【正文】 ............. 7 3 供給系統(tǒng)帶傳動(dòng)的調(diào)速 ................................................................................................ 9 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與動(dòng)態(tài)特征 ................................................................. 9 步進(jìn)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成 .................................................................. 9 步進(jìn)電機(jī)的選用 ................................................................................... 10 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 ........................................................................... 11 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 ............................................................................ 11 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制與調(diào)速 .............................................................................. 12 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成 ................................................................... 12 步進(jìn)電機(jī)的速度控制 ........................................................................... 13 4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析 ............................................................................................. 15 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) .............................................................................................. 15 AT89S52 單片機(jī)的選用 .................................................................................. 16 89S52 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) ........................................................................ 16 AT89S52 單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) ............................................................ 18 系統(tǒng)的硬件分析與擴(kuò)展 .................................................................................. 20 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) ................................................................................... 20 顯示電路設(shè)計(jì) ....................................................................................... 21 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ................................................................................... 22 II 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ............................................................ 22 硬件系統(tǒng)的合成 .............................................................................................. 23 系統(tǒng)的 抗干擾設(shè)計(jì) .......................................................................................... 24 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分析 .................................................................................................. 25 編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用程序的基本方法 .................................................................. 25 飼料供給系統(tǒng)程序流程 .................................................................................. 26 結(jié) 論 ............................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 30 附錄一 系統(tǒng)軟件程序 ................................................................................................... 31 附錄二 系統(tǒng)總電路圖 ................................................................................................... 37 附錄三 總電路 PCB 板圖 ............................................................................................... 38 致 謝 ................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 目前我國(guó)受諸多因素的影響，我國(guó)的智能控制技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，利用率也不高。 課題的研究意義 傳統(tǒng)的動(dòng)物飼養(yǎng)絕大多數(shù)是人類(lèi)直接進(jìn)行的，飼養(yǎng)設(shè)備大部分是人工控制的，造成了人力的大量浪 費(fèi)，同時(shí)可靠性也有待于進(jìn)一步的提高。操作者首先在 鍵盤(pán)上按下設(shè)定時(shí)間鍵，鍵入電機(jī)旋轉(zhuǎn)的天津工程師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 時(shí)間，時(shí)間數(shù)值會(huì)在數(shù)碼管上顯示，如果時(shí)間設(shè)定完畢，再按下速度設(shè)定鍵，根據(jù)飼養(yǎng)者自己的意愿，可以在電機(jī)的允許范圍內(nèi)任意設(shè)定旋轉(zhuǎn)速度，在數(shù)碼管上顯示出規(guī)定時(shí)間內(nèi)電機(jī)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，時(shí)間每過(guò)一秒，電機(jī)減慢一定速度，直到時(shí)間為零、電機(jī)停止。 圖 11 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 報(bào)警 電路 單片機(jī)控制電路 電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn) 鍵盤(pán) 輸入 顯示 電路 天津工程師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 飼料自動(dòng)供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)分 析 供給控制系統(tǒng)方案分析 方案理論實(shí)現(xiàn)的理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 在動(dòng)物飼養(yǎng)的過(guò)程當(dāng)中，我們要改變以往古老式的喂養(yǎng)方式。設(shè)備密集型，信息密集型向知識(shí)密集型轉(zhuǎn)變的過(guò)程對(duì)飼料供給設(shè)備的轉(zhuǎn)型提供了更高的平臺(tái)。 飼料供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)又在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上完成。在當(dāng)今社會(huì)中，自動(dòng)化概念已日漸深入人心，其中也隨處可見(jiàn)電機(jī)的身影。