通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的自動(dòng)化點(diǎn)焊控制系統(tǒng).doc

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1、科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）本 科 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 題 目 基于單片機(jī)的自動(dòng)化點(diǎn)焊控制系統(tǒng) 姓 名 學(xué) 號 專業(yè)年級 通信工程 指導(dǎo)教師 職 稱 2009 年 4 月 8 日27目 錄緒論 (1)1 設(shè)計(jì)要求(1)1.1技術(shù)概要(1)1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能(1)2 設(shè)計(jì)原理(2)2.1 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) (2)2.1.1 結(jié)構(gòu)框圖(2)2.1.2 中央處理單元(3) 2.1.2.1 MCU的管腳圖(3)2.1.2.2 MCU與電源(3) 2.1.2.3 MCU與晶振(4) 2.1.2.4 MCU與接近開關(guān)(4) 2.1.2.5 MCU與步進(jìn)電機(jī)(5)2.1.3 反饋單元(6)2.1.4 焊接單元

2、(6)2.1.5 按鍵控制單元(7)2.1.6 液晶顯示單元(8)2.2 界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(9)2.2.1按鍵分布與功能說明(9) 2.2.1.1按鍵分布圖(9) 2.2.1.1按鍵功能說明(9)2.2.2界面顯示與按鍵操作(9)2.2.2.1 界面關(guān)系圖(9)2.2.2.2 主界面(10) 2.2.2.3 采點(diǎn)時(shí)的選點(diǎn)界面(11) 2.2.2.4采點(diǎn)顯示界面(11) 2.2.2.5 設(shè)置時(shí)的選擇界面(12) 2.2.2.6 焊點(diǎn)選擇界面(12)2.2.2.7 焊點(diǎn)參數(shù)設(shè)置界面（13)2.2.2.8 汽缸選擇界面(13) 2.2.2.9 汽缸參數(shù)設(shè)置界面(14) 2.2.2.10 操作界面(15

3、) 2.2.2.11 復(fù)位界面(15)2.3軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)(16)2.3.1軟件功能(16)2.3.2重要程序設(shè)計(jì)舉例(16) 2.3.2.1 按鍵程序設(shè)計(jì)(16) 2.3.2.2 液晶顯示程序設(shè)計(jì)(16) 2.3.2.3 電機(jī)和汽缸運(yùn)的程序設(shè)計(jì)(18) 2.3.3軟件程序流程圖設(shè)計(jì)(19)3設(shè)計(jì)總結(jié)(19)3.1設(shè)計(jì)成果(19)3.2 設(shè)計(jì)中的不足以及改進(jìn)方向(19)參考文獻(xiàn)(20)附錄A(21)附錄B (23)附錄C (26) 基于單片機(jī)的自動(dòng)化點(diǎn)焊控制系統(tǒng)摘 要點(diǎn)焊在汽車制造業(yè)和其他一些需要精密焊接的領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。在許多沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的工業(yè)領(lǐng)域，采用了大量的人工焊接的方法。由

4、于人工操作的隨機(jī)性，漏點(diǎn)、漏焊現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這又需要增加大量的品質(zhì)人員，以便對點(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行檢查和巡查。采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)焊接控制的自動(dòng)化，可以有效地改變這一現(xiàn)狀，減少人力并提高焊接質(zhì)量。本研究根據(jù)上海保隆汽車科技股份有限公司對自己生產(chǎn)線上焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)的要求，采用位移傳感器，X/Y軸步進(jìn)電機(jī)等器件，和單片機(jī)一起構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成了自動(dòng)化點(diǎn)焊控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)，為公司節(jié)省成本和人力資源，提高焊接質(zhì)量和效率，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本文著重論述了界面設(shè)計(jì)和相關(guān)程序的編寫.主要采用單片機(jī)技術(shù)、液晶顯示（LCD）技術(shù)、脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù),完成焊接操作機(jī)的數(shù)字控制和自動(dòng)化焊接,實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的精確定

5、位與界面程序的編寫。 【關(guān)鍵詞】 點(diǎn)焊 自動(dòng)化 閉環(huán)控制 液晶顯示（LCD） 脈寬調(diào)制（PWM）MCU-based automatic control system for spot-weldingAbstractSpot-welding in the automotive manufacturing and other areas of needing exact welding plays an important role. There is no automatic welding in many industrial areas of welding, using a large n

6、umber of methods with manual welding. Because of the randomicity in the manual operation, the phenomenon of leak and leakage in the welding occur from time to time. And again, this needs to increase a large number of personnel who examine product qualities, to carry out spot checks and inspections o

7、f the quality. Adopting single-chip computer control to achieve welding automation is an effective way to change this status quo, to reduce the manpower and improve the welding quality. In this study, according to the request for their production lines to improve the welding process in Shanghai Baol

