保三棱形軸孔工件獲得有效的數(shù)據(jù),并保證測得的結(jié)果可靠。系統(tǒng)綱成結(jié)構(gòu)及卜作原理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理.三棱形軸孑工件數(shù)控磨床系統(tǒng)簡介..硬件系統(tǒng)組成三棱形軸孑工件數(shù)控磨床系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)采用“運(yùn)動(dòng)控制器”的丌放式結(jié)構(gòu)。“運(yùn)動(dòng)控制器”這種結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)【;①對依賴程度降到最低,所有實(shí)時(shí)控制都是在控制器中完成,機(jī)僅用于人機(jī)交互和傳輸加工數(shù)據(jù);②可采用各種型號(hào)的機(jī)包括臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦,同時(shí)對計(jì)算機(jī)的配置要求不高;③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量不受系統(tǒng)限制,可加工大數(shù)據(jù)量的程序文件;④避免計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)穩(wěn)定性和軟、硬件兼容性帶來的問題。。運(yùn)動(dòng)控制器在本系統(tǒng)中采用的是采用高性能的位技術(shù),是具有軸伺服或步進(jìn)功能的控制器,此外還包括一個(gè)編碼器輸入軸。運(yùn)動(dòng)控制器與輸入輸出點(diǎn)之間采用總線相連,通過總線接口,運(yùn)動(dòng)控制器可以連接到/擴(kuò)展模塊。/擴(kuò)展模塊上的每個(gè)通道都具有雙向傳輸功能,即可以作為輸入口也可以作為輸出口。本系統(tǒng)采用開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其硬件平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)工控機(jī)、軟件平臺(tái)采用實(shí)時(shí)擴(kuò)展的操作系統(tǒng)。、運(yùn)動(dòng)控制器、之間的相互連接關(guān)系如圖.:機(jī)號(hào)爿運(yùn)動(dòng)控制器二≤∑
弋.忙爿床圖.數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)..這種數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分利用了計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度高的特點(diǎn),將大量的數(shù)據(jù)處理任務(wù)由上層的來完成,而運(yùn)動(dòng)控制器則主要是用來承擔(dān)做運(yùn)動(dòng)控制的任務(wù)。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及作原理⑤程序管理該功能鍵用于實(shí)現(xiàn)對數(shù)控程序的管理,主要包括程序的手動(dòng)編輯、自動(dòng)生成、程序讀入、粘貼、拷貝、添加新程序功能和保存程序列表。⑥通信該功能鍵包括兩個(gè)方面內(nèi)容:串通信;網(wǎng)絡(luò)之問的通信;各個(gè)通信軟功能鍵也是通過一來操作的。⑦仿真該功能鍵主要用于軸與軸的干涉仿真以及聯(lián)動(dòng)仿真。⑧故障診斷該功能鍵用于對機(jī)床故障診斷并顯示機(jī)床故障信息。主要包括:故障顯示;故障歷史記錄。⑨機(jī)床復(fù)位該功能鍵主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的復(fù)位。.自動(dòng)找正裝置的原理三棱形軸孔工件自動(dòng)找正裝置作為數(shù)控量儀應(yīng)用在三棱數(shù)控磨床上面,主要用于對三棱形軸孔工件的加工零位進(jìn)行快速精確定位,以提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。三棱形軸孔工件的輪廓曲線是一種延長外擺線,如圖.所示。在加工三棱形軸孔工件時(shí),其刀具所設(shè)置的加工起點(diǎn)都是固定的,內(nèi)圓磨削每次的加工起點(diǎn)都是在圖.中的點(diǎn),外圓磨削在點(diǎn)開始,即所謂的加工零點(diǎn)。將工件夾入數(shù)控機(jī)床的軸時(shí),由于人為的誤差,工件的實(shí)際零點(diǎn)與理論加工零點(diǎn)總要向上或向下偏差一定的角度矽。石?、、///,///,。伸\\\、、、\、\..三一一/..系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及作原理萬那么可以將式變?yōu)?百:.將式化為方程組得:矽:刃.療:一目式.的奇點(diǎn)為,那么在常點(diǎn)上有:毋刃積分得:矽:一.、,在無阻力,無驅(qū)動(dòng)力的情況下,單擺的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由參量臼和矽所確定的。當(dāng):時(shí),由式.可以得到:.毋?一由上式可以看出,因?yàn)榫屎愦笥诹?所以即使是在無阻尼,無周期性驅(qū)動(dòng)力的情況下,單擺也不可能擺動(dòng)到最高點(diǎn)刀。根據(jù)能量守恒定律可以知道,擺錘會(huì)在鉛直平面上,在最大的擺角之間的范圍內(nèi),在單擺的軌跡中心兩側(cè)不停的擺動(dòng),擺到最高處速度為零,瞬時(shí)又會(huì)加速沿圓周擺下去,如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)。無阻尼的自由振動(dòng)只是一種理想情況,實(shí)際上系統(tǒng)振動(dòng)中不可避免的有阻力存在,因而自由振動(dòng)都是會(huì)衰減的,振幅將會(huì)隨時(shí)間的推移而逐漸減小,直到最后停止振動(dòng)。