到了 21世紀(jì)的今天，電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)水平更是提高到了一個(gè)新的高度，無(wú)論是應(yīng)用的廣泛程度，還是研究的深入程度都是過(guò)去人們想象不到的。而由運(yùn)算放大器構(gòu)成的 PID 調(diào)節(jié)器，其參數(shù)一經(jīng)設(shè)定，不易經(jīng)常調(diào)整，對(duì)工種的變化和對(duì)象的變化自適應(yīng)能力差 。而數(shù)字控制器的成本較低，且容易實(shí)現(xiàn)較高的控制精度 。 單片機(jī)的選擇 單片微型計(jì)算機(jī) (Singlechip Microputer)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。盡管單片機(jī)的種類(lèi)很多，但從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，使用最廣泛的仍是 MCS51 系列。此外，由于 89S52 系列采用了 CMOS 技術(shù)制造而成，較之 MCS51 系列集成度高、速度快、功耗低。 Intel 公司生產(chǎn)的 51 系列單片機(jī)具有功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉、體積小、開(kāi)發(fā)工具易操作等特點(diǎn)，在市場(chǎng)中占有很大的份額，是一種比較通用且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的產(chǎn)品。每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或進(jìn)一步。目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床， 天津工程師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 21 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 繪圖機(jī)，計(jì)算機(jī)外設(shè)，醫(yī)療設(shè)備，饒線(xiàn)機(jī)，包裝機(jī)械，機(jī)器人等驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中。 (2)步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累 。 供給系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)，可以控制電機(jī)工作時(shí)間，電機(jī)在工作時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度。 系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì) 在各個(gè)電路的設(shè)計(jì)完成之后，就可以進(jìn)行硬件合成，就是將各單元的電路按照總體設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)框圖組合在一起，形成一個(gè)完整的硬件系統(tǒng)原理圖。 （ 3）從提高可靠性出發(fā)，全面檢查電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的電源選擇現(xiàn)成的產(chǎn)品來(lái)提供。如圖 22，圖 23 分別為電源電路與單片機(jī)控制模塊。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與動(dòng)態(tài)特征 步進(jìn)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成 不管是那一種類(lèi)型的步進(jìn)電機(jī)，其開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)都是相似的。同時(shí)上位機(jī)檢測(cè)下位機(jī)的各種狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)行診斷和處理。 天津工程師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中是執(zhí)行元件，在計(jì)算機(jī)接口和編程時(shí)是檢測(cè)元件和解算元件。 可見(jiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，取決于輸入到步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率的高低。步距角越小，分辨率越高；電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的速度越快，整個(gè)系統(tǒng)的效率就越高。轉(zhuǎn)子上有四個(gè)均勻分布的齒，其上沒(méi)有繞組，當(dāng) A 相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)力的作用下與定子齒對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子齒 3 和定子齒 A、 A39。如再使 B 相斷電，同時(shí) C 相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò) 30 度，使轉(zhuǎn)子齒 3 和定子齒 C、 C39。 實(shí)際的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心和定子磁極上均有小齒，齒距相等。因此步進(jìn)電機(jī)加速、減速、恒速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以及電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載的最高速度等特性至關(guān)重要。下圖 33 是啟動(dòng)矩頻特性及運(yùn)行矩頻圖 象，當(dāng)工作在Ⅰ區(qū)范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以停止和再啟動(dòng)，或者反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而不會(huì)失步。若達(dá)到不失步停止時(shí)，也要在限制加速度的條件下，由Ⅱ區(qū)轉(zhuǎn)移到Ⅰ區(qū)，在減速時(shí)慣性反作用力矩為負(fù)，對(duì)電機(jī)有利。其作用是把輸入脈沖變?yōu)榄h(huán)形脈沖，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和正反向控制。這不僅簡(jiǎn)化了線(xiàn)路，降低了成本，而且控制方便，提高了可靠性。確定時(shí)鐘脈沖的周期有兩種方法：一種是軟件延時(shí)，通過(guò) 編程加適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)句來(lái)控制時(shí)間的長(zhǎng)短，調(diào)用延時(shí)的子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)速度的控制；另一種方法是用定時(shí)器，可利用單片機(jī)的某個(gè)定時(shí)器，加載適當(dāng)?shù)某踔?，?jīng)過(guò)一段時(shí)間，定時(shí)器溢出，產(chǎn)生中斷信號(hào)，暫停主程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行定時(shí)器中斷服務(wù)程序，于是產(chǎn)生硬件延時(shí)效果。特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點(diǎn)到終點(diǎn)運(yùn)行的時(shí)間要求最短，這就必須要求加速、減速的過(guò)程最短，而恒速時(shí)的速度最高。所以，只有在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨脈沖頻率的上升保持恒定時(shí)，直線(xiàn)規(guī)律的升降速才是理想的升降速曲線(xiàn)，而當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨脈沖頻率的上升而下降時(shí) ，它就不是理想的升降速曲線(xiàn)，它不能保證在升降速的過(guò)程中步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角加速度的變化和它的輸出力矩變化相適應(yīng)，未能很好的發(fā)揮電機(jī)的加速性能。一般來(lái)說(shuō)，增加硬件會(huì)提高成本，但能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序，且實(shí)時(shí)性好。系統(tǒng)的硬件框圖如圖 41 所示。在進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置設(shè)計(jì)時(shí)考慮了以下原則： 1 盡可能的選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互影響。 5 單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力，增設(shè)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器或者減少芯天津工程師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 片功耗，降低總線(xiàn)負(fù)載。主頻影響操作速度。此外，單片機(jī)都帶有一定數(shù)量的內(nèi)部 RAM，還有內(nèi)部 ROM 或其它器件。 （ 4）錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生 一般的 OTP 產(chǎn)品一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品，而 AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部采用了 Flash 存儲(chǔ)器，所以錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確 為止，