摘要在信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)下，人們對(duì)于生產(chǎn)封裝的精密度以及生產(chǎn)效率的要求越來越高，并且從手工化逐漸趨向去機(jī)械化，人為的控制機(jī)器對(duì)物件進(jìn)行點(diǎn)膠的效率已經(jīng)滿足不了人們?nèi)找嬖鲩L的需求了，而點(diǎn)膠機(jī)則有效的提高了點(diǎn)膠的效率和精度。我國的電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)主要是一些臨海的中小型企業(yè)。點(diǎn)膠機(jī)不僅經(jīng)濟(jì)性高，并且操作簡單，易控制，對(duì)人們更為的方便，數(shù)控型的點(diǎn)膠機(jī)在我國有很大的發(fā)展前景。本課題以ARMCorte_M4為核心，設(shè)計(jì)一三維點(diǎn)膠機(jī)控制器，同時(shí)采用THB6128作為驅(qū)動(dòng)芯片，設(shè)計(jì)一三軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)采用LCD作為人機(jī)界面，通過按鍵設(shè)置工作參數(shù)，由按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作。三軸步進(jìn)電機(jī)控制采用脈沖+方向控制方式。根據(jù)用戶需求建立配方數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)需充分考慮可靠性和穩(wěn)定性。本文的研究的方面有以下幾個(gè)：介紹了各類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，目前我國綜合控制系統(tǒng)的發(fā)展，比較各種運(yùn)動(dòng)控制的功能，優(yōu)缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)出合理的整體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式、執(zhí)行元件、控制系統(tǒng)硬件。分析點(diǎn)膠機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。軟件編程，設(shè)計(jì)程序控制梯形圖、LED板控制界面。對(duì)各個(gè)章節(jié)進(jìn)行總結(jié)，并分析問題。緒論1.1背景隨著科技的發(fā)展，電子信息技術(shù)越來越高，人們已逐步進(jìn)入信息時(shí)代，無論是家用電器，如電腦、電視、手機(jī)，還是軍事，航空領(lǐng)域，都離不開電子封裝，因此，人們對(duì)于電子封裝研究愈發(fā)深入，對(duì)于電子封裝的要求，無論是在效率還是精度方面上，都變得越來越高。點(diǎn)膠機(jī)的廣泛使用，使其發(fā)展的更加迅猛。我國是電子產(chǎn)品的生產(chǎn)大國，我國沿海地區(qū)的有很多中小型的電子生產(chǎn)企業(yè)，這些企業(yè)也是我國沿海地區(qū)的支柱企業(yè)。一直以來，我國的生產(chǎn)勞動(dòng)力都十分的充裕，人用生產(chǎn)在我國也一直十分的廉價(jià)，但是隨著電子信息行業(yè)的發(fā)展，手工進(jìn)行點(diǎn)膠已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于點(diǎn)膠的精度以及效率的要求已不是人工點(diǎn)膠能夠滿足的了。在點(diǎn)膠機(jī)方面，海外的技術(shù)更為的嫻熟，在通常的點(diǎn)膠機(jī)，如一些點(diǎn)膠控制器，國內(nèi)的模仿技術(shù)已經(jīng)很成熟，市場逐鹿格外猛烈，價(jià)錢江河日下，以致幾百的機(jī)器都已經(jīng)出現(xiàn)。但是國內(nèi)的點(diǎn)膠機(jī)普遍存在精度不高，打膠不夠穩(wěn)定的現(xiàn)象，一些高科技行業(yè)，說到選購點(diǎn)膠機(jī)，也就只能找世界品牌。我國目前在點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)的狀況主要兩個(gè)方面說明，一方面是，電子信息行業(yè)的發(fā)展正處于高速發(fā)展的階段，其在輕工業(yè)中占比也是越來越大，另一方面，不得承認(rèn)，我國的電子工業(yè)的自動(dòng)化程度很低，生產(chǎn)效率也是十分的低，工作環(huán)境，設(shè)備條件都不如國外。所以，在高效率、高精度方面，我國還需要不斷的努力。當(dāng)市場競爭激烈，唯有質(zhì)量和服務(wù)能夠讓自己脫穎而出。電子產(chǎn)品的加工有很多個(gè)環(huán)節(jié)，包括焊接、貼片、組裝、涂膠、打螺絲等等，在這些工序中，涂膠的數(shù)量龐大，精密度要求高，人工涂膠不僅花費(fèi)高，耗時(shí)長，更重要的是達(dá)不到精密度的要求。為了提高產(chǎn)品涂膠的效率以及品質(zhì)，自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)的大力發(fā)展是十分重要的，自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠速度快，精度高，噴涂的品質(zhì)高，同時(shí)，還能保護(hù)人們防止吸入噴膠的有毒物質(zhì)。自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)通過系統(tǒng)自動(dòng)控制的方式，將噴膠噴到要噴涂的材料上，并且能夠精確到材料的每一個(gè)位置，噴膠分布均勻。三維點(diǎn)膠機(jī)可以對(duì)直線、圓形、橢圓形以及大多數(shù)不規(guī)則的材料進(jìn)行噴膠。自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)，一種為電子設(shè)備封裝而研制的自動(dòng)涂膠設(shè)備，硬件設(shè)備為其基礎(chǔ)，以控制技術(shù)為核心，能夠根據(jù)不同的用戶需求，來為各種形狀的設(shè)備進(jìn)行電子封裝，而它的效率和質(zhì)量就取決于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。1.2控制系統(tǒng)的內(nèi)容運(yùn)動(dòng)控制指的是將制定的方案或者累計(jì)的動(dòng)作指令，通過控制系統(tǒng)傳達(dá)到電機(jī)，使其帶動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行有目的性的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過對(duì)位置、路徑、速度、加速度、力的強(qiáng)度的精準(zhǔn)控制，使機(jī)械臂能夠非常準(zhǔn)確的按照預(yù)期的目標(biāo)進(jìn)行可控運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制的定義分析，如下表1-1所示。路徑從一個(gè)初始位置到一個(gè)終點(diǎn)位置，以理想的方式運(yùn)動(dòng)動(dòng)作由相應(yīng)快慢和動(dòng)作穩(wěn)定性來衡量位置有絕對(duì)位置和相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是多樣性的，但它們都包括一個(gè)上級(jí)控制器，一個(gè)執(zhí)行器電機(jī)，一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和一個(gè)位置檢測部件，這些基本組件構(gòu)成了基本結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。位置檢測上位控制器位置檢測上位控制器驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)1.3控制類型的分類1.3.1按是否形成閉合回路分類控制系統(tǒng)可分為三種類型：開環(huán)，閉環(huán)和半閉環(huán)。區(qū)別在于是否有傳感器檢測反饋及其檢測組件。（1）開環(huán)控制系統(tǒng)在操作系統(tǒng)及其檢測部件中沒有檢測反饋的傳感器是開環(huán)控制系統(tǒng)，即是開環(huán)控制系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)，且成本低，使用也更為方便。缺點(diǎn)就是精度低，易受外界因素的干擾。這樣的系統(tǒng)更多適用于不需要高精度的小型機(jī)器。開環(huán)控制系統(tǒng)框圖1-2所示。驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行元件工作臺(tái)脈沖指令半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)配備有用于檢測開環(huán)控制系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)中的角位移的裝置，并間接檢測運(yùn)動(dòng)部件的位移，確定伺服滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)角度，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器，與輸入源指令偏移值進(jìn)行比較并由比較差值控制，以便運(yùn)動(dòng)部件補(bǔ)償偏移直到差值得到解決。將半閉環(huán)中的控制系統(tǒng)與開環(huán)中的控制系統(tǒng)進(jìn)行比較。半閉環(huán)控制系統(tǒng)相比較于開環(huán)控制系統(tǒng)，它的抗干擾能力更強(qiáng)，使用也更為的廣泛，大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床都在使用此控制方法。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制框圖如1-3所示。位置控制單元位置控制單元速度控制單元執(zhí)行元件工作臺(tái)速度檢測單元位置檢測單元脈沖指令閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)。在特定內(nèi)容下理解：使用某些方法和設(shè)備將控制系統(tǒng)的部分或全部輸出返回到系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，然后將反饋信息與原始輸入信息進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果應(yīng)用于控制系統(tǒng)，以防止系統(tǒng)偏離設(shè)定目標(biāo)。反饋控制系統(tǒng)使用負(fù)反饋。這是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括正信號(hào)路徑和用于形成閉環(huán)的反饋路徑，也稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)比開環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)更加精確，免受干擾，還能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。但是，閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)檢測元件的要求較高，意味著其成本偏高，以經(jīng)濟(jì)性而言，其主要適用于精度要求較高的機(jī)床。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制框圖如圖1-4所示。位置控制單元速度控制單元位置控制單元速度控制單元執(zhí)行元件工作臺(tái)速度檢測單元位置檢測單元脈沖指令點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制只對(duì)運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)有要求，對(duì)于從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不做要求的運(yùn)動(dòng)控制。這種控制方式要求精度要高，且運(yùn)動(dòng)速度也要快，在加速和減速部分的控制可以快速而精確地控制。連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)控制該控制也稱為輪廓控制，主要用于CNC系統(tǒng)和傳統(tǒng)切割系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制。對(duì)于較小的段，有幾個(gè)預(yù)處理程序。同步運(yùn)動(dòng)控制控制系統(tǒng)控制多軸彼此同時(shí)移動(dòng)和協(xié)調(diào)進(jìn)行控制。1.3.3按給定值信號(hào)的特點(diǎn)分類恒值控制系統(tǒng)恒定值控制系統(tǒng)的輸入值是恒定的，例如恒定速度，恒定溫度，恒定壓力和其他自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的輸出也是恒定的。隨動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定值不斷變化的控制系統(tǒng)，設(shè)定值的變化事先未知，系統(tǒng)的輸出（控制變量）必須用設(shè)定值變更。程序控制系統(tǒng)利用已知的時(shí)間函數(shù)，控制根據(jù)確定的給定值的時(shí)間值改變輸出量。1.3.4按控制系統(tǒng)元件的特性分類線性控制系統(tǒng)按照對(duì)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系，一個(gè)系統(tǒng)可以分為線性系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)。如果一個(gè)系統(tǒng)的輸入、輸出滿足疊加原理，該系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，否則為非線性系統(tǒng)。疊加原理包括疊加性及齊次性。非線性控制系統(tǒng)一種控制系統(tǒng)，其中狀態(tài)變量和輸出變量不能通過與輸入變量的運(yùn)動(dòng)特性的線性關(guān)系來描述。1.3.5按驅(qū)動(dòng)方式不同分類運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可根據(jù)各種驅(qū)動(dòng)方法分為電氣控制，液壓控制和氣壓控制。不同的控制系統(tǒng)各有特色。電氣控制是由電氣設(shè)備控制的二次回路，液壓控制是液壓，氣動(dòng)控制是氣動(dòng)的。1.4研究方向本次課題主要研究自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)中系統(tǒng)控制技術(shù)。本次設(shè)計(jì)以ARMCorte_M4為核心，設(shè)計(jì)一三維點(diǎn)膠機(jī)控制器，同時(shí)采用THB6128作為驅(qū)動(dòng)芯片，設(shè)計(jì)一三軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)采用LCD作為人機(jī)界面，通過按鍵設(shè)置工作參數(shù)，由按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作。三軸步進(jìn)電機(jī)控制采用脈沖+方向控制方式。對(duì)此，需要對(duì)系統(tǒng)的軟硬件組成部分進(jìn)行合適的選型，設(shè)計(jì)出合理的驅(qū)動(dòng)電路原理圖和PCB圖，并編程設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)功能程序。第二章點(diǎn)膠機(jī)控制硬件設(shè)計(jì)2.1點(diǎn)膠機(jī)系統(tǒng)的基本要求設(shè)計(jì)分配控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是根據(jù)機(jī)械體設(shè)計(jì)要執(zhí)行的動(dòng)作，因此必須首先確定分配點(diǎn)膠機(jī)的結(jié)構(gòu)，該項(xiàng)目確定了外殼噴膠生產(chǎn)過程中龍門式直角坐標(biāo)點(diǎn)膠機(jī)的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)零件的負(fù)荷，行程，選擇直線運(yùn)動(dòng)單元的模型。每個(gè)軸的速度，加速度和作用周期，配備驅(qū)動(dòng)電機(jī)，傳送帶等。根據(jù)要求可確定X軸和Y軸的最大行程為300mm,最大載荷為1kg，運(yùn)行速度為100mm/s，而Z軸的行程為100mm,運(yùn)行速度為50mm/s，定位精度為0.2mm。膠槍裝置固定在Z軸上，隨著Z軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)做垂直上下運(yùn)動(dòng)。