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山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章概述
1.1我國(guó)玻璃市場(chǎng)現(xiàn)狀
玻璃裝飾建材產(chǎn)品在日常生活中已得到了廣泛使用。但是，就我國(guó)目前的浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)而言，除了合資生產(chǎn)線達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平外，其余均屬一般水平，與國(guó)際先進(jìn)水平相比存在著較大差距。國(guó)家每年需要花大量外匯從國(guó)外進(jìn)口大量?jī)?yōu)質(zhì)浮法玻璃，以滿足國(guó)內(nèi)建筑業(yè)，裝飾，裝修和玻璃深加工業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)浮法玻璃的需求。1994年，全國(guó)優(yōu)質(zhì)浮法玻璃產(chǎn)量占總產(chǎn)量的5.5%，經(jīng)綜合分析預(yù)測(cè)，本世紀(jì)末我國(guó)浮法玻璃需求量為1.4億重量箱，其中，優(yōu)質(zhì)浮法玻璃需求量為：交通運(yùn)輸業(yè)850-900萬(wàn)重量箱，建筑業(yè)1250－1300萬(wàn)重量箱，制鏡業(yè)300－350萬(wàn)重量箱，市場(chǎng)及其他400－450萬(wàn)重量箱，出口600－700萬(wàn)重量箱，供給3400－3700萬(wàn)重量箱。占總產(chǎn)量的24.3%－26.4%.我們應(yīng)抓緊機(jī)遇，建設(shè)具有當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平的浮法玻璃生產(chǎn)線，推進(jìn)我國(guó)平板玻璃工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)浮法玻璃，滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，縮小我國(guó)浮法玻璃技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。
1.2 我國(guó)浮法玻璃技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距
我國(guó)浮法玻璃技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距表現(xiàn)在軟件上是指浮法玻璃生產(chǎn)線各部分的自動(dòng)控制能力和全線自動(dòng)控制程度和水平。對(duì)于浮法玻璃的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，高水平的自控可以最大限度的消除認(rèn)為因素對(duì)玻璃質(zhì)量的影響，從而達(dá)到穩(wěn)定，高質(zhì)量的生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)的浮法玻璃生產(chǎn)線一般都是以半經(jīng)驗(yàn)半技術(shù)自控，自控程度和自控水平較低。
1.3 高精度玻璃切割的必要
在加工浮法玻璃的過(guò)程中,高精度的玻璃切割作為加工的第一道工序是必不可少的。平板玻璃生產(chǎn)線是連續(xù)型生產(chǎn)線。原料在經(jīng)過(guò)了熔化、成形、退火后成為連續(xù)的帶狀玻璃帶。這條玻璃帶必須經(jīng)過(guò)在線切割才能滿足包裝與市場(chǎng)的需求。橫切機(jī)就是玻璃在線切割必不可少的設(shè)備之一。它的設(shè)備形式、控制原理及與生產(chǎn)的匹配性直接影響了成品玻璃板的幾何質(zhì)量。平板玻璃生產(chǎn)線的特點(diǎn)是連續(xù)性和大規(guī)模，但是由于缺乏行之有效的控制方法，橫切機(jī)切割質(zhì)量的檢測(cè)和調(diào)節(jié)一直是由人工來(lái)完成的。由于人工檢測(cè)調(diào)節(jié)的間歇性、經(jīng)驗(yàn)性和不確定性，玻璃切割質(zhì)量的控制不能很好的針對(duì)工況的變化，同時(shí)又加重了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。而橫切機(jī)的切割系統(tǒng)是一個(gè)離散、滯后、非線性不確定的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方法又很難滿足它的控制要求。采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)可以將這一問(wèn)題較好的解決。
第二章 設(shè)計(jì)方案
2.1、研究?jī)?nèi)容
研究方向、內(nèi)容
隨著單片機(jī)、PLC技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)逐漸被新型智能控制系統(tǒng)取代。鑒于PLC比單片機(jī)成本高，且輸入/輸出點(diǎn)數(shù)受到限制。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我主要研究單片機(jī)技術(shù)的全自動(dòng)玻璃橫切結(jié)構(gòu)，分別對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)和人機(jī)界面系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
