【正文】 ；硬方法一般要在車床大修時進(jìn)行，如進(jìn)行導(dǎo)軌修刮、滾珠絲杠螺母副預(yù)緊調(diào)整反向間隙等。 結(jié)論 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的需求而不斷發(fā)展和完善起來的生產(chǎn)工具，是生產(chǎn)力的重要素。在國民經(jīng)濟(jì)中，機(jī)械制造業(yè)是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)部門 。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 國防和科技的現(xiàn)代化，要求機(jī)械行業(yè)必須不斷提供各種先進(jìn)而性能優(yōu)良的設(shè)備與裝備 。而在一般的機(jī)械制造中機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量 40％ 60％。從質(zhì)的方面來說 ，既然機(jī)床是制造各種裝備和機(jī)器的 ，那么機(jī)床的性能就必然直接影 響機(jī)械產(chǎn)業(yè)的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。因此機(jī)床是國民經(jīng)濟(jì)中具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)工業(yè)，機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高 ，必然對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重大的作用 ，短短的幾十年 ，我國的機(jī)床工業(yè)已取得了巨大成就 。但也不容忽視 ，由于我國工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，與世界先進(jìn)水平相比，差距還是很大，主要表現(xiàn)在機(jī)床設(shè)計、實驗 和開發(fā)能力較低，機(jī)床的工藝水平較低，機(jī)床質(zhì)量不穩(wěn)定等，因此根據(jù)我國的情 況，有必要對有關(guān)人員，包括對機(jī)修人員、加工零件編程人員，工藝編制人員以及生產(chǎn)調(diào)度、定額制定、生產(chǎn)設(shè)備、管理人員進(jìn)行各種技術(shù)培訓(xùn)，對一般人員只要普及 數(shù)控技術(shù)知識，了解數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)，能利用數(shù)控機(jī)床加工過程的要領(lǐng)即可。而對數(shù)控系統(tǒng)操作人員、維護(hù)人員及編程人員則要進(jìn)行專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，即可以在廠內(nèi)現(xiàn)場培訓(xùn)，也可以到有關(guān)數(shù)控培訓(xùn)中心培訓(xùn)，要求這類人員具備熟練的操作技巧和快速理解加工程序的能力，能對機(jī)床加工中出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行綜合判斷，分析影響加工質(zhì)量的因素并提出處理的對策 ，具備及時判斷小故障的起因及排除故障的能力，還應(yīng)具有較強(qiáng)的責(zé)任心和良好的職業(yè)道德，我們通過這些努力，找出差距，盡快跟上世界先進(jìn)水平，這是擺在工業(yè)戰(zhàn)線廣大職工面前艱巨而光榮的任務(wù)。 參考文獻(xiàn)： 《 數(shù)控車床故障與維修》 煤炭工業(yè)出版社出版 《數(shù)控車床使用與維修》 高等教育出版社出版 《數(shù)控車床》 高等教育出版社出版 《金屬切削車床與數(shù)控車床》 機(jī)械教育出版社出版 電動車蹺蹺板 摘 要 電動車蹺蹺板系統(tǒng)是一種通過控制電動車運(yùn)動使蹺蹺板在有無配重條件下達(dá)到平衡狀態(tài)的控制系統(tǒng)。它具有體積小、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng) 硬件部分包括單片 機(jī)控制模塊、電源模塊、循跡模塊、平衡檢測模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、無線通信模塊。 系統(tǒng)以 MSP430 單片機(jī)為控制核心，用塑料板做車架，通過紅外對管檢測循跡，以六軸傾角傳感器來測量蹺蹺板的傾角，檢測到的數(shù)據(jù)通過無線通信傳給上位機(jī)，上位機(jī)對數(shù)據(jù)處理和分析后畫出蹺蹺板傾角變化的 3D 效果圖。微控制器微調(diào)電動車的運(yùn)動使蹺蹺板達(dá)到平衡。 