原料放在傳送帶上，觸發(fā)外信號(hào)從而控制三軸的電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作，將會(huì)按照之前輸入的尺寸自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)膠模擬。結(jié)構(gòu)部件的選擇2.1.1傳動(dòng)方式的選擇傳動(dòng)裝置是將動(dòng)力源所提供的動(dòng)力和功率傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝置[6,7]。常用的傳動(dòng)方式主要有絲杠傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)，其傳動(dòng)方式的特點(diǎn)如表2-1所示[8]。表2-1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特性本文設(shè)計(jì)的點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)基于線性三坐標(biāo)機(jī)構(gòu)，絲桿傳動(dòng)符合點(diǎn)膠機(jī)操作的功能要求和指標(biāo)確定。根據(jù)控制器執(zhí)行的任務(wù)，X軸和Y軸選用1605滾珠螺母機(jī)構(gòu)，螺桿主軸直徑為16毫米，導(dǎo)程為5毫米。如圖2-2（a）所示。Z軸選用了T型滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，該絲杠直徑為8mm，導(dǎo)程為2mm，如圖2-2（b）所示。（a）滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)（b）滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)圖2-2絲杠傳動(dòng)副2.1.2驅(qū)動(dòng)方式的選擇驅(qū)動(dòng)源是點(diǎn)膠系統(tǒng)中最重要的部分，它向點(diǎn)膠機(jī)供電以控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為了確保分配器運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性和合理的結(jié)構(gòu)，對(duì)驅(qū)動(dòng)源施加了更嚴(yán)格的要求。通過對(duì)點(diǎn)膠機(jī)所執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分析，本文才能確定最佳的驅(qū)動(dòng)方式。點(diǎn)膠機(jī)最常見的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、電動(dòng)式和氣動(dòng)式[9]。由于本文設(shè)計(jì)的點(diǎn)膠控制系統(tǒng)基于線性三坐標(biāo)機(jī)械體結(jié)構(gòu)，因此點(diǎn)膠的軌跡在外殼形狀上不同，這意味著設(shè)計(jì)過程也相當(dāng)復(fù)雜。因此根據(jù)可控性、安全性、可靠性以及成本等多種因素，最終確定為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)伺服電機(jī)，主要的驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)如表2-2所示[10]。表2-2驅(qū)動(dòng)方式特性電機(jī)驅(qū)動(dòng)根據(jù)X、Y和Z軸的負(fù)載及運(yùn)行功率，X軸和Y軸選用了日本SERVO廠家KH56KM型號(hào)的57步進(jìn)電機(jī)，Z軸選用了歐邦電器公司57BYGH003型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。57步進(jìn)電機(jī)型號(hào)如圖2-3所示。（a）KH56KM型號(hào)（b）57BYGH003型號(hào)圖2-357步進(jìn)電機(jī)2.1.3導(dǎo)向支承部件的選擇導(dǎo)向支承部件除了起到承載作用，還能夠按指定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向作直線或回轉(zhuǎn)方向[6]。支撐構(gòu)件主要包括兩個(gè)部分，引導(dǎo)構(gòu)件和移動(dòng)構(gòu)件，因此通常也稱為導(dǎo)軌對(duì)，稱為導(dǎo)軌。本文設(shè)計(jì)要求點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、安全性高、結(jié)構(gòu)合理和運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，因此最終確定導(dǎo)軌類型為滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌。滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌是由歐標(biāo)鋁型材、光軸、U槽型滾輪和滑塊組成，如圖2-4所示。該導(dǎo)軌不但符合了本文設(shè)計(jì)要求，而且對(duì)溫度變化不敏感和承載能力較大，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)工藝性較差、成本較高。圖2-4滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌傳感器選型傳感器是將各種檢測到的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置[11]。傳感器輸出可分為數(shù)字型、模擬型和開關(guān)型，其中開關(guān)型也叫作二值型又可分為接觸型和非接觸型，開關(guān)型工作原理如圖2-5所示。圖2-5開關(guān)型傳感器的工作原理根據(jù)點(diǎn)膠控制系統(tǒng)要求最終確定常開型接近開關(guān)傳感器，如圖2-6所示。該傳感器特點(diǎn)如下：1．接近開關(guān)傳感器供電為5V。2．待機(jī)功耗及工作時(shí)功耗均小于8-10MA。3．響頻快，有高強(qiáng)的輸出換算能力，且誤差率極低。4．壽命長，體積小，安裝方便。5．輸出為電平信號(hào)，接近開關(guān)信號(hào)線能直接接單片機(jī)的I/O口或者晶體管及TTL.MOS等邏輯電路接口。圖2-6NPN常開型接近開關(guān)接近開關(guān)傳感器有三根引線，即電源線的棕色和藍(lán)色線以及信號(hào)輸出線的黑線。接近開關(guān)的引線的定義，棕色線連接到電源的正極，電壓為5V，藍(lán)線連接到電源的負(fù)極，黑線是信號(hào)輸出線，該線路可以直接連接到單片機(jī)的I/O端口。接近開關(guān)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，信號(hào)線輸出為高電平，即數(shù)字1，此時(shí)，單片機(jī)的I/O端口為數(shù)字1.接近開關(guān)檢測到金屬輸出低電平時(shí)，即數(shù)字0，轉(zhuǎn)換信號(hào)的變化可以是高電平或低電平，使單片機(jī)完成相應(yīng)的動(dòng)作，其接線圖如2-7所示。圖2-7接近開關(guān)接線圖控制電路核心器件選型主控芯片模塊在本文中，控制點(diǎn)膠機(jī)的任務(wù)要求操作者在主控制芯片上輸入工作坐標(biāo)，然后控制每個(gè)軸的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。在工作過程中，不僅操作員輸入的坐標(biāo)，而且坐標(biāo)也記錄在存儲(chǔ)器中。除此之外還需要有中斷功能、定時(shí)器產(chǎn)生波特率、掉電后中斷可喚醒功能等。根據(jù)畢設(shè)要求，本次實(shí)驗(yàn)選用STM32F4M4作為核心主控芯片，STM32F4M4處理器是由ARM專門開發(fā)的最新嵌入式處理器，用以滿足需要有效且易于使用的控制和信號(hào)處理功能混合的數(shù)字信號(hào)控制市場。高效的信號(hào)處理功能與Cortex-M處理器系列的低能耗、低成本和易于使用的優(yōu)點(diǎn)的組合。單片機(jī)不斷分析內(nèi)部程序并在工作期間執(zhí)行它們，執(zhí)行任務(wù)必須時(shí)鐘電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)才能完成任務(wù)。如果沒有時(shí)鐘電路，就無法啟動(dòng)單片機(jī)去執(zhí)行任務(wù)。它是單片機(jī)的心臟。