机电传动控制实训课程设计说明书.doc

I 韶 关 学 院 课程设计说明书（论文） 课程设计题目：机电传动控制实训课程设计题目：机电传动控制实训 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 院院 系：物理与机电工程学院系：物理与机电工程学院 专业班级：专业班级：2013 级机械设计制造及其自动化级机械设计制造及其自动化 3 班班 指导教师姓名及职称：指导教师姓名及职称： 起止时间：起止时间： 2016 年 6 月 2016 年 7 月 课程设计评分：课程设计评分： II 目录目录 1 11 1 直流电机直流电机.3 1.21.2 总体设计总体设计.3 1.31.3 硬件电路设计硬件电路设计.4 1.3.1 最小系统的设计.4 1.3.2 电源模块设计.4 1.3.3 驱动电路设计.5 1.41.4 软件设计软件设计.6 1.4.1 系统软件设计方法.6 1.4.2 主程序.7 1.51.5 系统测试系统测试.10 1.61.6 结轮结轮.12 2 2. .1 1 步进电机步进电机.13 2.22.2 总体设计总体设计.13 2.32.3 硬件电路设计硬件电路设计.13 2.42.4 软件设计软件设计.13 2.52.5 系统测试系统测试.16 2.62.6 结结论论.17 1 单片机直流电机的控制及单片机直流电机的控制及 ProteusProteus 仿真仿真 1.1.1 1 系统设计要求及主要指标系统设计要求及主要指标 1.21.2 总体设计总体设计 系统总体的调制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。系统的 总体工作流程如图 1.1 所示。 温度超上限 打开风扇 打开热风机 打开风扇 打开洒水开关 系统 温度超上限 温度低于下限 湿度超上限 湿度低于下限 温度低于下限 湿度超上限 湿度低于下限 烟雾浓度 0.5db/m 用户手机 报 警 信 息 查询、设置温湿度上下 限、控制继电器 图 1.1 系统工作流程图 1.2.1 系统总体设计论述 原理图总体上分为 STC12C5A60S2 单片机核心模块、SIM900A 无线通信模块、4 路开关量输入采集模块、远程开关控制模块和温湿度采集显示模块。输入端的传感 将在温室环境中实时检测温湿度等输入量。 系统的硬件总体设计框图如图 1.2 所示： 2 MCU 烟雾浓度 温湿度 开关量输入检 测模块 温湿度 传感器 数码管显 示模块 继电器输出 SIM900A 模块 天线手机 风扇电源开关 热风机电源开关 洒水开关 图 1.2 原理图总体设计框图 1.31.3 硬件电路设计硬件电路设计 1.3.1 最小系统的设计 STC12C5A60S2 系列单片机的机器周期为一个振荡周期,拥有抗干扰性强、速度 比传统的 8051 单片机高上 8-12 倍，且功耗较低等诸多特点，它的工作电压为 3.3- 5.5V，指令代码表现形式与传统的 8051 单片机并无多大差异，操作上手简单。 STC12C5A60S2 单片机的用户应用程序空间为 60K，集成 1280 字节 RAM（包含 256 字节内部 RAM 和 1024 字节内部拓展 RAM）。 STC12C5A60S2 一共拥有四个定时器，每个定时器均为 16 位，与传统的 8051 的 其中两个定时器（定时器 0 和定时器 1）完全兼容，2 路 PCA 模块可再实现另外 2 个 16 位定时器。与传统 8051 不同的是，STC12C5160S2 没有定时器 2，但在做串口 通讯时，它可以使用独立波特率发生器以准确的计算波特率来实现串口之间的数据 传输。 STC12C5160S2 的工作温度范围为：0+75 度。 1.3.2 电源模块设计 SIM900A 的供电范围为 3.2V4.8V，STM12C5A60S2 的供电范围为 3.6V5.5V，（这里取 4.3V），而一般情况下，我们通过电源适配器得到的电源电 压通常为 9V 或 12V（这里我们选择 12V 的电压适配器），所以在电源供电方面要解 决电平匹配问题。另外，模块发射时电流的最高峰值会达到 2A，因此，电源提供电 流的能力不能小于 2A。 