【正文】 控制方式一般分為三種：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制。 P0 口是由用戶來定義其類型的 8 位 I/O 口，在上電復(fù)位狀態(tài)時(shí)， P0 僅僅是輸入的模式狀態(tài)，其各口的輸出或者輸入模式由配置寄存器來決定。所以可選用五口二位的電磁閥，在根據(jù)所選氣缸型號(hào)，確定選擇的 電磁閥的型號(hào)為 4V200 系列， 4V21006，其工作電壓為直流 24V。 三端穩(wěn)壓器 7851 能夠提供穩(wěn)定的電壓輸出，使用范圍比較廣，有過熱和過載的保護(hù)，輸出電流可以達(dá)到 1A，在設(shè)計(jì)電路中其輸出的電壓為 15V。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)， 處于低電平 0狀態(tài)，程序設(shè)計(jì)將 置 0，此時(shí)，正向電流導(dǎo)通 ,在電耦合器 TLP5211 工作，集電極導(dǎo)通控制晶體管導(dǎo)通，繼電器得電導(dǎo)通，使得電磁閥得電。 在光電耦合器 TLP5211的正向電流要求 16mA 以內(nèi) ， 流過的電流為 ，滿足要求，電路中的電容部分為抗干擾， VDD、 1M 接線電源部分的設(shè)計(jì)是為了穩(wěn)壓而設(shè)計(jì)的。如果 PATN_SEL 設(shè)置為 1，則 P0 的狀態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設(shè)置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷 [12]。 脈沖采集 中斷程序介紹及其流程框圖 脈沖采集接口為 ，程序設(shè)計(jì)為鍵盤控制寄存器（ KBCON）的 PATN_SEL 位為 0，即需要 P0 的狀態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設(shè)置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)存在一些問題。針對(duì)這個(gè)情況，又做了撥動(dòng)開關(guān)實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是不用設(shè)計(jì)的氣缸系統(tǒng)，采用原有的容積比對(duì)式方法測(cè)量，在測(cè)量中不斷的撥動(dòng)閥門，發(fā)現(xiàn)跳動(dòng)非常的明顯。對(duì)于 脈沖采 集有時(shí)采集不到的問題后來發(fā)現(xiàn)是脈沖跳動(dòng)太快，程序設(shè)置為百位達(dá)到 10 的時(shí)候執(zhí)行電磁閥失電，但是在實(shí)驗(yàn)中由于脈沖跳動(dòng)非?？欤袝r(shí)會(huì)直接跳過這個(gè)控制，導(dǎo)致無法執(zhí)行，將程序 百位判斷 改為大于 9。 如圖需要對(duì)脈沖控制口 的 高電平進(jìn)行脈沖響應(yīng)處理， 為低電平時(shí) 鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 0，中斷響應(yīng)不做處理。在實(shí)際中， 在高低電平都不斷的進(jìn)行中斷觸發(fā)，但控制要求在低電平是才響應(yīng)處理，故需要在 為 1 時(shí)進(jìn)行鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 1，讓中斷相應(yīng)但不做任何處理。主程序流程框圖如圖 47所示， 主程序開始進(jìn)行初始化，當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)，電磁閥得電氣缸動(dòng)作水流進(jìn)入到計(jì)量桶內(nèi)，同時(shí)電磁流量計(jì)開始脈 沖計(jì)數(shù)，當(dāng)電磁流量計(jì)的脈沖數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，電磁閥失電，氣缸動(dòng)作水流不進(jìn)入計(jì)量桶內(nèi)，待水平靜后，讀出計(jì)量桶內(nèi)水量，與預(yù)設(shè)值比較得出誤差。 