机电一体化计算机接口设计上

1、机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 1机电一体化计算机接口设计上 4 机电一体化计算机接口设计 1 1 微型计算机控制系统概述微型计算机控制系统概述 2 2 微型计算机控制系统组成和分类微型计算机控制系统组成和分类 3 3 微型计算机控制系统的发展趋势微型计算机控制系统的发展趋势 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 2机电一体化计算机接口设计上 微型计算机控制系统是由计算机（工业控微型计算机控制系统是由计算机（工业控 制计算机）和工业对象两大部分组成。制计算机）和工业对象两大部分组成。 闭环控制系统框图闭环控制系统框图 1 1 微型计算机控制系统的组成微型计算机控制

2、系统的组成 控制器执行机构被控对象 测量元件变换发送单元 给定信号被控参数 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 3机电一体化计算机接口设计上 它与闭环控制系统不同，它的控制器直接根据给它与闭环控制系统不同，它的控制器直接根据给 定信号去控制被控对象工作。被控制量在整个定信号去控制被控对象工作。被控制量在整个 控制过程中对控制量不产生影响。与闭环控制控制过程中对控制量不产生影响。与闭环控制 系统相比，它的控制性能较差。系统相比，它的控制性能较差。 开环控制系统框图开环控制系统框图 给定信号 控制器执行机构被控对象 被控参数 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 4机电一

3、体化计算机接口设计上 控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控 制系统。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指制系统。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指 令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执 行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。 计算机控制系统基本框图计算机控制系统基本框图 DA转换器 AD转换器 被控对象执行机构 被控参数 微处理器 微型计算机 给定信号 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 5机电一体化计算机接口设计上

4、1. 1. 硬件组成硬件组成 微型计算机控制系统的硬件一般是由微型微型计算机控制系统的硬件一般是由微型 计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等 组成。组成。 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 6机电一体化计算机接口设计上 微型计算机控制系统原理图微型计算机控制系统原理图 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 7机电一体化计算机接口设计上 硬件组成硬件组成 （1 1）微型计算机）微型计算机 （2 2）外部设备）外部设备 （3 3）输入输出通道）输入输出通道 （4 4）操作台）操作台 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口

5、设计 8机电一体化计算机接口设计上 2计算机控制系统的软件计算机控制系统的软件 软件是指能完成各种功能的计算机软件是指能完成各种功能的计算机 程序的总和。它是微型计算机控制系统程序的总和。它是微型计算机控制系统 的神经中枢，整个系统的工作都是在程的神经中枢，整个系统的工作都是在程 序的指挥下进行协调工作的。软件通常序的指挥下进行协调工作的。软件通常 分为两大类：一类是系统软件，另一类分为两大类：一类是系统软件，另一类 是应用软件。是应用软件。 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 9机电一体化计算机接口设计上 2 2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类 1 1操作指导控制

6、系统操作指导控制系统 2 2直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDCDDC） 3 3计算机监督系统（计算机监督系统（SCCSCC） 4 4分级计算机控制系统分级计算机控制系统 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 10机电一体化计算机接口设计上 1操作指导控制系统操作指导控制系统 操作指导控制系统组成框图操作指导控制系统组成框图 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 11机电一体化计算机接口设计上 2直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC） DDC控制系统原理图控制系统原理图 管理命令 DDC微型机 报告 人工监管 给定值测量值 A/D 多路开关 检测元件 D/A

7、 反多路开关 生产过程 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 12机电一体化计算机接口设计上 3计算机监督系统（计算机监督系统（SCC） 计算机监督系统（计算机监督系统（Supervisory Computer Supervisory Computer ControlControl）简称）简称SCCSCC系统。系统。 SCCSCC系统有两种不同的系统有两种不同的 结构形式。一种是结构形式。一种是SCC+SCC+模拟调节器，另一种是模拟调节器，另一种是 SCC+DDCSCC+DDC控制系统。控制系统。 （1 1）SCC+SCC+模拟调节器控制系统模拟调节器控制系统 该系统原理图，如图

8、该系统原理图，如图1-71-7所示。所示。 （2 2）SCC+DDCSCC+DDC控制系统控制系统 SCC+DDCSCC+DDC控制系统原理图，如图控制系统原理图，如图1-81-8所示。所示。 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 13机电一体化计算机接口设计上 SCC+模拟调节器控制系统原理图模拟调节器控制系统原理图 管理命令报告 人工监管 给定值测量值 A/D 多路开关 检测元件 生产过程 管理命令报告 人工监管 给定值测量值 A/D 多路开关 检测元件 生产过程 DDC D/A 反多路开关 . . . . . . . . SCC+DCC控制系统原理图控制系统原理图 机电一体化