本文采用的時(shí)鐘電路如圖2-9所示。圖2-9時(shí)鐘電路在操作期間，單片機(jī)受外部數(shù)據(jù)的影響，這會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù)混亂，無法執(zhí)行正常操作，因此需要復(fù)位功能使程序重新開始運(yùn)行，復(fù)位又可分為軟件復(fù)位和硬件復(fù)位，根據(jù)本文設(shè)計(jì)的任務(wù)以及工作場合，確定選用硬件復(fù)位，其設(shè)計(jì)的按鍵電平復(fù)位如圖2-10所示。單片機(jī)接上時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源的構(gòu)成了基本的應(yīng)用系統(tǒng)，即單片機(jī)的最小系統(tǒng)。如圖2-11所示。圖2-10按鍵復(fù)位電路圖2-11單片機(jī)最小系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊EEPROM當(dāng)單片機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，人員輸入的坐標(biāo)存儲(chǔ)在一個(gè)變量中，該變量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中，并且在電源關(guān)閉后RAM數(shù)據(jù)不能保留。此時(shí)，在重新打開電源后，變量將自動(dòng)被刪除，并且原始任務(wù)無法執(zhí)行。我們必須重新輸入零點(diǎn)并重新輸入坐標(biāo)點(diǎn)。這種工作效率大大降低。因此，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)硬件電路，以便在單片機(jī)關(guān)閉后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，從而在電源打開后原始任務(wù)繼續(xù)進(jìn)行。這種實(shí)現(xiàn)方式就是通過寫入EEPROM的方式來實(shí)現(xiàn)。EEPROM即它是一種通過高電壓來進(jìn)行反復(fù)擦寫的存儲(chǔ)器。具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的特點(diǎn)。比如常用的24C系列，93C系列的器件，這種器件與單片機(jī)之間需要采用I2C通信協(xié)議才能進(jìn)行通訊[13]。根據(jù)本文控制系統(tǒng)要求性能，選擇了AT24C02芯片，如圖2-12所示。圖2-12AT24C02芯片鍵盤模塊及顯示模塊當(dāng)操作點(diǎn)膠機(jī)時(shí)，必須通過外部矩陣鍵盤控制點(diǎn)膠機(jī)的任務(wù)，例如啟動(dòng)，停止和選擇任務(wù)的運(yùn)動(dòng)路徑。當(dāng)然，還需要提供運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，坐標(biāo)，指定參數(shù)等的實(shí)時(shí)顯示，所以點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)需要鍵盤模塊和顯示模塊。鍵盤功能除了要實(shí)現(xiàn)0~9數(shù)字輸入功能還要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠任務(wù)中的直線插補(bǔ)功能、圓弧插補(bǔ)功能、快速點(diǎn)定位功能、倒圓角功能等。其鍵盤硬件連接圖如2-13所示。圖2-13矩陣鍵盤連接圖在點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行期間，必須始終知道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的修改，以便于修改參數(shù)和選擇點(diǎn)，這需要顯示模塊。根據(jù)本文檔中定義的控制系統(tǒng)的要求，LCD1602顯示器，它能夠同時(shí)顯示，滿足了本文設(shè)計(jì)的使用性能。其模塊如圖2-14所示。圖2-14LCD1602模塊通常，LCD1602有16個(gè)引腳，每個(gè)引腳具有不同的定義。在控制模塊時(shí)，必須詳細(xì)了解模塊引腳的定義，以便于通過單片機(jī)實(shí)時(shí)顯示操作系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)。其引腳定義如表2-3所示。表2-3LCD1602引腳定義1VSS9D22VDD10D33V011D44RS12D55RW13D66E14D77D015A8D116KLCD1602的基本操作時(shí)序可分為以下四種：1．讀狀態(tài)輸入：。輸出：D0—D7為狀態(tài)字。2．讀數(shù)據(jù)輸入：。輸出：D0—D7為數(shù)據(jù)。3．寫指令輸入：。輸出：無。4．寫數(shù)據(jù)輸入：。輸出：無。本章小結(jié)點(diǎn)膠機(jī)控制硬件在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著重要作用，為點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行提供了硬件基礎(chǔ)。還驗(yàn)證了本文檔中設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。本章主要介紹傳動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)方法，支撐部件、傳感器、主控芯片模塊、存儲(chǔ)模塊、鍵盤模塊、顯示模塊等，并對(duì)其進(jìn)行選型，為下一章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件整體方案設(shè)計(jì)控制器是點(diǎn)膠機(jī)的核心，主要用于控制分配器的三個(gè)線性軸之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。主要有一個(gè)快速點(diǎn)定位控制，兩個(gè)軸之間的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)和三個(gè)軸之間的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)此控制的要求很高。此外，該文還必須分配數(shù)據(jù)輸入控制器，以確保點(diǎn)膠機(jī)控制器必須具有良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力。系統(tǒng)的輸入和輸出也起著重要作用，特別是對(duì)于傳感器檢測信號(hào)的輸入及步進(jìn)電機(jī)的輸出，這就要求該控制系統(tǒng)滿足快速性以及良好抵抗外界的干擾能力。為了滿足這些要求，除了提高硬件的穩(wěn)定性，還要有更好的控制算法。上一章主要對(duì)硬件進(jìn)行詳細(xì)的分析及選型，也是為本章對(duì)控制軟件設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。本文設(shè)計(jì)的點(diǎn)膠任務(wù)是操作者通過矩陣鍵盤輸入需要進(jìn)行點(diǎn)膠模擬的物品的尺寸，輸入數(shù)據(jù)可以顯示在LCD1602上。按下分配按鈕，點(diǎn)膠機(jī)模擬器可以自動(dòng)建立點(diǎn)膠軌道。其控制系統(tǒng)如圖3-1所示。圖3-1點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，三坐標(biāo)點(diǎn)膠機(jī)將檢查模擬點(diǎn)膠針的當(dāng)前位置。如果它不為零，它將自動(dòng)返回零。返回此位置后，操作員將通過矩陣鍵盤輸入點(diǎn)膠程序。將準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到模擬分配針。芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品點(diǎn)膠，當(dāng)點(diǎn)膠完成后，傳送帶會(huì)將新的產(chǎn)品送上平臺(tái)，其點(diǎn)膠模擬工作流程圖3-2所示。圖3-2點(diǎn)膠模擬流程一旦分配器控制系統(tǒng)從分配軌道獲得數(shù)據(jù)，就必須根據(jù)分配軌道控制每個(gè)分配器軸分配。自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)主要需要控制系統(tǒng)包括以下元素：1整個(gè)點(diǎn)膠控制系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)控制。