如果單擺在運(yùn)動(dòng)過程中遇到阻力,是不會(huì)產(chǎn)生周期運(yùn)動(dòng)的。由式.可知,在有阻尼無驅(qū)動(dòng)力的情況下,單擺的運(yùn)動(dòng)方程為:.單擺在有阻力的情況下,其運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于擺動(dòng)過程中阻尼的大小。表示系統(tǒng)阻尼狀態(tài)的量綱稱為相對阻尼系數(shù)。根據(jù)阻尼系數(shù)的大小,阻尼振動(dòng)可分為以下三種情況:,稱為欠阻尼狀態(tài)或弱阻尼狀態(tài);,稱為臨界阻尼狀態(tài);,稱為強(qiáng)阻尼狀態(tài);在有阻尼的情況下,單擺的擺幅將隨時(shí)間的延續(xù)而減小,即單擺為振幅逐漸減小的周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同時(shí),阻尼振動(dòng)的相繼振幅在彼此間存在著對數(shù)關(guān)系,系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及:作原理我們在重錘后端接上編碼器,就可以測量出這個(gè)偏轉(zhuǎn)角度的大小。通過轉(zhuǎn)變角度的關(guān)系,我們將零點(diǎn)與水平位置的夾角,轉(zhuǎn)換成了單擺的擺角,并將其準(zhǔn)確的測量了出來。絕對式編碼器作為一種測角位移的傳感器可以精確地測出偏轉(zhuǎn)的角度值。在未測量之前先通過塞規(guī)、水平儀對零點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)定位,重錘垂直靜止時(shí),讀取一次編碼器的值即為理論零點(diǎn)值。當(dāng)自動(dòng)定位裝置通過連接件套在工件上時(shí),由于工件裝央時(shí)零點(diǎn)的偏轉(zhuǎn),自動(dòng)定位裝置將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,從而使重錘左右擺動(dòng),其擺動(dòng)曲線如圖.所示。南‖“二.阻尼振蕩運(yùn)動(dòng)波形..求出擺動(dòng)中心值即工件的實(shí)際零點(diǎn)值。,然后與理論零點(diǎn)值相差,就可以得出工件零位的偏差角度。從圖.可以看出,在振蕩初期,其振幅幅度較大,衰減比較明顯;在振動(dòng)的后期,振幅減小的趨勢和幅度都較小,因此,振蕩的中心線偏離幅度也比較小。所以,我們將會(huì)延時(shí)一定的時(shí)間后再做抽樣,這樣所得的數(shù)據(jù)較為可靠。在對擺幅進(jìn)行采樣之后,我們將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,就可以得出幾組最大幅值和最小幅值,在此基礎(chǔ)之上求其平均值,就可以算得中心值的近似值。經(jīng)過分析,通過求滑動(dòng)平均值的方法得出的中心值滿足零位找正時(shí)所確定的誤差范圍。具體的數(shù)據(jù)處理方式是,將得到的左右擺幅的個(gè)最大點(diǎn),從第個(gè)到第一個(gè)做一次平均得到第一個(gè)中心偏差值:.,一■備以然后將第個(gè)點(diǎn)到第個(gè)點(diǎn)再做一次平均數(shù),得到第二個(gè)中心偏差值。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及作原理讀取、碼制的轉(zhuǎn)換、比較、儲(chǔ)存由單片機(jī)和存儲(chǔ)芯片共同完成。角度的運(yùn)算、處理、發(fā)送、顯示功能主要由單片機(jī)完成,配以總線的存儲(chǔ)芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀寫操作,最后由數(shù)碼管顯示出偏差角度。在該部分,單片機(jī)將編碼器送來的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成了具體的測量角度值。③無線通信部分無線通信部分將主控制部分測得的偏差角度通過無線通信模塊傳送到數(shù)控上而。目前,市場上常見的無線通信方式有藍(lán)牙、紅外線無線數(shù)字通信、等,但是、藍(lán)牙都是新興科技,市場上產(chǎn)品少、價(jià)格高。因此,在本裝置的設(shè)計(jì)中,我們采用的是一微功率無線傳輸模塊。與紅外線數(shù)字通信、藍(lán)牙、等無線傳輸方式相比,該模塊方向性好、抗干擾性強(qiáng)、模塊化程度高、結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用靈活、具有良好的通用性和可靠性。④信息處理部分信息處理部分主要是指機(jī)床端的數(shù)控部分,它把接收到的工件零點(diǎn)的偏差角度換算成脈沖個(gè)數(shù),最后補(bǔ)償?shù)郊庸こ绦蛑腥ァＴ谠摬糠?數(shù)控程序重新將單片機(jī)送來的角度值換算成了脈沖數(shù)。除了以上幾個(gè)主要的功能部分,三棱形自動(dòng)找『裝置還有以下的功能模塊:人機(jī)交互接口。三棱形軸孔工件的人機(jī)交互接口主要有功能按鈕和顯示兩部分。按鈕主要有五個(gè):復(fù)位、清零、設(shè)置、移位、修改。操作人員可以方便的對自動(dòng)找下裝置進(jìn)行相關(guān)的功能操作。顯示采用個(gè)數(shù)碼管顯示,單片機(jī)對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。電源低壓報(bào)警電路。三棱形軸孔工件自動(dòng)找正裝置由充電電池供電,以滿足該裝置移動(dòng)方便的需要。同時(shí)為保證工作下常,電源電路中配有電池電量檢測裝置和蜂鳴器,以便在電池電量不足,將會(huì)影響裝置征程工作的情況下,利用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)電壓低壓報(bào)警提示。..軟件組成將自動(dòng)找『系統(tǒng)的功能進(jìn)行模塊化定義,以此為基礎(chǔ)對其進(jìn)行模塊化的編程。