以下為欲設(shè)橫切機(jī)的功能設(shè)定：
1）機(jī)械系統(tǒng)功能：
切割速度方向要求：玻璃帶為運(yùn)動(dòng)的帶狀物體, 運(yùn)動(dòng)速度為V L。為了保證成品玻璃板為矩形, 橫切機(jī)的切刀必須同時(shí)具有縱向與橫向兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) (如圖1 所示)?？v向運(yùn)動(dòng)使切刀與玻璃帶保持運(yùn)動(dòng)同步, 即縱向運(yùn)動(dòng)速度V Z 與玻璃帶運(yùn)動(dòng)速度V L 保持一致; 而橫向運(yùn)動(dòng)則使切刀完成切割工作, 其運(yùn)動(dòng)速度為V H。
刀架運(yùn)動(dòng)要求；接到單片機(jī)控制信號(hào)后，落刀，由同步帶帶動(dòng)沿橫梁方向切割玻璃，抬刀，返回原落刀點(diǎn)。其中落刀刀口壓力要控制在指定厚度的玻璃的承載范圍之內(nèi)。要保證其對(duì)玻璃的沖擊不至于使玻璃損壞。
橫梁的直線度不低于對(duì)玻璃的直線度的要求。
2）人機(jī)界面系統(tǒng)功能：
手動(dòng)輸入所要切割的玻璃的長(zhǎng)度，切片數(shù)量，落刀位置，抬刀位置等參數(shù)，并可以通過(guò)鍵盤修改相關(guān)參數(shù)。鍵盤設(shè)置急停鍵，抬刀鍵、回車鍵，以便切割出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)手動(dòng)處理。
2.2、實(shí)現(xiàn)方法
2.2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案
對(duì)綜述中提到的幾種橫切機(jī)的結(jié)構(gòu)的比較本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也決定采用斜置式速度控制式機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6.
1
2
3
4
5
6
7
8
1 主電機(jī) 2 同步帶 3 刀架 4 氣動(dòng)元件 5 玻璃切割刀
6 支桿 7 被切玻璃 8 工作臺(tái)（玻璃輸送機(jī)構(gòu)）
圖6 自動(dòng)玻璃橫切機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成
具體工作過(guò)程：
1、 通電：由鍵盤輸入所切玻璃長(zhǎng)度、切片數(shù)量、，落刀、抬刀位置這四個(gè)參數(shù)。點(diǎn)擊啟動(dòng)鍵，系統(tǒng)開始運(yùn)行。
2、 啟動(dòng)主電機(jī)；啟動(dòng)按下后單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)主電機(jī)，同步帶帶動(dòng)刀架到指定落刀位置。
3、 切割：傳感器檢測(cè)玻璃輸送情況，到達(dá)要求長(zhǎng)度時(shí)，單片機(jī)控制落刀并切割到指定抬刀位置，抬刀。將單片機(jī)計(jì)數(shù)單元中的切片數(shù)量減一。刀架以最大回車速度運(yùn)動(dòng)到指定落刀點(diǎn)。
4、 顯示：將單片機(jī)計(jì)數(shù)單元中的數(shù)值傳輸給LCD并顯示，全程顯示落刀、抬刀位置、切割玻璃長(zhǎng)度。
5、系統(tǒng)自動(dòng)重復(fù)3、4步至實(shí)際切割片數(shù)等于設(shè)定切割片數(shù)或手動(dòng)停車為止。
2.2.2控制系統(tǒng)方案
1）主電機(jī)控制單元
為了保證加工過(guò)程的連續(xù)性和生產(chǎn)效率，切刀必須連續(xù)不斷地工作，同時(shí)因切割玻璃長(zhǎng)度的不同，主電機(jī)應(yīng)持續(xù)通電，且能夠調(diào)速以適應(yīng)不同切斷長(zhǎng)度的需要?？紤]到此要求，本設(shè)計(jì)中主電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，并變頻器進(jìn)行速度控制。
2）單片機(jī)控制模塊單元
處理器用單片機(jī)主要用于信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)的處理、控制信號(hào)的輸出等，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。
鍵盤完成加工參數(shù)以及干預(yù)信號(hào)的輸入。
考慮到以后顯示功能的擴(kuò)展，本設(shè)計(jì)采用的是漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。
單 片 機(jī)
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
步 進(jìn) 電 機(jī)
傳感器
鍵 盤
L C D
圖7 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
2.2.3軟件流程方案