8、ong Automotive Technology Co., Ltd., the components of displacement sensors, X / Y-axis stepper motor devices and so on, constitute a closed-loop control system with single-chip computer. And we use them to complete the software and hardware designs of the automated spot-welding control system ,in o

9、rder to save costs & human resources for the company, to improve the quality and efficiency of welding, thus creating a considerable economic benefits. This article focuses on the interface design and related procedures for the preparation. Mainly we have adopted single-chip technology, liquid cryst

10、al display（LCD）technology and pulse width modulation（PWM）technology to complete the digital control and automatic welding with the welding operation machine, to achieve precise position of the solder joint and to write interface procedures. 【Key words】 spot-welding automation closed-loop controlliqu

11、id crystal display（LCD） pulse width modulation（PWM） http:/ 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）外文翻譯 緒論在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,自動(dòng)化控制領(lǐng)域已受到國內(nèi)外越來越多人的關(guān)注。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)的誕生，推動(dòng)了現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展。目前，機(jī)器人已在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在焊接業(yè)。焊接已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的熱加工工藝發(fā)展到了集結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多門類科學(xué)為一體的綜合工程學(xué)科。焊接產(chǎn)業(yè)急需提高自動(dòng)化程度，滿足高效率化的要求。因此，國內(nèi)外在自動(dòng)化焊接領(lǐng)域作了大量研究，取得了許多成果。 隨著焊接在生產(chǎn)建設(shè)中廣泛的應(yīng)用，點(diǎn)焊在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著重要作

12、用。在沒有完全實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化焊接時(shí)，需要大量的人工焊接。由于人工操作的隨機(jī)性，漏點(diǎn)、漏焊現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。要解決這一問題，需要增加大量的品質(zhì)人員對點(diǎn)焊的操作進(jìn)行檢查和巡查。為了改變這一現(xiàn)狀，根據(jù)焊接設(shè)備的發(fā)展方向，現(xiàn)已有一種可以提高生產(chǎn)過程中焊接質(zhì)量與效率的方法-用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)焊接控制自動(dòng)化。在各種焊接設(shè)備所采用的微機(jī)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)是以工業(yè)控制為目而設(shè)計(jì)的，它將計(jì)算機(jī)的一些功能集成在一塊芯片上，體積小且價(jià)格便宜，其運(yùn)算和邏輯功能，可以有效地滿足各種復(fù)雜生產(chǎn)過程的控制要求，同時(shí)，它的高速度足以對各種控制模式作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并賦于它與許多控制回路進(jìn)行信息交換和進(jìn)行控制調(diào)整的功能，其性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以分

13、立元件為主的控制電路。特別是單片機(jī)通過修改軟件，可使設(shè)備快速、方便地獲得新的功能，所以單片機(jī)用在焊機(jī)上的性能價(jià)格比較高，為設(shè)備本身自動(dòng)化和生產(chǎn)過程自動(dòng)化，提供了性能優(yōu)良的控制裝置。 在此方案中，主要采用單片機(jī)技術(shù)、液晶顯示技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)等,完成了焊接操作機(jī)的數(shù)字控制。焊接操作機(jī)所有動(dòng)作控制全部采用固態(tài)繼電器,用單片機(jī)控制,焊接速度采用單片機(jī)進(jìn)行脈寬控制,真正實(shí)現(xiàn)位置控制,具有控制精度高,穩(wěn)定。并可以數(shù)值設(shè)置及實(shí)時(shí)顯示:焊接速度、行走距離、橫梁上升時(shí)間、橫梁后退距離等參數(shù)。該裝置中單片機(jī)控制點(diǎn)焊過程，鍵盤控制輸入?yún)?shù)，LED動(dòng)態(tài)顯示。采用該控制器可改善焊接循環(huán)，提高焊接電流和焊接時(shí)間的控制精

14、度，工作性能穩(wěn)定，程序編制靈活，試驗(yàn)表明，其性能穩(wěn)定可靠，并具備進(jìn)一步擴(kuò)展，開發(fā)的能力.1 設(shè)計(jì)要求 1.1 技術(shù)概要在此方案中1，主要采用單片機(jī)技術(shù)、液晶顯示技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)等,完成了焊接操作機(jī)的數(shù)字控制。采用位置傳感器，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的精確定位。1.2 系統(tǒng)功能在系統(tǒng)運(yùn)作過程中主要實(shí)現(xiàn)如下功能：1.2.1 電動(dòng)機(jī)的采點(diǎn)作用。電動(dòng)機(jī)在設(shè)置參數(shù)之前可自動(dòng)對欲焊接點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)坐標(biāo)定位。1.2.2 數(shù)值設(shè)置及液晶顯示作用。通過按鍵設(shè)備及顯示設(shè)備可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置及顯示。主要設(shè)置如下參數(shù)：目標(biāo)焊點(diǎn)位置、預(yù)熱時(shí)間及出錫時(shí)間。并且可通過MCU來對所設(shè)參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)（至少可存儲(chǔ)10個(gè)點(diǎn)）。且程序啟動(dòng)后

