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1、本科毕业论文（设计）（20XX 届）基于位置传感器运动控制系统设计院系电子信息工程学院专业电气工程及其自动化姓名XX实际指导教师 XX助教名誉指导老师 XX助教20XX年5月摘要雕刻机的数控系统是数控雕刻机的控制核心，其控制能力的强弱、控制性能的优劣直 接关系着数控雕刻机的加工质量与加工效率，对整个雕刻机的性价比与市场竞争力都至关 重要。运动控制，是一种自动控制技术，是当代数字控制技术的重要分支，它是用数字化 信号对控制对象的位置、速度、加速度、转矩等进行精确控制的方法。本文阐述了运动控制系统反馈系统的的基本工作原理，在分析了多种软硬件设计方案 的基础上，硬件釆用曲光栅尺位移传感器来检测雕刻机
2、刀头所行进的距离。KA系列线性 光栅尺具有符合标准的准确度、良好的刚性、平直性和密封性、造型美观。得到的数据用 LCD 1602显示出来，显示数据分别表示X,Y,Z三个坐标。提供max232单电源转换芯片， 增加了 9针串口形成一个独立模块向外输出数据。软件上则采用keil软件编写c语言，c 语言编程构造了整个软件的主体框架、实现非实时性任务。样机系统的软硬件联调表明， 本系统的功能和性能达到了预期设计的要求。实验证明，本系统所采用的总体设计方案是完全正确的。本设计方案从实际应用出发, 综合考虑了性能指标、成本、抗干扰力、合理的元器件布局和机械、电气结构等因素。在 系统的设计过程中，软、硬件都
3、经过反复的分析、论证、实验、调试和修改，最终通过了 系统的统调。较好地实现了各项指标，基本满足了现场的实际应用要求，达到了预期的设 计目标。且该测量系统设计不仅仅限于雕刻机，测量机床、车床等都非常适用。关键词：51单片机；线性位移光栅尺；位置传感；#AbstractEngraving machine of numerical control system is a core control of CNC engraving machine, its control ability strong and the weak, the control performance fit and unfi
4、t quality directly related to the processing quality and processing efficiency of CNC engraving machine, price and market competitiveness of the whole carving machine is of crucial importance.Motion control, it is a kind of automatic control technology, is an important branch of modern digital contr
5、ol technology, it is to use digital signal to control the objects position, velocity, acceleration, torque method for precise control.Motion control system were introduced in this paper the basic principle of feedback system, the analysis of the various hardware and software design scheme on the bas
6、is of the hardware used by the grating ruler displacement sensor to detect the marching distance by carving machine cutter.KA series linear grating ruler with standard accuracy, good rigidity, laymen and sealing, and aesthetically pleasing.The data with the LCD 1602 display, display data, respective
7、ly the X, Y Z three coordinates.Provide a power conversion chip max232, increased the 9-pin serial ports to form an independent module to output data.Using keil software, software is written c language, c language programming constructs the main body of the whole software framework, realize the real
8、-time tasks.Prototype system software and hardware alignment showed that the system function and performance has reached the expected design requirementsExperiments show that this system adopted by the general design scheme is completely correct.This design scheme based on practical application, con
9、sidering the performance, cost, interference resistance, the reasonable structure of components layout and mechanical electrical and other factors.In the process of system design, software and hardware are after repeated analysis, demonstration, test, debug, and modify, ultimately through the tracki
10、ng of the system.Well realized the indicators, basic meet the requirement of practical application of the scene, and achieved the desired design goal.And the measurement system design is not only confined to carving machine, measuring machine, lathe and so on are very applicable.Keywords : 51 single
11、 chip microcomputer; The linear displacement of the grating ruler; Position sensing目录摘要ABSTRACT目录41绪论51.1研究背景51.2国内外研究现状51.3研究目的与意义62系统总体设计72. 1设计要求2. 2系统设计方案82. 2. 1硬件设计82. 2. 2软件设计103. 1最小系统设计1003. 2液晶LCD 1602显示电路1113. 3控制电路设计1133. 4串口电路设计1134系统软件设计134.1资源分配情况134. 2程序流程图144. 2.1主程序流程图 错误!未定义书签。44.