其系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖.,主要有角度測量子程序、角度計(jì)算子程序、交互模塊子程序和通信模塊子程序組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及:作原理通信功能模塊子程序包括無線通信、串口通信以及檢錯(cuò)重發(fā)三個(gè)子程序,完成對數(shù)據(jù)的無線發(fā)送與接收,以及發(fā)送與接收過程中抗干擾的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)軟件的工作過程為:系統(tǒng)上電后,在重錘處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)讀取編碼器的值即理論零點(diǎn),并將其儲(chǔ)存在中。當(dāng)重錘左右擺動(dòng)時(shí)就進(jìn)行擺動(dòng)巾,;值的采樣,然后對采樣的幾組最大值和最小值進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換、比較,采用滑動(dòng)平均值的算法求出擺動(dòng)中心值并與與理論零點(diǎn)比較,計(jì)算出偏差角度值,再通過無線傳輸發(fā)送給數(shù)控端,數(shù)據(jù)發(fā)送完之后通過數(shù)碼管將偏差角度顯示出來。如果發(fā)送錯(cuò)誤就檢錯(cuò)重發(fā),而且程序增加了校驗(yàn)和的算法,保證了系統(tǒng)的抗干擾能力。其中讀取編碼器的時(shí)序圖如圖.所示。二玉:?,一臣玖三≥三艇巨圖.編碼器信號(hào)波形圖.該編碼器采用接,絕對位置值在主控者發(fā)出的時(shí)鐘脈沖控制下,從最高有效位丌始同步傳輸,當(dāng)沒有傳輸時(shí),時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線都為高電平。在時(shí)鐘信號(hào)的第一個(gè)下降沿,編碼器的當(dāng)前位置值被存儲(chǔ),在隨后的時(shí)鐘上升沿,存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被送出。.本章小結(jié)本章首先對三棱形軸孔工件數(shù)控磨床系統(tǒng)進(jìn)行了介紹,然后詳細(xì)論述了自動(dòng)找正裝置的基本原理,包括三棱形的曲線、對其零點(diǎn)找『的原因、找正方法以及數(shù)據(jù)處理的算法。然后詳細(xì)介紹了三棱形軸孔工件自動(dòng)找『裝置的硬件和軟件組成,以及系統(tǒng)采用的總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)精度誤差分析系統(tǒng)精度誤差分析.系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想以及前期測試結(jié)果..系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,多學(xué)科、多技術(shù)、多領(lǐng)域的相互交叉,相互滲透己成為一種發(fā)展趨勢,社會(huì)『朝著多學(xué)科、多領(lǐng)域、復(fù)合一體化方向發(fā)展,各種信息技術(shù)相互交織,密切聯(lián)系。三棱形軸孔工件自動(dòng)找『裝置就是一個(gè)多學(xué)科多技術(shù)的綜合體,它涉及到了機(jī)械設(shè)計(jì)、應(yīng)用物理、單片機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、軟件技術(shù)、電子電路等相關(guān)知識(shí)。它是綜合了數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。對于三棱形軸孔工件零位自動(dòng)找下裝置來說,它的設(shè)計(jì)主要遵循以下的設(shè)計(jì)原則】:①精度要求作為一種高精度測量裝置,自動(dòng)找正裝置的定位精度是最重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。能準(zhǔn)確的測量被測對象的狀態(tài)與參數(shù),是獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的前提和基礎(chǔ)。無法保證裝置的測量精度,任何的測量數(shù)據(jù)都毫無意義。②可靠性要求在復(fù)雜的車間加工環(huán)境下,測量裝置工作的可靠性是必須要考慮的因素。如何提高測量裝置的抗干擾性能以確保獲得數(shù)據(jù)的可靠性,是保證自動(dòng)找』下裝置穩(wěn)定工作的重要方面。③便攜性要求便攜性是本設(shè)計(jì)重要的方面。本裝置設(shè)計(jì)的一個(gè)主要目的就是降低工人在二件找『時(shí)的工作強(qiáng)度。因此,方便工人操作,提高工人在找正工件零點(diǎn)時(shí)的速度和效率,是本設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)思想之一。④經(jīng)濟(jì)性要求根據(jù)實(shí)際情況,經(jīng)濟(jì)性也是要具體考慮的方面。如果該裝置的成本高,價(jià)格昂貴,那么就難以獲得廣泛的應(yīng)用。因此,需要綜合考慮精度、可靠性、效率方面因素,在滿足各方面性能要求的前提下,合理設(shè)計(jì)系統(tǒng),合理優(yōu)化系統(tǒng),使本裝置具有較高的性價(jià)比。..系統(tǒng)要求通過對三棱形軸孔工件的加工工藝以及對相關(guān)的操作情況進(jìn)行分析,該自動(dòng)找正裝置需要滿足以下幾個(gè)方面的要求:①出于安裝方便和便攜性的目的;系統(tǒng)精度誤差分析再用塞規(guī)和高精度數(shù)顯傾角儀?對找正后角度偏差進(jìn)行校核,得到手動(dòng)找『和自動(dòng)找正后的角度誤差,分別為誤差值和誤差值,其測得的數(shù)據(jù)如下表.所示:..測試時(shí)間由人工通過秒表測得,其中自動(dòng)找正的測試時(shí)間為系統(tǒng)整個(gè)找正過程所用時(shí)問,包括偏差角度的找尋、數(shù)據(jù)的無線傳輸、上位機(jī)的處理。