機(jī)械裝備虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)及實(shí)例分析 課件 第11章 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

第十一章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造目錄CONTENTS11.1

單片機(jī)簡介11.1.1單片機(jī)的基本機(jī)構(gòu)11.1.2單片機(jī)的開發(fā)11.1.3Arduino的簡介及構(gòu)成11.1.4ArduinoIDM軟件的安裝與使用11.1.5Arduino代碼編寫11.2監(jiān)測(cè)與控制模塊與接口設(shè)計(jì)11.3液壓支架虛擬監(jiān)控案例第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3數(shù)據(jù)信息知識(shí)數(shù)字孿生采集、存儲(chǔ)和分析處理、整合構(gòu)建、應(yīng)用

數(shù)字孿生與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)物理實(shí)體監(jiān)測(cè)、優(yōu)化第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3

數(shù)字孿生與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)特性實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)智能閉環(huán)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)采集與傳輸控制與反饋故障監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1單片機(jī)簡介戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造4單片機(jī)集成電路芯片第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.1單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造5第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.2單片機(jī)的開發(fā)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造6編寫程序：使用C語言或匯編語言編寫程序代碼編譯和調(diào)試：使用編譯器將程序代碼編譯成機(jī)器碼，并在仿真器或開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試燒錄程序：將編譯好的程序燒錄到單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中連接外部設(shè)備：通過I/O端口或通信接口將單片機(jī)與傳感器、顯示器、按鍵等外部設(shè)備連接運(yùn)行和測(cè)試：啟動(dòng)單片機(jī)，運(yùn)行程序，并測(cè)試其功能是否符合預(yù)期32145第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.3Arduino的簡介及構(gòu)成戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造7Arduino板開源硬件平臺(tái)單片機(jī)ArduinoUno微控制器：通常使用ATmega系列單片機(jī)，如ATmega328。數(shù)字I/O引腳：用于數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出。模擬輸入引腳：用于模擬信號(hào)的輸入。電源引腳：提供電源輸入和輸出。串行通信接口：用于與計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行串行通信。ATmega328第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.3Arduino的簡介及構(gòu)成戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造8ArduinoIDE開源軟件平臺(tái)單片機(jī)ArduinoIDELinuxmacOSWindows硬件原理圖A電路圖BIDE軟件C核心庫文件D開源第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.4ArduinoIDM軟件的安裝與使用戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9Arduino官方網(wǎng)站（https://www.arduino.cc/en/Main/Software）第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.5Arduino代碼編寫戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造10setup()函數(shù)在程序啟動(dòng)時(shí)只執(zhí)行一次，用于初始化變量、設(shè)置引腳模式以及其他一次性的配置操作loop()函數(shù)會(huì)一直循環(huán)執(zhí)行，直到程序停止運(yùn)行。在這個(gè)函數(shù)中,您可以編寫控制邏輯和讀取/寫入引腳的代碼C/C++編程loop()函數(shù)setup()函數(shù)第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.5Arduino代碼編寫戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造11LiquidCrystallcd(12,11,5,4,3,2);//初始化LCD顯示屏voidsetup(){lcd.begin(16,2);//設(shè)置LCD顯示屏的列數(shù)和行數(shù)lcd.print("Hello,world!");//在LCD顯示屏上顯示文本}voidloop(){lcd.setCursor(0,1);//在第二行顯示當(dāng)前時(shí)間lcd.print(millis()/1000);//顯示程序運(yùn)行時(shí)間(秒)delay(1000);//延遲1秒}在這個(gè)示例程序中，我們使用了LiquidCrystal庫來控制一個(gè)16x2字符的LCD顯示屏。在loop()函數(shù)中，我們使用lcd.setCursor()函數(shù)將光標(biāo)移動(dòng)到LCD顯示屏的第二行，然后使用lcd.print()函數(shù)顯示程序運(yùn)行的時(shí)間(以秒為單位)。最后，我們使用delay(1000)函數(shù)暫停程序1秒鐘,以便觀察結(jié)果。在setup()函數(shù)中，我們初始化了LCD顯示屏，并在其上顯示了“Hello,world!”的文本。第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.1.5Arduino代碼編寫戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造12讀取和控制數(shù)字/模擬引腳與各種傳感器通信控制步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)與計(jì)算機(jī)或手機(jī)通過WiFi或藍(lán)牙模塊通信目錄CONTENTS11.2

控制和監(jiān)測(cè)模塊與接口設(shè)計(jì)11.2.1動(dòng)作控制系統(tǒng)11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)11.2.3虛擬通道建立

11.1單片機(jī)簡介11.3液壓支架樣機(jī)的監(jiān)測(cè)和控制實(shí)例第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.1動(dòng)作控制系統(tǒng)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.1動(dòng)作控制系統(tǒng)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造4電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)邏輯控制表L289N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊digitalWrite(IN1,HIGH);digitalWrite(IN2,LOW);analogWrite(INl,per);digitalWrite(IN2,0);//數(shù)字命令直接控制第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.1動(dòng)作控制系統(tǒng)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造5直線舵機(jī)直線舵機(jī)指令包格式第2章題目11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造6MISO（MastInSlaveOut）：主設(shè)備輸入/從設(shè)備輸出引腳。該引腳在從模式下發(fā)送數(shù)據(jù)，在主模式下接收數(shù)據(jù)。MOSI(MastOutSlaveIn)：

