【正文】 在此特別感謝我的指導(dǎo)老師 XX老師和 XX老師，感謝 XX學院給我們提供這次設(shè)計的機會和器材，同時要感 謝我班的幾位同學，正是因為有了你們的指導(dǎo)和幫助，我的設(shè)計才能進行和順利結(jié)束。平時理論知識學的很好，但是在課程設(shè)計中并不能得心應(yīng)手，會遇到很多不會的操作，這就需要加強實踐能力，一個同學的知識變成多個同學的知識，多個同學的知識變成一個同學的知識，這樣才能相互促進、相互提高。當然最重要的是學到了基于單片機的機床設(shè)計的一些基本方法，同時也加深了對一些常用的電子元件的理解及其基本用法的掌握，比如單片機 AT89S5通訊接口芯片 MAX23鍵盤掃描顯示芯片 CH452等元器件，除了這些具體的東西，我覺得在這次設(shè)計的過程中學到的另外的更重要東西是一種精神，一種同學與同學之間的團隊與合作精神，很多時候一個人的力量是有限的，一個人不可能什么都會，我覺得人與人之間的相互幫助很有必要，這樣不僅能幫助大家很快的解決問題，還能提高我們每個人的實際水平， 也培養(yǎng)了我們的團隊合作精神，這些能力對于我們今后的學習和工作都很有幫助。 這次課程設(shè)計是我又一次親自動手設(shè)計東西，收獲很多，體會也很深刻。最開始我們選擇了兩個方案，但經(jīng)過方案的比較及論證后去掉不合理的一個，最終用那個最好的方案來設(shè)計。在做設(shè)計時，我們第一步是按 照設(shè)計要求來確定該題目可能需要的元器件，再慢慢根據(jù)個電子元件的功能及題目的要求一一進行篩選，最終確定用那些元件。當生產(chǎn)機械運動到某一預(yù)定位置時，行程開關(guān)通過機械可動部分的動作，將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機械給以必要的保護。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。熔斷管的作用是便于安裝熔體和有利于熔體熔斷時熄滅電弧。 熔斷器在結(jié)構(gòu)上主要由熔斷管 (或蓋、或座 ) 、熔體及導(dǎo)電部件等部分組成。 ⑶ 熔斷器 熔斷器基于電流熱效應(yīng)原理和發(fā)熱元件熱熔斷原理設(shè)計，具有一定的瞬動特性，用于電路的短路保護和嚴重過載保護。它是一種執(zhí)行電器，即使在先 進是可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)中 .它一般也不能被取代。它具有低電壓釋放保護功能。用它可以實現(xiàn)頻繁 第 24 頁 的遠距離自動控制，接觸器最主要的用途是控制電動機的啟動、反轉(zhuǎn)、制動和調(diào)速等。本設(shè)計主要用電磁繼電器、時間繼電器、熱繼電器等。按工作原理分為：電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器、電子式繼電器等。也可以的溫度、時間、速度、壓力等非電量，而輸出則是觸頭的動作或者是電路參數(shù)的變化。 電氣元件介紹 ⑴ 繼電器 繼電器是根據(jù)某種輸入信號來接通或斷開小電流控制電路，實現(xiàn)遠距離控制和保護的自動控制電器。按下反轉(zhuǎn)按鈕后，進行反轉(zhuǎn)的 Y/△啟動。 控制電路要有自鎖、互鎖、定時等常用電路，要求合上啟動（正 轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）按鈕后，電機先作星型連接啟動，經(jīng)延時 6 秒后自動換接到三角形連接運轉(zhuǎn)。接觸器 KMY閉合的同時定時器開始定時，定時時間到，接觸器 KMY斷開，接觸器 KM△閉合。 Y/△降壓啟動的原理如圖 1所示：在啟動過程中將電動機定子繞組接成星形，即接觸器 KMY 閉合。從圖中我們可以看出：要改變?nèi)嘟涣麟姍C的旋轉(zhuǎn)方向，只需要任意交換其中兩相就可以達到目的。 本設(shè)計對交流電機的正反轉(zhuǎn)控制的電氣原理圖如下所示： U?07 0 2 0 3U?07 0 2 0 3U?U?U?U?U?07 1 3 0 1 U?07 1 3 0 1U?07 1 3 0 1U?07 1 3 0 1U?07 1 5 0 1U?07 1 5 0 1U?07 1 5 0 1U?07 1 5 0 1U?