机电专业毕业设计--两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计

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1、I 摘摘 要要 本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计；完成 交流电机启停的电气控制系统设计。其硬件部分共包括键盘操作、单片机控 制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。设计的总体思路 是准确安全的对工作台和电机进行控制。 位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经 过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向控 制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。 关键词关键词：键盘操作，单片机控制，数码管显示。 II 目目 录录 摘 要 I 目 录. II 前 言 III 第一章 总体方案设计. - 1 -

2、1.1 总体分析 - 1 - 1.2 方案框图 - 1 - 第二章 单元模块设计. - 2 - 2.1 键盘与显示模块 - 2 - 2.1.1 模块工作原理. - 2 - 2.1.2 芯片 CH452 介绍. - 3 - 2.2 单片机控制单元模块电路 - 7 - 2.2.1 控制原理. - 7 - 2.2.2 光电耦合电路. - 8 - 2.2.3 芯片介绍. - 9 - 2.3 串行通信模块 . - 12 - 2.3.1 RS232 通信协议 - 12 - 2.3.2 串行通信电路 - 14 - 第三章 电机与电气控制电路设计 - 15 - 3.1 步进电机模块 . - 15 - 3.1.

3、1 步进电机的工作原理 - 15 - 3.1.2 步进电机的步距角与工作拍数 - 17 - 3.1.3 步进电机的频率特性 - 18 - 3.2 交流电机正反转控制原理 . - 20 - 3.3 交流电机的星三角形启动 . - 21 - 3.4 电气元件介绍 . - 21 - 致 谢. - 23 - 参考文献. - 24 - 附录：单片机控制系统电路原理图设计. 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 附录:电气控制原理图 1 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 附录:电气控制原理图 2 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 III 前前 言言 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多

4、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，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便

5、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）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警 （5

6、）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） 此次 “机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际 真正工业用数控机床还有很大的距离。经过小组讨论，拟设计两坐标步进电机驱 动运动工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统，单元模块包括：单片机 控制电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，控制电路，PC 接 口电路等。由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳 请老师指正。 - 1 - 第一章第一章 总体方案设总体方案设计计 1.1 1.1 总体分析总体分析 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。 1.2 1.2 方案框图方案框图 单片机作为控制的核心，一方面对