机电控制课程设计.ppt

机电系统课程设计,西科大制造学院先进制造技术教研室,教师侯志红电话6637201邮箱houscu,课程设计要求1.每1-3位同学一组，通过查阅一定量的科技文献，设计一个机电一体化系统或产品，题目自定，内容与机电专业相关即可。2.不同小组的论文若有雷同，则成绩按不及格处理。,设计论文的格式,题目班级、学号、姓名摘要（要求100200字）摘要内容关键词格式***，***，***，***,正文内容（2000-3000字）1、引言2、原理（含公式、原理图）3、内容4、数据5、数据处理与结果6、结束语（对结果的分析与讨论）参考文献具体参考文献如[1]邱淑荣，王素红，文立军.大学物理实验教程.郑州河南科学技术出版社，1999,实用电子秤,摘要,本系统采用单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板，数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。人机界面部分为键盘输入，12864点阵式液晶显示，可以直观的显示中文，使用方便。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能，包括基本的称重功能，和发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和重新设定10种商品的单价，具有超重报警功能，由于系统资源丰富，还可以方便的扩展其应用,第一部分方案论证与比较一、控制器部分本系统基于51系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。另外系统没有其它高标准的要求，我们最终选择了AT89S52通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有8KB的程序存储器，在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。,二、数据采集部分,（1）、传感器题目要求称重范围9.999Kg，重量误差不大于0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重9.999Kg。我们选择的是L-PSIII型传感器，量程20Kg，精度为0.01，满量程时误差0.002Kg。可以满足本系统的精度要求。其原理如下图所示,,,称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出,,,（2）、前级放大器部分,压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。我们考虑可以采用以下几种方案可以采用方案一、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此中方案不宜采用。,方案二采用专用仪表放大器，如INA126，INA121等。,此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。以INA126为例,接口如下图所示放大器增益，通过改变的大小来改变放大器的增益。基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器INA126。,,（3）、A/D转换器由上面对传感器量程和精度的分析可知A/D转换器误差应在0.03以下12位A/D精度10Kg/40962.44g14位A/D精度10Kg/163840.61g考虑到其他部分所带来的干扰,12位A/D无法满足系统精度要求。所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D。,方案采用双积分型A/D转换器如ICL7135、ICL7109等。双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢如ICL7135,具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上14位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7135。,三、人机交互界面,（1）、键盘输入键盘输入是人机交互界面中最重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。我们采用了专用的键盘显示芯片ZLG7289。1.Intel8279是一种比较成熟的可编程键盘/显示芯片，可以满足小系统的要求。2.ZLG7289是串行输入输出可编程键盘/显示芯片有强大的键盘显示功能，支持64键控制。可以比较方便的扩展系统。另外ZLG7289内部有译码电路，大大简化了程序。我们选择功能更好的ZLG7289作为键盘扫描显示芯片（2）、显示输出虽然ZLG7289具有控制数码管显示的功能，但考虑到本题目要求中文显示，数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式12864型LCDOCM4X8C。,第二部分具体实现方案,一、硬件组成（一）、硬件结构框图如下（二）、各部分硬件电路实现1、基于AT89S52的主控电路图,主控电路以89C52为核心扩展32KRAM；单片机使用6M晶振，P0口外接上拉电阻，增大了带负载能力；A12～A15接74LS138译码器，输出作外部片选信号。扩展了几个接口用于其它部分于单片机的通信,（2）前端信号处理INA126构成的放大器及滤波电路,（3）A/D转换器,基于ICL7135的A/D转换器实现电路,基准源选用芯片MC14032.5V分压得到,,由于ICL7135内部没有振荡器，所以需要外接。考虑到此系统频率要求不是太高，且单片机的工作频率也不是很高，因此我们取时钟频率的典型值200kHz。由于频率比较低，对时钟漂移要求不高，我们采用阻容方式实现了基本的振荡电路。如下,ICL7135还需要外接基准电源，这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时，应采用外接基准源。一般接其典型值1V。,4、人机交互界面a、键盘接口图,键盘控制芯片ZLG7289控制键盘的扫描，当监测到有键按下后ZLG7289的9脚便产生一个低电平通知单片机，单片机可以采用查询或者中断方式将数据通过P1.5以串行方式读入。因为查询方式会浪费大量的时间,所以本系统采用的是中断方式。,b、LCD显示接口电路,LCD复位信号通过反相器接到单片机的RESET上，上电或手动复位时将随单片机同时复位。由于复位后并行口输出高电平，LCD处于选中状态，此时LCD将输出内部状态字，将会影响数据总线上的数据传输。所以外接一个反相器。,二、软件组成（一）、流程图,主程序流程如图所示,中断服务程序流程图如下,由于涉及到大量数据的运算，程序不宜采用汇编语言，C语言大大缩短了开发时间，且程序可读性非常好。程序中对AD采入的数据进行了数字滤波，进一步减小AD读入数据的误差。7289键盘控制采用中断方式，加快了程序的执行效率。,（2）、软件说明,第四部分使用操作说明,本系统采用32键键盘来实现，分为数字键0-9，商品1-商品10，6个控制键。本系统开机显示公司名称，后提示输入收银员编号和当前日期。正确输入后，进入称重显示。,数字键和小数点键用于输入单价；累加键相当于确认，可以将当然信息保存至购物清单；并且将金额累加，得到所购买商品的总金额。去皮键用于去除皮重；清单价用于输入的单价错误的时候，重新输入；购物清单键当需要显示当前顾客的总的购物清单时，可以连续按下购物清单键，分页显示所购买的商品信息，并且若以达到最后一页，则显示总计金额，收银员编号，和公司名称，当然日期。运行中如果顾客购买已存入的10种商品，只需按下相应的商品键，既可以将商品的名称和单价以中文的形式显示，同样累加键保存此商品的信息，包括其重量，金额和当前累计金额。另外，已存入的10种商品的单价均可重新设置，直接输入其单价即可，方便实用。如果所称重物超过了系统最大量程10Kg,则蜂明器发出报警声音。,参考书目电子电路设计与实践山东科学技术出版社姚福安著新型集成电路西安电子科技大学出版社杨振江著8051单片机实践与应用清华大学出版社吴金戎著积分式A/D转换器其他专用集成电路分册科学技术文献出版社梁廷贵著AbstractThedesignisbasedonthemicrocontrollerAT89S52system,hasreliablyactualizedthemeterageofweighfrom10gto10Kg，andhasthepartofsamplingcircuitcomposedofICL7135、adifferentialmeasuringamplifier.Oursystemcanaccuratelymeasureweigh,andcalculatetheprice.ThedatacollectedareprocessedbythemicrocontrollerandthendisplayedintheLCD.Inaddition,tomakethedisplaymorevisualandconvenient,oursystemcaneasilydisplaythebillofeverybuyers.Subjecttermsmicrocontroller,meterage,samplingcircuit,differentialmeasuringamplifierLCD,weight,bill,