15、可任意調(diào)用某個(gè)點(diǎn)的參數(shù)。1.2.3 接近開關(guān)的檢測作用。當(dāng)檢測到有被焊對象進(jìn)入預(yù)定位置后，整個(gè)裝置即啟動(dòng)。1.2.4 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)焊接作用1） 電動(dòng)機(jī)動(dòng)作及反饋?zhàn)饔茫号c機(jī)器人手臂相連的烙鐵在X、Y軸方向兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的共同作用下，到達(dá)以前預(yù)設(shè)的坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)停?。ㄍＡ魰r(shí)間可調(diào)）。由于系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，故烙鐵到達(dá)坐標(biāo)點(diǎn)后，由位置傳感器檢測烙鐵是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。若到達(dá)，則開始焊接動(dòng)作；若未到達(dá)，則通過程序進(jìn)行細(xì)調(diào)。當(dāng)位置傳感器檢測到烙鐵已到達(dá)目標(biāo)點(diǎn) 時(shí)，則細(xì)調(diào)停止，開始焊接動(dòng)作。2） 焊接動(dòng)作：當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)烙鐵到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)停住后，Z軸方向的汽缸將向下移,使烙鐵接觸欲焊點(diǎn)。系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)置的時(shí)間完成預(yù)熱及另外的汽缸控

16、制的出錫動(dòng)作。3) 第二點(diǎn)的焊接同第一點(diǎn)，依此類推。4） 焊接完成后，汽缸動(dòng)作，釋放被焊對象，等待下一個(gè)被焊對象的到來，進(jìn)入下一個(gè)焊接循環(huán)。2 設(shè)計(jì)原理焊接操作機(jī)中，烙鐵的上下移動(dòng)由汽缸控制，機(jī)器人手臂的平面運(yùn)動(dòng)由X/Y軸兩路步進(jìn)電機(jī)控制，焊接速度采用單片機(jī)脈寬控制，位置顯示采用位移傳感器控制。其中，單片機(jī)控制焊接過程，鍵盤控制輸入?yún)?shù)，LCD動(dòng)態(tài)顯示操作當(dāng)前狀態(tài)。平面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)用于將運(yùn)動(dòng)指令下達(dá)給驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)檢測和顯示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)命令對各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出脈沖/方向命令，并對I/O口和其他信號進(jìn)行管理。驅(qū)動(dòng)器的作用是根據(jù)控

17、制器發(fā)來的脈沖/方向指令控制電機(jī)線圈的電流以及相應(yīng)的電磁場和電磁力矩，從而使得電機(jī)轉(zhuǎn)軸執(zhí)行與脈沖/方向指令相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)配步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。執(zhí)行電機(jī)在驅(qū)動(dòng)器的推動(dòng)下，通過轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來控制機(jī)械裝置（運(yùn)動(dòng)軸）的位置和速度。2.1 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2.1.1 結(jié)構(gòu)框圖硬件系統(tǒng)主要由中央處理單元、反饋單元、焊接單元、按鍵控制單元、LCD顯示單元五個(gè)部分組成。如下面模擬框圖所示2:液晶顯示器LCD位移傳感器三端穩(wěn)壓器 LM7805 微控制器 MCU步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器AKS230X軸步進(jìn)電機(jī) 繼電器驅(qū)動(dòng)器ULN2003汽缸1繼電器1繼電器2汽缸2Y軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器AKS230汽缸3繼電器3外部晶振 接

18、近開 關(guān) 鍵 盤 3 * 3 2.1.2 中央處理單元由單片機(jī)(MCU)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)組成。2.1.2.1 MCU的管腳圖3: 主控制器采用摩托羅拉半導(dǎo)體公司的M68HC908LJ12單片機(jī)芯片。它具有低成本、高性能的特點(diǎn)，采用增強(qiáng)的M68HC08中央處理器，配有FLASH閃存模塊。且具有靈活的定時(shí)器功能及A/D轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)含有OSD模塊及鍵盤中斷KBI模塊，可自行驅(qū)動(dòng)LCD。它采用5V電壓供電，本系統(tǒng)中采用LM7805把24V直流電壓轉(zhuǎn)化為5V直流電壓，而24V直流電壓可以從開關(guān)電源處取得。2.1.2.2 MCU與電源1) MCU與電源的連接框圖 2） LM7805說明4 LM

19、7805是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是TO-220封裝，能提供DC 5V的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)能持續(xù)提供1A的電流。在本系統(tǒng)中，24V電源可從開關(guān)電源處獲得，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到的5V電壓直接給單片機(jī)供電。 2.1.2.3 MCU與晶振 1） MCU與晶振的連接框圖 2）晶振的使用說明5 MCU 內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳OSC1 和OSC2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在引腳OSC1 和OSC2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，如上圖所示。外接晶振時(shí)，電容C1、C2值通常選擇為25pF左