P1 口為接線端正，在電磁流量計(jì)有脈沖發(fā)送時(shí)，當(dāng) P1口接線端口 2為低電平時(shí)，光電耦合器 TLP5211的正向電流導(dǎo)通，控制集電極導(dǎo)通，使得 能夠產(chǎn)生中斷處理。 HT7533 穩(wěn)壓器輸入的電壓為 5V，輸出電壓為 3V，輸出電壓提供給 P89LPC9401 單片機(jī)使用，其安裝介于單片機(jī)和 三端穩(wěn)壓器 7805 之間 [13]。在考慮到公司實(shí)際情況和設(shè)計(jì)控制要求情況下選擇的繼電器為型號(hào)為 SDR05VDCSLC。在容積比對(duì)式的設(shè)計(jì)中采用電控和脈沖采集，這要使用到鍵盤中斷，在 P89LPC9401 單片機(jī)中鍵盤中斷是一個(gè)用于對(duì) P0口等或不等于設(shè)定的特定模式時(shí)候所產(chǎn)生的中斷，要使中斷標(biāo)志置位并能夠產(chǎn)生中斷， P0口的模式要能夠持續(xù)到 6個(gè) CPU 時(shí)鐘 [12]。 這次的 設(shè)計(jì)中 控制系統(tǒng)通過 按鍵 和 脈沖信號(hào)采集 控制 實(shí)現(xiàn)氣缸收縮動(dòng)作，通過脈沖采集控制 實(shí)現(xiàn)氣缸的伸長(zhǎng)，整個(gè)過程精度和速度要求不高，故采用開環(huán)控 制。 圖 39 氣缸連接件剖面圖 氣缸連接件螺紋采用 與氣缸的活塞桿配合 ,直徑為 的孔 ， 直接套在水管上，水管的外徑為 26mm，水管運(yùn)動(dòng)軌跡的高點(diǎn)和兩個(gè)低的間隙為 。 這兩部分水剛好可以補(bǔ)償 ，所以在實(shí)驗(yàn)中由于氣缸推動(dòng)水管過程中造成的誤差可以忽略不計(jì)。而水管的 布局分布可以是 布局分布第一方案 ，也可以是 布局分布第二方案 ，考慮到銜接水管設(shè)計(jì)的 難易度 ，采用 布局分布第一方案 。該機(jī)構(gòu)在水管 布局分布 的選擇上可以選擇 布局分布第一方案 和 布局分布第二方案 ， 氣缸的 安裝 固定 可以 在 計(jì)量桶上方或者計(jì)量桶外，選擇性多。水管與水管連接件為保證不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)則需要采取焊接的方式。但是該方案存在許多 不足。該方案在實(shí)驗(yàn)開始前水管處于水管位置二，氣缸處于收縮狀態(tài)，當(dāng) 需要時(shí)給予一個(gè)信號(hào)控制氣缸伸長(zhǎng)推動(dòng)水管入水口到計(jì)量桶上方，讓水流入到 計(jì)量桶內(nèi)。 布局分布 第一方案 這一側(cè)有許多不同流量的水管用于不同流量下的水表檢定，空間較小，若需要將換向機(jī)構(gòu)安裝在計(jì)量桶外側(cè)，即 布局分布 第一方案 的外側(cè)，則會(huì)出現(xiàn)空間不足，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 機(jī)械部分的執(zhí)行元件 確定 機(jī)械 部分 執(zhí)行元件是 指 受 控制器的控制信息 來 完成對(duì) 控制 對(duì)象的控制作用的元件 ， 它能夠 將電能或流體 等 能量 轉(zhuǎn)變成 機(jī)械能或其他 形式 的 能量， 根據(jù) 控制 要求改變 控制 對(duì)象的機(jī)械 動(dòng)作 狀態(tài)或者 一些 其他狀態(tài)（如溫度、壓力等）， 能夠 直接作用于 控制 對(duì)象， 起到“手”和“腳”的作用 [3]。從上述數(shù)據(jù)看，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)跳動(dòng)不在 以內(nèi) 。 在分界流量一欄中數(shù)據(jù)可以看出 重新裝夾下測(cè)量 中電磁流量計(jì)的動(dòng)變大，但是這個(gè)變化小于 同一 裝夾 下 多次測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)，具體跳動(dòng)為電磁流量計(jì)跳動(dòng)為 ， 樣表一 跳動(dòng)為 1， 樣表二 跳動(dòng)為 ， 樣表三 跳動(dòng)為 ， 樣表四 跳動(dòng)為 ， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 表六 跳動(dòng)為 1。 