3 VIN 1 OUT 2 GND 3 FB 4 ON/OFF 5 6 U2 LM 2596ADJ R 6 5.1K R 42K GND C 1 220U/50V L1 330UH D4 IN5819 C 2 680U/16V 4.3V D1 IN4007 A 1 K 2 D3 SM B J36C A GND 1 2 3 U1 DC VC C _IN VC C _4.3V D2 IN5819 VC C 图 3.1 电源模块原理图 1.3.3 驱动电路设计 。 4 PWRKEY 1 PWRKEYOUT 2 DTR 3 RI 4 DCD 5 DSR 6 CTS 7 RTS 8 TXD_O 9 RXD_I 10 DISP_CLK 11 DISP_DATA 12 DISP_D/C 13 DISP_CS 14 VDD_EXT 15 nRESET 16 GND 17 GND 18 MICP 19 MICN 20 SPP 21 SPN 22 LINE_R 23 LINE_L 24 ADC 25 VRTC 26 DBG_TXD 27 DBG_RXD 28 GND 29 SIM_VDD 30 SIM_DATA 31 SIM_CLK 32 SIM_RST 33 SIM_PRES 34 PWM 1 35 PWM 2 36 SDA 37 SCL 38 GND 39 GPIO1/KBR4 40 GPIO2/KBR3 41 GPIO3/KBR2 42 GPIO4/KBR1 43 GPIO5/KBR0 44 GND 45 GND 46 GPIO6/KBC4 47 GPIO7/KBC3 48 GPIO8/KBC2 49 GPIO9/KBC1 50 GPIO10/KBC0 51 netLED 52 GND 53 GND 54 VBAT 55 VBAT 56 VBAT 57 GND 58 GND 59 RF 60 GND 61 GND 62 GND 63 GND 64 GND 65 STATUS 66 GPIO11 67 GPIO12 68 U6 SIM 900 R14 1K LED1 LED GND C5104 C61UF C7 100uF GND R13 0R TX_IN 1 TX_OUT 2 J3 SM A GND GND STATUS Q3 S8050 R16 10K GND R15 1K PKEY GND GNDGND SIM_VDD SIM _DATA SIM _CLK SIM _RST GND GND K1 1 A 2 K2 3 K3 4 K5 6 K4 5 U8 SM F05C SIM _VDD SIM _RST SIM _CLK GND C12 104 VDD_EXT TXD_O R27 10K VCC 1 RST 2 CLK 3 RE 4 GND 5 VPP 6 I/O 7 RE 8 U3 SIM SIM _VDD SIM _RSTSIM _DATA SIM _CLK GND C4 104 GND GND C13 4.7uF GND R25 10K C1422PF GND R3422R R3222R R3122R VCC_4.3V D12 IN5819 RXD_I Q4 S8050 R29 1K VDD_EXT VDD_EXT VCC 图 3.4 SIM900A 模块原理图 1.41.4 软件设计软件设计 1.4.1 系统软件设计方法 在控制系统中，硬件是软件的外在体现，而软件是硬件的内在核心，软件是针 对硬件设计来完成的。软件设计直接决定了系统功能实现的效果。软件设计采用模 块化，逻辑自上而下编程，这种设计方法思路比较清晰，容易扩充和维护。系统硬 件电路设计采用模块化设计方法，同样，系统软件设计仍然采用结构化和模块化的 设计方法。系统的程序主要包括主程序、初始化程序模块、短信采集程序模块、四 路输入采集报警程序模块、温湿度采集程序模块、温湿度显示模块、控制继电器程 序模块、EEPROM 操作程序模块、串口 2 中断程序模块和定时器中断程序模块等。整 个执行过程中按照主程序自上而下反复扫描进行。程序采用 KEIL C 编写并调试。 