毕业设计（论文）-除冰机器人的设计.doc

除冰机器人的设计摘要随着科技的发展，机器人技术也越来越普及。在各个领域的发展到一定阶段，机器也开始代替人的工作，对那些具有安全隐患的工作也是机器人应用最多的地方，如今西南地区随着天气的影响对输电线的破坏也越来越加重，本次设计是针对这种情况设计一种专门除冰的一种机器人，通过对内部的控制设计达到对机械的操作，进而达到除冰的效果。在根据运动学仿真，验证了动作规划的合理性。接下来，用Lagrange法建立了机器人的多刚体系统动力学模型，推导了机器人逆动力学方程的求解算法，并结合机器人的虚拟样机，并且考虑导线的柔性，对除冰机器人单臂越障的过程进行了仿真，根据结果，为除冰机器人最薄弱的关节选择了合适和电机，验证了除冰机器人本体结构设计的可行性。最后，研究了柔性导线的悬挂形状，并用Lagrange方程建立了机器人的刚柔耦合动力学模型，在ADAMS中用除冰机器人的虚拟样机模型和导线的柔性模型进行了仿真，得到机器人运动与导线变形间耦合特性。验证了即使在考虑导线柔性的情况下，因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的实用意义。关键词：除冰机器人；运动学；多刚体动力学；刚柔耦合动力学AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyroboticsisbecomingincreasinglypopular.Invariousfieldsofdevelopmenttoacertainstagemachinesbegantoreplacetheworkofaplacewheremostworkisalsoarobotapplicationsecurityrisksandnowthesouthwestwiththeweatherdamagetothetransmissionlinemoreandmoreaggravatedthisdesignisaspecializedde-icingforthiscasetodesignarobotandinternalcontroldesignedtomeettheoperationofmachinesthusachievingtheeffectofde-icing.kinematicssimulationtoverifytherationalityoftheactionplan.NextusingtheLagrangetherobotsmulti-bodydynamicsmodelthederivationofthealgorithmoftherobotinversedynamicsequationscombinedwiththevirtualprototypeoftherobotandtoconsidertheflexibilityofthewirede-icingrobotsinglearmthemoreimpairedtheprocessofsimulationbasedontheresultstheweakestde-icingrobotjointstochoosetherightmotorverifythefeasibilityofde-icingdesignoftherobotbodystructure.FinallyflexiblewirehangingshapeandtheLagrangeequationsoftherobotrigid-flexiblecouplingdynamicmodelaflexiblemodelofthevirtualprototypemodeloftherobotinADAMSusingde-icingandwireweresimulatedtogettherobotmotioncouplingbetweenthewiredeationfeatures.verifiedeveninthewireflexiblesothedevelopmentofsafeandeffectivede-icingmachinestoreplacehumanconductorsde-icinghaspracticalsignificance.Keywords：Deicingrobotkinematicsmulti-bodydynamicsrigid-flexiblecouplingdynamics目录摘要.11引言.11.1除冰机器人的研究.11.2研究现状.11.3工业机器人的控制系统的分类.22控制系统的设计.32.1工作电源及控制系统.32.2传感器的应用.42.2.1温度传感器.42.2.2光照传感器.52.3单片机的选用及硬件设计.52.48255A芯片与AT89C51接口电路设计.72.5时钟电路的设计.82.6ADC0809引脚配置及其接口电路设计.93指令系统编程.113.1运动及轴的指令系统.113.2输入输出指令说明或编程.123.2.1程序循环和结构循环.123.2.2恒量.143.3轴参数说明和编程.144除冰机器人的运动模块.164.1无线传输模块.164.2测控系统.174.3控制功能模块.184.4系统软件的设计.204.5系统监控程序设定.22参考文献.24致谢.25附录.26中国地质大学长城学院2012届毕业论文11引言1.1除冰机器人的研究2008年1月我国南方数省输电线路遭遇历史上罕见的冰雪灾害。