從表 21大流量一 欄實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)中可以看出，大流量 30次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示電磁流量計(jì)的跳動(dòng)為 ，各樣表都采用 標(biāo)準(zhǔn)水表的誤差較小跳動(dòng)也較小， 樣表一 跳動(dòng)為 ， 樣表二 跳動(dòng)為 ， 樣表三跳動(dòng)為 ， 樣表四 跳動(dòng)為 ， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。針對(duì)電磁流量計(jì)在 某水表公司實(shí)驗(yàn) 存在穩(wěn)定性較差的問題，進(jìn)行了多種 實(shí)驗(yàn)。 第三章：主要介紹了機(jī)臺(tái)實(shí)際情況，并針對(duì)任務(wù)要求和實(shí)際情況提出各種機(jī)構(gòu)方案介紹， 然后介紹了氣缸的幾種固定方案，接著對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，進(jìn)行氣缸的選擇。 在 使用 電磁流量計(jì) 進(jìn)行 的大量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電磁流量計(jì)不穩(wěn)定 ，存在的跳動(dòng)較大 。在這三個(gè)流量點(diǎn)下 采用容積比對(duì)法進(jìn)行檢定， 當(dāng)流過一定水量到計(jì)量桶時(shí)，讀出水表的 水量 和計(jì)量桶內(nèi)的水量 ，計(jì)算 出 誤差，從而進(jìn)行校準(zhǔn)。 針對(duì)電磁流量計(jì)穩(wěn)定性不好，需要做大量的實(shí)驗(yàn)，研究在各種流量下使用電磁流量計(jì)進(jìn)行檢定存在的規(guī)律并找出合適的檢定方法。 公司采用電磁流量計(jì)來替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”， 在水表檢定 過程 中， “母表”的 穩(wěn)定性顯 特別的 重要，影響 “母表” 穩(wěn)定性的因 素 是多 方面的，包括 水流 穩(wěn)定性、 水壓穩(wěn)定性 、檢定平臺(tái) 水平度 、開關(guān)閥門速度、 電磁流量計(jì) 電壓等。為減少某些影響因素對(duì)電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的影響，提出 設(shè)計(jì) 利用 電磁流量計(jì)容積比對(duì)式的水表檢定系統(tǒng)來減少 開關(guān)閥門速度 、水壓穩(wěn)定性給電磁流量計(jì)穩(wěn)定性 造成的 影響。同時(shí)對(duì)容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)進(jìn)行程 序調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，找出影響電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的主要因素，提出整改方案。這個(gè) 方法誤差較大， 水表 在進(jìn)行 分界 流量和小流 量檢定時(shí) ，水流小， 效率低。產(chǎn)生不穩(wěn)定的因素是多方面的， 包括水流穩(wěn)定性、水壓穩(wěn)定性、平臺(tái)水平度、開關(guān)閥門速度、電磁流量計(jì)的電流不穩(wěn)定等 因素 。 第四章：這一章首先介紹一些元器件的選擇 ，接下去介紹電路圖的設(shè)計(jì)，包括電磁閥控制電路、電磁流量計(jì)脈沖采集電路和 控制 P89LPC9401 單片機(jī) 電源 電路，接著介紹程序設(shè)計(jì)部分， 最后還介紹了程序 調(diào)試和進(jìn)行的容積比對(duì)式實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析。 實(shí)驗(yàn)中采用電磁流量計(jì)作為母表，在各個(gè)工位上安裝 15mm 口徑的 不同 編號(hào) 的水表， 6 個(gè)編號(hào)分別 為 6010 6010 60136016 6018 60104，分別采用， 樣表 一、樣表二、樣表三、樣表四、樣表五、 樣表六來表示 。 