9、计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 14机电一体化计算机接口设计上 4分级计算机控制系统分级计算机控制系统 分级计算机控制系统是一个四级系统，分级计算机控制系统是一个四级系统， 各级计算机的功能如图各级计算机的功能如图1-91-9所示。所示。 装置控制级（装置控制级（DDCDDC级）级） 车间监督级（车间监督级（SCCSCC级）级） 工厂集中控制级（工厂集中控制级（MISMIS） 企业管理级（企业管理级（MISMIS） 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 15机电一体化计算机接口设计上 分级计算机控制系统分级计算机控制系统 企业级 经营管理计算机 工厂级 集中控制计算机 车间

10、级监控计算机（SCC）车间级监控计算机（SCC） 装置控制级（DDC）装置控制级（DDC）装置控制级（DDC） 工厂对象A工厂对象B工厂对象C工厂对象D 至其它工厂至其它工厂 装置控制级（DDC） 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 16机电一体化计算机接口设计上 1 1可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC） 2 2采用新型的控制系统（集散控制系统）采用新型的控制系统（集散控制系统） 3 3人工智能人工智能 4 4神经网络控制系统神经网络控制系统 微型计算机控制系统的发展趋势微型计算机控制系统的发展趋势 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 17机电一体化计算机接

11、口设计上 1可编程控制器（可编程控制器（PLC） PLC PLC与传统的继电器控制相比，具与传统的继电器控制相比，具 有如下一些特点：有如下一些特点： （1 1）抗干扰能力强；）抗干扰能力强； （2 2）适应性好；）适应性好； （3 3）编程直观、简单；）编程直观、简单； （4 4）功能完善，接口功能强。）功能完善，接口功能强。 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 18机电一体化计算机接口设计上 2采用新型的控制系统（集散控制系统）采用新型的控制系统（集散控制系统） 集散控制系统是分散型综合控制系统（集散控制系统是分散型综合控制系统（Total Total Distributed

12、 Control SystemsDistributed Control Systems）或分散型微处理器）或分散型微处理器 控制系统（控制系统（Distributed Microprocessor Control Distributed Microprocessor Control SystemsSystems）的简称。）的简称。 集散控制系统的组成框图以微型计算机为核心，集散控制系统的组成框图以微型计算机为核心， 把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操 作装置、输入作装置、输入 / /输出通道、模拟仪表等有机地结合起输出通道、模拟仪表等有

13、机地结合起 来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系 统的综合自动化创造了条件。统的综合自动化创造了条件。 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 19机电一体化计算机接口设计上 管理计算机 监控计算机 CTR操作台 高 速 数 据 通 道 基本 控制器 数据 采集器 基本 控制器 DEP 面板 工 业 对 象 小 规 模 中 规 模 大 规 模 集散系统组成框图集散系统组成框图 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 20机电一体化计算机接口设计上 3人工智能人工智能 人工智能是用计算机模拟人类大脑的逻辑判断功能，其中人

14、工智能是用计算机模拟人类大脑的逻辑判断功能，其中 具有代表性的两个尖端领域是专家系统和机器人。具有代表性的两个尖端领域是专家系统和机器人。 所谓专家系统即计算机专家咨询系统，是一个存储了大量所谓专家系统即计算机专家咨询系统，是一个存储了大量 专门知识的计算机程序系统。不同的专家系统将不同领域专家专门知识的计算机程序系统。不同的专家系统将不同领域专家 的知识，以适当的形式存放于计算机中。根据这些专家知识，的知识，以适当的形式存放于计算机中。根据这些专家知识， 专家系统可以对用户提出的问题做出判断和决策，以回答用户专家系统可以对用户提出的问题做出判断和决策，以回答用户 的咨询。的咨询。 机器人是一

15、种能模拟人类智能和肢体动作的装置，从本世机器人是一种能模拟人类智能和肢体动作的装置，从本世 纪纪7070年代微处理机问世以来，机器人便逐渐涉足于各工业生产年代微处理机问世以来，机器人便逐渐涉足于各工业生产 领域和科学研究领域。目前已出现的机器人可以分为两类，工领域和科学研究领域。目前已出现的机器人可以分为两类，工 业机器人和智能机器人。业机器人和智能机器人。 机电一体化计算机接口设计机电一体化计算机接口设计 21机电一体化计算机接口设计上 4神经网络控制系统神经网络控制系统 国外在国外在2020世纪世纪8080年代掀起了神经网络年代掀起了神经网络 （Neural NetworkNeural N