长时间持续的高强度、大范围低温雨雪冰冻天气导致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的电网发生倒塔、断线、舞动、覆冰闪络等多种灾害。由于温度、湿度和风速与覆冰形成的最佳气象条件吻合南方各省的输电线路大范围严重覆冰。加之冰冻天气持续时间长、强度大导线和铁塔上的覆冰表现为生成发展保持消融再保持再发展的循环过程冰厚不断增加。雪灾造成国家电网公司直接财产损失达10415亿元灾后电网恢复重建和改造需要投入资金390亿元。由此可见如何破除输电线路覆冰成为一个亟待解决的很有实际意义的课题。为了达到除冰效率高、能耗小、安全性强、成本低、操作简便、适应力强的目的本文从机械除冰的角度出发设计了一种输电线路除冰机器人。特别是电力系统遭受毁灭性重创，冰灾引起了倒塔现场调查了2008年湖南冰灾期间220kV输电线路的受损情况发现倒塔线路覆冰厚度主要集中在2060mm同时微地形和微气象造成覆冰加重和覆冰的不均匀性档距、塔形等对线路倒塔也存在影响。分析倒杆断线的形式认为覆冰太厚超过设计值、垂直荷载压垮和不平衡张力拉垮是造成线路倒塔。专家解说，高压线高高的钢塔在下雪天时，可以承受2-3倍的重量。但如果下雨凇，可能会承受10-20倍的电线重量。电线结冰，遇冷收缩，风吹引起震荡，就使电线不胜重荷而断裂。1.2研究现状目前，在国内还没有技术成熟的除冰机器人，但是，在外国这种除冰机器人技术相对比较成熟，其代表作品是加拿大的研究院设计的遥控小车，它主要用于清除电力传输线上的覆冰，但是该机器人质量过大，结构复杂，并且只能清除俩杆塔之间的覆冰，不具备越障功能，因此不完全的代替人工线上除冰，由于这些国家的地理与气候情况与我国相似，甚至一些国家的情况更加恶劣，为了保证电力系统的可靠性，提高高压输电线除冰的效率，减少损失，维护工人的安全，在借鉴国内外除冰机器人以及巡线机器人的优点，本文设计的是高压线路除冰机器人，这种机器人可以满足直导线上覆冰不是太厚情况下除冰要求。因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。全球气候正经历以变暖为主要特征的变化，气候变暖导致“厄尔尼诺”和“拉尼娜”等极端天气气候事件的频率与强度明显增加，输电线路所处地质条件复杂，容易遭受冰灾等极端天气的影响，目前国内外对已多次发生的输电线路冰灾事故进行了相关的研究。袭击湖南的持续低温、雨雪、冰冻天气过程来临之前，湖南温度偏高、空气干燥。湖南东、南、西部三面环山，向中部、北部过渡为丘陵和平地，冷空气袭击湖南后，湖南降温迅速，冷暖空气交汇形成的锋面逆温强度大，加上湖南北低南高的地势使逆温层得以除冰机器人的设计2加强，地势陡增处南下冷空气因推进受阻而徘徊驻留，随着暖湿气流不断补充，易形成长时间降雨、冰冻，形成持续的雨凇。由于降温迅速，湘西高海拔山区和纬度较高的湘北地区地表气温低，但降水主要集中在湘南、湘中、湘东，且停留时间较长，导致湘南、湘中、湘东冰冻灾害强于湘北和湘西高海拔山区。湖南电网冰冻灾害是在大尺度天气形势控制下形成的，拉尼娜现象起到推波助浪的作用，冰冻灾害受损范围与程度具有较强的微地形影响特征。长时间的低温(05)、降水过程为覆冰提供了适宜条件。受冷暖空气共同影响，湖南从01-1102-07，共出现4次明显的雨雪天气过程，这次持续时间长的冻雨和冰冻天气给湖南电网带来了灾难性的影响。湖南省电力公司500kV线路33条有14条线路倒塔182基，变形75基，导线断线或受损159处，地线断线或受损322处；220kV有44条线路倒塔679基，110kV有121条倒塔1864基；35kV高压线路倒杆6万4千多基，发生断线超过5万处；低压线路倒杆断杆33万多基，断线近37万处，在整个冰冻期间，发生了多次电网解裂和衡阳、郴州等地区大面积停电事故，使湖南电网受了有史以来最严峻的威胁，直接经济损失数10亿元。1.3工业机器人的控制系统的分类工业机器人控制系统可以从不同角度分类，如控制运动的方式不同，可为关节控制、笛卡尔空间运动控制和自适应控制；按轨迹控制方式的不同，可分为点位控制和连续轨迹控制；按速度控制方式的不同，可分为速度控制、加速度控制。程序控制系统：给每个自由度施加一定规律的控制作用，机器人就可实现要求的空间轨迹。