【正文】 。 //指針++ } }4 上位機軟件設(shè)計 上位機人機交互界面設(shè)計此次設(shè)計的上位機人機交互界面主要分為兩個窗口，即實時數(shù)據(jù)窗口和歷史數(shù)據(jù)窗口，可以在使用過程中進行切換。除了用數(shù)值來顯示溫度值外，還用4個類似于溫度計的柱體來直觀顯示溫度的大小。其中有一個比較重要的設(shè)置，就是VISA READ的“字節(jié)總數(shù)”這個輸入，由于在串口通信中，如果指定讀取100個串口緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，如果當(dāng)前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量不足100個時，程序會一直停在VISA READ這個節(jié)點上，如果在超時的時間（默認(rèn)是10秒）內(nèi)還沒有湊足100個數(shù)據(jù)的話，程序就會報“Time out”的錯誤，如果超時時間設(shè)置得太長，有可能導(dǎo)致程序很長時間停止在VISA READ這個節(jié)點上。在程序設(shè)計中通過編寫數(shù)據(jù)幀解析子VI來供主程序調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)幀解析程序采用公式節(jié)點來設(shè)計。如圖49所示為波形圖表和強度圖表。圖表處理新數(shù)據(jù)時，新數(shù)據(jù)出現(xiàn)在舊數(shù)據(jù)的右邊。其中，溫度報警程序如圖413所示。在進行串口通信仿真時，首先需要安裝一個虛擬串口軟件VSPD XP 5，安裝成功后打開如圖51 硬件電路仿真原理圖圖52所示，會虛擬出兩個串口COM1和COM2，通過這兩個虛擬串口，就可以實現(xiàn)串口通信的仿真。在制作雙面板時應(yīng)該選擇手動布線，在布要注意適當(dāng)?shù)奶砑舆^孔，方便以后電路板的焊接。插孔過大過小都會影響到電路的焊接。在電源測試時，分別測量各三端穩(wěn)壓芯片的輸入和輸出電壓是否在預(yù)期的范圍內(nèi)，若不是則應(yīng)立即拔掉電源插頭，檢查電路，再進行測試，直到能正常輸出穩(wěn)定的正負(fù)12V和正負(fù)5V電壓。 A/D轉(zhuǎn)換測試測試A/D轉(zhuǎn)換電路是否能正常采集數(shù)據(jù)。將已編寫好的串口通信測試程序下載到單片機中，剛開始先不使用自己編寫的上位機與下位機進行測試，而是使用串口調(diào)試助手軟件與下位機進行通信，這樣就可以排除自己編寫上位機出錯的可能。將以上測試LCD顯示、A/D轉(zhuǎn)換和串口通信等測試程序整合起來，結(jié)合上位機一起來測試整個設(shè)計的運行結(jié)果。在標(biāo)定過程中將溫度傳感器DS18B20測量的溫度作為標(biāo)準(zhǔn)溫度。下面分別計算出平均直線斜率k和截距d。強度圖表下面顯示的是采集到的4通道溫度數(shù)據(jù)，同時也顯示出采集數(shù)據(jù)的時間。其中數(shù)據(jù)記錄如表65所示。從A/D采集到的壓開始到計算出溫度值都是在單片機中實現(xiàn)的，在這過程中都需經(jīng)過很多的數(shù)據(jù)處理，而軟件對數(shù)據(jù)處理的精度也一定的限制，只能處理一定精度的數(shù)據(jù)，超過軟件所能表達的精度時會自動將最低位或最高位舍去。這樣不僅可以很快發(fā)現(xiàn)問題的所在，也可以提高電路板調(diào)試的效率。在對整個設(shè)計經(jīng)過調(diào)試之后，確保整個設(shè)計的功能基本善完之后，需要對設(shè)計進行整體的優(yōu)化。設(shè)計溫度測量結(jié)果準(zhǔn)確，測量誤差小，℃的要求，溫度測量范圍為0～50℃,并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和熱誤差的計算。故設(shè)計在提高數(shù)控數(shù)控機床加工精度在未來有廣泛的應(yīng)用前景。設(shè)計從電路設(shè)計到論文的完成都是在黃教授的虛心指導(dǎo)下完成的，在這過程中黃教授給了許多寶貴的建議，掌握了許多學(xué)習(xí)的方法和解決問題的技巧。 參考文獻[1] 林偉青，傅建中. 數(shù)控機床熱誤差建模中的溫度傳感器優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，2007，24（3）.