常閉開關(guān) _1U?常閉開關(guān) _1_1( 2 / 1 )K1( 2 / 3 )K2F U S 1F R 1( 2 / 1 )M～3U?三相電機 _1 圖 交流電機正反轉(zhuǎn)控制的電氣原理圖 要實現(xiàn)三相鼠籠型異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制，只要把三相線當中的任意兩相調(diào)換一下位置就可以了。由于步進電機是感性負載，所以進入繞組的電流脈沖是以指數(shù)形式上升，即這時電流脈沖 i為： 1/(1 )TjHi I e??? 公式 () 第 22 頁 其中： i是電流脈沖瞬時值； HI 是在開關(guān)回路電壓為 u時的電流穩(wěn)態(tài)值； Tj 是開關(guān)回路的時間常數(shù)， ? ?/ LCTj L R R?? 綜上所述，本設(shè)計選用三相步進反應(yīng)式電機，采用運行中根據(jù)工作頻率對電源電壓升壓補償?shù)目刂品椒ā? 開關(guān)回路加到繞組的是矩形脈沖電壓，故電流也是脈沖。隨著換相頻率的提高，矩形脈沖電壓波頻率相應(yīng)提高，這樣，矩形脈沖電壓的寬度和周期也就會變小，當矩形脈沖電壓窄到一定程度，流入 電機繞組的電流就無法達到穩(wěn)定值 I ，步進電機就難以步進工作了。 (3)開關(guān)回路電壓對頻率的影響 在一般應(yīng)用中，開關(guān)電路的脈寬和流人繞組的電流的最大值，必定會隨開關(guān)電路換相頻率的提高而相應(yīng)減小。但這樣也會使效率降低，在低頻段工作時也會使步進電機的振蕩加劇。為了減少 Tj ，而不使穩(wěn)態(tài)電流減小，可采用在增大 Rc的同時，也提高供電電壓的辦法。 從式 ()可知：要減少 Tj ，可以采用增大 Rc的辦法。 第 21 頁 圖 步進電機一線繞組的開關(guān)回路 開關(guān)回路時間常數(shù) Tj 對注入電機繞組的電流達到穩(wěn)定值的時間有極大關(guān)系，它影響到步進電機的工作頻率。 Rc也是個外接的功率電阻，它是一個消耗性負載，一一般為數(shù)歐姆。步進電機一相繞組的開關(guān)電路如圖 。因此設(shè)計中應(yīng)選擇多拍的控制方式。拍數(shù)本質(zhì)上也就是轉(zhuǎn)動一個齒距所需的電源電壓換相次數(shù)，值得指出的是換相是指對步進電 機各相繞組進行轉(zhuǎn)換，而電源電壓是單極性的固定的。 下面分析這幾種因素對步進電機頻率特性的影響。步進電機的頻 率特性曲線和很多因素有關(guān)，這些因素包括步進電機的轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子鐵心有效長、 .控制線路的電壓、齒數(shù)、齒形、齒槽比、步進電機內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子間的氣隙、轉(zhuǎn)動一個齒距所需的拍數(shù)等。一般步進電機的通電頻率，即起動頻率為 ?50步／秒到 2022步／秒。步進電機對繞組的通電頻率有一定的要求。從公式 第 20 頁 ()可知：為了使步進電機工作的步距角 s? 減小，也即：使控制精度增高，步進電機在相數(shù)一定的情況下應(yīng)增加工作拍數(shù)。三拍就是在轉(zhuǎn)動一個齒距時換相三次；六拍則是換相六次。實際上步進電機每一拍就執(zhí)行一次步進，所以步進電機的步距角 s? 可以表示如下： 2/s Nr k? ?? 公式（ ） 或 360 /s Nr k? ? 公式（ ） 其中： k是步進電機工作拍數(shù)， Nr是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動頻率越高，則電機轉(zhuǎn)速越快，但步進電機的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因為它每走一步需要一定的時間，若信號頻率過高，可能導(dǎo)致電機失步，甚至只在原步顫動。 