軟件部分應(yīng)用 C 語言實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，采用 LABVIEW 制作功能完整且精美的上位機(jī)界面。 關(guān)鍵詞 :電動車蹺蹺板 。MSP430。傾角傳感器 1 1 引 言 電動車蹺蹺板的平衡長期以來都是人們非常感興 趣的研究項目，電動車蹺蹺板設(shè)計所涉及的相關(guān)研究結(jié)論可應(yīng)用于飛行器姿態(tài)控制、機(jī)器人平衡控制等方面。非線性信號處理、非線性信號控制、控制參數(shù)自動優(yōu)化等技術(shù)也都在各類控制設(shè)計中有很大的應(yīng)用 。隨著多領(lǐng)域?qū)A角檢測的需要，各類型傾角傳感器應(yīng)運(yùn)而生，本系統(tǒng)中就存在對蹺蹺板傾角變化的檢測，故選擇了適用的六軸傾角傳感器 測量 。除此之外，對于非線性信號的處理與控制也是越來越多控制系統(tǒng)設(shè)計所必須面臨的問題。本系統(tǒng)就是以 此為背景，設(shè)計了 通過微處理控制電動車運(yùn)動使蹺蹺板在有無配重條件下達(dá)到平衡狀態(tài)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)小車在規(guī)定時間內(nèi)翹翹板上行駛，蹺蹺板仍保持平衡的功能。 2 方案論證與設(shè)計 總體方案與設(shè)計 本系統(tǒng)包括單片機(jī)控制模塊、電源模塊、循跡模塊、平衡檢測模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、無線通信模塊。系統(tǒng)以 MSP430 單片機(jī)為控制核心，用塑料板做車架，通過紅外對管檢測黑線來引導(dǎo)電動車在蹺蹺板上運(yùn)動以及尋找初步平衡點(diǎn)，采用MPU6050 六軸傾角傳感器來測量蹺蹺板的傾角，程序采用 PID 算法實現(xiàn)非線性信號的轉(zhuǎn)換和控制。微處理器將 MPU6050 傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理后，輸出 PWM 波來控制電機(jī)的運(yùn)動使蹺蹺板達(dá)到平衡。同時，將檢測到的數(shù)據(jù)通過無 線通信傳給上位機(jī)，上位機(jī)對數(shù)據(jù)處理和分析后畫出蹺蹺板傾角變化的 3D 效果圖。 圖 11 為總體設(shè)計框圖。 電 機(jī) 平 衡 檢 測 模 塊 驅(qū) 動 模 塊 M S P 4 3 0 F 1 4 9 循 跡 模 塊 電 源 模 塊 無 線 通 信 無 線 通 信 上 位 機(jī)圖 11 總體框體圖 2 單片機(jī)模塊方案選擇與論證 方案一：采用 51 單片機(jī)作為電動車蹺蹺板系統(tǒng)的主控制芯片。 51 系列單片機(jī)功耗較高， 8 位微型處理器運(yùn)算速度慢，無硬件乘法器，片內(nèi)資源少。但價格低廉，使用簡單。 方案二：采用 MSP430 單片機(jī)作為電動車蹺蹺板系統(tǒng)的主控制芯片。 MSP430單片機(jī)是一款 16 位單片機(jī)，具有運(yùn)算速 度快，精度高，執(zhí)行能力強(qiáng)，中斷源多等優(yōu)點(diǎn)。 綜上兩種方法， MSP430 單片機(jī)比 51 單片機(jī)運(yùn)算速度快，精度高，處理能力強(qiáng)，功耗低，同時大大降低了復(fù)雜度，整個系統(tǒng)的性價比也很高，我們選擇方案二。 驅(qū)動模塊方案比較與論證 方案一：采用 THB6064H 驅(qū)動模塊。 THB6064H 是一款專業(yè)的 PWM 斬波兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片。它內(nèi)部集成了細(xì)分、衰減模式設(shè)置、電路調(diào)節(jié)、 CMOS功率放大等電路，配合簡單的外圍電路即可實現(xiàn)高性能、多細(xì)分、大電流的驅(qū)動電路。適合驅(qū)動 5 86 型步進(jìn)電機(jī)。 方案二：采用以 L298N 為主芯片 的驅(qū)動電路。 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動器。 L298N 是可以承受高壓大電流的雙全橋式驅(qū)動器，輸出電流大，功率大，可以同時控制兩個電機(jī)，價格適中，是比較實用的電機(jī)驅(qū)動模塊。 綜上兩種方法， THB6064H 驅(qū)動模塊更適用于步進(jìn)電機(jī)，而 L298N 對直流電機(jī)驅(qū)動方法操作簡單，且價格低廉，符合系統(tǒng)對直流電機(jī)的驅(qū)動要求，故我們選擇方案二。 平衡檢測模塊方案論證與比較 方案一：采用水銀開關(guān)探測蹺蹺板平衡度。蹺板左偏水銀開關(guān)電路導(dǎo)通，右偏水銀開關(guān)斷開電路不通，這樣控制電動車在平衡點(diǎn)小角度來 回擺動來使蹺蹺板動態(tài)平衡。 