由上表的數(shù)據(jù)可以看出自動(dòng)找『系統(tǒng)對工件的零位找下后角度誤差范圍基本在.~.。之間,與手動(dòng)找正后的誤差.~.相比,測量精度得到了提高,但仍然不符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)由誤差值可以看出系統(tǒng)工作不夠穩(wěn)定,角度誤差存在波動(dòng)。而且自動(dòng)找正裝置對偏差角度進(jìn)行找正所要的時(shí)間較長,因?yàn)橐话闱闆r下熟練工運(yùn)用手動(dòng)找正的方法對工件零位進(jìn)行找正需要左右,而普通工人則需要左右,由此可見自動(dòng)找『僅僅比手動(dòng)找『快了二十秒左右,所以整個(gè)測試所需時(shí)問不在系統(tǒng)要求之內(nèi),不符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想。.硬件誤差分析根據(jù)三棱形軸孔工件自動(dòng)找『系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想,系統(tǒng)要求以及之前的測試結(jié)果,我們可以分析得出:系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度以及工作的穩(wěn)定可靠性性不符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想及要求。系統(tǒng)精度誤差分析②系統(tǒng)外部干擾系統(tǒng)外部干擾是旨部的各種因素竄入到系統(tǒng)內(nèi)所產(chǎn)生的干擾,外部干擾包括系統(tǒng)所處的工作環(huán)境的干擾,比如機(jī)床內(nèi)部高壓點(diǎn)火系統(tǒng),各種丌關(guān)類部件,各種感性負(fù)載電機(jī)類電器部件,各種電子控制單元等造成的干擾,還有來自加工車問內(nèi)的電磁干擾。在之前的設(shè)計(jì)中分別從硬件和軟件方面進(jìn)行了一些抗干擾設(shè)計(jì),但是效果欠佳,特別是無線傳輸過程中對無線信號(hào)的影響比較嚴(yán)重,所以仍然需要增加一些抗干擾的措施,對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和完善。.軟件誤差分析系統(tǒng)干擾自動(dòng)找『裝置工作在嘈雜的環(huán)境中,四周都有工作的機(jī)床、電動(dòng)機(jī)以及大型強(qiáng)電設(shè)備,對于電池供電的自動(dòng)找『裝置來說勢必會(huì)受到環(huán)境中強(qiáng)電的干擾。在之前的設(shè)計(jì)中我們采用的是校驗(yàn)和以及檢錯(cuò)重發(fā)的算法進(jìn)行軟件抗干擾,但是這種方法在測試的過程中效果不是太好,雖然自動(dòng)找正裝置與上位機(jī)通過無線模塊能夠『常的建立通信,但是在數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程中容易受環(huán)境的影響而變得不穩(wěn)定容易出錯(cuò),因此還需要對軟件抗干擾進(jìn)一步研究,尋找一種切實(shí)有效的抗干擾措施。角度算法隨著電子測量技術(shù)的發(fā)展和電子測量設(shè)備的普遍應(yīng)用,我們對測量儀器精度的要求也越來越高。在現(xiàn)有的設(shè)備基礎(chǔ)上,如何利用更好的算法以提高測量的精度是本課題研究的重點(diǎn)。目前,在重錘擺動(dòng)過程中,找出擺動(dòng)中心值的方法是通過等間隔采樣,將采樣到的點(diǎn)進(jìn)行比較后找出最大、最小幅值點(diǎn),然后通過求滑動(dòng)平均值的方法得出中心值。這種方法在現(xiàn)有條件下,基本能夠滿足對工件零點(diǎn)偏差角度快速、精確測量的要求。但是,在對采集的數(shù)掘進(jìn)行處理時(shí),滑動(dòng)平均值的算法也存在一定的誤差性,因此我們可以改進(jìn)算法,找到更加合理的處理方式來提高系統(tǒng)找正的精度。.本章小結(jié)本課題結(jié)合三棱形自動(dòng)找下裝置在測試中出現(xiàn)的具體問題以及測試數(shù)據(jù),并根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想以及系統(tǒng)要求分析了系統(tǒng)可能存在的硬件和軟件誤差。系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善通過對前期現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析找出系統(tǒng)可能存在的誤差,并根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況,制定了下面的一些系統(tǒng)硬件和軟件的改進(jìn)與完善措施,首先介紹硬件部分。.主從單片機(jī)選擇與設(shè)計(jì)..主從單片機(jī)的選擇因一單片機(jī)價(jià)格便宜,性價(jià)比高,同時(shí)又能滿足本系統(tǒng)的控制功能,所以在之前的自動(dòng)找『裝置設(shè)計(jì)中我們選用的是兩塊單片機(jī)共同作為控制器的方案‘。其中一塊用于數(shù)據(jù)比較分析、顯示、按鍵、無線通信、低壓報(bào)警等功能的實(shí)現(xiàn),另一塊用于執(zhí)行對數(shù)據(jù)的處理,包括采樣、碼制轉(zhuǎn)換、比較等功能。這種方案,雖然已經(jīng)基本滿足了我們的功能需要,但是,由于單片機(jī)的處理速度仍然限制了整個(gè)系統(tǒng)的處理速度,使得整個(gè)裝置還無法做到實(shí)時(shí)顯示、高速處理等功能,影響系統(tǒng)的定位精度和定位速度。所以,我們需要采用速度更高的芯片來實(shí)現(xiàn)快速處理、計(jì)算和實(shí)時(shí)顯示的功能。