它主要包括軸之間的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的顯示，模塊的啟動(dòng)和停止。2完整的控制系統(tǒng)必須在整個(gè)系統(tǒng)中包含相應(yīng)的傳感器，能夠進(jìn)行自動(dòng)歸原位，同時(shí)提高位置的精確度。3.整個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)能通過人機(jī)界面進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)控制的變換。各模塊軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)芯片控制軟件設(shè)計(jì)本課題控制系統(tǒng)是采用STC89C52RC單片機(jī)作為主控芯片，根據(jù)點(diǎn)膠機(jī)控制任務(wù)，要對(duì)單片機(jī)I/O進(jìn)行分配，從而完成不同的任務(wù)，其I/O分配如表3-1所示。表3-1單片機(jī)I/O引腳定義I/O定義I/O定義I/O定義P0^0LCD0數(shù)據(jù)端口P1^0X軸電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)P3^0第一行矩陣鍵盤P0^1LCD1數(shù)據(jù)端口P1^1X軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向P3^1第二行矩陣鍵盤P0^2LCD2數(shù)據(jù)端口P1^2Y軸電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)P3^2第三行矩陣鍵盤P0^3LCD3數(shù)據(jù)端口P1^3Y軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向P3^3第四行矩陣鍵盤P0^4LCD4數(shù)據(jù)端口P1^4Z軸電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)P3^4第一列矩陣鍵盤P0^5LCD5數(shù)據(jù)端口P1^5Z軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向P3^5第二列矩陣鍵盤P0^6LCD6數(shù)據(jù)端口P1^6傳送帶電機(jī)傳動(dòng)P3^6第三列矩陣鍵盤P0^7LCD7數(shù)據(jù)端口P1^7傳送帶電機(jī)傳動(dòng)方向P3^7第四列矩陣鍵盤P2^0LCD使能端口P2^2LCD命令數(shù)據(jù)端口P2^4Y軸傳感器P2^1LCD讀寫端口P2^3X軸傳感器P2^5工業(yè)相機(jī)觸發(fā)一旦單片機(jī)定義了每個(gè)引腳，它還要定義各種標(biāo)識(shí)符，數(shù)據(jù)類型和數(shù)組，并聲明要調(diào)用的函數(shù)。然后，單片機(jī)在啟動(dòng)后進(jìn)入主功能，通過初始化定時(shí)器和LCD1602啟動(dòng)液晶顯示屏和電機(jī)引腳，讀取寄存器的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的字符顯示在LCD1602上。然后調(diào)用按鈕控制功能并啟動(dòng)T1定時(shí)器，執(zhí)行按鍵掃描，本文中設(shè)計(jì)的按鈕功能有0-9數(shù)字輸入，更換回車鍵，快速點(diǎn)定位，方形軌道，圓形軌道，圓角方形軌跡和操作歸零。首先通過矩陣鍵盤輸入X，Y，Z和R值，然后選擇需要點(diǎn)膠的模式，然后啟動(dòng)定時(shí)器T0以產(chǎn)生周期為150微秒的脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其工作流程圖如3-2所示。本文現(xiàn)在詳細(xì)介紹了單片機(jī)主要功能程序所需執(zhí)行的任務(wù)，首先，設(shè)置兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器函數(shù)是用來按鍵掃描的。定時(shí)器該函數(shù)用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)的脈沖，定時(shí)器T1為1毫秒，T0定時(shí)器為150微秒，然后設(shè)置一些重要的功能，如液晶初始化功能，按鍵掃描功能、按鍵驅(qū)動(dòng)函數(shù)、externbitI2CWrite(unsignedchardat)I2C總線寫操作函數(shù)等。定義函數(shù)后立即啟動(dòng)T1計(jì)時(shí)器，并每隔1毫秒更新一次，以確定是否有輸入按鈕，因此T1中斷服務(wù)函數(shù)函數(shù)里必須調(diào)用按鍵函數(shù)，以保證每次產(chǎn)生中斷都要掃描是否有按鍵輸入。其程序如下：voidInterruptTimer1()interrupt3{ TH1=T0RH;TL1=T0RL; KeyScan();}圖3-2單片機(jī)工作流程當(dāng)檢測到有按鍵輸入的時(shí)候，按照按鈕的定義實(shí)現(xiàn)指定功能，如0~9數(shù)字輸入，更換輸入鍵、快速點(diǎn)定位、方形軌道、圓形軌道，帶圓角的圓形軌跡和零返回。MCU固件程序通常是無線環(huán)路的單流結(jié)構(gòu)，并且這種軟件環(huán)路難以滿足多任務(wù)要求，而要想用一個(gè)單片機(jī)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)，就需要同時(shí)輸出多路脈沖信號(hào)。在本文中，采用了一種生成多步定時(shí)器脈沖信號(hào)的算法。假設(shè)本文要實(shí)現(xiàn)走方形軌跡路線，這時(shí)需要確認(rèn)模式1按鍵，便啟動(dòng)定時(shí)器T0，每隔150微妙產(chǎn)生中斷，每次中斷產(chǎn)出一個(gè)脈沖[14]。其程序如下：voidInterruptTimer0()interrupt1{ TH0=0x0FF; TL0=0x76; if(Xflag==0) { xt++; Xzhuan=~Xzhuan; } elseXzhuan=1; if(Yflag==0) { yt++; Yzhuan=~Yzhuan; } elseYzhuan=1; if(Zflag==0) { zt++; Zzhuan=~Zzhuan; } elseZzhuan=1;}本文選用的步進(jìn)電機(jī)步距角為1.8°，而滾珠絲杠導(dǎo)程是5mm，即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，滾珠絲杠傳動(dòng)距離為5mm。如果驅(qū)動(dòng)器不采用細(xì)分，則定時(shí)器要產(chǎn)生200個(gè)脈沖。若是采用8細(xì)分，則就需要產(chǎn)生1600個(gè)脈沖步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，本文設(shè)計(jì)的X軸、Y軸和Z軸的驅(qū)動(dòng)器為16細(xì)分。由于單片機(jī)的控制性能要求，本文設(shè)計(jì)的插補(bǔ)精度為1mm，即滾珠絲杠傳動(dòng)1mm需要產(chǎn)生640個(gè)脈沖，而T型絲杠傳動(dòng)1mm則需要產(chǎn)生3200個(gè)脈沖。在執(zhí)行軌跡點(diǎn)膠完之后，LCD1602自動(dòng)顯示該點(diǎn)膠針管所處的位置坐標(biāo)。本文設(shè)定X軸的行程和Y軸的行程形成一個(gè)平面坐標(biāo)系，即500×500二維坐標(biāo)系，精度為1mm。鍵盤控制軟件設(shè)計(jì)矩陣鍵盤檢測方法和獨(dú)立鍵盤檢測方法是類似的，主要是判斷該鍵盤是否被按鍵，如果被摁下其對(duì)應(yīng)的單片機(jī)I/O檢測到的是低電平，反之則是高電平。根據(jù)本文設(shè)計(jì)的任務(wù)，選擇了4行4列的矩陣鍵盤。其檢測方法是先把某一行設(shè)為低電平，其他行都是高電平，然后依次掃描每列鍵盤電平的高低，當(dāng)設(shè)為低電平的那行其中一個(gè)鍵被按下時(shí)，就會(huì)檢測到某列的I/O為低電平，這時(shí)確定了行數(shù)和列數(shù)就確定了其中的按鍵。舉個(gè)例子，根據(jù)本文矩陣鍵盤連接圖可知，P3^0~P3^3代表矩陣鍵盤4行，P3^4~P3^7代表矩陣鍵盤4列。