【正文】 光電隔離是由光電耦合器件完成的。光電耦合器是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的新型電子元件，是以光為媒介傳輸信號(hào)的器件。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。開關(guān)量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電偶合器的隔離作用，使夾雜在輸入開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。除此之外，它還能起到很好的安全保障作用，因此在光電耦合器的輸入回路和輸出回路之間有很高的耐壓值，在500V~1KV，甚至更高，由于電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè)的電信號(hào)進(jìn)行直接耦合，而是以光為媒介進(jìn)行間接耦合，所以具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。光電偶合器件（簡(jiǎn)稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過(guò)光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電—光和光—電的轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器分為很多種類。圖 最常用的光電耦合器之內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)我們選用6N137光電隔離器，6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850nm波長(zhǎng)AlGaAs LED和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。，信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳入光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端, 與門的另一個(gè)輸入為使能端, 當(dāng)使能端為高時(shí)與門偷出高電平, 經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)電流小于觸發(fā)閡值或使能為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開路的,可針對(duì)接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。圖 6N137實(shí)際電路連接圖 伺服驅(qū)動(dòng)器選型伺服驅(qū)動(dòng)器是來(lái)控制伺服電機(jī)的,是伺服電機(jī)的控制部分。在這里我們選擇根據(jù)SGMSH10A??A型伺服電機(jī)適配SGDM10ADA伺服驅(qū)動(dòng)器。 圖 SGDM10ADA伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)物圖SGDH伺服驅(qū)動(dòng)器MECHATROLINK I/F 單元伺服信息（位置、速度、輸入輸出）的讀出和各種指令的變更，可以通過(guò)實(shí)時(shí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)上位控制器可以最多實(shí)現(xiàn)15站點(diǎn)的多軸運(yùn)動(dòng)控制。全閉 I/F單元在機(jī)械前端所發(fā)生的位置偏移，可以用最近的方式。用脈沖指令可以對(duì)應(yīng)全閉環(huán)位置控制，即使精度上升，仍能高速驅(qū)動(dòng)并且在安全上也能起到作用。 它的性能卓越 ，為了實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率，該驅(qū)動(dòng)器CPU運(yùn)算時(shí)間減少了一半，通過(guò)擴(kuò)充新控制算法，定位時(shí)間大大縮短，實(shí)現(xiàn)了出類拔萃的響應(yīng)性。又由于新控制算法的擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)了模式跟蹤控制，制振控制，強(qiáng)化了對(duì)振動(dòng)的控制。因此，即使低剛性機(jī)械其定位整定時(shí)間亦可縮短1/3(與其它產(chǎn)品相比較)。另外，高速/高精度驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了最高轉(zhuǎn)速5000/rpm。此外，因采用了高分辨率串行編碼器(16，17bits)，提高了定位精度。dq軸變換電流控制系統(tǒng)的采用，轉(zhuǎn)矩控制精度(重復(fù)性)亦提高了177。5%至177。2%。 而且采用了速度觀測(cè)控制，使電機(jī)的速度波動(dòng)大幅度減低，低速下亦可平滑運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，它還有設(shè)定簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因此我們選擇SGDM10ADA伺服驅(qū)動(dòng)器。 驅(qū)動(dòng)控制電路 D/A轉(zhuǎn)化模塊選擇由于LPC2114不包含D/A轉(zhuǎn)換器，因此我們可以選擇D/A轉(zhuǎn)換器MAX518作為數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)的過(guò)程控制和實(shí)時(shí)控制等應(yīng)用中，常常需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，因此D/A轉(zhuǎn)換芯片在此類應(yīng)用中扮演著非常重要的角色。本次設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換是將ARM片輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作的模擬電壓信號(hào)。D/A轉(zhuǎn)換芯片的種類繁多，MAX518是一款8引腳的雙列直插D/A轉(zhuǎn)換器，其采用＋5V單電壓供電，具有雙線串行接口，可與多個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信。