[2] 錢華方. 數(shù)控機床溫度傳感器優(yōu)化布置及新型測溫系統(tǒng)的研究[D]. 浙江：浙江大學(xué)，2006.[3] 閆守紅，馬術(shù)文，閆開印，丁國富，謝偉，[J].機械,2006,5(33).[4] 詹友基，[J].機電技術(shù)，2004，2.[5] 魯遠棟,徐中行,劉立新,馬術(shù)文,閏守紅. 數(shù)控機床熱變形誤差補償技術(shù)[J].機床與液壓，2007，2（35）.[6] 王選民. 智能儀器原理及設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008:32～51.[7] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005:413～430.[8] 白駒行，[M].高等教育出版社，2004:130～152.[9] 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2004:524～545.[10] 豈興明，周建興，矯津毅．[M].北京:人民郵電出版社，2008:215～230.[11] 關(guān)德新,馮文全. 單片機外圍器件實用手冊－電源器件分冊[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 199802.[12] 金發(fā)慶. 傳感器技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京機械工業(yè)出版社, 2002, 12（24）：8656.[13] 譚浩強. C程序的設(shè)計[M]. 清華大學(xué)出版社, 2001.[14] 陽江源，王福吉，王威，賈振元，張雪. 基于LabVIEW的數(shù)控機床多通道溫度測量系統(tǒng)[J]. 控制與檢測，2010，12.[15] Jianguo Yang, Jingxia Yuan，Jun Ni. Thermal error mode analysis and robust modeling for error pensation on a CNC turning center[J].International Journal of Machine Tools amp。其次，要特別感謝指導(dǎo)老師黃教授在設(shè)計的整個過程中給我了我巨大的幫助。 前景展望數(shù)控機床熱誤差補償技術(shù)在提高數(shù)控機床的加工精度方面顯示出很大的優(yōu)越性，與通過改進數(shù)控機床結(jié)構(gòu)來提高加工精度相比，不僅成本更低，操作簡單，也更容易普遍應(yīng)用。在進行溫度測量時，只要正確設(shè)置好串口的各參數(shù)、報警溫度上限、數(shù)據(jù)采集速率和數(shù)據(jù)存儲路徑，然后再運行上位機和下位機就可以實現(xiàn)測量溫度的顯示和熱誤差補償值的顯示等功能。最后，終于解決了這個大難題，在上位機編寫過程中還遇到了數(shù)據(jù)存儲問題、波形顯示及溫度強度圖顯示等問題，都需要耐心的去鉆研，找到解決問題的方法。在電路的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)LCD不能正常顯示，首先通過檢查硬件電路，發(fā)現(xiàn)沒有問題，然后再排除程序錯誤的可能，最后發(fā)現(xiàn)是LCD對比度太低而不能顯示，通過調(diào)節(jié)滑動變阻調(diào)整其對比度之后就可以正常顯示。這樣也會使計算得到的溫度產(chǎn)生誤差。圖66 下位機LCD1602溫度顯示 誤差計算及分析（1）誤差計算將溫度傳感器進行標(biāo)定之后，需要對測量的溫度進行誤差計算和測量誤差分析。上位機的實時數(shù)據(jù)采集界面如圖63所示，用手觸摸1通道溫度傳感器，則通道1的實時曲線也會隨著溫度的改變而改變。圖中可以看出各 圖62 傳感器實際輸出電壓隨溫度度變化的趨勢曲線通道的傳感器輸出電壓與溫度的趨勢直線與理論直線近似相等。 數(shù)據(jù)測量及誤差分析 溫度傳感器標(biāo)定溫度傳感器TC1047理論上是0℃時為100mV,40℃時為900mV，但在實際中，理論與實際是有一定的差距的，為了使測量的數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確，需要對4路溫度傳感器進行標(biāo)定。