20、右，晶振選為 9.8304 MHz。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。 2.1.2.4 MCU與接近開關(guān) 1） MCU與接近開關(guān)的連接框圖 2） 接近開關(guān)說明6 接近開關(guān)可以檢測傳送帶上的物件是否到達(dá)焊接系統(tǒng)所在的位置，到達(dá)時(shí)會(huì)給MCU一個(gè)反饋信號，此時(shí)可以啟動(dòng)系統(tǒng)。2.1.2.5 MCU與步進(jìn)電機(jī)1) MCU與步進(jìn)電機(jī)的連接圖2) 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器AKS230說明7：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)系統(tǒng)中核心組件之一。本系統(tǒng)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，使用簡單，成本低，可靠性高，它按照控制器發(fā)來的脈沖/方向指令（弱電信號）對電機(jī)線圈電流（強(qiáng)電）進(jìn)行控制，使其

21、繞組按一定的時(shí)序正反轉(zhuǎn)，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸的位置和速度。兩相步進(jìn)電機(jī)繞組的通電方向順序按照AC BD CA DB四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，每變化一次，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一步。該驅(qū)動(dòng)芯片采用美國高性能專用微步距電腦控制芯片AKS230,它的細(xì)分?jǐn)?shù)可根據(jù)用戶需求專門設(shè)計(jì), 該控制器適合驅(qū)動(dòng)中小型的任何兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。由于采用新型的雙極性恒流斬波技術(shù)，使電機(jī)運(yùn)行精度高, 振動(dòng)小, 噪聲低,運(yùn)行平穩(wěn)。3） 管腳定義：1 1 VCC+，GND端為外接直流電源，直流電壓范圍為+12V+45V。注：切忌超過40V，以免損壞模塊.2 2 A+，A-端為電機(jī)A相。3 3 B+，B-端為電機(jī)B相。4 4 CP+、C

22、P-：步進(jìn)脈沖輸入端（上升沿有效，持續(xù)時(shí)間10S）。5 5 CW+、CW-：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向控制，通過控制該端子電平可改變電機(jī)運(yùn)行方向。6 6 REST+、REST-：急停復(fù)位。 4） 控制信號 驅(qū)動(dòng)器接收的脈沖信號為脈沖+方向8，信號圖如下：CP-： CW-： 正向 反向 例如X軸坐標(biāo)定位： 一端口用于 定時(shí)器產(chǎn)生脈沖序列CP-，上升沿觸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)定位坐標(biāo)決定脈沖個(gè)數(shù)。 另一端口用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，TTL電平驅(qū)動(dòng)。5） 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理： 步進(jìn)電機(jī)會(huì)在方波信號的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)脈沖走一步，每一步的距離由驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)確定。方波信號由MCU產(chǎn)生，經(jīng)管腳輸出給驅(qū)動(dòng)器，由驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

23、 2.1.3 反饋單元 由單片機(jī)及位移傳感器組成反饋系統(tǒng)。 1） MCU 與位移傳感器的連接圖 2) JJX光柵位移傳感器的使用說明9： 光柵尺可應(yīng)用于數(shù)控加工中心，機(jī)床，金屬板壓制和焊接機(jī)，機(jī)器人和自動(dòng)化科技，生產(chǎn)過程測量機(jī)器, 直線馬達(dá), 直線導(dǎo)軌定位等方面。它的一般性能有： （1）高分辨率：0.005mm（選購0.0001,0.0002,0.0005,0.001mm)（2）精密準(zhǔn)確度：0.002,0.0 03,0.005mm（3）測量行程：3 - 30000mm（4）輸出信號： TTL（方波），RS232，RS485 2.14 焊接單元1）由汽缸、烙鐵、出錫裝置組成。 2） MCU與汽缸

24、的連接圖 注：汽缸在繼電器的作用下開始工作，即下移或上移。繼電器采用ULN2003驅(qū)動(dòng)。3） 繼電器驅(qū)動(dòng)器ULN2003說明10： ULN2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成。24V供電，最大輸出電流為500毫安。ULN2003 采用DIP-16 塑料封裝。 4）繼電器驅(qū)動(dòng)器 ULN2003管腳定義：(1) ULN2003的A0-A2接MCU的輸出端口PTD1-PTD3。(2) YK0-YK2接繼電器的線圈引腳一端。(3) COM接24V電源，從開關(guān)電源處獲得。(4) K接地。 5） 電磁繼電器說明11：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。它是一