自适应控制系统：当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。人工智能系统：事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息，实时确定控制作用。当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。因而本系统是一种自适应控制系统。中国地质大学长城学院2012届毕业论文32控制系统的设计2.1工作电源及控制系统要保证除冰机器人在野外大范围内长时间工作，必须提供持续可靠的电源。机器人一般的功率一般为几百瓦，由于受体积和重量的限制，蓄电池组不能满足长时间供电要求。尝试采用小型汽油发电机为机器人供电，但汽油发电机需携带油箱，工作时受环境影响大，可靠性差。由于除冰机器人一般沿高压的电力线爬行，因此，最好能直接从电力线上获取能源，即耦合供电。对采用电流互感器耦合从电力线上获取电源的设计方法进行了深入研究，分析了机器人所需的最大驱动力与其重量的比率、磁芯的截面积、副边线圈匝数等变量的关系，实验结果验证了方案的可行性。采用电力线耦合供电虽然解决了巡线机器人长期工作的电源问题，同时也导致机械机构及控制系统的复杂化。这是因为机器人越障时，电流互感器磁芯须从电力线上脱离，需解决磁芯分离机构控制和备用电源切换技术图2-1控制系统这种系统是适应控制系统，当外界条件变化时，为保证所要求的目的或为了随着经验的积累而自行改善控制系统，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。这种是事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息，实时确定控制作用。当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。除冰机器人的设计4因而本系统是一种自适应控制系统。2.2传感器的应用2.2.1温度传感器系统选用温湿度一体数字式传感器SHT11，该传感器将温湿度敏感元件、信号放大器、AD转换器、标准数据存储器、I2C总线等外围电路集成在了一个芯片上，不需外围电路，直接输出经过标定了的相对湿度和温度的数字信号。信号强度增加，抗干扰性增强，且长期稳定性也得到了保证，有效地解决了传统温、湿度传感器的不足。另外，还可以精确地测定露点，不会因为温湿度之间的温度差而引入误差。（1）选择测量范围和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100RH)测量。（2）选择测量精度。测量精度是湿度传感器最重要的指标，每提高个百分点，对湿度传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。如在不同温度下使用湿度传感器，其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1。将产生0.5RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，5RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用3RH以上精度的湿度传感器。而精度高于2RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。相对湿度测量仪表，即使在2025下，要达到2RH的准确度仍是很困难的。通常产品资料中给出的特性是在常温（2010）和洁净的气体中测量的。（3）考虑时漂和温漂。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，电子式湿度传器会产生老化，精度下降，电子式湿度传器年漂移量一般都在2%左右，甚至更高。一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年，到期需重新标定。（4）其它注意事项。湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。有的湿度传感器对供电电源要求比较高，否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进行远距离信号传输时，要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m以上时，建议选用频率输出信号的湿度传感器。中国地质大学长城学院2012届毕业论文52.2.2光照传感器在基础学科研究中，光照传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域；例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。