【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(xué)院給我們提供這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)和器 材，同時(shí)要感謝我班的幾位同學(xué)，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹笇?dǎo)和幫助，我的設(shè)計(jì)才能進(jìn)行和順利結(jié)束。平時(shí)理論知識(shí)學(xué)的很好，但是在課程設(shè)計(jì)中并不能得心應(yīng)手，會(huì)遇到很多不會(huì)的操作，這就需要加強(qiáng)實(shí)踐能力，一個(gè)同學(xué)的知識(shí)變成多個(gè)同學(xué)的知識(shí)，多個(gè)同學(xué)的知識(shí)變成一個(gè)同學(xué)的知識(shí)，這樣才能相互促進(jìn)、相互提高。當(dāng)然最重要的是學(xué)到了基于單片機(jī)的機(jī)床設(shè)計(jì)的一些基本方法，同時(shí)也加深了對(duì)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(jī) 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(jué)得在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)到的另外的更重要東西是一種精神，一種同學(xué)與同學(xué)之間的團(tuán)隊(duì)與合作精神，很多時(shí)候一個(gè)人的力量是有限的，一個(gè)人不可能什么都會(huì)，我覺(jué)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(wèn)題，還能提高我們每個(gè)人 的實(shí)際水平，也培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，這些能力對(duì)于我們今后的學(xué)習(xí)和工作都很有幫助。 這次課程設(shè)計(jì)是我又一次親自動(dòng)手設(shè)計(jì)東西，收獲很多，體會(huì)也很深刻。最開(kāi)始我們選擇了兩個(gè)方案，但經(jīng)過(guò)方案的比較及論證后去掉不合理的一個(gè)，最終用那個(gè)最好的方案來(lái)設(shè)計(jì)。在做設(shè)計(jì)時(shí)，我 們第一步是按照設(shè)計(jì)要求來(lái)確定該題目可能需要的元器件，再慢慢根據(jù)個(gè)電子元件的功能及題目的要求一一進(jìn)行篩選，最終確定用那些元件。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)到某一預(yù)定位置時(shí)，行程開(kāi)關(guān)通過(guò)機(jī)械可動(dòng)部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制它們的動(dòng)作和位置，借此對(duì)生產(chǎn)機(jī)械給以必要的保護(hù)。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、速度、行程大小或位置的一種自動(dòng)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(shí) 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(jì)，具有一定的瞬動(dòng)特性，用于電路的短路保護(hù)和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)。它是一種執(zhí)行電 器，即使在先進(jìn)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(hù)功能。用它可以實(shí)現(xiàn)頻繁 第 24 頁(yè) 的遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制，接觸器最主要的用途是控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速等。本設(shè)計(jì)主要用電磁繼電器、時(shí)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(dòng)式繼電器、熱繼電器、電子式繼電器等。也可以的溫度、時(shí)間、速度、壓力等非電量，而輸出則是觸頭的動(dòng)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(hào)來(lái)接通或斷開(kāi)小電流控制電路，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和保護(hù)的自動(dòng)控制電器。按下反轉(zhuǎn)按鈕后，進(jìn)行反轉(zhuǎn)的 Y/△啟動(dòng)。 控制電路要有自鎖、互鎖、定時(shí)等常用電路，要求 合上啟動(dòng)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）按鈕后，電機(jī)先作星型連接啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí) 6 秒后自動(dòng)換接到三角形連接運(yùn)轉(zhuǎn)。接觸器 KMY閉合的同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到，接觸器 KMY斷開(kāi)，接觸器 KM△閉合。 Y/△降壓?jiǎn)?dòng)的原理如圖 1所示：在啟動(dòng)過(guò)程中將電動(dòng)機(jī)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(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只需要任意交換其中兩相就可以達(dá)到目的。 本設(shè)計(jì)對(duì)交流電機(jī)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(kāi)關(guān) _1U?常閉開(kāi)關(guān) _1_1( 2 / 1 )K1( 2 / 3 )K2F U S 1F R 1( 2 / 1 )M～3U?三相電機(jī) _1 圖 交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的電氣原理圖 要實(shí)現(xiàn)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，只要把三相線當(dāng)中的任意兩相調(diào)換一下位置就可以了。由于步進(jìn)電機(jī)是感性負(fù)載，所以進(jìn)入繞組的電流脈沖是以指數(shù)形式上升，即這時(shí)電流脈沖 i為： 1/(1 )TjHi I e??? 公式 () 第 22 頁(yè) 其中： i是電流脈沖瞬時(shí)值； HI 是在開(kāi)關(guān)回路電壓為 u時(shí)的電流穩(wěn)態(tài)值； Tj 是開(kāi)關(guān)回路的時(shí)間常數(shù)， ? ?/ LCTj L R R?? 綜上所述，本設(shè)計(jì)選用三相步進(jìn)反應(yīng)式電機(jī)，采用運(yùn)行中根據(jù)工作頻率對(duì)電源電壓升壓補(bǔ)償?shù)目刂品椒ā? 開(kāi)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(huì)變小，當(dāng)矩形脈沖電壓窄到一 定程度，流入電機(jī)繞組的電流就無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定值 I ，步進(jìn)電機(jī)就難以步進(jìn)工作了。 (3)開(kāi)關(guān)回路電壓對(duì)頻率的影響 在一般應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)電路的脈寬和流人繞組的電流的最大值，必定會(huì)隨開(kāi)關(guān)電路換相頻率的提高而相應(yīng)減小。但這樣也會(huì)使效率降低，在低頻段工作時(shí)也會(huì)使步進(jìn)電機(jī)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(shí)，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(yè) 圖 步進(jìn)電機(jī)一線繞組的開(kāi)關(guān)回路 開(kāi)關(guān)回路時(shí)間常數(shù) Tj 對(duì)注入電機(jī)繞組的電流達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間有極大關(guān)系，它影響到步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。 Rc也是個(gè)外接的功率電阻，它是一個(gè)消耗性負(fù)載，一一般為數(shù)歐姆。步進(jìn)電機(jī)一相繞組的開(kāi)關(guān)電路如圖 。因此設(shè)計(jì)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(dòng)一個(gè)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(duì)步進(jìn)電機(jī)各相繞組進(jìn)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(duì)步進(jìn)電機(jī)頻率特性的影響。 步進(jìn)電機(jī)的頻率特性曲線和很多因素有關(guān)，這些因素包括步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子鐵心有效長(zhǎng)、 .控制線路的電壓、齒數(shù)、齒形、齒槽比、步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子間的氣隙、轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距所需的拍數(shù)等。一般步進(jìn)電機(jī)的通電頻率，即起動(dòng)頻率為 ?50步／秒到 2022步／秒。步進(jìn)電機(jī)對(duì)繞組的通電頻率有一定的要求。從公式 第 20 頁(yè) ()可知：為了使步進(jìn)電機(jī)工作的步距角 s? 減小，也即：使控制精度增高，步進(jìn)電機(jī)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(dòng)一個(gè)齒距時(shí)換相三次；六拍則是換相六次。實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)每一拍就執(zhí)行一次步進(jìn)，所以步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(dòng)頻率越高，則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因?yàn)樗孔咭徊叫枰欢ǖ臅r(shí)間，若信號(hào)頻率過(guò)高，可能導(dǎo)致電機(jī)失步，甚至只在原步顫動(dòng)。 下面介紹的是國(guó)產(chǎn)20BY0型步進(jìn)電機(jī)，它使用 +5V直流電源，步距角為 18度。勵(lì)磁順序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度愈快負(fù)載轉(zhuǎn)矩愈小，當(dāng)速度快至其極限時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即不再運(yùn)轉(zhuǎn)。若以 1 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。 C、 12 相勵(lì)磁法：為 1 相與 2 相輪流交替導(dǎo)通。若以 2 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。 第 18 頁(yè) B、 2 相勵(lì)磁法：在每一瞬間會(huì)有二個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。若欲以 1 相勵(lì)磁法控制步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。 分述如下： A、 1 相勵(lì)磁法：在每一瞬間只有一個(gè)線圈導(dǎo)通。每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只走一步。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁，其中全步勵(lì)磁又有 1相勵(lì)磁及 2 相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱 12 相勵(lì)磁。 一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(lái)驅(qū)動(dòng)。它在工業(yè)過(guò)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(chǎng)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(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度，改變 繞組的通電順序可以改變電機(jī)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(yè) 4 電機(jī)與電氣控制電路設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)模塊 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)，它的運(yùn)行需要專門的驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源的輸出受外部的脈沖信號(hào)控制。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平與 TTL電平之間的轉(zhuǎn)換用 MAX232芯片實(shí)現(xiàn)，單片機(jī) 的 TXD、 RXD分別連到 MAX232的 T2in、 R1out端。 本設(shè)計(jì)采用 MAX232芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和上位機(jī)之間電平的轉(zhuǎn)換，而且該芯片本身對(duì)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(duì)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(fù)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(hào)線，使用 25 芯 D 型連接器 DB25 實(shí)現(xiàn)，后來(lái)為了簡(jiǎn)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(hào)說(shuō)明分別如圖 示。 RS232C的推薦最大電纜長(zhǎng)度為 15m，實(shí)際通信中可以以降低通信速率為代價(jià)適當(dāng)延長(zhǎng)通信距離。 RS232通信協(xié)議 （ 1） RS232C標(biāo)準(zhǔn)介紹 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)中， RS232C是目前最常用的一種串行通信接口。 P3 口： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P