主設(shè)備輸出/從設(shè)備輸入引腳。該引腳在主模式下發(fā)送數(shù)據(jù)，在從模式下接收數(shù)據(jù)。SCLK(時(shí)鐘信號(hào))：串行時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生。CS/SS：從設(shè)備片選信號(hào)，由主設(shè)備控制。第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造7ADXL345傳感器ADXL345是一款小而薄的低功耗三軸加速度計(jì)，可通過SPI或IIC數(shù)字接口訪問。引腳說明第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造8ADXL345傳感器連接對(duì)應(yīng)

digitalWrite(CS,LOW);//選中片選信號(hào)

SPI.transfer(address);//發(fā)送地址

for(inti=0;i<numBytes;i++)//從address開始讀取數(shù)據(jù)

{

values[i]=SPI.transfer(0x00);

}

digitalWrite(CS,HIGH);//釋放片選引腳主要功能代碼：SPI通訊方式第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9JY901（九軸）姿態(tài)角度傳感器引腳說明第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造10IIC通訊方式JY901——ArduinoUNO；VCC——VCC；SCL——SCL；SDA——SDA；GND——GND。連接對(duì)應(yīng)主要功能代碼JY901.GetAngle();

//JY901獲取角度

Serial.print((float)JY901.stcAngle.Angle[0]/32768*180);

//在串口X軸偏轉(zhuǎn)角度

Serial.print((float)JY901.stcAngle.Angle[1]/32768*180);

//在串口Y軸偏轉(zhuǎn)角度

Serial.print((float)JY901.stcAngle.Angle[2]/32768*180);

//在串口軸偏轉(zhuǎn)角度

delay(50);

//打印間隔50ms第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造11分體式紅外對(duì)射開關(guān)工作原理1）發(fā)射器發(fā)射一束紅外光束，該光束通常是一個(gè)窄的、集中的光束。2）接收器接收紅外光束，并通過內(nèi)部的光電二極管檢測(cè)光束的狀態(tài)。3）當(dāng)紅外光束被阻擋或中斷時(shí)，接收器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，表示開關(guān)狀態(tài)為"開"。4）當(dāng)紅外光束不被阻擋或中斷時(shí)，接收器不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)，表示開關(guān)狀態(tài)為"關(guān)"。第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.2.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造12使用方法：根據(jù)其原理，只需判斷其輸出高低的狀態(tài)，高低狀態(tài)通過串口打印0/1判斷。voidhongwai_Sent(){

Serial.print(digitalRead(hongwai),BIN);

//讀取紅外對(duì)射輸出引腳的電平高低狀態(tài)

if(digitalRead(hongwai)==LOW)

{

Serial.print("0");

//表示接收端不在發(fā)射端的對(duì)射范圍

}

else

{

Serial.print("1");

//表示接收端在發(fā)射端的對(duì)射范圍

}}代碼實(shí)現(xiàn)：第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造111.2.3通道建立方法1.在Unity3D中選擇“AssetStore”2.搜索框中輸入“Ardity”，下載安裝第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1交互方法連接方式：Arduino開發(fā)板與上位機(jī)之間通過USB通信線纜連接Unity3D與開發(fā)板通過Ardity進(jìn)行通信。在虛擬監(jiān)控系統(tǒng)中根據(jù)需要通信的串口個(gè)數(shù)，利用Ardity中的預(yù)制體建立多個(gè)串口通信對(duì)象，對(duì)每個(gè)串口對(duì)象進(jìn)行配置，包括串口編號(hào)PortName以及波特率BaudRate。目錄CONTENTS11.1

單片機(jī)簡介11.2

監(jiān)測(cè)與控制模塊與接口設(shè)計(jì)11.3

液壓支架樣機(jī)監(jiān)測(cè)與控制實(shí)例11.3.1單機(jī)運(yùn)動(dòng)控制11.3.2液壓支架虛擬檢測(cè)11.3.3運(yùn)動(dòng)方式與控制方法第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1液壓支架樣機(jī)組成以控制邏輯第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)11.3.1單機(jī)運(yùn)動(dòng)控制戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1模型導(dǎo)入父子關(guān)系設(shè)置第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技11.3.1單機(jī)運(yùn)動(dòng)控制戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1第11章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技11.3.1單機(jī)運(yùn)動(dòng)控制戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1部分程序如下：1)voidHuBangBanFunction(floatHuBangBanRotAngle){XiaoZhou_DingLiang_HuBangBan.localRotation=newQuaternion(0,0,Mathf.Sin((HuBangBanRotAngle-HuBangBanOriginalAngle)*Mathf.PI/360),Mathf.Cos((HuBangBanRotAngle-HuBangBanOriginalAngle)*Mathf.PI/360));}2)voidTuiYiYouGangShenChangFunction(floatTuiYiDistance){TuiYiYouGangDing.localPosition=newVector3(-100f+TuiYiDistance,0f,0f);}3)voidYiJiaFunction(floatDiZuoQianYi){this.transform.position=newVector3((oldx+DiZuoQianYi),oldy,oldz);TuiYiYouGangDing.localPosition=newVector3(-55f-DiZuoQianYi,0f,0f);}4)voidSiLianGanLianDong(floatHouLianGanRotAngle){HouLianGanRotAngle=HouLianGanQingAngle-HouLianGanOriginalAngle;QianLianGanRotAngle=QianLianGanQingAngle-QianLianGanOriginalAngle;LeftLiZhuDing.localPosition=newVector3(0f,0f,-DiZuoLiZhuShenChang-169.5f);RightLiZhuDing.localPosition=newVector3(0f,0f,-DiZuoLiZhuShenChang-169.5f);}5)voidDingLiangCeHuFounction(floa