【正文】 1 1 中文 3126 字 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制流水線設(shè)計(jì) 凌希裴 ，陳鵬，靖國， 李燕 文 210042 江蘇南京 ， 南京師范大學(xué) ， 電氣與自動化工程學(xué)院 電子郵件： ， @ 摘要 ： 通過采用電子化和智能化技術(shù)，本文實(shí)現(xiàn)了力學(xué)和電子產(chǎn)品流水線包裝控制的有效整合。要達(dá)到這個目的，步進(jìn)電機(jī)是由一個單片微型計(jì)算機(jī)（ SCM）式STC89C516RD+的控制。一旦 LJJT02的光電開關(guān)型檢測產(chǎn)品合格，信號給出了以供應(yīng)鏈管理為指導(dǎo)的步進(jìn)電機(jī)。此外，剪刀用于切斷包裝 帶，這是由 HRS4HSDC5V的繼電器類型實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)的有效性。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)（ SCM） ； 步進(jìn)電機(jī) ； 驅(qū)動芯片 ； 接力 1 引言 在 20世紀(jì) 50年代到 70年代，隨著電子和合成化學(xué)品的快速發(fā)展， 對用 合成材料作為包裝材料的一系列新的包裝技術(shù)和設(shè)備 有很大的影響 。例如 ， 有高速自動包裝機(jī)的機(jī)電一體化， 容易操作的 多功能包裝機(jī) 和 高生產(chǎn)率 的 自動包裝機(jī)。這些機(jī)器使包裝機(jī)械行業(yè) 成為被 看好的機(jī)械制造行業(yè)。雖然早在 20世紀(jì) 50年代中期 就 已經(jīng)有一些包裝機(jī)械廠 出現(xiàn) 在中國， 然而 生產(chǎn)率很低。在改革開放之初，許多食品機(jī)械和 包裝機(jī)械被介紹到中國，極大地促進(jìn)了行業(yè) 發(fā)展 。 20世紀(jì) 80年代后期，國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 對 包裝機(jī)的需求量很大。而與此同時(shí)，很多傳統(tǒng) 的 用于 生產(chǎn) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 的工廠 ，開始生產(chǎn)包裝機(jī)械。在 1997年底，包裝機(jī)械制造廠的數(shù)目已增至 1600個左右 ，并有大約75個研究機(jī)構(gòu)從事包裝機(jī)械的研究和開發(fā)。更重要的是，大約有 21所高校 引入 關(guān) 于包裝機(jī)械 的專業(yè) 。 因此 ，該行業(yè)在中國 不僅要推進(jìn) ， 還 應(yīng)進(jìn)一步提高。 未來具有微電腦和機(jī)電一體化的 包裝機(jī)械將呈現(xiàn) 增長的趨勢。一個完整的機(jī)電一 2 體化系統(tǒng)是一個系統(tǒng)集成 multidisciplines， 如機(jī)械 、 微 電子計(jì)算機(jī)和傳感器。它帶來了深刻的變化， 通過 設(shè)計(jì) 、 制造和包裝機(jī)械的控制和改變 更快速地開發(fā) 。 事情應(yīng)該 這樣 做才能提高包裝機(jī)械，機(jī)電一體化，產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性的水平，因此，現(xiàn)代包裝產(chǎn)業(yè)將 會進(jìn)一步得到 改善。 在這項(xiàng)工作中，我們 在 模擬包裝流水線的基礎(chǔ)上 ， 由單片機(jī) 驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)控制。首先我們介紹的 是 硬件電路的整體設(shè)計(jì)和硬件的主要連接，然后描述了軟件設(shè)計(jì)和編程 過程 ，最后我們證明了產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的可行性，以及 對 包裝機(jī)械 未來的展望 。 2 硬件電路設(shè)計(jì) 總體電路設(shè)計(jì) 為了便于實(shí)驗(yàn)， 用剪刀和發(fā) 光二極管代替部分由 步進(jìn)電機(jī) 控制 的 器 件 。 當(dāng)發(fā)光二極管 發(fā) 光，這意味著相應(yīng)的端口輸出高電平。 如果 他們不 亮 ，這意味著相應(yīng)的端口輸出低電平。一種光電開關(guān)被安裝在傳送帶上 ， 如果沒有產(chǎn)品通過時(shí)，光電開關(guān)的紅外線接收器和發(fā)射設(shè)備被關(guān)閉，并且輸出為高電平。如果某些對象被傳遞，紅外線被中斷，它會立即輸出一個負(fù)脈沖。一旦單片機(jī)的輸入端口檢測 到 光電開關(guān)傳輸?shù)呢?fù)脈沖，單片機(jī)的輸出端會產(chǎn)生由程序控制的特殊電平，傳輸?shù)津?qū)動芯片，使步進(jìn)電機(jī)工作。當(dāng)包裝的時(shí)間到了，單片機(jī)輸出脈沖信號 給 繼電器，使剪刀接近，切斷包裝帶。在這之 后，剪刀再次打開， 等待下一次的行動。 主要組件 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一臺 將 電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移 的機(jī)器 。