光照传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，光照传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。本系统是采用硅光电池2DU6作为光照传感器，该传感器的短路电流信号对此进行放大到0-5V供AD模块转换之用。硅光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池。它是基于光生伏特效应制成的，是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。2.3单片机的选用及硬件设计为了适应各种应用领域的需要，世界各国都在不断地进行研制和开发。目前世界上最具实力的单片机开发公司有：美国的Intel、ATMEL，荷兰的Philips，德国的Siemens等。其中Intel公司开发的MCS-51高性能8位机代表着单片机的发展方向，成为单片机领域中的主流产品，其他公司则纷纷推出了与MCS-51系列兼容的单片机，ATMEL公司的89系列Flash单片机便是其中的一种。其以Intel80C5152作为内核，并采用可重复编程的FlashROM技术，是一种源于8051而又优于8051的单片机，已成为广大MCS-51用户进行电子设计与开发的优选单片机品种。根据系统的功能和要求，课题选用ATMEL公司89系列标准型单片机AT89C51作为控制中心。硬件电路以AT89C51单片机为核心，计时采用AT89C51的计数器1作为定时时钟，人机对话接口主要由键盘显示打印电路、故障报警电路构成处理转换(AD)电路构成输出控制由光隔、继电器、执行器件构成系统可靠性采取软件数字滤波和硬狗MAX706等技术。人机对话功能主要通过4位LED显示、4位按键、蜂鸣器、打印机(通过并行口DB25与PC机通信打印)来实现。除冰机器人的设计6AT89C51是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个4KBFlashEPROM，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的NURAM技术，且引脚和指令系统都与MCS-51产品兼容，最大特点就是其闪速存储器优越的在线可重复编程性能。其主要性能如下:4KB可改编程序Flash存储器，可经受1，000次的写入擦除周期全静态工作:OHZ24MHZ三级程序存储器保密128B(8位)内部RAM32条可编程IO口线2个16位定时器计数器5个中断源可编程串行通道片内时钟振荡器低功耗的闲置及掉电保护模式。AT89C51单片机有40个引脚，为CMOS工艺双列直插封装(DIP)，其引脚配置见图2。现将各引脚功能分述如下：(l)主电源引脚VCC接+5V电源正端，GND接+5V电源地端。(2)时钟震荡电路引脚XTALl和XTAL2(3)控制或与其它电源复用引脚RST、ALEError!Error!、Error!Error!和Error!Error!VPPRST为复位输入端ALE为地址锁存允许信号，PROG为Flash存储器编程脉冲输入端PSEN为外部程序存储的读选通信号Error!Error!为访问外部程序存储器允许端，VPP为Flash存储器编程电源12V输入端。(4)输入输出引脚PO.OPO.7，P1.01.7，P2.0P2.7和P3.OP3.7PO口(PO.0PO.7)是三态双向口，通称数据总线。Pl口(P1.0P1.7)是准双向口，专门供用户使用的IO口。P2口(P2.0P2.7)也是准双向口。P3口(P3.0P3.7)是双功能口，第一功能是一般IO口，第二功能定义具体见表1所示。存储器分开编址的，它们有各自的寻址系统、控制信号和特定功能。程序和数据存储器在物理和逻辑上均分为两个地址空间:内部存储空间和存储器分外部存储空间。这里系统的数据量不太大，程序也不太长，AT89C51片内的4KBROM闪速存储器和128B的RAM数据存储器即可满足要求，无需扩展片外RAM和ROM，CPU只需访问内部RAM和ROM，故在硬件电路设计上将Error!Error!和Error!Error!引图2-2AT89C51引脚图中国地质大学长城学院2012届毕业论文7脚连在一起接VCC，由一上拉电阻将其拉高。AT89内部存储器地址空间分配为:片内4KB程序Flash存储空间(0000HOFFFH)片内128字节的数据存储空间(OOH7FH)特殊功能寄存器空间(80HFFH)位寻址空间(00HFFH)。表2-3P3口各引脚兼用功能表这里本系统为典型的单片机应用系统，由于系统外围配置和应用电路的要求现有并行IO口已不能满足，故需要对IO口线进行扩展。由于选用的单片机与Intel公司的MCS-51系列是兼容的，故选用Intel公司的通用型可编程IO接口扩展芯片8255(38位)来扩展IO口线最为简捷可靠。