假設(shè)第3行為低電平，其余行為高電平，當(dāng)按下第3行第1個(gè)鍵時(shí)，單片機(jī)I/O的P3^4~P3^7檢測到的值為0111，實(shí)現(xiàn)數(shù)字7功能；若按下第2個(gè)鍵時(shí)，單片機(jī)檢測的值為1011，實(shí)現(xiàn)數(shù)字8功能；若按下第3個(gè)鍵時(shí)，單片機(jī)檢測的值為1101，實(shí)現(xiàn)數(shù)字9功能；若按下第4個(gè)鍵時(shí)，單片機(jī)檢測的值為1110，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行方形軌跡功能。同樣道理，設(shè)第1行為低電平，其余行為高電平，然后依次檢測每列電平高低，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。由于需要循環(huán)掃描鍵盤，因此設(shè)定了定時(shí)器T1以檢測哪個(gè)按鍵按下。只要有一個(gè)按鍵按下，則立馬跳出循環(huán)掃描函數(shù)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。一般情況下是沒有同時(shí)按下兩個(gè)鍵，如果存在同時(shí)按下兩個(gè)鍵，則讀取數(shù)值也有先后順序，讀到的數(shù)值是首先按下的第一個(gè)鍵。在設(shè)計(jì)矩陣鍵盤程序時(shí)，首先要定義4行4列數(shù)組即按鍵編號(hào)到標(biāo)準(zhǔn)鍵盤鍵碼的映射表。實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能，其程序如下：unsignedcharcodeKeyjianpan[4][4]={ {'0','1','2','3'},//數(shù)字鍵0、數(shù)字鍵1、數(shù)字鍵2、數(shù)字鍵3 {'4','5','6',0x26},//數(shù)字鍵4、數(shù)字鍵5、數(shù)字鍵6、執(zhí)行鍵 {'7','8','9',0x28},//數(shù)字鍵7、數(shù)字鍵8、數(shù)字鍵9、執(zhí)行方形軌跡 {0x25,0x1B,0x0D,0x27}//執(zhí)行點(diǎn)定位鍵、回零鍵、執(zhí)行倒圓角方形軌跡鍵、執(zhí)行圓形軌跡鍵};顯示模塊軟件設(shè)計(jì)在點(diǎn)膠機(jī)執(zhí)行任務(wù)中，要求時(shí)刻觀察該控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及參數(shù)的變化，以便于參數(shù)的修改和工作任務(wù)的選擇。本文所選擇的LCD1602模塊是一種慢顯示器件，因此當(dāng)液晶顯示模塊顯示內(nèi)容時(shí)，首先要檢測忙標(biāo)志位的狀態(tài)，如果處于低電平狀態(tài)則表示不忙，若處于高電平狀態(tài)則不能執(zhí)行指令。然后再輸入需要顯示指定內(nèi)容的地址，圖3-3是LCD1602顯示模塊的內(nèi)部顯示地址。圖3-3LCD1602內(nèi)部顯示地址本文對(duì)LCD1602初始化過程是先延時(shí)一段時(shí)間，建議延時(shí)5ms。然后進(jìn)行寫指令操作，注意在寫指令的過程中不需要檢測忙信號(hào)。在延時(shí)一段時(shí)間寫指令延時(shí)一段時(shí)間寫指令，一共三個(gè)過程，在這些過程中均不需要檢測忙信號(hào)。此后每次寫指令、讀寫操作就需要檢測忙信號(hào)，首先調(diào)用函數(shù)完成寫指令顯示模式設(shè)置和顯示關(guān)閉功能；調(diào)用函數(shù)完成顯示開及光標(biāo)關(guān)閉功能；要完成寫指令顯示文字不動(dòng)而光標(biāo)自動(dòng)移動(dòng)功能，需要調(diào)用函數(shù)；要完成寫指令顯示清屏功能調(diào)用函數(shù)。實(shí)行完這些操作步驟之后就能顯示本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)容，其流程圖如圖3-4所示。本文設(shè)計(jì)的LCD1602顯示的內(nèi)容第一行是X的坐標(biāo)和Y的沒坐標(biāo)，第二行是Z的坐標(biāo)以及半徑R，每個(gè)坐標(biāo)都顯示三位數(shù)。圖3-4LCD1602初始化過程I2C通信及EEPROM軟件設(shè)計(jì)I2C總線（InterICBus）由PHILIPS公司推出的通信協(xié)議，現(xiàn)在是微電子領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的通信協(xié)議。該總線通信電路主要是由數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線組成的，具有通信效率高、接口線少和控制方式簡單的特點(diǎn)[15]。每個(gè)并聯(lián)在總線的器件都有自己唯一的地址，當(dāng)給該器件發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先要發(fā)送地址尋找該器件，當(dāng)該器件收到后進(jìn)行應(yīng)答，表示尋找的器件是對(duì)的，然后開始發(fā)送數(shù)據(jù)。而本文需要用到EEPROM模塊，則需要利用I2C總線通信協(xié)議，如圖3-5所示。圖3-5I2C總線數(shù)據(jù)傳輸I2C總線主要工作方式有兩種，即主從工作方式和多主工作方式。而本文設(shè)計(jì)的主要是主從方式，本文設(shè)計(jì)點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)中只有單片機(jī)是主器件，EEPROMAT24C02模塊是從器件。在單片機(jī)進(jìn)行I2C總線通信時(shí)，需要寫出幾個(gè)很重要的函數(shù)程序，在模擬的時(shí)候只需要調(diào)用這些函數(shù)即可，例如產(chǎn)生I2C總線寫操作函數(shù)（其中dat為待寫入字節(jié)，返回值從機(jī)應(yīng)答位的值）、I2C總線讀操作（發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，返回值讀到的字節(jié)）、產(chǎn)生總線啟動(dòng)信號(hào)函數(shù)、產(chǎn)生總線停止信號(hào)函數(shù)、I2C總線讀操作函數(shù)（發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)，返回值讀到的字節(jié)）等。下面需要詳細(xì)說一下函數(shù)程序，總線產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)前提條件是必須把數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線都拉成高電平，然后延時(shí)一段時(shí)間把數(shù)據(jù)線拉低，再延時(shí)一段時(shí)間把時(shí)鐘線拉低，便產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)。停止信號(hào)首先保證時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線都是低電平，然后延時(shí)一段時(shí)間先拉高時(shí)鐘線，再延時(shí)一段時(shí)間拉高數(shù)據(jù)線產(chǎn)生上升沿，便產(chǎn)生了停止信號(hào)。寫操作是要從高位到低位依次進(jìn)行一共8位，在寫的過程把其中一位輸出到數(shù)據(jù)線上，然后延時(shí)一段時(shí)間拉高時(shí)鐘線接著延時(shí)一段時(shí)間再拉低時(shí)鐘線完成一個(gè)周期，這樣一位一位的把8位數(shù)據(jù)逐漸發(fā)送過去，發(fā)送完之后便檢測從器件的回答，如果檢測到的值為1則說明發(fā)送成功，如果檢測到的值為0則說明發(fā)送失敗，便重新再發(fā)送一次。寫操作過程也是相似過程，本文不再講述。其總線基本流程如圖3-6所示。圖3-6I2C總線流程在點(diǎn)膠控制系統(tǒng)中由于突然斷電，就導(dǎo)致了單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失，再次上電就不執(zhí)行原來的任務(wù)，從而使點(diǎn)膠未完成的包裝盒白白浪費(fèi)。因此需要有掉電數(shù)據(jù)保存功能，這樣再次上電即可從原來的地方繼續(xù)執(zhí)行點(diǎn)膠任務(wù)。根據(jù)本文設(shè)計(jì)任務(wù)選擇了EEPROMAT24C02芯片。EEPROMAT24C02芯片工作流程圖如3-7所示。圖3-7AT24C02EEPROM存儲(chǔ)流程本文采用了頁寫入方式是按頁寫模式連續(xù)寫入字節(jié)，首先要在首個(gè)地址開始寫，每寫完一個(gè)字節(jié)，地址自動(dòng)加1，然后判斷地址是否已經(jīng)到達(dá)邊界，因?yàn)锳T24C02芯片每頁是8個(gè)字節(jié)，若到達(dá)頁邊界時(shí)，則跳出循環(huán)，結(jié)束本次寫操作，總線產(chǎn)生停止信號(hào)。