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1、1 绪论（详细的电路图和程序代码和完整的设计说明书和中英文翻译 加q q 聊 八零七零六一五七九）1.1 课题背景和探讨意义一个国家现代化建设水平的凹凸主要体现在这个国家的机械工业生产水平的程度。这是因为机械工业的发展干脆关乎到农业、工业、国防和科技技术的现代化程度。运用机器生产更简洁实现产品的标准化，并且可以进行大批量生产或者是多系列的小批量生产，特殊是运用高自动化机械生产设备，可以削减人工操作，提高生产效率。因此，机械工业在现代化建设的进程中有着特别重要的作用，为国家的各个部门供应重要技术装备和改造生产研发技术1。随着我国工业与民用建筑的快速增长，国民经济的发展速度也越来越快，金属管材在民
2、用家电、机械制造、航空航天、国防装备等行业被大量运用，因此切管机在国内很多行业中都被广泛应用，为了进一步提高工作效率，满意机械行业的发展需求，我们必需提高切管机的工作效率和制造技术2。近些年，我国的机械制造业有了很大发展，甚至有的设备已达到了世界先进水平，在全球市场具有很强的竞争力。但还有很多机械设备的设计质量和制造质量与进口产品相比，有很大差距3。因此，本次毕业设计对依据工厂平常的实际状况，对原有的切管技术进行更进一步的改进，重点在于基于单片机的限制系统的开发。使得本次毕业设计的切管机能够拥有操作不困难、维护不困难、生产效率高等优点。目前，市场上大部分切管机运用的是限制器，虽然限制器有编程简
3、洁，研发周期短等优点，但是限制器本身的价格太高，每套都要上千元4。而单片机限制器的成本低，体积小，敏捷性好，适应实力强，易于批量生产。并且单片机芯片都是依据工业环境的要求设计，它的抗干扰实力更强，自身包含众多的接口，扩展实力强，指令丰富。虽然前期的研发费用高，但是到生产阶段，因为它的复制成本低，所以比限制器更具有优势。进入二十一世纪之后，计算机领域经验了突飞猛进的发展。机械工业采纳计算机协助可以更好地规范化，还可以改善操作人员的工作环境，提高工作效率。现代企业追求的的效益最大化，而一个高自动化的生产设备则是生产效率的保障。企业不想在竞争中被淘汰，必定会研发新设备或者是改造老设备。而研发一款新设
4、备须要是时间太长，用新技术改造老设备则能节约时间，削减开销，所以改造老设备是企业技术改造中的一条良好的途径。1.2 本课题探讨现状中国拥有世界上最大的工业自动限制系统的装置市场，有很多方面的改造须要大量的工业自动化系统，例如：传统工业技术的改造、工厂自动化、企业信息化。很明显，我国的自动限制系统的装置市场拥有广袤的前景。工业限制自动化技术拥有良好的发展前景，其装置的制造业的市场规模将在2016年超过3500亿元。虽然我国市场广袤，但是技术水平却不如国外先进。目前国外切管机技术现状：主流的自动切管机看重高速度加工和高精度加工；因为全自动切管机越来越多地应用到不同行业，所以切管机可以实现多种任务和
5、多轴同时加工；因为智能机器人的快速发展，所以机械设备与机器人的集成应用日趋普与，集成应用具有多样化的结构形式，应用范围广，运动速度提高，多传感器融合工作，智能自动限制，多个机器人协同工作等特点；全自动加工与监测功能不断发展，设备的加工监测功能可实时获得机床本身的状态信息，依据状态信息可以分析预料机械设备的状态，可以提前进行修理护理，这样就可以把事故的发生几率降低，爱护人员财产平安，提高生产效益；采纳了最新的机床误差检测和补偿技术，与传统切割机采纳的激光干涉仪相比，它所消耗的检测补偿时间大幅度削减，并且能提高3倍左右的精度，提升了工作效率；运用了最新的 技术，可以在设计过程中运用计算机对不同方案