25、種電子控制器件，即用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。6） 電磁繼電器管腳定義： （1） 本系統(tǒng)中采用歐姆龍5管腳繼電器，24V電壓供電， （2） 當(dāng)MCU輸出高電平時(shí)，由于ULN2003的非門作用使得繼電器吸合，故而整個(gè)電路導(dǎo)通。 （3） 在本系統(tǒng)中采用其中的三個(gè)管腳，管腳1接入U(xiǎn)LN2003管腳。 （4） 管腳2接24V電壓，從開關(guān)電源處獲得。 （5） 管腳3接汽缸的輸入端。2.1.5 按鍵控制單元 1） MCU與鍵盤的連接圖2） 按鍵分布如下12： 3） 按鍵說明: 按鍵操作采用鍵盤掃描方式，其中PTA0-PTA2為輸入端口，PT

26、A3-PTA5為輸出端口。在硬件電路中，每一個(gè)會(huì)被編號，將直接對應(yīng)鍵盤顯示分布模塊中的各個(gè)功能按鍵。2.1.6 液晶顯示單元 1） MCU 與液晶顯示器（LCD）連接圖 2） YM1604AP-1說明13： (1) 本系統(tǒng)所采用的為字符型液晶顯示器，5V供電。其中1管腳接地，2、3管腳與2k的電阻串聯(lián)后接5V電源，其他管腳與單片機(jī)相連，如上圖所示，15管腳接5V電源，16腳接地。(2) 液晶顯示器上Vss為接地端，V為電源端，V為液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電壓， EN為使能端，RS為寄存器選擇端，RW為讀寫選擇端DB0-DB7為數(shù)據(jù)端口，A為背光輸入正極性端，輸入低電平，則顯示器無背光；輸入高電平，則顯

27、示器有背光，K為背光輸入負(fù)極性端。 2.2 界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2.2.1 按鍵分布與功能說明2.2.1.1 按鍵分布圖On/Off +/y+ STOPH /x+ OK V /x_ Dul-by /y_ RESET 2.2.1.2 按鍵功能說明 1）“On/Off ”鍵： 當(dāng)開關(guān)電源接通后，短按該鍵（約2-4秒鐘），單片機(jī)上電，液晶顯示器開始工作，顯示主界面；當(dāng)單片機(jī)開始上電后，任何時(shí)刻長按該鍵（約5-8秒鐘），停止給單片機(jī)和液晶顯示器供電，各芯片停止工作，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，液晶顯示器黑屏。 2）“ +/y+ ” 鍵： 當(dāng)進(jìn)入設(shè)置界面以后，進(jìn)行數(shù)值設(shè)置時(shí)，按下該鍵一次，屏幕上的光標(biāo)所指數(shù)的數(shù)值加1，其變

28、換模式為 “01234567890 ”； 當(dāng)進(jìn)入采點(diǎn)界面以后，進(jìn)行采點(diǎn)時(shí)，按下該鍵一次，Y軸電機(jī)前進(jìn)一步，長按時(shí)Y軸電機(jī)一直前進(jìn)。3）“ STOP ”鍵： 任意時(shí)刻按下該鍵，單片機(jī)立即停止工作，液晶顯示器黑屏，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。4）“ H /x+ ”鍵： 當(dāng)按下該鍵一次 ，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “12341”； 當(dāng)進(jìn)入采點(diǎn)顯示界面后，按下該鍵一次，X軸電機(jī)前進(jìn)一步，長按時(shí)X軸電機(jī)一直前進(jìn)；直到到達(dá)最遠(yuǎn)點(diǎn)為止。 5）“ OK ” 鍵： 按下該鍵一次，執(zhí)行屏幕上光標(biāo)所在行的相應(yīng)操作或直接返回主界面。6）“ V /x_ ”鍵： 當(dāng)按下該鍵一次 ，屏幕上的光標(biāo)右移一列，其移動(dòng)模式為“1234

29、56789101”或“123451”； 當(dāng)進(jìn)入采點(diǎn)顯示界面后，按下該鍵一次，X軸電機(jī)后退一步，長按時(shí)X軸電機(jī)一直后退；直到回到原點(diǎn)為止。 7）“Dul-by ”鍵：當(dāng)進(jìn)入采點(diǎn)顯示界面后，按下該鍵一次，屏幕上的第四行最后一位數(shù)加1，完成倍乘數(shù)的選擇，其循環(huán)模式為“0120”。8）“/y_ ”鍵： 當(dāng)進(jìn)入設(shè)置界面以后，進(jìn)行數(shù)值設(shè)置時(shí)，按下該鍵一次，屏幕上的光標(biāo)所指數(shù)的數(shù)值減1，其變換模式為 “09876543210 ”； 當(dāng)進(jìn)入采點(diǎn)界面以后，進(jìn)行采點(diǎn)時(shí)，按下該鍵一次，Y軸電機(jī)前進(jìn)一步，長按時(shí)Y軸電機(jī)一直前進(jìn)，直到到達(dá)最遠(yuǎn)點(diǎn)為止。9）“RESET ”鍵：任意時(shí)刻按下該鍵時(shí)，執(zhí)行復(fù)位功能，兩路電動(dòng)機(jī)開