根據(jù)自動(dòng)橫切記的自動(dòng)化過(guò)程，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)掉電保護(hù)程序，保護(hù)工作狀態(tài)信息和加工參數(shù)，以便恢復(fù)生產(chǎn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我只編寫人機(jī)界面系統(tǒng)的程序，包括：LCD驅(qū)動(dòng)程序、顯示程序、鍵盤監(jiān)控程序。
玻璃橫切機(jī)總體工作流程圖如下：
開始
系統(tǒng)初始化
控制參數(shù)輸入
RUN
一組片數(shù)到否
停止
切割
Y
N
圖8 玻璃橫切機(jī)總體工作流程圖
2.3設(shè)計(jì)任務(wù)
主要內(nèi)容：
1. 設(shè)計(jì)玻璃切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)玻璃切割機(jī)的工況，設(shè)計(jì)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、工作可靠、易維護(hù)的設(shè)計(jì)目的。
2. 設(shè)計(jì)人機(jī)界面系統(tǒng)。包括人機(jī)界面的單片機(jī)硬件電路，設(shè)計(jì)相關(guān)軟件，畫出程序流程圖，然后分別編寫各個(gè)模塊程序，包括：LCD驅(qū)動(dòng)程序、、鍵盤監(jiān)控程序、顯示程序等。
主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：
1. 使用最大原版寬度 4.5 m ；
2. 對(duì)角線切割精度 ＋ 5mm ，切割直線度 0.5 ；
3. 使用玻璃厚度 1.5－19 mm ;
4. 最大回車速度 3m/s ，適用玻璃帶速度 50m-1200m/H ;
5. 安裝斜置角7° ；
6. 控制器帶有LCD和鍵盤，能夠顯示切片數(shù)量、落刀位置、抬刀位置等參數(shù)，并可以通過(guò)鍵盤修改相關(guān)參數(shù)。
2.4總體方案的確定
2.4.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇
（1） 同步帶傳動(dòng)副的選用 由于同步帶常以鋼絲繩作負(fù)載心層，由與鋼絲繩受載后變形極小，仍能保持帶長(zhǎng)不變，故帶與帶輪間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)比恒定。同步帶薄而輕，可用于高速場(chǎng)合，線速度可達(dá)40m/s,傳動(dòng)比可達(dá)10，效率可達(dá)98%.
（2） 伺服電動(dòng)機(jī)的選用 從設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的內(nèi)容來(lái)看脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm ,定位精度未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有3m/s 。因此，本設(shè)計(jì)不采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好的一些步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。
任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)可以達(dá)到，所以選用開環(huán)控制。
2.4.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
（1） 對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制，選用MCS-51 系列的8位單片機(jī)AT89C51作為控制系統(tǒng)的CPU ,應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。
（2） 人機(jī)界面選用4×4的薄膜式矩陣鍵盤，顯示選用RT12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。
第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型
玻璃橫切機(jī)的傳動(dòng)部分通常由刀架、同步帶、傳動(dòng)軸、以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中，伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)同步帶，同步帶帶動(dòng)刀架完成切割運(yùn)動(dòng)。同步帶、伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需要根據(jù)工作在和選取即可。
3.1.1.同步帶帶動(dòng)部件的重量估算
按照同步帶帶動(dòng)部件的重量進(jìn)行估算，即整個(gè)刀架加傳動(dòng)帶的重量最大50N 。
3.1.2切割力的估計(jì)，約為100N
3.1.3 同步帶傳動(dòng)副的計(jì)算與選型
要求傳遞功率 P=0.3KW ,主動(dòng)輪最大轉(zhuǎn)速n1=4440r/min ,主、從動(dòng)輪的傳動(dòng)比為1：1.