6、进行大量计算，分析和比较，选出最优方案；刀具技术发展快速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满意平稳加工以与抗振性能的要求56。而我国拥有的切管机，它们的生产技术水平落后，效率低下。限制单元多为继电器和接触器，自动化水准低，须要花费大量人工劳动。而我国众多的自动数控切管机均为国外进口产品，与国产切管机相比，它们有技术先进，生产误差小，工作时间长等优点。因此我国的切管机行业必需创新改进，实现从根本上的升级改造。目前市场上大多数切管机采纳的是限制器，系统与外界设备之间要通过限制器才能联系，它可以检测外界设备的状态，如各轴的复位开关，限位开关，操作面板的限制。我国的限制器大量运用在中
7、小型产品上，但是在高端产品上却面临不足7。而单片机限制器已经渗入到我们的生活每一个角落之中。从卡，摄像机，自动洗衣机的限制到导弹的导航装置，飞机的仪表限制都运用了单片机。和限制器相比，单片机限制器集成资源越来越丰富，产品开发简洁，系统稳定。并且单片机的抗干扰实力更强，能适应不同的环境，更加适合应用在工业领域。限制系统设计完成之后须要先进行程序仿真。利用软件进行程序仿真，具有智能原理布图；混合电路仿真与精确分析；单片机软件调试；单片机与外围电路的协同仿真；自动布局与布线等功能，这样在没有实物的状况下也能完成工作调试，避开了硬件连接错误，节约了资源8。1.3 本课题的主要工作内容本文首先介绍了切管
8、机工作原理，并针对课题的要求设计出切管机的结构方案，然后依据方案，重点研发基于单片机的限制系统，选取运用的电气设备，绘制电气原理图，编写系统软件程序，并进行模拟仿真。2 方案设计2.1 概述本文设计的切管机在切割时管材被夹持固定不动，利用电机正转反转限制齿轮齿条进给原理，在刀具高速旋转的时候实现刀具直线进给切割管材。新型切管机可以实现定长切割、刀具进给、管材夹持、自动送料、自动卸料等功能，并能自动循环切割。实现了自动化工作，提高了工作效率。 限制系统的基本要求限制器能实现对全部切割过程的限制、自动检测管材是否达到切割长度、刀具自动进给、检测切割次数，并且通过显示屏显示。该限制器还拥有急停/重置
9、按钮，可以在任何状况下停止运行并重置为初始状态。 限制系统设计的基本原则设计单片机限制系统须要留意系统扩展和系统配置两个方面。系统扩展就是当单片机自身的内部功能不能满意系统要求，这时候就要在单片机外面进行扩展，在单片机外设计连接相应电路；系统配置就是外围电路中的设备必须要满意系统功能，如按键、光电开关、电机、显示屏等，当遇到运用强电的设备时，须要驱动器驱动，要设计相应的接口电路9。系统的扩展和配置应遵循以下原则：（1）选择典型电路，符合单片机常规用法。（2）当单片机外围电路比较多，则有可能发生驱动力不足的问题，因此要提前添加驱动器。（3）保证限制系统的平安运行，防止出现平安事故和过多的产品废品
10、率。（4）限制系统简洁化，在保证系统能够平安运行的状况下尽可能降低制作成本和操作难度。（5）留有扩展余量。首先要实现系统全部功能，然后再尽可能留出扩展余量，以便于二次开发。2.2 自动切管机结构示意图与切割原理图2.1 结构示意图与切割原理图2.3 限制器硬件与软件设想2.3.1 硬件部分2.3.2 软件部分2.4 本章小结在本章中，首先介绍了限制系统的设计要求与设计原则。其次设计出自动切管机的结构示意图，再依据装置结构从软硬件方面对限制系统方案和限制系统软件方案进行了确定。其中，限制系统方案选定了单片机为限制芯片，按键和显示屏实现人机交互的限制方式；限制系统软件方案确定了系统程序必备的功能。
11、3 硬件设计3.1 限制系统原理框图限制系统原理框图如图3.1所示。图3.1 限制系统原理框图3.2 主要元器件介绍3.2.1 单片机单片机是一种高度集成化的电路芯片,它集成了众多的模块电路构成了一个体积微小但功能完善的微型计算机系统。单片机的应用相当广泛,例如智能仪表、工业限制、通信设备、导航系统和家用电器等。各种产品只要运用了单片机,就可以具备使产品升级换代的功能,常常在产品前面加上形容词智能型,例如智能洗碗机、智能洗衣机等。单片机除了具有体积小、牢靠性强、用途广泛、敏捷性高以与价格低的优点外，还有以下特点：（1）突出限制功能单片机的结构、功能以与指令系统都突显出了限制功能。对对象的限制更