30、始向原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；回到原點(diǎn)后，屏幕自動(dòng)回到主界面，程序處于下一個(gè)循環(huán)的等待狀態(tài)。 2.2.2界面顯示與按鍵操作2.2.2.1 界面關(guān)系圖 根據(jù)界面顯示與按鍵順序的如下關(guān)系圖：采點(diǎn)時(shí)的選點(diǎn)界面主界面設(shè)置時(shí)的選擇界面操作界面復(fù)位界面焊點(diǎn)選擇界面汽缸選擇界面采點(diǎn)顯示界面焊點(diǎn)參數(shù)設(shè)置界面汽缸參數(shù)設(shè)置界面2.2.2.2 主界面當(dāng)短按“On/Off ”鍵時(shí)，系統(tǒng)上電；屏幕初始光標(biāo)在第一行，指向采點(diǎn)，屏幕顯示主界面， 如圖(1)所示：CollectSetStartReset 圖1 當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “12341”。 當(dāng)光標(biāo)在第一行，指向Collect(采點(diǎn))時(shí)，

31、按下“OK”(確定)鍵一次后，進(jìn)入采點(diǎn)時(shí)的選點(diǎn)界面，屏幕顯示如圖1.1所示。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向Set (設(shè)置) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，進(jìn)入設(shè)置時(shí)的選擇界面，屏幕顯示如圖1.2 所示。當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向Start(開始) 時(shí)，按下“OK” (確定)鍵一次后， 電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入焊接時(shí)的操作界面，屏幕顯示如圖1.3所示。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向Reset(復(fù)位)時(shí)，按下“OK” (確定)鍵一次后，執(zhí)行復(fù)位程序，進(jìn)入復(fù)位時(shí)的復(fù)位界面，屏幕顯示如圖1.4 所示。2.2.2.3 采點(diǎn)時(shí)的選點(diǎn)界面：Choose Point123456789 10BackChoose Point 1234567

32、89 10Back 圖1.1 當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “12341”。 當(dāng)“V /x_ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)右移一列 ，其移動(dòng)模式為 “123456789101”。 當(dāng)光標(biāo)在第一行，指向Choose Point(選點(diǎn))時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向 123456789 10 時(shí)，可以進(jìn)行列選擇， 按下“OK”(確定)鍵一次后，采所選擇的點(diǎn)，如選擇5 點(diǎn)，屏幕顯示如圖1.1.2所示。當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向（空白行）時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向Back ( 返回 ) 時(shí)，

33、按下“OK”(確定)鍵一次后，則返回上一層界面，即主界面，如圖1 所示。 2.2.2.4 采點(diǎn)顯示界面:Collecting X5 : 0 0 0 mm Y5 : 0 0 0 mmStep as 10 0Back 圖1.1.2 當(dāng)“Dul-by”鍵按下一次，屏幕上的第四行最后一位數(shù)加1，完成倍乘數(shù)的選擇，其循環(huán)模式為“0120”。當(dāng)倍乘數(shù)選定后，此時(shí)在鍵盤上可以進(jìn)行采點(diǎn)操作，并通過屏幕實(shí)時(shí)顯示點(diǎn)的坐標(biāo)，即：按“H/x+”鍵按一次，X軸電機(jī)前進(jìn)一步，長按時(shí)X軸電機(jī)一直前進(jìn)，直到到達(dá)最遠(yuǎn)點(diǎn)為止。按“V/x_”鍵按一次，X軸電機(jī)后退一步，長按時(shí)X軸電機(jī)一直退后，直到回到原點(diǎn)為止。 按“+/y+”鍵按

34、一次，Y軸電機(jī)前進(jìn)一步，長按時(shí)Y軸電機(jī)一直前進(jìn)，直到到達(dá)最遠(yuǎn)點(diǎn)為止。按“/y_”鍵按一次，Y軸電機(jī)后退一步，長按時(shí)Y軸電機(jī)一直退后，直到回到原點(diǎn)為止。當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)后，按“OK”（確定）鍵一次，即可保存當(dāng)前機(jī)械手臂的相對位置（X、Y軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)的距離）。依此類推，保存其它點(diǎn)的坐標(biāo)。當(dāng)保存完第十個(gè)點(diǎn)后，再將“OK”（確定）鍵按一次，則會(huì)返回到主界面，如圖 1 所示。 2.2.2.5 設(shè)置時(shí)的選擇界面：Set PointSet CylinderBack 圖1.2 當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “12341”。 當(dāng)光標(biāo)在第一行，指向Set Point (設(shè)置點(diǎn)

35、的參數(shù))時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示選擇設(shè)置點(diǎn)的界面，如圖（1.2.1）所示。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向Set Cylinder (設(shè)置汽缸的參數(shù)) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示如圖1.2.2所示。當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向 (空白行) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向Back(復(fù)位)時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次，則會(huì)返回到上一層界面，即主界面，屏幕顯示如圖1所示。2.2.2.6 焊點(diǎn)選擇界面：Choose Point123456789 10Back 圖1.2.1 當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “123

