机电一体化课程设计--两座标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计

1、 1 1 前言 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互 结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械 工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化， 使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。 本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数 控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微机数 控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率， 保证加工质量。此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵 活等特点，微机数控

2、机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一 般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的 发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或 线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能 严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运 行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速 度控制和位置控制系统。 本设计完成了如下要求： （1）单片机控制系统电路原理图的设计 （2）控制系统电路印制版的绘制 （3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动 （4）实

3、现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警 （5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图 （6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等） （7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机） 2 总体方案设计 2.1 总体分析 2 本次设计实现的是一两座标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计。设计 采用单片机对系统进行控制，单片机的包括键盘与显示的控制、与 PC 机的串口通 讯、以及电机输入输入输出信号的控制。电机的输入信号包含报警监测，在机床 边缘运用一个接近开关即可实现此目的。 2.2 方案框图 单片机作为控制的核心，一方面对机床的运动方向和

4、位移量进行控制，另外 还将与键盘对应的位移信息显示在 LED 上， 并实现与 PC 机的通信以及对报警的处 理。 三相交流 单片机 HD7279A 4*8 键盘 8LED 显示 串行通信 光电隔离 光电隔离 功率接口 功率接口 步进电机 X 步进电机 Y 行程开关 工作台 至 上 位 即 继电器控制 图 2.1 总体方案设 3 单元模块设计 3.1 键盘与显示模块 3.1.1 模块工作原理 本单元模块电路的功能是通过对单片机编程， 由芯片CH452来对数码管进行驱 动，并对键盘进行扫描。 图 3.1 所示为一来个八位 LED 动态显示电路。在同一时刻，如果各位位选线 都处于选通状态的话，8 位 LED 将显示相同的字符。若要各位 LED 能够同时显示 出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示方式，即在某一时刻，只让某一 位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线则处于关闭状态，同时，段码线 上输出相应位要显示的字符段码。这样，在同一时刻，8 位 LED 中只有选通的那 一位显示出字符，而另一位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选 3 线处于选通状态，在段码线上输出将要显示