自動(dòng)點(diǎn)膠插補(bǔ)算法自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)不但能夠提高點(diǎn)膠的品質(zhì)并且還升高了點(diǎn)膠速率。在點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)行時(shí)保證尺寸準(zhǔn)備的狀況下要保證機(jī)器平穩(wěn)運(yùn)行。因?yàn)辄c(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠對(duì)精度要求高，所以要利用數(shù)控工業(yè)上的插補(bǔ)。插補(bǔ)分為兩種，直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)[16]。在現(xiàn)在許多東西的包裝都是直線和圓弧組成的，然而點(diǎn)膠機(jī)就是利用直線和圓弧的軌跡來進(jìn)行點(diǎn)膠。依據(jù)本三月合計(jì)完成的點(diǎn)膠機(jī)，選擇了逐點(diǎn)比較法（基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)算法），這能夠使點(diǎn)膠機(jī)達(dá)到所要求的精度。直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法的原理是這樣的。先假定點(diǎn)膠點(diǎn)往X軸前進(jìn)1mm，則這個(gè)點(diǎn)的真實(shí)位置與點(diǎn)膠方向中所要求的點(diǎn)通過偏差函數(shù)得出它們之間的誤差，再通過誤差來進(jìn)行插補(bǔ)，最終慢慢接近插補(bǔ)的軌跡。直線插補(bǔ)的四個(gè)步驟為偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差函數(shù)的計(jì)算和終點(diǎn)判別，在插補(bǔ)中最重要的一步就是偏差函數(shù)的計(jì)算[17]。本設(shè)計(jì)論文假設(shè)先點(diǎn)膠一個(gè)直線線段OA，坐標(biāo)系以直線段的起點(diǎn)為原點(diǎn)O，由此可以得出直線段的終點(diǎn)坐標(biāo),假設(shè)點(diǎn)為軌跡其中一個(gè)點(diǎn)。如圖3-8所示。如果這個(gè)Pi點(diǎn)在所假設(shè)的直線段上，則方程可表示為：（3-1）（3-2）然后可以決定該點(diǎn)的偏差函數(shù)如下：（3-3）如果，認(rèn)為Pi在直線上；如果，認(rèn)為Pi在直線上方，假設(shè)為；如果，認(rèn)為Pi在直線下方，假設(shè)為。由此可以得出結(jié)果，插值原理是從線的起點(diǎn)開始計(jì)算。首先必須區(qū)分偏差，如果發(fā)生偏差時(shí)，則順著X軸的正方向前進(jìn)一步，然后對(duì)偏差重新進(jìn)行計(jì)算；如果結(jié)果為時(shí)，就順著Y軸的正向前進(jìn)一步，然后按著上面步驟重新計(jì)算偏差；當(dāng)在兩軸進(jìn)行的步數(shù)終點(diǎn)坐標(biāo)一樣的時(shí)候，則插補(bǔ)結(jié)束。圖3-8第一象限直線插補(bǔ)這整個(gè)過程中，要隨時(shí)計(jì)算偏差值，如果按著式（3-3）計(jì)算偏差值，就要進(jìn)行3次計(jì)算分為2乘1減，這樣會(huì)使計(jì)算量大大增大，所以本論文對(duì)計(jì)算進(jìn)行以下簡化。本文假設(shè)點(diǎn)膠點(diǎn)正處于點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，表示點(diǎn)正好在直線上或者在直線上方，則應(yīng)沿著X軸的正方向走一步，該點(diǎn)的坐標(biāo)值就會(huì)發(fā)生變化，其坐標(biāo)值為：（3-4）將式（3-4）代入式（3-3）則該點(diǎn)的偏差為：（3-5）當(dāng)時(shí)，表明點(diǎn)剛剛好位于OA直線下半部分，即為處，就應(yīng)該順著著Y軸的正方向前進(jìn)一步，其該點(diǎn)的坐標(biāo)值為：（3-6）將式（3-6）代入式（3-3）則該點(diǎn)的偏差為：（3-7）由式（3-5）和（3-7）可知，其簡化后的偏差函數(shù)公式中只進(jìn)行一次加法或者減法運(yùn)算，本步的偏差值是由上一步的偏差值和進(jìn)給后的坐標(biāo)值進(jìn)行相加或者相減得到，大大提高了運(yùn)算速度。需要注意的是點(diǎn)膠的起點(diǎn)便是直線段的起點(diǎn)即原點(diǎn)，即偏差。這種方法的最終就是終點(diǎn)判別[18]。以下要三種人們經(jīng)常使用的判別方式：1．首先需要兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別代表和。在程序啟動(dòng)前，需要把終點(diǎn)的坐標(biāo)值分別賦予和，當(dāng)每一次進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算時(shí)，相對(duì)應(yīng)的或計(jì)數(shù)器都要減去1，來代表進(jìn)行一次。當(dāng)最后計(jì)數(shù)器得到的結(jié)果和直線的起點(diǎn)坐標(biāo)相等時(shí)，整個(gè)直線插補(bǔ)過程結(jié)束。如果開始的坐標(biāo)為0，則最后計(jì)算器的結(jié)果都為0時(shí)計(jì)算結(jié)束。2．只用到一個(gè)計(jì)算器，用終坐標(biāo)減去起始坐標(biāo)然后得到的X值和Y值相加存儲(chǔ)到該計(jì)數(shù)器中即。每進(jìn)行一次坐標(biāo)進(jìn)給，則計(jì)數(shù)器就減1，直到減為零，點(diǎn)膠結(jié)束。3．只用到一個(gè)計(jì)算器，將有大量前進(jìn)步數(shù)的坐標(biāo)值反饋給計(jì)算器，使對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)前進(jìn)一步，計(jì)數(shù)器就-1。最后為零，插補(bǔ)則結(jié)束。為了程序和運(yùn)算的方便性，選擇了第二種方法。本論文的設(shè)計(jì)是先判斷點(diǎn)膠針管點(diǎn)膠軌跡的偏差值，依據(jù)偏差值控制相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸的電機(jī)，發(fā)出脈沖使電機(jī)前進(jìn)一步，這樣子使針管接近軌跡。當(dāng)前進(jìn)完之后，相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)就發(fā)生了，這時(shí)候就需要偏差函數(shù)重新進(jìn)行計(jì)算，最后判別終點(diǎn)是否符合，若是和終點(diǎn)符合，就說明插值完成，否則就得重新做一次以上過程，他的插補(bǔ)過程如圖3-9所示。圖3-9逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)流程現(xiàn)在本文需要在第一象限內(nèi)需要插補(bǔ)直線OB，終點(diǎn)坐標(biāo)B（5,3），則直線插補(bǔ)算法過程如表3-2所示，其插補(bǔ)軌跡圖如圖3-10所示。表3-2直線插補(bǔ)過程012345678圖3-10直線插補(bǔ)軌跡由上圖可知，是對(duì)第一象限進(jìn)行的直線插補(bǔ)，而其他象限插補(bǔ)過程原理與第一象限是相似的[19]。因此根據(jù)插補(bǔ)原理推導(dǎo)出其他象限插補(bǔ)流程，如圖3-11和表3-3所示。圖3-11偏差符號(hào)與進(jìn)給方向的關(guān)系表3-3不同象限的偏差函數(shù)計(jì)算及進(jìn)給方向一、四一、二二、三三、四本文設(shè)計(jì)的不同象限的插補(bǔ)流程圖如3-12所示。圖3-12各象限直線插補(bǔ)流程依據(jù)表3-3的設(shè)計(jì)在在四個(gè)象限內(nèi)進(jìn)行插補(bǔ)，第一要進(jìn)行的是象限函數(shù)的判定，判定終點(diǎn)的坐標(biāo)位于哪個(gè)象限，接著去坐標(biāo)軸的坐標(biāo)絕對(duì)值進(jìn)行相加，將計(jì)算得到的是附加給標(biāo)志點(diǎn)Nxy，然后根據(jù)坐標(biāo)判斷函數(shù)位于第一或者第四象限，若是符合則向著X軸往前前進(jìn)一步，若是不符合則往后后退一步。