12、 2. 2 LCD1602接收数据流程图错误!未定义书签。44. 3直线位移光栅尺传感器检测165联调与测试175.1硬件调试175. 2软件调试185. 3仿真205. 4最后调试与运行21结论与展望22致谢24参考文献25附录A：系统原理图26附录B：系统PCB图27附录C：系统源程序281.1研究背景在我国中，数控雕刻机是一种典型的自动化设备，雕刻机在雕刻字体，图画制作，模 板刻制等领域都有着广大的发展基础和前景，其中小型雕刻机的检测与反馈系统是它的重 中之重。它的设备在工业中是必不可少的，也成为了工业自动化的趋势。为了提高我国技 术水平，必须提高我国数控雕刻机的占有率。根据我国国情，对
13、旧雕刻机进行再制造是提 高现代数控化率的有效途径之一。而对于以前的那些旧雕刻机关键的缺点就是精度不够， 对它进行再制造就是为了提高它的的精确度。提高精确度的方法之一就是提高它的检测系 统与反馈系统的精确度，数控雕刻机它是按照预定设计的进行运动和加工，若无外在的东 西影响，加工肯定跟预期的一样，但实际上，在加工现场有些变量非常直接或者间接的影 响了加工精度，例如工件的毛坯、余量及其误差等，都会使雕刻机偏离预设的数据。为提 高数控雕刻机的加工精度，有必要为其配备在线测量装置进行反馈。在高精度的数控雕刻机上，传感器可以使用长度型光栅位移尺作为检测的工具。光栅 尺输出的信号为数字信号，而不是模拟信号，
14、不因为温度、湿度、时间的变化而变化。抗 干扰能力极强，它的测量精度取决于光栅刻线的准确性，且光栅刻线是定值的。因此它是 一种比较理想的测量工具。1.2国内外研究现状1.2.1国内外数控雕刻机的发展历史1938年，在法国，第一台雕刻机“嘉宝”问世。当时的雕刻机只是一种手动的雕刻机; 随后在1950年，生产出了一台真电动、可按比例缩放的手动雕刻机。时间仅仅过去了 2 年，美国麻省理工学院做出了世界第一台三维坐标的数控统床。它标志着数控技术在世界 问世。这些数控技术引起了许多其他国家的注意。时间在流逝，20世纪90年代，微电子 技术快速发展了起来，急剧推动了微型计算机的发展。微电子技术和信息技术带动
15、了现代 科技的飞速发展。而雕刻机的发展必须要处于自动控制领域的改进，因此雕刻机在90年 代产生了质的飞越。随之而来的便是数控雕刻机的问世，在其基础上的改进乂使得雕刻机 的先进性越来越强。总体来看，数控雕刻机有四个发展阶段，且每个阶段都是必不可少。(1) 硬件功能的实现阶段在50年代到70年代是硬件功能的实现阶段，因为微电子技术的初级阶段已经发展起 来了，类似于微电子的发展。微电子的发展经历了 3个阶段，第一个是电子管，其次是晶 体管，再后来便是小规模的集成电路。在这时期的数控系统下，在硬件上均能实现各种控 制功能，采用的编程是通过对逻辑阵列的编写。(2) 小型计算机控制阶段随后，小型机便快速发
16、展了起来，山小型汁算机控制的机床也发展了起来，这也就带 动了雕刻机的发展。这是一个值得记住的一年，在1974年，微处理器在数控系统中的应 用，让机电一体化成为了现实。通过微处理器在数控上的大量应用，使得数控技术及其数 控机床逐渐发展起来。随后中，超大规模的集成电路的广泛应用，再加上CNC系统在系 统体系结构上能并行处理模块化、功能化。数控产品已经向标准化的方向发展。(3) CPU阶段CPU的问世，使得数控系统的处理速度达到高峰，能同时控制多个数控系统同时工作。 微处理器的发展之下，在CNC系统上安装上CPU系统后，有着高处理速度、高精度。高 效等的特点。这已经成为了当今数控系统的主流，是现代数控技术不可少的一部分之一(4)开放式CIVC阶