從表 21分界流量一 欄實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)可以看出，電磁流量計(jì)誤差較大，跳動(dòng)變大為 ，其余工位的誤差相對(duì)于大流的跳動(dòng)有了普遍的提高，具體為 樣表一 跳動(dòng)為 1， 樣表二 跳動(dòng)為 1， 樣表三 跳動(dòng)為 1， 樣表四 跳動(dòng)為 1， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。 在小流量一欄 實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)中可以看出 重新裝夾下測(cè)量 的電磁流量計(jì)的跳動(dòng)很小，后面各個(gè)工位的水表的跳動(dòng)變大具體為電磁流量計(jì)跳動(dòng)為 ， 樣表一 跳動(dòng)為 ， 樣表 二 跳動(dòng)為 ， 樣表三 跳動(dòng)為 ， 樣表四 跳動(dòng)為 ， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 7 但是 公司使用的這個(gè) 電磁流量計(jì)在 福建省計(jì)量科學(xué) 研究院檢定 滿足 要求 。 在機(jī)械生產(chǎn) 系統(tǒng)中， 動(dòng)力 執(zhí)行元件 由輸入的物質(zhì)能量 的不同可分為電動(dòng) 、液壓和氣動(dòng)。 布局分布 第一方案水 管位置二則正好在水池的上方，當(dāng)水管入水口處于 布局分布 第一方案 水管位置二，水流進(jìn)入到水池中，需要采用 銜接水管來將水流引入到福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 水池中 ， 銜接水管 設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。 采用該方案能夠很好的將直線運(yùn)動(dòng)軌跡變?yōu)閳A弧運(yùn)動(dòng)軌跡，且安裝在 布局分布第二方案 一側(cè)，擁有足夠的空間可以放置 機(jī)構(gòu)。杠桿沿中心位置的 轉(zhuǎn)動(dòng)副 進(jìn)行 圓周運(yùn)動(dòng)，在水管一側(cè)，杠桿的圓弧 軌跡和水管運(yùn)動(dòng)的圓弧軌跡不一致，布局 分布 第一方案水管位置一 這一側(cè) 地方間隙達(dá)到 ，在汽缸一側(cè) 氣缸直線運(yùn)動(dòng)軌跡于杠桿 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡也不一樣，存在較大 間隙，所以在與氣缸和水管連接的地方需要采用間隙法，但是較大的間隙就會(huì)造成在 運(yùn)動(dòng) 過程 中較大的 沖擊力，從而損壞部件，減少使用壽命；且在設(shè)計(jì)安裝上要求較高，需要保證杠桿安裝在水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線上這樣才可以保證間隙最小，另外氣缸的安裝則需要保證垂直于杠桿在 水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線上的安裝位置，這給安裝增加了難度 ；同時(shí)汽缸的固定以及銜接水管的設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)和連桿推動(dòng)法一樣的不足 ； 轉(zhuǎn)動(dòng)副 精度要求高，還要考慮 氣缸 固定問題。 氣缸擺動(dòng)推動(dòng) 方案 采用兩個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)副 能夠很好的將氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運(yùn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上較為簡(jiǎn)單，水管的 布局分布 可以旋轉(zhuǎn) 布局分布第一方案 和 布局分布第二方案 ，固定 支座 可以設(shè)計(jì)在計(jì)量桶上方或者在計(jì)量桶外，可選擇性多，且 安裝要求比較低。