（1） 確定帶的設(shè)計(jì)功率Pd
設(shè)計(jì)功率： Pd=KAP （9）
式中 KA——工作情況系數(shù)。
P——傳遞功率，單位為KW。
根據(jù)玻璃切割機(jī)工作情況查同步帶工作情況系數(shù)表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P28表3－18），選取KA=2.00。
Pd=2.00×0.3KW=0.6KW
（2） 選擇帶型和節(jié)距pb
根據(jù)Pd和n1由同步帶選型圖(機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P29圖3－14)選擇帶型，圖中水平坐標(biāo)為帶的設(shè)計(jì)功率Pd (KW),垂直坐標(biāo)為小帶輪的轉(zhuǎn)速n1(r/min)。當(dāng)所得交點(diǎn)落在兩種節(jié)距的分界線上時(shí)，盡可能選擇較小的節(jié)距。
選擇L輕型，節(jié)距為9.525mm。
（3） 確定小帶輪齒數(shù)z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1
應(yīng)使z1>=zmin ,zmin 可由帶輪最少許用齒數(shù)表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P28 表3－17）查得，查得結(jié)果為 zmin=18 ,在帶速v和安裝尺寸允許時(shí)，z1盡可能選用較大值。本設(shè)計(jì)中選用z1=19 。
小帶輪節(jié)圓直徑 d1=pbz1/π=9.525×19/π=57.606 ,根據(jù)此值再查帶輪直徑尺寸系列表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P27 表3－16），取d1=57.61 。小帶輪節(jié)圓直徑初定后應(yīng)驗(yàn)算帶速，不適合則重取。同步帶的速度v應(yīng)滿足：
v=πd1n1/600×1000<=vmax （10）
極限帶速vmax為：L型＝35－40m/s 。
v=π×57.61×4440/60000=13.39 m/s
=zmmin=6 。因?yàn)閦m=9>6 , 所以合適 。
（7） 計(jì)算基準(zhǔn)額定功率P0
基準(zhǔn)額定功率P0為： P0=(Ta－mv2)v/1000 （12）
式中 P0——所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，單位為KW ;
Ta——帶寬為bs0時(shí)的許用工作拉力，單位為N ,查“同步帶在基準(zhǔn)寬度下的許用工作拉力和線密度”表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P30 表3－21）。
m——帶寬為bs0時(shí)的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，單位為kg/m , 查“同步帶在基準(zhǔn)寬度下的許用工作拉力和線密度”表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P30 表3－21）。
v ——同步帶的線速度，單位為 m/s 。
查表得 L型bso=25.4時(shí)，Ta=244.46N , m=0.095 kg/m 。
同步帶線速度v ：
由任務(wù)書知 α=A=7° Vz=50-1200m/H
由 V H= V Q·cosΑ (1)
V Z= V Q·sinΑ (2)
得 V Q =V zsinΑ (6)
所以 同步帶速度v=0.114m/s－2.74m/s 。
由以上得 P0=0.6679KW
(8) 確定實(shí)際所需同步帶寬度bs
實(shí)際所需同步帶寬度bs 為：
bs>=bs0(Pd/KzP0)1/1.14 （13）
式中 bso——選定型號(hào)的基準(zhǔn)帶寬，如表所示（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P30 表3－21） 。
Kz——小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，查小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P31 表3－22） ，即zm>=6時(shí) ，Kz=1.00。
由以上得 bs=21.65 mm 。
（8） 帶的工作能力驗(yàn)算
用下式來(lái)計(jì)算同步帶的額定功率P ,若結(jié)果滿足P>=Pd （帶的設(shè)計(jì)功率），則帶的工作能力合格： P=(KzKwTa-bs/bs0mv2)v×10-3 （14）
式中 Ks——嚙合系數(shù)，上式中以查得。
Kw——齒寬系數(shù)，Kw=(bs/s0)1.14
Ta——基準(zhǔn)帶寬為bs0時(shí)的許用工作拉力，單位為N ,以上已查得為244.46 .
m ——帶寬為bs0 時(shí)的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，單位為kg/m ,以上已查得0.095 .
v——同步帶的線速度，單位為m/s ,以上已算得 為 2.74 .
由以上得 P=0.6063KW
因?yàn)镻>Pd，所以同步帶的工作能利合格 。
3.1.4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型
1）根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，求得加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq ；
加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，它對(duì)選擇電動(dòng)機(jī)具有重要意義。在本設(shè)計(jì)中Jeq 主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、傳動(dòng)系統(tǒng)、同步帶、刀架折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
已知傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、同步帶輪的尺寸與材料。移動(dòng)部件總重量G=50N,傳動(dòng)比1：1 .