扩展方法选用广泛采用的总线扩展方法，这种方法十分方便，扩展的并行口IO芯片的数据输入线取自AT89C51的PO口，只分时占用PO口，并不影响PO口与其他扩展芯片的连接操作，不会造成单片机硬件的额外开支。2.48255A芯片与AT89C51接口电路设计8255A的端口选择地址线AO和Al分别接AT89C51的P2.3、P2.2端，片选Error!Error!接P2.1端，复位引脚接AT89C51的RESET端，8255A的控制线Error!Error!和Error!Error!分别接AT89C51的Error!Error!和Error!Error!，数据线DOD7接PO.00.7端。8255A的工作方式这里选用方式O(基本输入输出方式)。在这种方式下，PA、PB、PC口均可设置为输入或输出，且不需任何选通信号。8255A是Intel公司与其微处理器配套的通用可编程并行IO接口扩展芯片，可与AT89C51系统总线直接连接，其引脚采用40线双列直插式封装，具体配置如图3所示。各引脚功能分述如下:数据总线(8条)DOD7为双向数据总线，用于传送CPU和8255A间的数据、命令和状态字。控制总线(6条)RESET为复位线，高电平有效。Error!Error!为片选线，低电平有效。若为高电平，则8255A不被选中工作Error!Error!为读命令线，WR为写命令线，均为低电平有效。Error!Error!为低电平(Error!Error!为高电平)则本片8255A处于读状态为低电平(Error!Error!为高电平)，则所选8255A处于写状态。A0和Al为口地址选择线，用于选中PA口、PB口、PC口和控制寄存器中的哪一个工作。并行IO口线(38位)PA口、PB口、PC口用于和外设通信。电源线(两条)VCC为+5V电源线，允许变化10%，GND为地线。数据总线(8条)DOD7为双向数据总线，用于传送CPU和8255A间的数据、命令和状态字。控制总线(6条)RESET为复位线，高电平有效。Error!Error!为片选线，低电平有效。若Error!Error!为高电平，则8255A不被选中工作Error!Error!为读命令线，Error!Error!写命令线，均为低电平有效。Error!Error!为低电平(Error!Error!为高电平)则本片8255A处于读状态Error!Error!为低电平(Error!Error!为高电平)，则所选8255A处于写状态。A0和Al为口地址选择线，用于选中引脚第二功能引脚第二功能第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3RXD（串行输入口）TXD（串行输入口）INT0（外部中断0）INT1（外部中断1）P3.4P3.5P3.6P3.7T0(定时器0的外部输入)T1(定时器1的外部输入)WR(外部数据存储器写选通)RD(外部数据存储器读选通)除冰机器人的设计8PA口、PB口、PC口和控制寄存器中的哪一个工作。并行IO口线(38位)PA口、PB口、PC口用于和外设通信。电源线(两条)VCC为+5V电源线，允许变化10%，GND为地线。2.5时钟电路的设计AT89C51单片机内部有个振荡器，可以用作CPU的时钟源。这里系统时钟选用内部方式，因为这种方式结构紧凑、成本低廉、可靠性高。AT89C51内部含有一个高增益的反相放大器，通过XTALI(输入端)、XTAL2(输出端)外接作为反馈元件的片外石英晶体(或陶瓷谐振器)和电容C1、C2组成的并联谐振电路后便构成片内自激振荡器，从而利用部的振荡器产生时钟。连接方法见图4所示，其中晶体呈感性，其决定着振荡器的振荡频率电容C1、C2对频率有微调作用。电路中反馈元件选用石英晶体，电容C1和C2均为30PF，电容的安装位置应尽量靠近单片机。图2-48255A引脚配置C2C1XTAL2AT89C51XTAL1ENDY1中国地质大学长城学院2012届毕业论文9图2-5时钟电路连接图2.6ADC0809引脚配置及其接口电路设计ADCO809芯片属ADC0808系列多通道8位CMOS模数转换器。其芯片内置有多路模拟开关以及通道地址译码和锁存电路，因此能够对多路模拟信号进行分时采集与转换。ADCO809是8位逐次比较式AD转换芯片，28引脚，双列直插封装，具有地址锁存控制的8路模拟开关，应用单一+5V电源，其模拟输入电压范围为O+5V，对应的转换数字量为00HFFH，转换时间为1OOuS，无须调零或调整满量程。因此能够实现8路模拟信号的分时采集和转换(每个瞬间只能转换一路)，转换后的数据送入三态输出数据锁存器。AD转换原理及过程:ADC0809最多允许8路模拟量分时输入，共用一个AD转换器进行转换，由A、B、C编码选择通道号通过最高位(DN-1)至最低位D0的逐次检测来逼近被转换的输入电压。AD转换过程主要包括采样量化及编码。