通過綜合對比分析了幾種常見的單片機(jī),最后我們選擇了性價(jià)比高的單片機(jī),因?yàn)榕c、單片機(jī)相比具有一系列的優(yōu)點(diǎn),用通俗的說法主要體現(xiàn)在這幾個(gè)方面‘:①在相同的系統(tǒng)時(shí)鐘下運(yùn)行速度最快,一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令,指令的執(zhí)行速度可達(dá);②所有單片機(jī)的、存儲(chǔ)器都可以反復(fù)燒寫、支持在線編程,入門費(fèi)用比較少;③片內(nèi)集成多種頻率的振蕩器、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)、上電自動(dòng)復(fù)位等功能,使得電路設(shè)計(jì)變得非常簡單;④除了并行/口輸入/輸出特性與的/輸出及三態(tài)高阻抗?輸入相同外,還設(shè)定與系列內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能相似,以便適應(yīng)各種實(shí)際應(yīng)用特性所需。只有才是真正的/口,能『確反映/口的輸入/輸出的真實(shí)情況;⑤片內(nèi)具有豐富實(shí)用的資源,如模數(shù)器、數(shù)模器,、通信口、豐富的中斷源、等等;⑥片內(nèi)采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)加密技術(shù),大大的提高了破解的難度以及產(chǎn)品的競爭力;⑦片內(nèi)空間大、品種多,引腳少的有腳,多的有腳等各種封裝,系統(tǒng)便件的改進(jìn)與完善Ⅸ/’’/八二/二王
丁】丁魁丁丁二二幽.外觀圖....系統(tǒng)主控制模塊設(shè)計(jì)主從單片機(jī)的工作主要有三大部分組成,角度測量部分、信號(hào)轉(zhuǎn)換與發(fā)送部分、信息接收與處理部分,同時(shí)還包括人機(jī)交互接、電源電路等功能塊,它們的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖.所示:互葛互圖.主從單片機(jī)控制模塊結(jié)構(gòu)框圖..系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善對角度的測量會(huì)產(chǎn)生較大的誤差;阻尼太大,有可能使擺動(dòng)快速停止而無法使抽樣至少遍歷一個(gè)擺動(dòng)周期,造成確定中心線位置的錯(cuò)誤。在角度測量部分,我們可以通過調(diào)整重錘的質(zhì)量來調(diào)節(jié)阻尼的大小。在經(jīng)過反復(fù)測試驗(yàn)證后我們得到最合適的擺長和重錘的質(zhì)量,其中重錘加工的材料我們選用鑄鐵,其結(jié)構(gòu)圖如圖.所示:/,//均/,///您驗(yàn)《絲\\\\\汐。..為了保證重錘的自由擺動(dòng),工件套筒與編碼器聯(lián)軸節(jié)之、白我們采用的是深溝球軸承,這樣的設(shè)計(jì)可以保證重錘在軸承問的自由擺動(dòng)。同時(shí)為了防止外界環(huán)境中的粉塵、鐵屑進(jìn)入到自動(dòng)找正裝置中,我們選用的是帶單面防塵罩的深溝球軸承.,可以防止外界壞境中的粉塵、鐵屑進(jìn)入到裝置中而造成裝置無法『常工作。其角度測量模塊結(jié)構(gòu)圖如圖.所示。系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善的一型號(hào)的絕對式磁電編碼器。磁電編碼器是一種新型的角度或者位移測量裝置,其原理是采用磁阻或者霍爾元件對變化的磁性材料的角度或者位移值進(jìn)行測量,磁性材料角度或者位移的變化會(huì)引起一定電阻或者電壓的變化,通過放大電路對變化量進(jìn)行放大,通過單片機(jī)處理后輸出脈沖信號(hào)或者模擬量信號(hào),達(dá)到測量的目的。其結(jié)構(gòu)分為采樣欄測和放大輸出兩部分,采樣檢測一般采用橋式電路來完成,有半橋和全橋兩種,放大輸出一般通過三極管和運(yùn)放等器件去實(shí)現(xiàn)。同傳統(tǒng)的光電式和光柵式編碼器相比,磁電式編碼器具有結(jié)構(gòu)簡單、抗振動(dòng)、抗腐蝕、抗污染、抗干擾和寬溫度、可靠性高的特性,可應(yīng)用于傳統(tǒng)的光電編碼器不能適應(yīng)的領(lǐng)域。同時(shí),由于三校形工件的參考零點(diǎn)是固定的,所以在自動(dòng)找『裝置中需要記錄下參考零點(diǎn)的位置,并在掉電時(shí)同樣具有記憶功能。所以,本設(shè)計(jì)中我們應(yīng)選用絕對式磁電編碼器。,精度高,特別是絕對值編碼器要求精度高,更磁電式編碼器可以做到體積適合用磁電編碼器。本設(shè)計(jì)中所采用的一型號(hào)的絕對式磁電編碼器的主要技術(shù)參數(shù)如下:編碼器型式:單圈絕對值型工作電壓:輸出格式:長線輸出輸出碼制:格雷碼分辨率:工作溫度:一,..。不結(jié)冰機(jī)械尺寸如下圖.:?,??.;?！?,、、。幽.編碼器機(jī)械尺寸..系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善一。:≮、、、凡::..編碼器模塊都為編碼器上的引腳..電路圖中接口與編碼器的接口相連。、都是差分電路,分別對兩個(gè)輸入信號(hào)之差進(jìn)行放大,如果存在干擾信號(hào),會(huì)對兩個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾,通過二者之差,干擾信號(hào)的有效輸入為零,這就達(dá)到了抗共模干擾、的目的。分別與單片機(jī)上的相應(yīng)引腳相連,將采集到的角度偏差信號(hào)送入單片機(jī),單片機(jī)首先要進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換。因?yàn)榻^對值編碼器只能記錄當(dāng)前的位置,而不能直接測量出角度,因此,要想測量出三棱形工件零點(diǎn)的偏差角度,還需要進(jìn)行比較和計(jì)算。本設(shè)計(jì)中絕對值編碼器轉(zhuǎn)一周,一共有個(gè)惟一的位置,其相鄰兩個(gè)位置之間的角度相差.。,所以,當(dāng)我們以一個(gè)位置作為。后,只要將另一個(gè)位置與零度位置做比較,就可以得兩個(gè)位置之日差的角度。前邊我們提到,在自動(dòng)找正三棱形工件的零點(diǎn)之前,需要確定參考零點(diǎn)。。