基于单片机的包装件跌落试验机控制系统研究

论文摘要

包装件跌落试验机是进行包装跌落测试的重要试验设备,但目前的跌落试验机缺少自动控制装置,以及自动控制模型和算法,致使跌落测试的可重复性差,可信度不高,且劳动强度大。鉴于此,本研究开发了一套集机械、电子、微控制技术于一体的跌落试验机控制系统。本研究基于现代微控制技术、传感器技术、机械手技术、单片机开发技术以及IIC总线通信技术等现代先进技术,从使用者的角度构建了包装件跌落试验机的控制系统的设计方案。采用系统分割与集成相结合、理论研究与模拟实验相结合的方法,完成了包装件跌落试验机的自动化控制系统设计。具体研究结果和结论如下:(1)在综合分析单片机、DSP和ARM微处理器性能、特点的基础上,结合跌落试验机的具体需求,确定了基于AT89S52单片机的跌落试验机控制系统方案。(2)根据包装六面体的重心坐标参数,针对跌落试验的需求分别设计了包装六面体进行面跌落、棱跌落以及角跌落试验的跌落方位控制算法。(3)设计实现了包含3×4键盘和液晶显示器的跌落试验机控制系统控制面板;基于IIC总线技术的键盘扫描电路;液晶显示电路;步进电机驱动电路;红外对管高度监控电路。(4)使用C语言在KeilμVision3开发环境中编译了IIC总线通信程序;包装六面体重心及跌落目标参数处理程序;键盘扫描及液晶显示程序;步进电机驱动程序;红外对管高度监控程序。(5)通过调试和实验,验证了键盘扫描和液晶显示电路能够正确地从3×4小键盘录入重心参数及跌落目标参数,同时显示于液晶显示器;包装六面体跌落方位控制算法正确;夹持旋转步进电机能够根据参数处理程序的计算结果执行相应的动作,角度误差为±3.125°(该误差由实验用步进电机步距角过大造成,不影响系统整体控制功能的实现);对称放置的红外对管可以根据红外光线被遮挡时的变化正确监测包装物件的提升高度,控制提升步进电机的运转;各功能模块经过整合后协调工作,系统可以根据给定参数实现跌落试验机的控制功能。实验结果表明,该包装件跌落试验机控制系统可以实现控制功能,工作状态良好,达到了预期的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 第二章 系统方案设计
• 2.1 系统总体方案设计
• 2.1.1 需求分析
• 2.1.2 设计思路
• 2.1.3 系统总体方案
• 2.2 微控制器方案选择
• 2.2.1 单片机
• 2.2.2 DSP
• 2.2.3 ARM 微处理器
• 2.3 参数输入方案设计
• 2.3.1 普通行列式扫描矩阵键盘
• 2.3.2 基于IIC 总线键盘管理器件
• 2.4 显示方案设计
• 2.4.1 数码管显示器
• 2.4.2 液晶显示器
• 2.5 夹持旋转子系统方案设计
• 2.5.1 跌落机夹持固定机构
• 2.5.2 机械手
• 2.6 高度提升系统方案设计
• 2.6.1 标尺观测
• 2.6.2 高度传感器
• 2.6.3 光敏器件
• 2.7 本章小结
• 第三章 包装六面体跌落方位控制算法
• 3.1 跌落试验机性能要求
• 3.2 跌落方位控制
• 3.2.1 设计思路
• 3.2.2 设计原理
• 3.3 控制算法
• 3.3.1 面跌落方位控制
• 3.3.2 棱跌落方位控制
• 3.3.3 角跌落方位控制
• 3.4 算法检验
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 硬件系统构成
• 4.2 系统硬件设计
• 4.2.1 单片机选择
• 4.2.2 控制面板设计
• 4.2.3 键盘扫描电路设计
• 4.2.4 液晶显示电路设计
• 4.2.5 夹持旋转电路设计
• 4.2.6 高度提升电路设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 系统软件构成
• 5.2 开发环境选择
• 5.2.1 汇编语言
• 5.2.2 C 语言
• 5.3 跌落试验机控制系统软件设计
• 5.3.1 IIC 总线与单片机通信程序设计
• 5.3.2 键盘扫描与液晶显示程序设计
• 5.3.3 参数处理程序设计
• 5.3.4 步进电机控制及红外高度监测程序设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统调试与实验
• 6.1 实验目的
• 6.2 实验内容
• 6.3 实验方法
• 6.4 实验条件
• 6.5 实验步骤
• 6.5.1 键盘输入与液晶显示实验
• 6.5.2 参数处理实验
• 6.5.3 步进电机控制实验
• 6.5.4 红外对管高度监控实验
• 6.5.5 系统整体调试与实验
• 6.6 实验结果分析
• 6.7 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介