當(dāng)Flag_1小于零時(shí)，依據(jù)象限判斷函數(shù)的標(biāo)志位是否為第一象限或者第二象限，如果是就往Y軸正方向前進(jìn)一步，如果不是則反方向后退一步。昨晚以后操作之后，接著重新進(jìn)行偏差計(jì)算得到新的值，而終點(diǎn)判定標(biāo)記Nxy要—1，并判斷該標(biāo)記位是否等于零，若是為零結(jié)束插補(bǔ)，如果不為0則重復(fù)以上過程。圓弧插補(bǔ)對(duì)于圓弧插補(bǔ)本文假設(shè)點(diǎn)膠軌跡是逆圓弧，如圖3-13所示，設(shè)點(diǎn)膠點(diǎn)為，該點(diǎn)距離圓弧的圓心坐標(biāo)距離為，因此可以通過比較圓弧半徑和距離的大小來判斷點(diǎn)膠的誤差。通過圖3-13逆圓弧可知：（3-8）因此可定義偏差函數(shù)公式為：（3-9）通過偏差判別式（3-9）可知，若，則點(diǎn)膠點(diǎn)位于理想點(diǎn)膠軌跡圓弧即點(diǎn)；若，則點(diǎn)膠點(diǎn)位于圓弧之外即點(diǎn)；若，則點(diǎn)膠點(diǎn)位于圓弧之內(nèi)即點(diǎn)。圖3-13第一象限逆圓圓弧插補(bǔ)由此可得出在第一象限內(nèi)圓弧插補(bǔ)的原理是從圓弧的起點(diǎn)開始出發(fā)，首先要進(jìn)行偏差判別，若偏差時(shí)，則沿著X軸的負(fù)方向進(jìn)給一步，之后進(jìn)行下一步的偏差計(jì)算；若偏差時(shí)，則沿著Y軸的正方向進(jìn)給一步，之后進(jìn)行下一步的偏差計(jì)算；如此逐漸逼近圓弧，當(dāng)?shù)竭_(dá)圓弧終點(diǎn)時(shí)，則插補(bǔ)結(jié)束。由式（3-9）可知，要進(jìn)行平方加減計(jì)算，因此需要對(duì)該式進(jìn)行簡化。本文假設(shè)點(diǎn)膠點(diǎn)正處于點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，表示點(diǎn)正好在圓弧上或者在圓弧外側(cè)，則應(yīng)沿著X軸的負(fù)方向走一步，其坐標(biāo)值為：（3-10）將式（3-10）代入式（3-9）則該點(diǎn)的偏差為：（3-11）若點(diǎn)膠點(diǎn)正處于點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，表示點(diǎn)正好在圓弧下方，即為處，則應(yīng)沿著Y軸的正方向走一步，其該點(diǎn)的坐標(biāo)值為：（3-12）將式（3-12）代入式（3-9）則該點(diǎn)的偏差為：（3-13）由式（3-11）和（3-13）可知，其簡化后的偏差函數(shù)公式中只進(jìn)行一次加法或者減法運(yùn)算，只要知道上一步的偏差大小和坐標(biāo)值便可求出這步新的偏差值。需要注意的是該圓弧插補(bǔ)是逆圓插補(bǔ)，而點(diǎn)膠起點(diǎn)的偏差值為。本文設(shè)計(jì)的圓弧插補(bǔ)流程圖如圖3-14所示。圖3-14逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)流程由式（3-11）和式（3-12）可知，圓弧插補(bǔ)的偏差計(jì)算只需要知道上一步的偏差值和本步的坐標(biāo)值，即可求出新的偏差值，這就意味著每進(jìn)行一次插補(bǔ)，都要進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，而直線插補(bǔ)在計(jì)算偏差值只需要上一步的偏差值和終點(diǎn)坐標(biāo)值即可，因此圓弧插補(bǔ)的過程要比直線插補(bǔ)多一個(gè)環(huán)節(jié)。現(xiàn)在本文需要詳細(xì)介紹在第一象限內(nèi)逆圓插補(bǔ)圓弧的過程，起點(diǎn)坐標(biāo)E（4，0），終點(diǎn)坐標(biāo)F（0,4），則圓弧插補(bǔ)算法過程如表3-4所示，其插補(bǔ)軌跡圖如圖3-15所示。表3-4圓弧插補(bǔ)過程12345678圖3-15逆圓圓弧插補(bǔ)軌跡本文前面主要介紹了第一象限內(nèi)逆圓圓弧插補(bǔ)的過程，圓弧插補(bǔ)除了有逆圓圓弧插補(bǔ)，還有順圓圓弧插補(bǔ)[20]。在實(shí)際插補(bǔ)過程中這兩種插補(bǔ)情況會(huì)同時(shí)存在，因此下面介紹一下在第一象限內(nèi)的順圓圓弧插補(bǔ)流程。本文假設(shè)在第一象限內(nèi)有個(gè)順圓圓弧，該圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)為，終點(diǎn)坐標(biāo)為，而且起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)都是已知的，該圓弧的圓心位于平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，如圖3-16所示。假設(shè)點(diǎn)處于點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，表示點(diǎn)在圓弧上或者在圓弧外側(cè)，則應(yīng)沿著Y軸的負(fù)方向走一步，則該點(diǎn)的坐標(biāo)值和新的偏差為：（3-14）若點(diǎn)膠點(diǎn)正處于點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，表示點(diǎn)正好在圓弧下方，即為處，則應(yīng)沿著X軸的正方向走一步，其該點(diǎn)的坐標(biāo)值和偏差為：（3-13）圖3-16第一象限順圓圓弧插補(bǔ)本文通過第一象限的圓弧插補(bǔ)流程，可推算出其他象限的圓弧插補(bǔ)，如圖3-17所示。圖3-17四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)由上圖可知和分別表示圓弧插補(bǔ)的順圓圓弧和逆圓圓弧，而則分別表示各象限的順圓圓弧和逆圓圓弧。和是關(guān)于X軸對(duì)稱，和是關(guān)于Y軸對(duì)稱。因此四個(gè)象限圓弧插補(bǔ)計(jì)算如表3-5所示。表3-5不同象限圓弧插補(bǔ)過程根據(jù)表3-5設(shè)計(jì)圓弧插補(bǔ)程序，本文詳細(xì)介紹順圓插補(bǔ)程序流程。當(dāng)單片機(jī)開機(jī)運(yùn)行時(shí)，首先將起點(diǎn)坐標(biāo)值分別存儲(chǔ)兩個(gè)變量和中，將終點(diǎn)坐標(biāo)X值和起點(diǎn)坐標(biāo)X值差的絕對(duì)值加上終點(diǎn)坐標(biāo)Y值和起點(diǎn)坐標(biāo)Y值差的絕對(duì)值后賦值于終點(diǎn)判別變量。接著利用偏差函數(shù)判別式得出結(jié)果是否大于等于零，若是在進(jìn)行象限判斷，判斷是在第幾個(gè)象限。若是在第一象限則調(diào)用沿著Y軸負(fù)方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后利用偏差判別公式進(jìn)行偏差計(jì)算，將得到的結(jié)果重新賦值給，而變量要減1；若是在第二象限則調(diào)用沿著X軸正方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后利用偏差判別公式進(jìn)行偏差計(jì)算，將得到的結(jié)果重新賦值給，而變量要減1；若是在第三象限則調(diào)用沿著Y軸正方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后利用偏差判別公式進(jìn)行偏差計(jì)算，將得到的結(jié)果重新賦值給，而變量要減1；若是在第四象限則調(diào)用沿著X軸負(fù)方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后利用偏差判別公式進(jìn)行偏差計(jì)算，將得到的結(jié)果重新賦值給，而變量要減1。如果是小于零，則還是進(jìn)行象限判斷，若是在第一象限則調(diào)用沿著X軸正方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后利用偏差判別公式進(jìn)行偏差計(jì)算，將得到的結(jié)果重新賦值給，而變量要加1；若是在第二象限則調(diào)用沿著Y軸正方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后利用偏差判別公式進(jìn)行偏差計(jì)算，將得到的結(jié)果重新賦值給，而變量要加1；若是在第三象限則調(diào)用沿著X軸負(fù)方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后進(jìn)行偏差計(jì)算，將得到的結(jié)果重新賦值給，而變量要加1；若是在第四象限則調(diào)用沿著Y軸負(fù)方向進(jìn)給一步的函數(shù)程序，然后利用偏差判別公式進(jìn)行偏差計(jì)