如常用部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P56 表4－1）所示圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式為： J=mjD2/8 （15）
式中 ，mj ——圓柱體質(zhì)量（kg）
D ——圓柱體直徑（cm）
由上式求各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（1） 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1
聯(lián)軸器內(nèi)圓直徑14mm、外圓直徑25mm、高77mm、材料密度7.85×10-3kg/cm3
聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=m1D2/8=0.209kgcm2
(2) 從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2
從動(dòng)階梯軸如下圖
尺寸由左向右為φ1＝25mm、L1=27mm、φ2=38mm、L2=4.5mm、φ3=32mm、L3=43.5mm、φ4=29mm、L4=35mm、φ5=25mm、L5=21mm材料密度7.85×10-3kg/cm3
從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2=ΣπDi2LiρDi2/32=0.7591kgcm2
(3) 同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3
同步帶帶輪內(nèi)圓直徑30mm、外圓直徑57.6mm、高45mm、材料密度7.85×10-3kg/cm3
同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3=3.38 kgcm2
(4) 主傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4
主傳動(dòng)軸為七階梯
尺寸由左向右為φ1＝15mm、L1=38mm、φ2=22mm、L2=39mm、φ3＝25mm、L3=27mm、φ4=38mm、L4=4.5mm、φ5=32mm、L5=43.5mm、φ6=29mm、L6=35mm、φ7=25mm、L7=21mm材料密度7.85×10-3kg/cm3
主傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4＝0.844 kgcm2
（5） 移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5
移動(dòng)部件總重量G=50N
移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5==41.472 kgcm2
初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BC3100，為三相式，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為0.6°，從反應(yīng)式/磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P63 表4－3）查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=7kgcm2。
則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
Jeq=Jm+J1+J2+J3+J4+J5=53.664kgcm2
2)計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq
分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。
（1） 快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1
由式 Teq1=Tamax+Tf+T0 （16)
式中 Tamax——快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為NM;
Tf——移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為NM;
T0——同步帶預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為NM;
具體計(jì)算過(guò)程如下：
a） 快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；
Tamax＝Jeqε=2πJeqnm/60ta （17）
式中 Jeq——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為kgm2;
ε ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度，單位為rad/s2;
nm ——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;
ta——電動(dòng)機(jī)加速所用時(shí)間，單位為s,一般在0.3－1s之間選取。
b) 移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
Tf＝F摩d1/2πηi （18）
式中 F摩——導(dǎo)桿的摩擦力，單位為N;
d1——同步帶輪節(jié)圓直徑，單位為m;
η——傳動(dòng)鏈總效率，一般取η＝0.7－0.85；
i——總的傳動(dòng)比;
其中導(dǎo)桿的摩擦力為;
F摩=μ(Fc+G) （19）
式中 μ——導(dǎo)桿的摩擦因數(shù)（滑動(dòng)副取0.15－0.18，滾動(dòng)副取0.003－0.005）；
Fc——垂直方向的工作負(fù)載；
G——運(yùn)動(dòng)部件總重力，單位為N
c) 同步帶預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
T0＝FYJd1(1-η02)/2ηπi （20）
式中FYJ——同步帶的預(yù)緊力，一般取同步帶工作載荷的1/3,單位為N;
η0——同步帶為預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取η0>=0.9。
由于同步帶的傳動(dòng)效率很高，所以由式(20)算出的T0值很小，在式（16）中與Tamax和Tf比起來(lái)，通常可以忽略不計(jì)。則有：
Teq1=Tamax+Tf （21）
根據(jù)式（17），考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率η，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：
Tamax＝2πJeqnm/60taη （22）
式中 nm——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位r/min;
ta——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s；
其中：
nm＝vmaxα/360°δ （23）
式中vmax——縱向空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書制定為180000mm/min 。
α——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，為0.6°
δ——脈沖當(dāng)量，本例為0.5mm/脈沖。
將以上各值代入式（23），算得 nm=600r/min
設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速的時(shí)間ta＝0.3s,縱向傳動(dòng)總效率η＝0.8；
由式（22）求得：
Tamax＝2π×53.664×10-4×600/60×0.3×0.8 Nm =1.4Nm
由式（18）可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：
ηπi （24）
式中μ——導(dǎo)桿的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)副取0.005；
Fc——工作負(fù)載，空載時(shí)取0；
η——傳動(dòng)鏈總效率，取0.8 .