5 图 4.1 系统主程序流程图 程序设计：程序设计： #include sbit LED1 = P00; sbit LED2 = P01; sbit LED3 = P02; sbit LED5 = P03; sbit LED6 = P04; sbit IN1 = P10; sbit IN2 = P11; sbit IN3 = P12; sbit IN4 = P13; sbit ENA = P14; sbit ENB = P15; sbit K1 = P35; sbit K2 = P34; sbit K3 = P33; 6 sbit K5 = P32; void delay500ms(void) unsigned char i,j,k; for(i=15;i0;i-) for(j=202;j0;j-) for(k=81;k0;k-); void main(void) P0=0XEF; while(1) if(K1=0) LED1=0; LED2=1; LED3=1; LED5=1; ENA=1; ENB=1; IN1=1; IN2=0; IN3=0; IN4=1; else if(K2=0) LED1=1; LED2=0; LED3=1; LED5=1; delay500ms() ; ENA=1; ENB=1; IN1=0; IN2=1; IN3=1; IN4=0; 7 else if(K3=0) LED1=1; LED2=1; LED3=0; LED5=1; delay500ms() ; ENA=1; ENB=1; IN1=0; IN2=1; IN3=0; IN4=1; else if(K5=0) LED1=1; LED2=1; LED3=1; LED5=0; delay500ms() ; ENA=0; ENB=0; IN1=0; IN2=0; IN3=1; IN4=1; 8 1.51.5 系统测试系统测试 （1）电机一右转，二左转 9 （2）电机一左转，二右转 （3）两个电机左转 10 （4）电机一自然停，二右转 （5）电机一停止，二快速停止 11 6 6 结论结论 12 单片机步进电机的控制及单片机步进电机的控制及 ProteusProteus 仿真仿真 2.2.1 1 步进电机步进电机 （1）主要特点 1 步进电机的驱动信号一定是脉冲信号，转动速度由脉冲信号的频率控制； 2 步进电机可以瞬间启动和急速停止； 3 改变脉冲的相序可以改变步进电机的转动方向； 4 控制精度高，一般步进电机的精度达到步距角的 3%-5%； 5 转速受到负载的影响较小； 6 控制系统简单，以步计算，方便快捷。 （2）绕组的电气特性 步进电机上的各相绕组指的是线圈，它们等效于电阻与电感的串联，绕组性能主要 取决于电阻与电感的电气特性，电感一般是阻止交流电，所以在通电后，电流难以 增大，电阻则是消耗电能，增加额外功率，是电机绕组温升和能耗的主要因素。 2.22.2 总体设计总体设计 2.32.3 硬件电路设计硬件电路设计 2.42.4 软件程序设计软件程序设计 13 #include code unsigned char runz8=0 x01,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 x0c,0 x08,0 x09; /四相八拍正转工作 方式 code unsigned char runf8=0 x09,0 x08,0 x0c,0 x04,0 x06,0 x02,0 x03,0 x01; /四相八拍反转工作 方式 unsigned char keycan=0;/键值 unsigned char i,j,k,z; int y=5; /定义延时函数延时时间，进而控制脉冲信号的频率，控制转动速度 sbit P2_0=P20; /定义正转按键 sbit P2_1=P21; /定义反转按键 sbit P2_2=P22; /定义电机加速按键 sbit P2_3=P23; /定义电机减速按键 void delay(i) /延时函数 for(j=0;ji;j+) for(k=0;k250;k+); void zrun() /正转运行函数 14 for(z=0;z8;z+) P1=runzz; delay(y); void frun() /反转运行函数 for(z=0;z8;z+) P1=runfz; delay(y); main() while(1) if(P2_0=0) /如果电机正转按键按下 keycan=1; /设定键值等于 1 if(P2_1=0) /如果电机反转按键按下 keycan=2; /设定键值等于 2 switch (keycan) case 1: zrun(); /键值等于 1 正转 break; case 2: frun(); /