若不能接收到數(shù)據(jù)，則檢查上位機串口接收程序，若可以接收到數(shù)據(jù)，則可以進一步對上位機是否可以正常處理數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)等功能進行測試。 下位機串口通信測試 測試串口通信電路能否進行正常發(fā)送數(shù)據(jù)。將4路溫度傳感器接入電路中，溫度傳感器將輸出一個電壓作為放大電路的輸入。 硬件調(diào)試及軟件驗證 電源電路測試為了防止電源出現(xiàn)問題因電壓過大燒壞元器件，在進行電源測試之前先將除電源外的其它芯片卸下。在腐蝕過程中要注意掌握時間，時間不能夠太長，最后將腐蝕好的電路板清洗干凈。同理，上位機串接收數(shù)據(jù)的仿真也可以通過這兩個虛擬串口進行仿真。仿真時另外三路放大器的電壓輸出用三個滑動變阻器來模擬溫度傳感器經(jīng)放大后的電壓輸出。為了方便數(shù)據(jù)的分析，人機交互界面專門有一個是用來讀取歷史數(shù)據(jù)的，其程序設(shè)計如圖412所示。由于強度圖表將顏色作為第三個維度，因此一個類似于顏色梯度控件的標(biāo)尺可定義強度圖表的范圍和數(shù)值到顏色的映射。圖47 公式節(jié)點數(shù)據(jù)幀解碼 數(shù)據(jù)處理和顯示將數(shù)據(jù)幀解碼得到的4路數(shù)據(jù)計算出電壓值，再通過電壓值計算出相應(yīng)的溫度值，并通過溫度值計算出熱誤差，數(shù)據(jù)處理子VI如圖48所示。下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括3個部分，包括2個字節(jié)的數(shù)據(jù)幀頭、4個字節(jié)的數(shù)據(jù)和1個字節(jié)的數(shù)據(jù)幀尾。圖43 VISA配置串口如圖43所示為VISA配置串口節(jié)點，通過該節(jié)點可以很方便的對串口的參數(shù)進行配置，如波特率、奇偶校驗、停止位等，通過配置好相關(guān)參數(shù)，即對串口進行初始化，上位機才能與下位機通過串口通信。圖41 實時數(shù)據(jù)顯示界面人機交互界面的實時數(shù)據(jù)顯示窗口設(shè)計如圖41所示。) //如果字符串未結(jié)束，指針++指向下一個字符 { Sent_Byte(*dat)。P++。圖34 LCD1602寫操作時序 根據(jù)LCD1602寫操作時序圖可知，當(dāng)RS為低電平，RW為高電平時為寫命令操作，控制命令主要是用設(shè)置LCD顯示模式、光標(biāo)的設(shè)置等，單片機將8位數(shù)據(jù)送到LCD并行數(shù)據(jù)總線上，單片機給E數(shù)據(jù)端一個正脈沖信號，就可以將控制命令字寫入LCD。i8。使能CS之后，單片機向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，數(shù)據(jù)輸入端DI用于輸入數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換通道的選擇，數(shù)據(jù)輸出端DO用于輸出A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。其中串口的初始化配置要特別注意波特率的設(shè)置，應(yīng)該和上位機的波特率設(shè)置成一樣大小，保證串口通信更準(zhǔn)確；而串口發(fā)送則采用查詢法。 主程序框架 下位機程序設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想，主要包括下面幾部分：（1）編寫LCD1602驅(qū)動程序，實現(xiàn)對LCD1602的8字節(jié)寫命令操作函數(shù)、寫數(shù)據(jù)操作函數(shù)，調(diào)用寫命令函數(shù)初始化液晶屏以及通過寫命令和寫數(shù)據(jù)這兩個函數(shù)來編寫在指定的位置顯示單個字符、在指定的位置開始顯示字符串等擴展函數(shù)，便于在主程序中調(diào)用。L79系列是三端穩(wěn)壓芯片除了輸出是負(fù)電壓之外，其余特性與L78系列是三端穩(wěn)壓芯片基本一致。