由式（24）得
0.003Nm
最后由式（21），求得快速啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：
（25）
（2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2
(26)
由式（26）知，Teq2包括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tf,移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf,,同步帶預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0.T0相對(duì)于Tt和Tf很小，可以忽略不計(jì)。則有
（27）
式中Tf按式（18）進(jìn)行計(jì)算。而折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt由下式計(jì)算：
π (28)
式中 Ff——進(jìn)給方向最大工作載荷，單位為N.
估計(jì)Ff=100N,則有；
Tt=100×0.05761/2×0.8π=1.146Nm
Tf按式（18）進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算垂直方向承受最大負(fù)載情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：
=0.005×(100+50)×0.05761/2π×0.8=0.0027Nm
最后由式（27），求得最大工作狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：
＝0.0027＋1.146＝1.1487Nm
經(jīng)過(guò)上訴計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為;
3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定
考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源手電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4,則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：
(29)
上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BC3100,由永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P65 表4－5）該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=9.8Nm,可見(jiàn)滿足式（29）的要求。
4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核
（1） 最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核
任務(wù)書給定刀架的最快工進(jìn)速度vmax=20000mm/min,脈沖當(dāng)量δ＝0.5mm/脈沖。
計(jì)算電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為：
(30)
從110BC3100電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.1487Nm,滿足要求。
（2） 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核
任務(wù)書給定刀架最快空載移動(dòng)速度vmax=180000mm/min,
計(jì)算電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率
從110BC3100電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=1.403Nm,滿足要求。
（3） 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核
與最快空載移動(dòng)速度vmax=180000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率fmax=6000HZ.查由永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P65 表4－5）可知該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)15000HZ,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。
（4） 啟動(dòng)頻率的計(jì)算
已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=53.664kgcm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=7 kgcm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率fq=1500HZ，則由式
＝510HZ
上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于510HZ。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100HZ(即100脈沖/s).
綜上所述，本設(shè)計(jì)中選用110BC3100步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。
3.1.5 滾動(dòng)軸承的選擇
本設(shè)計(jì)中載荷不大，且對(duì)軸承轉(zhuǎn)速要求比較高，所以采用極限轉(zhuǎn)速比較高的球軸承。
因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，軸承在承受徑向載荷的同時(shí)還要承受一定的軸向載荷，所以選用向心推力 36305 極限轉(zhuǎn)速9500－14000rad/min ,額定載荷1620 kgN
3.1.6 主傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
擬定軸上零件的裝配方案: 如裝配圖所示，軸套、軸承、軸承端蓋、聯(lián)軸器依次從軸的下端向上安裝，同步帶輪、軸套、軸承、軸用彈性擋圈、軸承端蓋依次從軸的上端向下安裝。
軸上零件的定位:以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋來(lái)保證。詳見(jiàn)裝配圖。
本軸為傳動(dòng)軸，主要承受轉(zhuǎn)矩，對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)條件計(jì)算
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
式中 τT——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa
T——軸所受的扭矩，單位為Nmm
WT——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3;
n——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
P——軸傳遞的功率，單位為Kw ;
d——計(jì)算截面出軸的直徑，單位為mm；
τr——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPA.