采样是使模拟信号在时间上离散化，量化及编码是把采样后的值按比例变换成相应的二进制数码。如8位AD转换器所采集到的O5V电压转换成为OOHFFH相对应的数字量。通过数字量的运算比较的结果实现对模拟量的测量及控制。ADC0809引脚配置见图9所示，引脚功能如下:INO7为8个输入通道的模拟输入端DOD7为8位数字量的输出端A、B、C和ALE控制8路模拟通道的切换，ALE(地址锁存信号)高电平时把3个地址信号送入地址锁存器，并经译码器得到地址输出，以选择相应的模拟输入通道。A、B、C为输入地址选择线，三者编码对应8个通道地址。CAB=000111分别对应INOIN7通道地址START为启动信号，加上正脉冲后，AD开始进行转换EOC为转换结束信号，是芯片的输出信号。转换开始后，EOC信号变低，转换结束后，EOC返回高电平。这个信号可作为AD转换器的状态信号来查询，也可直接用作中断请求信号ENABLE(OE)为输出允许控制端，当给0E端输入高电平时，控制三态数据输出锁存器向外部输出转换数据结果CLK为时钟信号，其典型值为64OKHZVREF(+)和VREF(-)为AD转换器参考电压，由外部参考电压源提供(典型值为+5V)VCC为电源电压，由于是CMOS芯片，允许的电源范围较宽可以从+5+15V，VCC由VCC和GND引入。由于ADCO809片内有三态输出锁存器，因此可直接与AT89C51芯片接口，即其8位数据输出引脚可直接与CPU数据总线相连。接口电路的硬件逻辑设计主要是处理好AD引脚与AT89C51主机的硬件连接，以实现8路模拟信号的分时切换选通。ADC0809的数据线D0D7可直接和AT89C51的数据总线PO.OPO.7相连接，AD转换后的数字信号由P0口传送到CPU。这里由于利用TTL芯片实现对系统10口线的扩展，无疑会加重P0口负载。为了增强系统总线的驱动能力，特在AT89C51和ADCO809的数据除冰机器人的设计10线间增加双向总线驱动芯片74LS245，同时能够有效地避免资源共享发生冲突。具体连接如下:74LS245的AOA7引脚接AT89C51的P0.0P0.7端74LS245的BOB7引脚接ADCO809的数据线DOD7DIR为方向控制端，这里接地Error!Error!允许端也即片选端，这里接AT89C51的P2.7端。当P2.7端输出低电平时，Error!Error!=O有效，AT89C51的传送当P2.7数据实现B到A方向的传送即从ADC08O9到AT89C51的传送，当P2.7置高电平时，Error!Error!无效，三态门不通，Ai和Bi成高阻态，这时数据总线可为8255A使用。ADC08O9的时钟频率范围要求在101280KHZ内，由于其内部没有时钟电路，故其时钟信号必须由外部提供。这里ADC08O9的CLK端的时钟信号由十进制计数分频器芯片4017十分频后C0引脚提供，而4017的CL引脚(分频输入端)信号由AT89C51的ALE端提供，RST引脚(复位置0端)和Error!Error!引脚均接地，QOQ9端均悬空。ADCO809的ALE端由8255A的PC4端控制，ENABLE端由8255A的PC2端控制，START端由8255A的PC1端控制。模拟输入通道地址的译码输入信号A、B、C由AT89C51的地址总线P2.4、P2.5、P2.6提供，其信号状态决定选择的通道。8路模拟通道共用一个AD转换器，8路模拟信号分时转换，每个瞬间只能转换1路，各路之间的切换由软件变换通道地址来实现。8255A的PC1、PC4和PC2控制ADC08O9的启动、锁存和输出。PC4=1时，送模拟通道号地址到地址锁存器PC4=0时，地址锁存当PC1=1时，启动AD转换转换开始后EOC=0，转换结束则EOC=1当PC2=1时，输出转换结果。这些信号状态由指令时序形成。ADCO809芯片的转换速度在最高时钟频率下为10OuS左右，根据AD转换器与微处理器接口方式及应用系统本身要求的不同，实现AD转换所需软件的设计方法也不同。目前常用的控制方式(即数据传送方式)有:程序查询方式、延时等待方式(定时传送)和中断方式。本系统AD转换的实现采用程序查询方式，ADC0809的EOC引脚接AT89C5l的P3.2端。这里由微处理器向AD转换器发出启动信号，然后读入转换结束信号，查询转换是否结束。若转换结束，可以读入数据否则再继续读入转换结束信号进行查询，直至转换结束再读入数据。这种程序设计方法比较简单，可靠性高，但由于微机把许多时间都消耗在“查询”上，因而效率低，实际应用的许多系统对于消耗这点时间还是允许的，因此这种方法应用的比较普遍。传送时，首先送出口地址并以PC2端输出作为选通信号。当信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接收。图2-6ADC08O9管脚配置中国地质大学长城学院2012届毕业论文113指令系统编程3.1运动及轴的指令系统轴指令用来和旧的Trio控制器兼容。