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基于ATmega16的氣動標記控制系統(tǒng)設計
摘要: 基于ATmegal6和CH341T改進的標記機控制系統(tǒng)大大緩解PC機的工作負擔;應用基于ATmegal6的相頻修正PWM模式,可通過軟件調整高頻電磁閥所需的PWM信號;使用TIPl22三極管替換直流繼電器后,驅動電路更簡便和便宜。標記控制軟件從原來常用的并口模式或插擴展卡的模式升級到USB模式,適合于臺式PC機和筆記本電腦.現(xiàn)已實現(xiàn)多標記頭在一臺PC機控制下的異步工作。
Abstract:
Key words :

1 引言

    氣動標記機廣泛應用于銘牌、各種零部件及汽車大梁,但隨著需求變化,對標記機的穩(wěn)定性、便攜性、多任務性提出了更高要求。標記軟件由以前的DOS系統(tǒng)升級到Win98、Win2000,WinXP等版本,功能越來越復雜,然而,硬件設計幾乎沒有變化。

   由于普通標記機控制系統(tǒng)的標記專用軟件將圖形信息轉化為脈沖信息后需通過I/O接口(ISA、PC擴展卡或并口)輸出至驅動控制板,然后再由驅動電路執(zhí)行機構工作。但目前大多數(shù)個人PC機、筆記本電腦都取消并口、串口配置的擴展I/O卡,而使用IJSB接口。普通標記機的PWM信號采用555振蕩器和多個阻容元件構成一個無穩(wěn)態(tài)的占空比和頻率均可調的多諧振蕩器,當調整PWM信號時,打開控制箱,則通過調節(jié)兩只可調電阻調整PWM信號的頻率和占空比。為了解決上述標記機控制系統(tǒng)存在的缺點,采用單片機ATmegal6和USB轉換RS232接口器件CH341T組成通信接口,標記控制系統(tǒng)升級到USB接口:采用ATmegal6的相頻修正PWM替換555振蕩電路,可直接通過PC軟件修正PWM信號的頻率和占空比,使得PWM信號調整便捷。

2 ATmegal6相位與頻率修正PWM模式

   ATmegal6相位與頻率修正PWM模式是一種頻率與占空比精確的PWM信號。采用固定TOP值的工作模式,即16種PWM波形產(chǎn)生模式的模式8,簡稱相頻修正PWM模式。

   相頻修正PWM模式基于雙斜坡操作,其工作時序如圖1所示。TCNTn重復從BOTTOM計數(shù)到TOP,然后又從TOP返回至BOTTOM。在一般比較輸出模式下,當TCNTn向TOP計數(shù)時,若TCNTn與OCRlx相匹配,OClx清零,并置為低電平;當TCNTn向BOTTOM計數(shù)時,若TCNTn與OCRlx相匹配,OC1x置為高電平,工作于反向輸出比較時正好相反。比較單元在OClx引腳輸出PWM波形,其輸出PWM的頻率變量N是分頻因子(1、8、64、256或1024);變量fclk為CPU時鐘;變量TOP是計數(shù)器最大值。如果PwM工作頻率已知,則當TOP確定后,調整OCRlx值。即調整占空比來獲得所需的PWM波形。采用固定TOP值工作模式時,建議使用ICRl寄存器定義TOP,這樣OCRlA就可采用OC1A輸出的PWM(共用相同4氣動標記機控制系統(tǒng)軟件設計采用改進后的標記機控制系統(tǒng)的軟件設計分為安裝在PC上的人機交互界面和燒寫ATmegal6的實時控制軟件。其前者負責把圖形信息轉換成脈沖信息及設置標記機運動相關參數(shù),如速度、PWM頻率和占空比等;后者負責接收PC發(fā)送的信息,并進行相關處理,再將當前硬件信息返回到PC。傳輸?shù)男畔⒎譃閮纱箢悾阂活愂菐Ч潭ㄐ畔㈩^和固定信息尾的普通數(shù)據(jù)幀;另一類是無信息頭和無信息尾的脈沖數(shù)據(jù)幀信號。這樣可以大大減少在標記過程中的數(shù)據(jù)發(fā)送量,降低ATmegal6在實時標記過程中斷脈沖輸出任務處理接收串口數(shù)據(jù)的次數(shù),使得執(zhí)行機構運動更流暢。有信息頭和信息尾的數(shù)據(jù)幀結構為:表1所示的主任務數(shù)據(jù)幀結構和表2所示的次任務數(shù)據(jù)幀結構。表2中的參數(shù)信息的字節(jié)個數(shù)是根據(jù)次任務識別信息區(qū)分是否帶參數(shù)或帶參數(shù)的字符個數(shù)。
 


 




步進電機的步進間隔時間是離散的,速度控制實質是控制步進電機產(chǎn)生步進間隔時間,使步進電機按給定的速度工作。若Ti為相鄰兩次走步間的時間間隔(秒),Vi為進給一步后的末速度(步/秒),a為下一步加速度。則利用等式,計算相鄰兩步問的時間間隔。由于計算比較繁瑣,因此,一般不采用在線計算控制速度,而是采用離線計算求得各個Ti,通過延時時間表把Ti編人程序中,然后按照表地址依次取出下一步進給的值,通過延時程序或定時器產(chǎn)生給定的時間間隔,發(fā)出相應的走步命令即可計算相鄰兩步問的時間間隔。圖4為該標記控制系統(tǒng)的軟件流程。
 

    ATmegal6的基準時鐘采用11.059 2 MHz無源晶體振蕩器。串口通訊協(xié)議為波特率19 200 bit/s,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無奇偶校驗位。驅動器使用M542型(64細分),57BYG步進電機。最大標記幅面滿足260 mm×260 mm,數(shù)字/字母(4 mm高)的刻寫速度3-6個/秒。該系統(tǒng)適用于平面、旋轉、平面一旋轉混合式標記。

5 結語

   基于ATmegal6和CH341T改進的標記機控制系統(tǒng)大大緩解PC機的工作負擔;應用基于ATmegal6的相頻修正PWM模式,可通過軟件調整高頻電磁閥所需的PWM信號;使用TIPl22三極管替換直流繼電器后,驅動電路更簡便和便宜。標記控制軟件從原來常用的并口模式或插擴展卡的模式升級到USB模式,適合于臺式PC機和筆記本電腦.現(xiàn)已實現(xiàn)多標記頭在一臺PC機控制下的異步工作。

 

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