計(jì)算得τT ＝0.956MPa,45號(hào)鋼的τr＝25－45 MPa ，所以軸強(qiáng)度合格。
3.2 玻璃切割機(jī)機(jī)械裝配圖的繪制
在完成同步帶、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算、選型后，繪制玻璃切割機(jī)機(jī)械裝配圖。
在繪制裝配圖時(shí)考慮以下問(wèn)題：
1） 了解玻璃切割機(jī)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料里查閱機(jī)箱、橫梁、刀架等的結(jié)構(gòu)及尺寸。
2） 根據(jù)載荷特點(diǎn)和支撐形式，確定傳動(dòng)軸兩端軸承的型號(hào)，由于本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)軸為豎置，軸承需具備同時(shí)承受軸向、徑向力的能力，所以選用了向心推力球軸承。
3） 考慮各零部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方式。主傳動(dòng)軸與電機(jī)輸出軸間采用套筒連軸器、銷聯(lián)接，采用在主傳動(dòng)軸上設(shè)階梯、軸套的方法定位。
4） 在進(jìn)行各零部件設(shè)計(jì)時(shí)，注意了裝配的工藝性，考慮裝配的順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。
5） 注意了繪制裝配圖的基本要求。
第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程
4.1 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件主要考慮以下功能；
1) 接收鍵盤數(shù)據(jù)。
2) 控制液晶顯示。
如圖7 （控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理）所示，CPU選用ATMEL公司的AT89C51;由于AT89C51本身資源已滿足設(shè)計(jì)要求，所以不需要進(jìn)行擴(kuò)展。鍵盤與液晶均直接與CPU相連。
具體聯(lián)接情況請(qǐng)參看附錄的電路原理圖。
人機(jī)界面的構(gòu)成如下
液晶固定顯示；
玻璃長(zhǎng)度
待切片數(shù)
落刀位置
抬刀位置
矩陣鍵盤
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
確定
清屏
圖9人機(jī)界面的構(gòu)成
人機(jī)界面設(shè)置了16個(gè)鍵，0－9的數(shù)字鍵，清屏鍵、確定鍵。
4.2人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)
人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序
人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序流程圖見(jiàn)圖10，如圖所示，首先進(jìn)行液晶顯示功能初始化1；然后進(jìn)行液晶固定顯示2（即128×64的點(diǎn)陣漢字顯示液晶可以顯示四行漢字每行可顯示8個(gè)字，這里固定顯示內(nèi)容如圖9所示）；然后掃描鍵盤3；判斷鍵盤是否有鍵按下4；如果沒(méi)有鍵按下則重新進(jìn)行鍵盤掃描（即回到3）；否則（即有鍵按下）進(jìn)行判斷鍵值5；
如果為數(shù)字鍵（即鍵值<10）則進(jìn)入數(shù)字鍵處理程序6a，之后從2開始重新循環(huán)。如果為功能鍵（即鍵值>10）則進(jìn)如功能鍵處理程序6b，根據(jù)不同鍵值進(jìn)入不同的功能鍵子程序7a-b，之后從2開始重新循環(huán).
1）首先，對(duì)設(shè)計(jì)中用到的128×64ST7920液晶進(jìn)行必要的說(shuō)明。
本實(shí)驗(yàn)RT12864M ST7920 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字(16*16點(diǎn)陣),128個(gè)字符(8*16點(diǎn)陣)及64*256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM).由E選通，其與單片機(jī)P0口相接，用于顯示控制界面信息。采用的連接方式是直連方式，通過(guò)直接的人為控制狀態(tài)位，來(lái)實(shí)現(xiàn)LCD的顯示。其硬件連接圖見(jiàn)附錄。圖形液晶顯示屏的命令和詳細(xì)原理見(jiàn)附錄。
2）以下對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行說(shuō)明：
液晶 驅(qū)動(dòng)程序模塊
1液晶顯示功能初始化子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖11，第一步將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù);第二步功能設(shè)定值送入A, 本設(shè)計(jì)中功能設(shè)定值送＃30H（見(jiàn)附錄液晶指令表即00110000，使用基本指令集動(dòng)作）；第三步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序（見(jiàn)1a子程序說(shuō)明）；第四步顯示模式設(shè)定值送入A
，本設(shè)計(jì)中顯示模式設(shè)定值送＃04H（即00000100，顯示器控制，游標(biāo)不顯示）；第五步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序；第六步清屏命令值送入A，即＃01H送入A；第七步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序；第八步模式設(shè)定值送入A，本設(shè)計(jì)中模式設(shè)定值送#0FH(即00001111，即顯示功能全開)；第九步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序；第十步ACC出棧；第十一步返回主程序。
（1a）“寫命令到GLCD”子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖12，第一步將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù), 第二步調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程(見(jiàn)1b子程序說(shuō)明)；第三步寫指令口地址送入DPTR(即設(shè)置指令口寫地址)；第四步DPTR地址中的數(shù)送入A(寫指令代碼)；第五步DPTR出棧；第六步返回主程序。
1GLCD 初始化
2顯示一遍GLCD
3掃描鍵盤
4是否有鍵按下？
5判斷鍵值
6數(shù)字鍵?