方案二：采用 MPU6050 三軸加速度陀螺儀模塊，把陀螺儀的數(shù)值傳回來，經(jīng)過單片機(jī)的濾波，然后轉(zhuǎn)化成角度來判斷蹺蹺板的傾斜角度。 MPU6050 對于角度的采集精度高，易于操作。 綜上兩種方法，水銀開關(guān)探測蹺蹺板平衡度安裝簡單、成本低，但控制精度低，不易實現(xiàn)題目要求，而 MPU6050 三軸加速度陀螺儀模塊體積小、精度高、采集速度快和操作代碼簡單，故我們選擇方案二。 3 3 硬件與軟件設(shè)計的實現(xiàn) 硬件模塊及電路分析 單片機(jī)控制模塊設(shè)計 基于 MSP430 單片機(jī)的主控電路， MSP430 是德州儀器開發(fā)的一種超低功耗微控制器， 16 位的 CPU 集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，實現(xiàn)最大化的代碼效率，運(yùn)算速度快，精度高。在整個系統(tǒng)中由單片機(jī)控制電機(jī)的前進(jìn)后退、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、傾角傳感器數(shù)據(jù)的采集，轉(zhuǎn)化處理以及無線通信數(shù)據(jù)的發(fā)送接收等。其具有處理能力強(qiáng)，功耗低，執(zhí)行能力強(qiáng)，中斷源多等優(yōu)點(diǎn)。 圖 311 為 MSP430 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖。 圖 211 MSP430 最小系統(tǒng)電路圖 平衡檢測模塊設(shè)計 本系統(tǒng)采用 MUP6050 六軸傾角傳感器采集蹺蹺板傾角數(shù)據(jù)。 MUP6050 整合了三軸 陀螺儀和三軸加速度器，解決了陀螺儀與加速度計之間的相互影響的問題。 MUP6050 直接讀回來的是個轉(zhuǎn)軸的加速度和角加速度，并不是傾斜角度，而且不穩(wěn)定。因此，需要對采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波以及融合成需要的角度。采 4 用卡爾曼濾波的方法，并通過自己用 LABVIEW 寫的上位機(jī)軟件對傾角數(shù)據(jù)變化進(jìn)行顯示 圖 313 為 MUP6050 模塊電路圖。 圖 312 MUP6050 模塊電路圖 驅(qū)動模塊電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用 L298N 為主芯片的驅(qū)動電路。 L298N 內(nèi)部包括 4 通邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū) 動器，即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號。 L298N 的 12 腳接入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA、 ENB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。微處理器對 MPU6050 傾角傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理， PID 數(shù)據(jù)處理后，輸出 PWM 波控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)、加減速來使蹺蹺板達(dá)到平衡。 圖 313 為 L298N 驅(qū)動電機(jī)電路圖。 圖 313 驅(qū)動電路 5 軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 軟件的設(shè)計 在本系統(tǒng)中，對各個模塊的調(diào)試采用分步進(jìn)行，確定各個模塊的獨(dú)立工作完整性 ，然后再對整個系統(tǒng)所有模塊進(jìn)行完糅合，使其完成系統(tǒng)的所有功能。 系統(tǒng)以 MSP430 單片機(jī)為控制器，采用 C 語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，上位機(jī)采用LABVIEW 編程。 程序主要起導(dǎo)向和決策的作用，它控制整個系統(tǒng)穩(wěn)定協(xié)調(diào)的運(yùn)作。系統(tǒng)各種功能主要通過調(diào)用具體的子程序來實現(xiàn)。 調(diào)節(jié)小車的運(yùn)動使蹺蹺板達(dá)到平衡，需要對蹺蹺板的傾角變化進(jìn)行檢測，并通過對數(shù)據(jù)的處理分析來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，紅外對管控制小車的運(yùn)動路線。