16、etwork）计算机的研究和应用热）计算机的研究和应用热 潮，我国在潮，我国在9090年代也开始了这方面的研究。年代也开始了这方面的研究。 由于神经网络的特点（大规模的并行处理和由于神经网络的特点（大规模的并行处理和 分布式的信息存储，良好的自适应性、自组分布式的信息存储，良好的自适应性、自组 织性和很强的学习功能、联想功能及容错功织性和很强的学习功能、联想功能及容错功 能），使它的应用越来越广泛，其中一个重能），使它的应用越来越广泛，其中一个重 要的方面是智能控制，包含机器人控制。要的方面是智能控制，包含机器人控制。 机电一体化计算机接口设计上 三自由度机械臂 计算机控制系统 机电一体化计算

17、机接口设计上 一、课题介绍一、课题介绍 n本课题研究了一种三自由度机械臂的控制 方法与实现，采用伺服舵机驱动，单片机 +PC机两级控制，完成控制系统的软硬件 设计。单片机通过RS-232串口接收来自上 位机的运动指令，并将其转换成伺服舵机 的运动控制脉冲，输出并驱动伺服舵机， 实现了机械臂各关节的运动控制。 机电一体化计算机接口设计上 总体方案 机电一体化计算机接口设计上 第一关节 第三关节 第二关节 单片机 控制板 机械手 (电磁铁) 机电一体化计算机接口设计上 二、解决的关键技术二、解决的关键技术 n1、上位机部分：、上位机部分：PC控制界面设计、控制界面设计、 RS-232通信程序；通信

18、程序； n2、单片机控制部分：通信接口、单片机控制部分：通信接口、I/O 接口；接口； n3、电机驱动与定位控制、电机驱动与定位控制 机电一体化计算机接口设计上 三、完成的主要工作三、完成的主要工作 n1. 单片机控制板设计单片机控制板设计 n 芯片选择：芯片选择：C8051F系列系列单片机 n优点：资源丰富，内部有AD、DA等可以使用软 件进行配置，大大简化了硬件电路，也大大方 便了功能扩展；运行速度快，70的指令只需 12个系统时钟周期，而不用进行12分频，最 高可达25M速度，比传统51单片机快至少10倍。 并且其片内调试电路提供全速、非侵入式的在 系统调试，不需要仿真器，而只需要一个适

19、配 器就可以进行在线调试。 机电一体化计算机接口设计上 单片机控制板原理图： 机电一体化计算机接口设计上 显示模块原理 图 机电一体化计算机接口设计上 n2. 执行器：执行器： 采用伺服舵机采用伺服舵机 n n 实现各环节运动控制； n 能同时控制多个关节的运动； n 有较高的定位精度。 机电一体化计算机接口设计上 伺服舵机控制图伺服舵机控制图 伺服舵机定位控制原理伺服舵机定位控制原理 机电一体化计算机接口设计上 n3. 上位机人机界面上位机人机界面 设计设计 n 采用采用VB编写编写 n 界面图 机电一体化计算机接口设计上 n串口配置： 机电一体化计算机接口设计上 n4. RS232串行通信

20、串行通信 n 接口电路设计接口电路设计 n 接口程序设计接口程序设计 n单片机通信方式： 机电一体化计算机接口设计上 n通信时序通信时序采用方式采用方式1 n n 方式1提供标准的异步、全双工通信，每 个数据字节共使用10位：一个起始位、8个 数据位（LSB在先）和一个停止位。数据从 TX引脚发送，在RX引脚接收（。在接收时， 8个数据位存入SBUF，停止位进入RB8 （SCON.2） 机电一体化计算机接口设计上 n 通信协议格式通信协议格式 机电一体化计算机接口设计上 主程序流程图主程序流程图 机电一体化计算机接口设计上 串行通信子程序流程图： 机电一体化计算机接口设计上 机电一体化计算机接

21、口设计上 机电一体化计算机接口设计上 机电一体化计算机接口设计上 机电一体化计算机接口设计上 机电一体化计算机接口设计上 计算机控制系统实例 机电一体化计算机接口设计上 n锅炉锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不 可少的重要动力设备。它所产生的高压蒸汽，既 可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动 力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等 过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生 产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉 ，亦向着大容量、高效率发展。为了确保安全， 稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得越发重要 机电一体化计算机接口设计上 n按燃料种类分，在各个工业部门中，应用 最多的有燃燃 油锅炉、燃气