其中T1IN和R1OUT分別接單片機的發(fā)送引腳TXD和接收引腳RXD，MAX232外接5個1uf電容為經(jīng)典電路的接法，主要實現(xiàn)振蕩式升壓將單片機的電平變成符合計算機的電平類型。LCD的3引腳用于調(diào)整字符顯示的對比度，此部分通過外加一個10K電位器，接電源和地之間來實現(xiàn)手動的調(diào)整，一般當(dāng)對比度不夠高時，字符不會顯示，而增加太多時會出現(xiàn)重影，因此合適的對比度對于顯示效果比較重要。LCD1602是常用的液晶顯示屏，它顯示的內(nèi)容為162，即可以顯示兩行，每行16個字符，目前絕大多數(shù)字符液晶基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V之間。 圖25 單通道電壓放大電路如上圖25所示為三運放組成的差分放大電路，其中和都是組成電壓跟隨器，用于增大輸入阻抗減小輸出阻抗。OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。濾波電路還可以分為高通、低通、帶通和帶阻濾波器，是一種能使有用頻率信號通過，同時抑制無用頻率成分的電路。圖23 TC1047接口原理圖 RC低通濾波電路 設(shè)計采用一階無源RC低通濾波電路濾除頻率為50HZ以上的干擾信號，使溫度傳感器的輸出電壓較穩(wěn)定。C51與標(biāo)準(zhǔn)C語言對比，其語法規(guī)則、程序結(jié)構(gòu)、編程方法大致相同，而數(shù)據(jù)類型、存儲模式及中斷處理存在著差異[13]。STC89系列單片機幾乎包含了所有數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上是一個片上系統(tǒng)[610]。將溫度傳感器輸出的電壓，通過RC濾波電路，將50HZ以上的信號給予濾除，再經(jīng)過運算放大器OP07組建的放大電路對濾波后的電壓信號進行放大，使用兩片ADC0832將四路放大的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。（4）A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇設(shè)計中要合理選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率。其中電流輸出型溫度傳感器，輸出電流一般都很小，如AD590電流輸出型溫度傳感器，需要將輸出電流的變化轉(zhuǎn)化電壓的變化，才能進行電壓放大和A/D轉(zhuǎn)換等[11]?；蛘咄ㄟ^其它接口可以很容易地將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到LABVIE編寫的上位機。數(shù)控機床在加工過程中，熱誤差是因溫度上升引起的加工誤差。硬件電路采用低成本的設(shè)計思想，軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，最后進行實物的制作和調(diào)試，驗證了設(shè)計的設(shè)計穩(wěn)定性和可行性，實現(xiàn)了設(shè)計的預(yù)期結(jié)果。摘 要溫度是機械加工中最基本的參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中常需要對溫度進行檢測和監(jiān)控。通過上位機設(shè)置溫度的采集速率以及設(shè)定報警溫度上限，將采集到的數(shù)據(jù)以TXT或XLS格式存儲到電腦中。在生產(chǎn)過程中應(yīng)用數(shù)據(jù)采集，可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。利用NI的LABVIEW軟件和數(shù)據(jù)采集卡可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析處理。模擬溫度傳感器又分為電壓輸出型溫度傳感器和電流輸出型溫度傳感器兩種。設(shè)計中選擇運算放大器OP07進行放大電路的設(shè)計，也可以滿足設(shè)計的要求，并且設(shè)計成本大大降低。用電壓輸出型溫度傳感器TC1047來實現(xiàn)四路溫度的實時監(jiān)測，用液晶LCD1602顯示采集到的溫度值。STC89系列單片機CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等。 C51程序語言C51是為51系