MAX518的實(shí)際電路連接圖如圖 。OUT0、OUT1為D/A轉(zhuǎn)換的電壓輸出；AD0，AD1為地址輸入端，用于設(shè)置器件的從動(dòng)地址：SCL為串行時(shí)鐘輸入；SDA為串行數(shù)據(jù)輸入，該器件兼容，可以很方便地加到單片機(jī)上。MAX518特點(diǎn)是：?jiǎn)?5V電源,8位轉(zhuǎn)換精度,接口,可選單通道輸出或雙通道同時(shí)輸出。圖 MAX518 實(shí)際電路連接圖 伺服單元控制電路∑ 所示。 伺服單元內(nèi)部框圖 伺服單元主電路配線圖其中：Q：配線用斷路器（變頻器用）FIL：干擾過(guò)濾器KM：接點(diǎn)KA：繼電器HL：顯示用指示燈1D：續(xù)流二極管 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)由控制器輸出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離芯片6N137的輸出,通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)用作驅(qū)動(dòng)繼電器KA，如此就能控制電機(jī)伺服功能，P動(dòng)作以及警報(bào)復(fù)位功能。 伺服單元繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序流程圖用戶輸入指令后, ARM進(jìn)行初始化，系統(tǒng)錯(cuò)誤檢查后進(jìn)入控制狀態(tài)，打開啟動(dòng)開關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析誤差，若有誤差則進(jìn)行反饋調(diào)整再輸出控制信號(hào)，若無(wú)誤差這直接輸出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速位移的調(diào)節(jié)。伺服電機(jī)運(yùn)行狀況監(jiān)視, 故障報(bào)警, 控制命令的發(fā)送等, 采用VC++編寫, 所示：圖 主程序流程圖 參數(shù)自調(diào)整在線插值模糊控制算法以PHILIPS單片32位ARM微控制器－LPC2114為控制核心的主控制器，提供了高速的運(yùn)算能力和強(qiáng)大的控制功能，為伺服電機(jī)追求高速高精度提供了必需的硬件保障和實(shí)現(xiàn)的可能性；采用的參數(shù)自調(diào)整在線插值模糊控制算法，在實(shí)際應(yīng)用中很容易實(shí)現(xiàn)，是一種快速精確的控制算法，兩者共同構(gòu)建了高性能的伺服控制器。該方案實(shí)現(xiàn)的伺服電機(jī)控制器已在高速、高精度的運(yùn)動(dòng)機(jī)械控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，亦可用于其他高要求的運(yùn)動(dòng)控制中。普通的在線模糊算法實(shí)際上是一個(gè)查表輸出的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)就是某種插值器。其模糊控制器的穩(wěn)態(tài)性能遠(yuǎn)不如普通的PID或PI控制器，除了所制定的模糊表不佳之外，另外一個(gè)重要原因就是誤差及誤差變化率被模糊量化取整而引起的控制器調(diào)節(jié)死區(qū)，以及控制量的分檔而引起的控制器調(diào)節(jié)過(guò)粗。從理論上講，增加論域元素的個(gè)數(shù)，即把等級(jí)細(xì)分，可提高控制精度，但這種方法受計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的限制，同時(shí)也增大計(jì)算量，對(duì)于模糊控制顯得必要性不大。模糊控制系統(tǒng)的在線插值算法相當(dāng)于在論域內(nèi)的分檔趨于無(wú)窮大，因此也相當(dāng)于在控制規(guī)則表相鄰分檔之間以線性插值方式補(bǔ)充了無(wú)窮個(gè)新的、經(jīng)過(guò)細(xì)分的控制規(guī)則，完善了原有的控制規(guī)則，從根本上克服了普通模糊控制系統(tǒng)因控制器輸入輸出變量量化所造成的控制精度低與可能出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)顫振等缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中很容易實(shí)現(xiàn)，是一種快速精確的控制算法。模糊控制的量化因子、比例因子Ku會(huì)影響系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能，從系統(tǒng)輸出來(lái)看調(diào)節(jié)比例因子的因果關(guān)系比較明確，它直接影響系統(tǒng)性能，最終也能起到影響Ke和Kec的作用，因而采用在線自調(diào)整Ku能夠收到很好的控制效果，不會(huì)使系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜而影響實(shí)時(shí)性。參數(shù)自調(diào)整的在線插值模糊控制算法具有以上兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，該算法容易用程序?qū)崿F(xiàn)，在實(shí)際中得到了良好的應(yīng)用。自調(diào)整算法模糊查詢表Ke變換調(diào)整被控對(duì)象Kecd/dt反饋因子插值調(diào)整KuRe圖 線插值模糊控制器參數(shù)自調(diào)整的在線插值控制算法的N—。圖 線插值控制算法的N—S流程圖 子程序代碼基于181。C/OSⅡ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)主函數(shù)及相關(guān)任務(wù)的編寫與嵌入子程序(函數(shù))：系統(tǒng)的初始化；反饋信號(hào)實(shí)時(shí)采樣子程序；主程序(函數(shù))：void Task1(void){while(l)調(diào)用相關(guān)子程序；參數(shù)自調(diào)整在線插值模糊控制算法；OSTimeDlyHMSM(合適的時(shí)問(wèn))；}void Task2(void){while(1)等待相關(guān)條件的觸發(fā)；電源監(jiān)控處理；}void TaskStart(void){設(shè)置所有被調(diào)用任務(wù)的不同優(yōu)先級(jí)；使能定時(shí)器的定時(shí)中斷，提供給操作系統(tǒng)181。