36、41”。 當(dāng)“V /x_ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)右移一列 ，其移動(dòng)模式為 “123456789101”。 當(dāng)光標(biāo)在第一行，指向Choose Point(選點(diǎn))時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向 123456789 10 時(shí)，可以進(jìn)行列選擇。 按下“OK”(確定)鍵一次后，如果最先沒有采點(diǎn)，則設(shè)置所選擇的點(diǎn)，如選擇2 點(diǎn)，屏幕顯示如圖1.2.1.2所示；如果最先已經(jīng)采完點(diǎn)，則圖1.2.1.2的第一行顯示對應(yīng)的點(diǎn)的數(shù)值。當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向（空白行）時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向Back ( 返回 ) 時(shí)，按下“OK”(

37、確定)鍵一次后，則返回上一層界面，即設(shè)置時(shí)的選擇界面，如圖1.2所示。2.2.2.7 焊點(diǎn)參數(shù)設(shè)置界面：X2:_00 Y2:000 Tstop2:000 sSave & NextSave & Back 圖1.2.1.2當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “12341”。 當(dāng)“V /x_ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)右移一列，并在各行所需設(shè)置的位置上循環(huán)移動(dòng)。當(dāng)“ +/y+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)所指數(shù)的數(shù)值加1，其變換模式為 “01234567890 ”。當(dāng)“ /y- ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)所指數(shù)的數(shù)值減1，其變換模式為 “09876543210 ”

38、。如果最先沒有采點(diǎn)，則光標(biāo)在第一行，指向“X2”的百位時(shí)，按下“ +/y+ ” 鍵一次，該位數(shù)值加1；按下“ /y- ”鍵一次，該位數(shù)值減1。該位數(shù)值設(shè)置好后，該行其他位依次進(jìn)行設(shè)置。如果最先已經(jīng)采完點(diǎn)，則光標(biāo)直接在第二行顯示。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向“ Tstop2 ”的百位時(shí)，按下“ +/y+ ” 鍵一次，該位數(shù)值加1；按下“ /y- ”鍵一次，該位數(shù)值減1。該位數(shù)值設(shè)置好后，該行其他位依次進(jìn)行設(shè)置。 當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向“Save & Next”（保存該點(diǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)入下一點(diǎn)）時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后,保存該點(diǎn)所設(shè)置的數(shù)據(jù)，屏幕顯示下一點(diǎn)（第3點(diǎn)）的設(shè)置界面；依此類推，設(shè)完最后一點(diǎn)（第1

39、0點(diǎn)）按下“OK”(確定)鍵一次后，保存該點(diǎn)所設(shè)置的數(shù)據(jù)，并返回設(shè)置時(shí)的選擇界面，如圖1.2所示。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向“Save & Back”（保存該點(diǎn)數(shù)據(jù)并返回 ） 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，保存該點(diǎn)所設(shè)置的數(shù)據(jù)，并返回焊點(diǎn)選擇界面，如圖1.2.1所示。 2.2.2.8 汽缸選擇界面：Choose Cylinder 1 2 3 4 5Back 圖1.2.2當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “12341”。 當(dāng)“V /x_ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)右移一列 ，其移動(dòng)模式為 “123451”。 當(dāng)光標(biāo)在第一行，指向Choose Cylinder(選

40、擇汽缸)時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向 1 2 3 4 5 時(shí)，可以進(jìn)行列選擇。 按下“OK”(確定)鍵一次后， 設(shè)置所選擇的汽缸，如選擇3 點(diǎn)，屏幕顯示如圖1.2.2.2所示。當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向（空白行）時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向Back ( 返回 ) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，則返回上一層界面，即設(shè)置時(shí)的選擇界面，如圖1.2所示。2.2.2.9 汽缸參數(shù)設(shè)置界面：C3 T1:0 0 sSave & NextSave & Back 圖1.2.2.2當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其

41、移動(dòng)模式為 “ 2342”。 當(dāng)“V /x_ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)右移一列，并在 第二行所需設(shè)置的位置上循環(huán)移動(dòng)。當(dāng)“ +/y+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)所指數(shù)的數(shù)值加1，其變換模式為 “01234567890 ”。當(dāng)“ /y- ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)所指數(shù)的數(shù)值減1，其變換模式為 “09876543210 ”。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向“T1 ”的十位時(shí)，按下“ +/y+ ” 鍵一次，該位數(shù)值加1；按下“ /y- ”鍵一次，該位數(shù)值減1。該位數(shù)值設(shè)置好后，該行其他位依次進(jìn)行設(shè)置。 當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向“Save & Next”（保存該汽缸數(shù)據(jù)并進(jìn)入下一參數(shù)）時(shí)，按下“OK”(確定