在測得擺動(dòng)中心線位置。后。品與‘.。的位置值經(jīng)過格雷碼二進(jìn)制十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,利用式.便能得出偏差角度矽:.≯。一?！?”同時(shí)規(guī)定參考零點(diǎn)順時(shí)針偏移的角度為正,逆時(shí)針偏移的角度為負(fù)。.編程調(diào)試接口帶有接口,該接口符合標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能,支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能,通過接口可以實(shí)現(xiàn)對片內(nèi)、、熔絲位和鎖定位的編程。對器件進(jìn)行編程僅需要使用端口的四個(gè)引腳:、、系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善高時(shí)將芯片溫度控制在安全范圍內(nèi)。因?yàn)樾酒瑑?nèi)部集成有高精度的電壓比較器,而且精度可以達(dá)到%,所以可以精確設(shè)置恒流充電終止電壓。內(nèi)部的位/轉(zhuǎn)換電路,能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流,用戶可以最大限度地利用輸入電壓源的電流輸出能力,而不需要考慮最壞情況。充電電流的大小可以通過設(shè)置一個(gè)外部電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。在輸入電壓掉電時(shí),會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式,此時(shí)電池的電流消耗小于。其它功能還包括輸入電池溫度監(jiān)控、電壓過低鎖存、自動(dòng)再充電、電池低電壓時(shí)涓流充電以及狀態(tài)指示等。本設(shè)計(jì)中采用的是散熱增強(qiáng)型的管腳小外形封裝,其管腳排列如下圖.所示:‘’?！?”?圖.引腳排列....充電模塊的電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用四節(jié)的鎳氫電池供電,既能保證裝置的長時(shí)問工作,又避免了換電池的麻煩。要使系統(tǒng)能夠可靠安全的工作,必須確保電源的可靠,所以就必須設(shè)計(jì)出合理的充電模塊的電路圖。我們所設(shè)計(jì)的充電模塊的電路圖如下圖.所示:系統(tǒng)硬件的改進(jìn)與完善掉電的情況下,充電芯片將自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡民模式,電池端消耗的電流小于“,從而增加了待機(jī)時(shí)間。上述充電過程如圖.所示:..在對充電模塊設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng):①第管腳的充電電流設(shè)置電阻即要盡可能靠近,并且要使第管腳的寄生電容盡量小。②第管腳的旁路電容,第管腳的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)要盡可能靠近,連接第管腳的導(dǎo)線要盡量短。③一個(gè)散熱性良好的硬質(zhì)電路板對輸出最大充電電流尤為關(guān)鍵。集成電路產(chǎn)生的熱量通過封裝的金屬引線框管腳散到外面,上的銅層起著散熱片的作用,所以每個(gè)管腳尤其是管腳的銅層的面積應(yīng)盡可能大,同時(shí)多放置一些通孔也可以提高熱處理能力。在系統(tǒng)內(nèi)除了充電芯片以外的熱源也會(huì)影響充電芯片輸出的電流,在做系統(tǒng)布局時(shí)也要給以充分考慮。為了能夠獲得最大的充電電流,我們應(yīng)將芯片背面裸露的金屬板焊接到地端的銅線上,以達(dá)到最大的散熱性能。否則,會(huì)導(dǎo)致芯片的熱阻增大,而充電電流減小。根據(jù)以上注意事項(xiàng),我們設(shè)計(jì)的充電模塊的如下圖.所示:系統(tǒng)便什的改進(jìn)與完善在這樣的系統(tǒng)中要確保它們能準(zhǔn)確無誤的工作,就必須保證單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性,因此必須把硬件抗干擾問題作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的內(nèi)容。我們所采取的硬件抗干擾措施主要包括:①電源抗干擾設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中的電源是采用四節(jié)充電電池供電,而周圍數(shù)控設(shè)備的電子系統(tǒng)又是干擾源產(chǎn)生的主要來源,因此在設(shè)計(jì)電源部分時(shí),應(yīng)考慮周圍的強(qiáng)電設(shè)備對電池的影響。并對電源的輸入輸出部分采用一大一小電容進(jìn)行濾波處理,從而有效地提高了電源的穩(wěn)定性。②接口電路的抗干擾設(shè)計(jì)在綜合考慮各/接口的使用功能等因素后設(shè)計(jì)了使用/接口的外圍電路,在編碼器的通道上采用光電隔離器,這樣也可以阻擋很大一部分的干擾。③單片機(jī)抗干擾設(shè)計(jì)當(dāng)干擾信號(hào)作用到單片機(jī)及其外圍電路時(shí),單片機(jī)將受到嚴(yán)重影響,不能按『常狀態(tài)執(zhí)行程序,從而引起混亂。為此,本系統(tǒng)采用以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)來減少對單片機(jī)系統(tǒng)的干擾:時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是單片機(jī)正常工作的關(guān)鍵,如果時(shí)鐘信號(hào)受到干擾,單片機(jī)工作的時(shí)序就會(huì)發(fā)生紊亂,從而使整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)不能『常工作。