C/OSⅡ基準(zhǔn)時(shí)鐘；分別創(chuàng)建任務(wù)，并賦于不同優(yōu)先級(jí)和堆棧；OSTmkDel(OS_PR10_SELF)；void main(void){硬件和軟件模塊的相關(guān)初始化；/*操作系統(tǒng)181。C/OSⅡ進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度必需的操作 */OSInit()；/*基準(zhǔn)定時(shí)器的初始化設(shè)置*/OSTimeSet(0)；/*創(chuàng)建開始任務(wù)*/OSTaskCreate(TaskStart，(void *)0,堆棧尺寸，任務(wù)優(yōu)先級(jí))。/*操作系統(tǒng)181。C/OSⅡ進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度必需的操作*/OSStart()；}結(jié) 論三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年知識(shí)的檢驗(yàn)，也是一次人生的體驗(yàn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是為了將書本上的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品，這也是大學(xué)素質(zhì)教育的目的。在將知識(shí)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)實(shí)踐，這要付出很多的努力。不僅僅是精力和體力，而且是意志力的體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)當(dāng)中很多問(wèn)題在課本上是找不到答案的，這需要大家逐步摸索，逐步實(shí)驗(yàn)，其中許多問(wèn)題我們還是不甚了解。但在這三個(gè)月中，我學(xué)到了很多東西，其中的酸甜苦辣可想而知。本文大體上完成了伺服電機(jī)控制器的整體設(shè)計(jì)，以LPC2114芯片為核心，其控制功能強(qiáng)，工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)然弊端也很多，個(gè)別電路芯片的保護(hù)措施不太完善，希望將來(lái)能夠得到圓滿的解決，電機(jī)的調(diào)速范圍也不夠廣結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單精確度不高等問(wèn)題，今后還需要進(jìn)一步改進(jìn)。 此次設(shè)計(jì)當(dāng)中硬件部分的設(shè)計(jì)與連接和ARM控制器流程圖與子程序的編寫都可以說(shuō)是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。ARM相關(guān)技術(shù)知識(shí)由于以前從未接觸過(guò)，所以本次設(shè)計(jì)可以說(shuō)是一個(gè)邊學(xué)習(xí)邊運(yùn)用的過(guò)程，其過(guò)程艱辛程度可想而之，這些全靠于老師的悉心指導(dǎo)才得以順利完成。同時(shí)由于對(duì)ARM硬件及相關(guān)知識(shí)的缺乏，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)當(dāng)中卻遇到了許多難題。許多硬件都涉及到具體產(chǎn)品，如何選用是我們的一大難題。而且一些元器件很難在資料中查詢到。但也鍛煉了我們的實(shí)際動(dòng)手能力。這對(duì)我們將來(lái)的發(fā)展有很大的好處。致 謝本次設(shè)計(jì)從選題、調(diào)研到方案論證，直至報(bào)告寫作完成的整個(gè)過(guò)程都是在我的導(dǎo)師于心俊老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此，我向于心俊老師表示衷心的感謝。感謝于老師對(duì)我孜孜不倦的指導(dǎo)，幫我擺正做畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度，教我做事情的方法，這些在我以后的工作生活中都將起到很好的指導(dǎo)作用。設(shè)計(jì)過(guò)程中還得到了其他老師和同學(xué)的大量幫助，可以說(shuō)本次設(shè)計(jì)的順利圓滿完成是大家共同努力的結(jié)果，是和每個(gè)人的辛勤付出分不開的，這使我在過(guò)程中再次體會(huì)到集體力量的強(qiáng)大,認(rèn)識(shí)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。在河南工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)期間，使我較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了自動(dòng)化的相關(guān)知識(shí)，借此機(jī)會(huì)向所有關(guān)心和支持過(guò)我的老師們，以及和我朝夕相處，在生活、學(xué)習(xí)上給我很大幫助的同學(xué)們，一并表示真誠(chéng)的謝意。由于能力和時(shí)間的限制，設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤和不足之處，還請(qǐng)各位老師和同學(xué)指正。參 考 文 獻(xiàn)[1] Pentamicro DataSheet,Version [DB/CD].2005[2] MPC860 PowerQUICC User39。s [3] [J].中國(guó)科技信息，2007[4] 孔祥營(yíng), 及其開發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003[5] 周啟平，張楊VxWorks 下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及BSP開發(fā)指南[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007[6] 在ARM芯片上的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息.[7] [J].2006,3:3841[8] ARM公司．ARM Architecture Reference Manual[M]．ARM 公司，2007[9] 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