12、加敏捷且实时。（2）和分开用来固化调试好的程序、常数、数据表格等；只存放运行中的临时数据、变量和结果等。因此系统运行牢靠，即使断电，也能确保程序、常数和数据表格等的平安。（3）单片机资源具有广泛的通用性同种单片机可用于不同的系统中，只要加载不同的应用程序即可。（4）易于扩展外部、中断源、定时器/计数器等资源单片机的资源（、中断源、定时器/计数器等）可以满意一般应用系统的要求。假如应用系统过大，单片机本身的资源并不能满意，这就须要进行资源的扩展。单片机可以通过它的限制引脚或者其他结构进行资源的扩展，这种方式可以增加口的数量，还可以扩展各个寄存器的内存，以提高运算速度。经过资源的扩展，单片机就可以
13、构成不同规模的系统，满意不同的要求。目前市场上最常用的是公司生产的89系列8位单片机，本设计选用具有功能强、价格低、应用广泛等特点的89C52单片机。它内部的存储器是可以反复擦写1000次的只读程序存储器，该存储器拥有8k字节；并且还拥有256字节的随机存取数据存储器。本次设计的限制系统属于小型程序，该芯片的存储器足够运用。图3.2为89C52实物与封装引脚图。如图所示，89C52单片机共有40个引脚，其中主要端口有1个复位端口，2个电源端口，2个振荡器端口和32个输入输出端口。 图3.2 89C52实物与封装引脚图其中引脚9（）是复位输入端口，可以外接元器件组成复位电路；引脚20（）和引脚4
14、0（）是电源端口，为芯片供电，分别接在电源的正负两极；引脚18（2）和引脚19（1）是振荡器端口，外接拥有12 晶振的的晶振电路；P0P3 一共包含了32个可编程通用引脚，其中包含有2个读写端口，2个外中断端口，2个通信端口和3个计数器端口，它们的详细功能由软件编程定义。89C52单片机可以依据正常方式编程，也可以在线编程10。3.2.2 显示屏随着科技的发展，人们对产品性能的要求也越来越高。而液晶显示屏以其微功耗、小体积和运用敏捷等特点得到了广泛的应用。（1）显示屏只记录切管个数，不用选择功能困难的显示屏，不仅节约端口，编写程序也简洁。本设计选用1602液晶显示屏，图3.3为1602的实物图
15、与引脚图。 图3.3 1602的实物图与引脚图1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行拥有16个字符液晶模块，最多可以显示32个字符。这样不仅能节约成本，并且一般市面上字符液晶都是运用44780液晶芯片限制的，虽然字符液晶的种类不同但是工作原理是一样的，因此编写出来的限制程序就可以应用于大部分的字符型液晶，以后若是扩展功能，更换显示屏更加便利。显示屏共有16个引脚，其中引脚1（）是接地端口；引脚2（）是电源端口，接+5V电源的正极；引脚3()是显示屏对比度调整端口，此端口接电源正极时显示屏对比度最弱，接地时对比度最高，对比度最高时会产生虚影；引脚4()是寄存器选择端口，当端口是高电平常选择数据寄存器，是低电平常选择指令寄存器；引脚5()是读写端口，当端口是高电平常进行读操作，是低电平常进行写操作；引脚6()是使能端口，当端口由高电平变成低电平常，液晶模块执行吩咐；引脚714(D0D7)是数据输入输出端口；引脚15（）是背光电源端口，接电源正极；引脚16（）也是背光电源端口，接电源负极。（2）1602液晶显示屏内部的限制器一共有11条指令，详细指令如图3.4所示。图3.4 限制指令图对1602液晶屏的全部操作都是通过指令编程来实现的，1为高电平，0为低电平。1602的限制芯片为44780。而44780与其兼容芯片的读写时序