因此程序主要實現(xiàn) MUP6050 對各個電機(jī)轉(zhuǎn)軸角速度，角加速度數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化與處理，電機(jī)的驅(qū)動，微處理器與上位機(jī)之間的 數(shù)據(jù)的傳送等功能。各個模塊的程序之間相互協(xié)調(diào)共同完成所有的功能。 系統(tǒng)具體的流程圖如圖 321。 圖 321 系統(tǒng)具體的流程圖 6 軟件的實現(xiàn) 系統(tǒng)以 MSP430 單片機(jī)為控制器，采用 C 語言對單片機(jī)進(jìn)行編程。程序主要包括將傳 感器采集的信號進(jìn)行濾波處理、電機(jī)的轉(zhuǎn)動和數(shù)據(jù)的收發(fā)處理等。在IAR Embedded Workbench IDE 軟 件中進(jìn)行編程，并將程序下到單片機(jī)中。 圖 322 為 程序調(diào)試下載調(diào)試界面。 圖 322 程序調(diào)試及下載界面 采用 LABVIEW 編程制作上位機(jī)界面，用來反映蹺蹺板的運(yùn)動狀態(tài)。 PID 效果圖實時顯示蹺蹺板傾角變化數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)是控制小車運(yùn)動參數(shù)，紅線和綠線為“危險區(qū)”，一旦，傾角超過這兩條數(shù)據(jù)線，則小車運(yùn)動使得蹺蹺板傾角數(shù)據(jù)保持在這兩條線的中間。蹺蹺板 3D 效果圖則更為美觀和直接的顯示蹺蹺板的運(yùn)動狀 態(tài)。 圖 323 為上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示界面。 圖 323 上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示界面 7 4 系統(tǒng)測試與分析 測試環(huán)境及儀器 編 號 型 號 數(shù) 目 1 秒表 1 指標(biāo)測試結(jié)果 第一次 第二次 第三次 A 端到達(dá)中心時間 /s 13 10 11 尋找平衡時間 /s 2 3 4 中點(diǎn)平衡時間 /s 5 5 5 中點(diǎn)到 B 點(diǎn)時間 /s 12 10 10 返回原地時間 /s 20 21 20 測試結(jié)果及誤差分析 經(jīng)過測試，本系統(tǒng)完成了預(yù)期的目標(biāo)。 誤差分析， 由于 MSP430 自身的精度 ，外圍電路中非 線性元件，傾角傳感器精度導(dǎo)致采集、處理以及最后顯示的值有一定誤差 ,微處理器對采集到的信號進(jìn)行濾波處理時會產(chǎn)生很大的誤差，且車輪與蹺蹺板之間有一定的摩擦等都會造成誤差。 總 結(jié) 經(jīng)過一周的努力，本組完成了由 MSP430 單片機(jī)控制的通過小車的運(yùn)動來平衡蹺蹺板的控制系統(tǒng)。通過測試，小車可以在規(guī)定時間內(nèi)能夠到達(dá)中點(diǎn)，使得蹺蹺板平衡，并且在規(guī)定時間內(nèi)到達(dá) B 點(diǎn) 。在本次設(shè)計中我們不僅了解了陀螺儀對傾角的測量方法，而且掌握了 PID 控制算法，學(xué)會了對非線性信號的濾波處理。經(jīng)過努力，我們完整的完成了設(shè)計的目標(biāo)。 9 參考文獻(xiàn) [1] 沈建華等 .MSP430 超低耗單片機(jī)原理與實踐（第二版） [M].清華大學(xué)出版社 ,2021 [2] 孫傳文等 .測控系統(tǒng)原理與設(shè)計（第二版） [M] .北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021 [3] 洪利等 .MSP430 單片機(jī)原理與應(yīng)用實例詳解 [M].北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021 [4] [5] 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品匯編 [M].北 京理工大學(xué)出版社 , [6] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（ 5 版） [M].高等教育出版社 ,2021 [7] 童詩白等 .模擬 電子技術(shù)基礎(chǔ) .第 3 版 [M].2021 [8] [9] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ) （模擬部分 ） [M].（ 5 版）高等教育出版社 ,2021 [10] 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品匯編 [M].北京理工大學(xué)出版社 ,2021 [11] 陳永真等 .2021 版全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽硬件電路設(shè)計精解 [M].電子工業(yè)出版社 ,2021