加速度率和减速度率可用ACCEL和DECEL轴参数设定。同时设定加速度率和减速度率，acc率:参数单位决定于单位轴参数。加速度因子从UNITSSECSEC输入。修改指令是设置单轴运动指令或单轴参数读写。AXIS参数在命令行或程序行特别有效。使用BASE指令改变基本轴。任何有效的BASIC表达式特定轴数。AXIS指令可用于修改以下指令的轴参数：ADDAX，CAM，CAMBOX，CANCEL，CONNECT，DATUM，DEFPOS，FORWARD，MOVEABS，MOVECIRC，MOVELINK，MOVE，MOVEMODIFY，REVERSE，REGIST，WAITIDLE，WAITLOADED。运动控制指令BASE（轴1，轴2，轴3）BA（轴1，轴2，轴3）BASE指令用于导向下一个运动指令轴的参数读写入特定轴或轴组，设置的缺省值依次为：0，1，2每一个过程有其自己的BASE基本轴组，每个程序能单独赋值。TrioBasic程序与控制轴运动的运动发生器分开。每个轴的运动发生器有其独立的功能，因此每个轴能以自己的速度、加速度等进行编程，单独运动，或者通过插补或链接运动链接在一起。AXIS（）命令只要应用正在进行的单命令可以重新导向不同的轴。而BASE（）指令除非规定轴号，否则导向接下来的所有指令。轴号：轴号或轴组号成为新的基准轴排列，即轴号或轴组发送运动指令给多轴指令里的第一个轴。基本轴的轴数和顺序轴在轴组用于多轴运动。CANCEL指令取消轴插补轴组的当前运动。速度轨迹（FORWARD，REVERSE，MOVE，MOVEABS，MOVECIRC）将会以DECEL参数减速直到停止。其它运动会立即停止。DATUM指令执行6种方法中的一种搜寻原点位置，其为绝对位置同时可以重置跟随误差。伺服驱动器机构原点搜寻用于轴0。轴1用于MC控制单元机构。DATUM使用CREEP速度和目标速度用于原点搜寻。伺服驱动器用于轴0。爬行速度用CREEP参数设定。目标速度用SPEED参数设定。原点搜寻输入数由DATUM_IN参数决定，用于3或7中。DATUM（0）用于轴出错时重新启动系统，位置不变。DATUM（0）指令清除跟随误差。将当前位置设定为目标位置同时AXISSTATUS状态会被清除。注如果产生错误的问题仍然存在，误差不能被清除。1轴以爬行速度（CREEP）正向运行直到发现Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。2轴以爬行速度（CREEP）反向运行直到发现Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。3轴以目标速度（SPEED）正向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到原点开关复位。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。4轴以目标速度除冰机器人的设计12（SPEED）反向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到原点开关复位。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。5轴以目标速度（SPEED）正向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到碰到Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。6轴以目标速度（SPEED）反向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到碰到Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。MOVE指令使一轴或多轴在目标速度，加速度和减速度下以增量的方式运动到特定位置。在多轴运动中，速度，加速度，减速度是基于基本轴的插补运动。特定长度的比例由转换因子UNITS参数设定。例如，一轴编码4000edgesmm，于是轴的单元数设为4000，MOVE（12.5）将会移动12.5毫米。MOVE工作在缺省轴，除非AXIS定义临时基本轴。参数dist_1定义为缺省轴，dist_2作为另一个轴等等。通过改变轴在独立运动，非插补，非同步可以获得多轴运动。增量运动可以合并成连续运动轨迹，通过设置MERGE=ON。考虑两轴运动，每轴速度可以由以下等式计算得到。指令MOVE（x1，x2）和速度Vp由SPEED控制ACCEL和DECEL参数计算得到。多轴运动距离L。MOVEABS指令使一轴或多轴在目标速度，加速度和减速度下以绝对的方式运动到特定位置。在多轴运动中，速度，加速度，减速度是基于基本轴的插补运动。