因此在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí),為了提高抗干擾能力,我們采取的措施包括:時(shí)鐘電路盡量地靠近單片機(jī);晶振電路的電容性能穩(wěn)定,容量準(zhǔn)確并且盡量的遠(yuǎn)離發(fā)熱元件;用地線把晶振圈起來。人機(jī)交互通道的抗干擾設(shè)計(jì)人機(jī)交互通道的抗干擾設(shè)計(jì)主要是按鍵電路的抗干擾設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)電路中,為了確保按鍵信息準(zhǔn)確,我們采用了延時(shí)去抖動(dòng)措施,并采用連續(xù)多次采樣來判斷是否有按鍵按下,有效減少按鍵的誤操作。印刷電路板的布線以及元件的合理布局印刷電路板上元器件的布局應(yīng)該充分考慮抗干擾問題,符合器件之間電氣抗干擾小且易于散熱的原則,并且將模擬器件和數(shù)字邏輯器件部分合理的分丌,因此我們采用在充電芯片的下方設(shè)計(jì)適量的過孔,并將充電模塊與其他模塊分離開,在各個(gè)芯片的電源端增加一個(gè)去耦電容。.本章小結(jié)本章節(jié)完成了主控制部分單片機(jī)的重新選擇設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)采集部分的角度測量模塊的完善,并說明了它們在自動(dòng)找正裝置中所完成的各項(xiàng)功能。接著設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件的改進(jìn)與完善系統(tǒng)軟件的改進(jìn)與完善.系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計(jì)..系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能根據(jù)上一章節(jié)對三棱形軸孔工件自動(dòng)找正裝置硬件的改進(jìn)設(shè)計(jì)和完善,我們在對該裝置進(jìn)行相應(yīng)軟件改進(jìn)與完善時(shí),應(yīng)做出以下的功能調(diào)整:①進(jìn)行角度的測量時(shí),能夠由絕對值編碼器快速準(zhǔn)確的找出擺動(dòng)過程中的擺幅最大最小值。②從控制部分能夠?qū)y得角度進(jìn)行『確的處理,包括碼制轉(zhuǎn)換、比較等功能,并將其處理的結(jié)果儲(chǔ)存起來,通過置標(biāo)志位使主控制部分進(jìn)行下一步處理。③按照無線通信模塊的硬件要求,初始化通信串,『確的設(shè)定通信協(xié)議,建立通信鏈路,以保證自動(dòng)找『裝置和上位機(jī)數(shù)控端通過無線通信模塊能正確的傳輸數(shù)據(jù)。④主控制部分能完成初始化、計(jì)算、存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示等功能。⑤在無線傳輸過程中,能完成數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。..軟件編程語言的選擇因?yàn)閰R編語言‘具有占用資源少、程序執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn),所以在之前的三棱形軸孔工件自動(dòng)找『裝胃的軟件設(shè)計(jì)中,我們采用匯編語言‘編程,但匯編語言‘針對不同的操作系統(tǒng)平臺(tái),不同的微控制器,指令都是完全不同的,即使指令相似,也不具有可移植性,而且匯編語言的程序需要借助微控制器的指令手冊以及各個(gè)寄存器的說明才能讀懂,所以維護(hù)和修改起來也很困難。而語言屬于高級語,具有可移植性,能夠結(jié)構(gòu)化編程,使用標(biāo)準(zhǔn)語言的程序,幾乎都可以不作改變移植到不同的微機(jī)平臺(tái)上,對于嵌入式等的微控制芯片,屬于標(biāo)準(zhǔn)語言的部分也很少需要修改,而且程序很容易讀懂,便于維護(hù)和修改。所以在自動(dòng)找正裝譴的軟件設(shè)計(jì)中,我們采用語言在平臺(tái)下進(jìn)行編程丌發(fā)。在數(shù)控端對偏差角度的最終處理,我們采用.作為編程的語言、.語言是當(dāng)前最流行、最實(shí)用、最完善的一種計(jì)算機(jī)高級程序設(shè)計(jì)語言,它具有豐富的數(shù)據(jù)庫類型和各種運(yùn)算功能,帶有龐大的函數(shù)庫和類庫,既支持面向過程的程序設(shè)計(jì),又支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)。.語言既有強(qiáng)大的功能,又有很高的效率,同其他的高級語言相比較,它在信號(hào)處理、計(jì)算量等方面更具優(yōu)勢。同時(shí),.還提供了功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)庫,因此,使』月范圍極廣,微處理機(jī)、工作站、操作系統(tǒng)組件以及應(yīng)用程序等一般都支持.語言。通過.語言編寫的程序,不僅移植性好,而且基本上不用系統(tǒng)軟件的改進(jìn)與完善/???、?五:始丫廣;數(shù)露處躞?????。。。。。;。數(shù)~薪一:..從機(jī)程序首先對單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘模塊、、定時(shí)器和用到的/端口等進(jìn)行初始化,然后讀取編碼器擺動(dòng)時(shí)采集到的數(shù)據(jù),通過碼制轉(zhuǎn)換將格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù),接著對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并通過將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在中,最后將擺動(dòng)標(biāo)志位置位,等待下一次找零。.主從單片機(jī)之間的通訊設(shè)計(jì)..通訊協(xié)議本設(shè)計(jì)中主從單片機(jī)之、白是通過進(jìn)行通訊自勺?？