步進(jìn)電機(jī)可以作為一個特殊的電機(jī)，用于控制其他機(jī)器 。 因?yàn)槠湔`差將不會被累積 ，所以 被廣泛應(yīng)用于各種開環(huán) 控制電路 。 STC89C516RD+ SCM 是單片微型計(jì)算機(jī)的縮寫，其也被稱為微控制器。它是一種半導(dǎo)體芯片，集成了 CPU， ROM， RAM， I / O接口，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)和其他一些部件 3 3 于一身 ，構(gòu)成了一個完整的數(shù)字計(jì)算機(jī)。目前 該 供應(yīng)鏈管理已成功應(yīng)用于智能儀表，機(jī)電設(shè)備，過程控 制，數(shù)據(jù)處理，自動檢測，家用電器和其他一些領(lǐng)域。在本設(shè)計(jì)中，我們使用了宏景科技公司生產(chǎn) STC89C516RD+。 STC89C516RD+的 工作電壓 為 5V，工作 頻率 范圍為 080MHz，其實(shí)際的工作頻率 一般為 48MHZ。 L297 為了簡化 外圍 電路，在此設(shè)計(jì)中，我們采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片 L297來驅(qū)動它。 L297 是步進(jìn)電機(jī) 的 一個專用控制器。它 不僅 可以生成四個控制信號 ，還 可以控制兩相雙極和四相單極步進(jìn)電機(jī)。 L297為 20引腳塑料雙列直插 器件 。 繼電器 一 個 中繼被稱為一個開 關(guān) ， 它關(guān)閉 時(shí)可 在特殊條件下打開。繼電器的開關(guān)特性已被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)，尤其是在離散控制系統(tǒng)。在這個設(shè)計(jì)中，我們選擇電壓繼電器 HRS4HSDC5V， 這是常用的電路保護(hù)器件 ，它可以提供 過壓保護(hù) 和 低壓閉鎖。 HRS4HSDC5V的施加電壓為 5V，它的吸合電壓 為 。 主設(shè)備的 連接 單片機(jī)與 L297之間的連接 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片 L297，它只需要輸入的時(shí)鐘，方向和模式信號是有效的。因此，在軟件編程的過程中，應(yīng)該做的唯一一件事就是從單片機(jī)的 口產(chǎn)生高低電平交替的脈 沖。與此同時(shí)，根據(jù)控制轉(zhuǎn)向和模式，使 或符合要求的狀態(tài)。 理論上 L297可以直接連接，但實(shí)際上微控制器的負(fù)荷使 P1口的輸出電壓低且不穩(wěn)定。系統(tǒng)不能識別的高低電壓之間的過渡，因而 不能輸出理想的脈沖到 L297。為了解決這個問題，我們使用電壓跟隨器來連接單片機(jī)的輸出端口。它們可以維持和穩(wěn)定電壓。電壓跟隨器具有良好的抗干擾性，并且可以穩(wěn)定地輸出，因此它可以使電壓達(dá)到其驅(qū)動電路的標(biāo)準(zhǔn)。 4 L297與步進(jìn)電機(jī)之間的連接 7904 是一個普通的門電路芯片，它由 四個 AND 門構(gòu)成。 IRLZ44N 是增強(qiáng)型NMOS器件。 單片機(jī)與繼電器之間的連接 原則上單片機(jī)的輸出端口可以直接連接到繼電器，但實(shí)驗(yàn)中單片機(jī)的輸出信號實(shí)際上是非常不穩(wěn)定的。由于負(fù)載的原因， ，因此它不能驅(qū)動繼電器。為了解決這個問題，我們使用光電耦合器來驅(qū)動繼電器。光電耦合器具有良好的抗干擾性能，可以解決輸出的問題，這使得電路變得可靠。繼電器 VCC 為 12V，當(dāng)單片機(jī) ，由于繼電器的作用，開關(guān)打開；當(dāng) ，開關(guān)閉合。 3 軟件設(shè)計(jì) 程序流程 當(dāng)沒有物體通過時(shí)，光電開關(guān)輸出高電壓。一旦某些物體被檢測到，這個光電開關(guān)的輸出立即產(chǎn)生一個下降沿信號，并將其輸入到單片機(jī)的 口。然后單片機(jī)輸出的信號給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器芯片的三個控制端口： CLK（ ）， CW（ ）， HALF（ ），以此來控制步進(jìn)電機(jī)的工作。我們可以通過單片機(jī)定時(shí)器設(shè)定具體的包裝時(shí)間。包裝完成后，從 口產(chǎn)生低電壓使繼電器立即導(dǎo)通，然后再次關(guān)閉打開的開關(guān)。這樣就完成切割包裝帶的工作。 編程 本設(shè)計(jì)中的程序是用 C語言編寫的。 C語言與匯編語言相比具有較靈 活，方便和緊湊的優(yōu)點(diǎn)。更重要的是它可以在一個大的領(lǐng)域中應(yīng)用，具有良好的便攜性。我們選擇 Keil C集成開發(fā)環(huán)境，它具有 Windows 界面，有效地生成目標(biāo)代碼的特點(diǎn)。大多數(shù)匯編語言代碼生成非常緊湊，易于理解。然后，該程序是由具有操作方便的 ISP，STC軟件下載到單片機(jī)的。主程序如下所示： Void main () 5 5 { ports()。 Time()_init()。 Whi