特定长度的比例由转换因子UNITS参数设定。例如，一轴编码器是4000edgesmm，于是轴的单元数设为4000，MOVEABS（12.5）将会从起始点移动12.5毫米。MOVEABS工作在缺省轴除非AXIS定义临时基本轴。参数dist_1定义为缺省轴，dist_2作为另一个轴等等。通过改变轴在独立运动，非插补，非同步可以获得多轴运动。增量运动可以合并成连续运动轨迹，通过设置MERGE=ON。考虑两轴运动，每轴速度可以由以下等式计算得到。指令MOVE（ax1，ax2）和当前位置（ay1，ay2），速度Vp由SPEED，ACCEL和DECEL参数计算得到。多轴运动距离L。每轴任何时候的独立速度计算如下：任意轴I的运动距离，从用户定义的基本轴开始。X-Y平面有一个笔，圆盘的位置相对与起始点固定。REVERSE反向连续运动，速度由SPEED参数设置。加速率由ACCEL参数设置。REVERSE工作在缺省基本轴，除非AXIS定义临时基本轴。反向运动可以被CANCEL或RAPIDSTOP指令停止。或到达反向限位，禁止或原点返回。AXIS，CANCEL，FORWARD，RAPIDSTOP。3.2输入输出指令说明或编程3.2.1程序循环和结构循环AIN（模拟通道）从模拟输入口读取数值，各种模拟输入模块可与运动控制器连接。有的运动控制器本身具有1至2个模拟输入。返回的值是十进位的，与读自A至D转换中国地质大学长城学院2012届毕业论文13器的二进制数字相等。模拟输入通道071，031，P325CAN模拟输入通道3139，运动控制器本身模拟输入通道，4071，P225模拟输入子板AIN2通道的S_RATE参数可每分钟将数据转换成接近的值。对于AIN1和AIN3通道，T_RATE参数可将数据转换成扭矩的百分率。生产线的速度由材料供给的速率决定。材料供给通过安装有超声传感器装置上松散的环安排。超声传感器输出范围在0V4V，4V时环最长，模拟输入值尽管应为正的值但也需检查确保大于0。当值为负时进来的信号有噪音，由于除FORWARD或REVERSE外负速对与任一类型运动无效而引起错误。注意：模拟反应速度取决于所发生的模块。P324以10msec更新，P225以SERVO_PERIOD更新，内置的模拟端口以1msec更新。如果未安装P325总线模块，AIN(0)和AIN(1)将读取内置的通道以保持与老版本的兼容。HEX指令用于打印语句，输出一个十六进制格式的数。HEX指令不用在MC202或MC216，IO功能IN（_number，final_number）IN，IN功能返回数字输入的值。IN（_number，final_number）将会返回输入的二进制。两个参数必须小于24分隔。IN（_number）包括输入值小于32将会返回特定通道的值。IN（withoutarguments）将会返回前24个输入的二进制。（IN（0，23）。输入返回的值。值是在0到31的整数。最后输入返回的值。值是在0到31的整数。IO功能指令，OP指令设置一个或多个输出或返回前24个输出状态。OP有三种不同形式决定于参数。PRINT指令让TrioBasic输出一系列字符串到串口，或合适的光纤端口。PRINT指令可以输出参数，固定ascii串，单个ascii字符串。只要多个项目用逗号，或分号分隔，都可以通过单个PRINT语句打印。逗号，分号控制输出字串的格式。结构指令IFconditionTHENelseENDIFIFconditonTHENIFTHENELSEENDIF结构依据条件结果控制程序流程。如果条件真，接下来的THEN到ELSE将会执行。如果条件假，ELSE将会执行或程序会跳到ENDIF如果没有ELSE。ENDIF用于标记条件段的结束。注意：IFTHENELSEENDIF过程可以没有限制的嵌套。对于多行IFTHEN结构，在THEN后没有任何陈述。单结构不用ENDIF。cindition任何有效的逻辑表达式。commands任何有效的逻辑表达式。循环和条件结构指令FORvariable=starttoendstepincrementnextvariableFORNEXT允许将FOR和NEXT之间的部分重复执行多次。进入这个循环，变量初始化成start同时指令部分开始执行，直到执行到NEXT指令。variable以增量方式增加。直到step值，step值可正可负。如果省略认为是1。当variable小于或等于end时。重复执行指令区，直到variable大于end。在next之后的程序继续执行。注意：FORNEXT在BASIC程序中可以嵌套8个指令。variable任何有效的BASIC表达式。既可以是一个环形变量或者是一个本地变量start，任何有效的BASIC表达式end任何有效的BASIC表达式increment任何有效的BASIC表达式（可选）REPEAT，WHILE。ONexpressionGOSUBl