下面介紹的是國產(chǎn)20BY0型步進電機，它使用 +5V直流電源，步距角為 18度。勵磁順序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 步進電動機的負載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度愈快負載轉(zhuǎn)矩愈小，當速度快至其極限時，步進電動機即不再運轉(zhuǎn)。若以 1 相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。 C、 12 相勵磁法：為 1 相與 2 相輪流交替導(dǎo)通。若以 2 相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。 第 18 頁 B、 2 相勵磁法：在每一瞬間會有二個線圈同時導(dǎo)通。若欲以 1 相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn) ，其勵磁順序如圖所示。 分述如下： A、 1 相勵磁法：在每一瞬間只有一個線圈導(dǎo)通。每輸出一個脈沖信號，步進電動機只走一步。二、步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有 1相勵磁及 2 相勵磁之分，而半步勵磁又稱 12 相勵磁。 一、步進電動機有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動。它在工業(yè)過程控制中得到廣泛的應(yīng)用，尤其在智能儀表和需要精確定位的場合應(yīng)用更為廣泛。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了電動機旋轉(zhuǎn)的速度，改變繞組的通電順 序可以改變電機旋轉(zhuǎn)的方向。 V+2C 1 +1C 1 3C 2 +4C 2 5V6T 2 I N7R 2 O U T8V C C16G N D15T 1 O U T14R 1 I N13R 1 O U T12T 1 I N11T 2 O U T10R 2 I N9S?M A X 2 3 2C60 .1C70 .1C80 .1C50 .1V C C162738495J?D B 9 圖 RS232C接口電路 第 17 頁 4 電機與電氣控制電路設(shè)計 步進電機模塊 步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動機，它的運行需要專門的驅(qū)動電源，驅(qū)動電源的輸出受外部的脈沖信號控制。 RS232C標準的邏輯電平與 TTL電平之間的轉(zhuǎn)換用 MAX232芯片實現(xiàn)，單片機的 TXD、 RXD分別連到 MAX232的 T2in、 R1out端。 本設(shè)計采用 MAX232芯片實現(xiàn)單片機和上位機之間電平的轉(zhuǎn)換，而且該芯片本身對電流具有一定的泵升的作用，因此廣泛應(yīng)用于串行通信中。一般使用中，只需要連接好 TXD、 RXD、 DSR、 RTS、 GND5根線即可正常通信。不同于傳統(tǒng)的 TTL 等數(shù)字電路的邏輯電平， RS232C的邏輯電平以公共地為對稱，其邏輯“ 0”電平規(guī)定在 +3V+25V之間，邏輯“ 1”電平規(guī)定在 3V— 25V 之間，因此需要使用正負極性的雙電源供電。 （ 2） RS232C中的引腳定義和電氣特性 RS232C 中定義了 20 根信號線，使用 25 芯 D 型連接器 DB25 實現(xiàn)，后來為了簡化串口的線路連接，出現(xiàn)了 9芯 D型連接器 DB9， DB9引腳的分布和信號說明分別如圖 示。 RS232C的推薦最大電纜長度為 15m，實際通信中可以以降低通信速率為代價適當延長通信距離。 RS232通信協(xié)議 （ 1） RS232C標準介紹 串行通信接口標準中， RS232C是目前最常用的一種串行通信接口。 P3 口： 8 位準雙向 I/O 口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。 P1口