偩€是一種由公司自主丌發(fā)的兩線式串行總線,用于連接微控制器及其外圍設(shè)備,是微電子通信控制領(lǐng)域中廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)它是同步通信的一種特殊形式,具有接口線少,器件封裝形式小,控制簡單,通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)?？偩€可以連接多于一個(gè)能控制總線的器件到總線上,它利用兩根信號(hào)線來實(shí)現(xiàn)器件之間地址和數(shù)掘信息的傳遞。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖.所示。圖.總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖..系統(tǒng)軟件的改進(jìn)與完善訂廠一、廠可一圖.總線起停條件..總線在起始條件后被認(rèn)為處于忙的狀態(tài),在停止條件的某段時(shí)’白后,總線被認(rèn)為再次處于空閑狀態(tài)。如果產(chǎn)生重復(fù)起始條件而不產(chǎn)生停止條件,總線會(huì)一直處于忙的狀態(tài)。此時(shí)的起始條件和重復(fù)起始條件在功能上是一樣的。起始和停止信號(hào)的程序如下:;;;?;;;;?;;?;;;一;?;②數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送到線上的每個(gè)字節(jié)必須為位。每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制。每個(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)響應(yīng)位。數(shù)據(jù)的傳輸是從數(shù)據(jù)的最高位開始。數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)序遵循圖.所示的格式。系統(tǒng)軟件的改進(jìn)與完善;;?;;③響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng)。總線數(shù)據(jù)傳送時(shí),每成功傳輸一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后,接收器都必須產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)信號(hào)。相關(guān)的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生。在響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖期問,發(fā)送器釋放線。在響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖期,接收器必須置低,并且使線在這個(gè)時(shí)鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平,同時(shí)建立和保持時(shí)間。如圖.所示:八二二::二二廠~。。、寸??????一????弋二了\?一樸、廠八/八一/八廠八:十黛患刪器總』嘉意圖.總線的響應(yīng)..應(yīng)答信號(hào)程序如下:;?;;;;;.數(shù)據(jù)讀取與數(shù)據(jù)處理模塊程序設(shè)計(jì)..數(shù)據(jù)讀取模塊本設(shè)計(jì)中角度的測量主要靠編碼器來實(shí)現(xiàn),為了提高測量的穩(wěn)定可靠性,我們將位分辨率的編碼器換成位的。單片機(jī)采用普通/口模擬時(shí)鐘信號(hào)的方法與絕對式編碼器通信,讀取位置信息。將從機(jī)硬件設(shè)置為輸出系統(tǒng)軟件的改進(jìn)與完善“”;;//日寸鐘信號(hào)拉高,編碼器處于等待狀態(tài);;//延時(shí),確保兩次相鄰數(shù)據(jù)讀取問//隔以上“”;://數(shù)據(jù)往右撥回一位..數(shù)據(jù)處理模塊絕對式編碼器輸出的是格雷碼,在得到偏差角度之前必須先將格雷碼轉(zhuǎn)換成示,本節(jié)重點(diǎn)介紹碼制轉(zhuǎn)換和擺動(dòng)中心值的求解:習(xí)翠叵匡??????????了????一?。臣匹主蘭至蘭皇些堅(jiān)..①碼制轉(zhuǎn)換抽樣結(jié)束后首先要對抽樣的幾組數(shù)據(jù)進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換。其中碼制轉(zhuǎn)換的程序如下:系統(tǒng)軟件的改進(jìn)與完善允∑以丑【叫其中:口,為加權(quán)系數(shù),以?口以,?‘口萬丁’即:?’仁六磊、丑歸一化的加權(quán)平均值法,加權(quán)值為口,,∈,Ⅳ。由數(shù)據(jù)丑,∈,Ⅳ】可以得到幾組峰值的平均值:’’肛吉,善、丑計(jì)算每一個(gè)峰值相對于均值旯的偏差量△以:.△丑一九,∈,Ⅳ,,∈,Ⅳ,即:將偏差量△丑帶入權(quán)值函數(shù)廠五,作歸一化處理得到廠△由歸一化的偏差量得到加權(quán)值以,,∈,:云:壘竺以.????./?,,∑∈¨Ⅳ由權(quán)值得到最終的平均值丑,即:∑丑術(shù)其中:可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求來選取。在本設(shè)計(jì)中我們根據(jù)精度要一’求選擇廠△丑寺?‘瓦。歸一化的加權(quán)平均值算法在處理數(shù)據(jù)時(shí)利用計(jì)算數(shù)據(jù)的加權(quán)值來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合中誤差的引入,該算法相比經(jīng)典的最小二乘法、最大似然估計(jì)算法計(jì)算量降低,與普通的直接平均值算法、滑動(dòng)平均值算法以及一般的加權(quán)平均值法相比提高了測量精度。其中加權(quán)值計(jì)算方法的靈活性能夠滿足不同應(yīng)用背景的要求。本設(shè)計(jì)中我們采用歸一化的加權(quán)平均值算法,首先對編碼器采集到的四組最大最小