42、)鍵一次后,保存該汽缸所設(shè)置的數(shù)據(jù)，屏幕顯示下一延時(shí)參數(shù)的設(shè)置界面；依此類推，設(shè)完最后一延時(shí)參數(shù)（第5點(diǎn)）時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，保存該汽缸所設(shè)置的數(shù)據(jù)，并進(jìn)入下一汽缸參數(shù)（如C4）設(shè)置界面。依此類推，設(shè)完第五給個(gè)汽缸（C5），按下“OK”(確定)鍵一次后，返回主界面，如圖1所示。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向“Save & Back”（保存該汽缸數(shù)據(jù)并返回 ） 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，保存該汽缸所設(shè)置的數(shù)據(jù)，并返回焊點(diǎn)選擇界面，如圖1.2.2所示。2.2.2.10 操作界面：Pause ContinueResetBack 圖1.3 當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一

43、行，其移動(dòng)模式為 “12341”。 當(dāng)光標(biāo)在第一行，指向Pause (暫停) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，電機(jī)運(yùn)動(dòng)暫停，屏幕顯示該行字母為大寫(PAUSE)。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向Continue(繼續(xù)) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，屏幕顯示該行字母為大寫(CONTINUE)。當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向Reset (復(fù)位) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，執(zhí)行復(fù)位程序，屏幕顯示該行字母為大寫(RESET)。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向Back(返回)時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，返回上一界面，即主界面，屏幕顯示如圖1 所示。2.2.2.11 復(fù)位界面：PauseResettin

44、gBack 圖1.4 當(dāng)歸零執(zhí)行完后，原點(diǎn)坐標(biāo)就確定了，進(jìn)入初始化狀態(tài)。程序延時(shí)兩秒后，自動(dòng)返回主界面，屏幕顯示如圖1 所示。 當(dāng)“H /x+ ” 鍵按下一次，屏幕上的光標(biāo)下移一行，其移動(dòng)模式為 “12341”。 當(dāng)光標(biāo)在第一行，指向Pause (暫停) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，電機(jī)運(yùn)動(dòng)暫停，屏幕顯示該行字母為大寫(PAUSE)。當(dāng)光標(biāo)在第二行，指向Resetting（復(fù)位) 時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行歸零程序，屏幕顯示該行字母為大寫(RESETTING)。當(dāng)光標(biāo)在第三行，指向 (空白) 時(shí)，按下“OK” (確定)鍵一次后，屏幕顯示不變。當(dāng)光標(biāo)在第四行，指向

45、Back(返回)時(shí)，按下“OK”(確定)鍵一次后，返回上一界面，即主界面，屏幕顯示如圖1 所示。2.3 軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2.3.1 軟件功能軟件系統(tǒng)以C語言作為軟件開發(fā)平臺(tái)14，對系統(tǒng)進(jìn)行程序開發(fā)與仿真。主控制板的軟件設(shè)計(jì)由多個(gè)功能塊組成，包括一個(gè)主程序和多個(gè)子程序。各程序功能如下：1）主程序：鍵盤操作、液晶顯示功能控制；電機(jī)定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、汽缸動(dòng)作控制。主程序的程序請見附錄A 。2） 子程序：（1） 對坐標(biāo)指向操作，通過鍵盤上的上下鍵控制實(shí)現(xiàn)；（2） 通過加減計(jì)數(shù)進(jìn)行數(shù)值設(shè)定，且加入倍乘功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)粗調(diào)和細(xì)調(diào)，并保存數(shù)據(jù)；（3） 對采點(diǎn)后保存的數(shù)據(jù)調(diào)用，并通過按鍵控制選擇所需數(shù)據(jù)；（4） 通過單片

46、機(jī)控制脈沖進(jìn)而控傳感器運(yùn)作、電機(jī)定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和汽缸運(yùn)動(dòng)；（5） 復(fù)位功能。 2.3.2 重要程序設(shè)計(jì)舉例2.3.2.1 按鍵程序設(shè)計(jì)15 1） 根據(jù)MCU與按鍵的連接圖，如下圖所示。 2） 可以去去確定，需要MCU的六個(gè)端口。鍵盤為3*3式，共9個(gè)按鍵。故采用逐行掃描法。分別將PTA的低四位置數(shù)，并讀出其高四位的數(shù)值，判斷是否有鍵按下。若無鍵按下，則繼續(xù)掃描下一行，如果判斷有鍵按下，進(jìn)行軟件消抖，確定有鍵按下時(shí)，讀出其高四位的數(shù)值，并與高四位各確定值比較，得出是那一列有鍵按下，從而確定唯一的鍵按下了。依次類推，編出所有鍵按下的程序。參考文獻(xiàn)1 PTC RD-331 全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人使用說明書，（V4.5版本）.2008年月. 2 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)北京：高等教育出版社. 2001年1月. 3 摩托羅拉半導(dǎo)體公司的單片機(jī)