但是采用間隙法氣缸直接推動(dòng)方案在動(dòng)作中沖擊力大，誤差較大，如果使用硬性材料加工氣缸連接件則會(huì)有很大的沖擊 力對(duì)零件損傷很大 ，所以在材料上選用尼龍棒 ； 氣缸的安裝則需要保證垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線上的安裝位置 ， 這樣可以保證水管在運(yùn)動(dòng)過程中的間隙最??；設(shè)計(jì)氣缸連接件時(shí)需要考慮間隙大小的合理設(shè)計(jì) 如果間隙取值過小，則無法滿足動(dòng) 作要求，若間隙取值過大 ，則會(huì)有較大的沖擊力產(chǎn)生，間隙設(shè)定在 到 。如圖 38 所示。設(shè)氣缸活塞桿動(dòng)作時(shí)間，即伸長(zhǎng)或者收縮時(shí)間為 ,加速階段和減速階段時(shí)間都為 ，標(biāo)記為 t1 ，勻速階段時(shí)間為 ，標(biāo)記為 t，行程為 75mm。氣缸連接件設(shè)計(jì)的間隙為 。 電子元件的選擇 單片機(jī)的 選用 某 水表有限公司采用的單片機(jī)為 P89LPC9401。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 圖 41 P89LPC9401 單片機(jī)引腳圖 電磁閥的選型 控制氣缸的換向需要使用電磁閥，而電磁閥的選型需要根據(jù)工作具體要求和配套使用的氣缸要求，由參考文獻(xiàn) [6]可知電磁閥有許多種類，其中包括三口二位、五口二位、五口三位等等。 光 電耦合器 的 選用 TP5211光電耦合器是一種傳輸電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器，由發(fā)光源和受光源兩部分組成，發(fā)光源為輸入端，受光源為輸出端，其電壓為 5V,正向電流為 16mA，集電極電流為 10mA[13]。 換向機(jī)構(gòu) 電路設(shè)計(jì)部分 繼電器 控制電路 由于單片機(jī)輸出信號(hào) 無 法直接控制電磁閥的得電和失電，需要采用一個(gè)繼電器來間接控制。電磁流量計(jì)的脈沖采集為采集一個(gè)高電平，采集一個(gè)電平，而 P1 口接線端口 2的狀態(tài)不斷的變化，這就是的 不斷的發(fā)生中斷，進(jìn)行脈沖采集。 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 25 開 始開 始系 統(tǒng) 初 始 化系 統(tǒng) 初 始 化鍵 盤 中 斷 初 始 化鍵 盤 中 斷 初 始 化電 磁 流 量 計(jì) 流 量 達(dá) 到 預(yù) 設(shè) 值 ？電 磁 流 量 計(jì) 流 量 達(dá) 到 預(yù) 設(shè) 值 ？電 磁 閥 失 電電 磁 閥 失 電按 鍵 是 否 按 下 ？電 磁 閥 得 電 ， 電 磁 流 量 計(jì) 開 始 計(jì) 數(shù)YYNN 圖 47 主程序流程框圖 鍵盤中斷程序介紹及其流程框圖 鍵盤中斷包括鍵盤模式寄存器（ KBPATN）、鍵盤控制寄存器（ KBCON）、鍵盤中斷屏蔽寄存器（ KBMASK）。當(dāng) 為低電平的時(shí)候，中斷響應(yīng)并執(zhí)行相應(yīng)的處理，同時(shí)鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 0 防止中斷不斷的產(chǎn)生。 為高電平時(shí) 鍵盤模式寄存器（ KBPATN）置 1，防止中斷不斷的進(jìn)行響應(yīng)，進(jìn)行脈沖采集。 容積比對(duì) 實(shí)驗(yàn) 利用電磁流量計(jì)的比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)是用于測(cè)量電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性，排除開關(guān) 閥門 時(shí)對(duì)電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性造成的影響。 實(shí)驗(yàn)采取了各種方式的實(shí)驗(yàn)來測(cè)量電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性，開始的時(shí)候做容積比對(duì)式實(shí)驗(yàn)