6a數(shù)字鍵處理程序
6b功能鍵處理程序
清屏鍵
7b-f
確認(rèn)鍵
7a-
N
Y
Y
N
圖10人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序流程圖
ACC入棧
功能設(shè)定值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
顯示模式設(shè)定值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
#01H送入A (清屏)
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
模式設(shè)定值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
ACC出棧
返回
圖11液晶顯示功能初始化子程流程圖
DPH入棧
DPL入棧
調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程
寫指令口地址送入DPTR
@DPTR送入A
DPL出棧
DPH出棧
返回
圖12“寫命令到GLCD”子程序流程圖
（1b）檢查忙碌標(biāo)志BF”子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖13，第一步將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù)；第二步將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù);第三步讀指令口地址送入DPTR(即設(shè)置讀指令口地址) 第四步DPTR地址中的數(shù)送入A(讀指令代碼)；第五步判斷ACC.7是否為0（即確認(rèn)液晶內(nèi)部動(dòng)作是否完成），是則繼續(xù)，否則返回到上一步重新執(zhí)行；第六步ACC出棧；第七步DPTR出棧；第八步返回主程序。
2液晶固定顯示子程序
該子程序流程圖見(jiàn)圖14，圖中ADDR1為起始的顯示位置臨時(shí)變量，N1為字?jǐn)?shù)的臨時(shí)變量。設(shè)定漢字的顯示行，每行可以顯示8個(gè)漢字:，第一行開始地址為00H～07H， 第二行開始地址為10H～17H，第三行開始地址為08H～0FH，第四行開始地址為18H～1FH。第一步，＃00H送入ADDR1(即第一行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量)；第二步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量）；第三步，＃DHZTAB1送入DPTR，第一行需要顯示的漢字（玻璃長(zhǎng)度）位置送入DPTR；第四步，調(diào)用漢字顯示子程序（見(jiàn)2a子程序說(shuō)明）；第五步，＃10H送入ADDR1(即第二行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量)；第六步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量）；第七步，＃DHZTAB2送入DPTR，第二行需要顯示的漢字（待切片數(shù)）位置送入DPTR；第八步，調(diào)用漢字顯示子程序；第九步，＃08H送入ADDR1(即第三行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量)；第十步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量）；第十一步，＃DHZTAB3送入DPTR，第三行需要顯示的漢字（落刀位置）位置送入DPTR；第十二步，調(diào)用漢字顯示子程序；第十三步，＃18H送入ADDR1(即第四行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時(shí)變量)；第十四步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個(gè)送入字?jǐn)?shù)臨時(shí)變量）；第十五步，＃DHZTAB4送入DPTR，第四行需要顯示的漢字（抬刀位置）位置送入DPTR；第十六步，調(diào)用漢字顯示子程序；地十七步返回主程序。
DPL入棧
ACC入棧
讀指令口地址送入DPTR
@DPTR送入A
ACC.7=0？？?
DPH入棧
ACC出棧
DPL出棧
DPH出棧
返回
N
Y
圖13“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程序流程圖
#00H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB1送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
#10H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB2送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
#08H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB3送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
#18H送入ADDR1
#04H送入N1
#DHZTAB4送入DPTR
調(diào)用漢字顯示子程序
返回
圖14液晶固定顯示子程序流程圖
DPTR入棧
ACC入棧
ADDR1值送入ADDR
N1值送入B
ADDR值送入A
#80H和A進(jìn)行與運(yùn)算
調(diào)寫命令子程
A取反
@A+DPTR 送入A
DPTR加1
調(diào)用“寫資料到GLCD”子程
A取反
@A+DPTR 送入A
DPTR加1
調(diào)用“寫資料到GLCD”子程
B減1，B=0?
N
Y
ACC出棧
DPTR出棧
返回
圖15漢字顯示子程序流程圖
2a漢字顯示子程序
程序流程圖見(jiàn)圖15
圖中ADDR為起始的顯示位置。第一步，將現(xiàn)在的DPTR入棧保護(hù)；第二步，將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù)；第三步，將ADDR1值送入ADDR（將起始顯示位置臨時(shí)變量的值送入起始顯示位置中）；第四步，將N1值送入B(顯示字?jǐn)?shù)送入B)；第五步，將ADDR值送入A;第六步，讓A值與＃80相與，值送入A(即送顯示地址，參見(jiàn)附錄漢字顯示坐標(biāo))；第七步，調(diào)用“寫命令到GLCD”子程(見(jiàn)1a子程說(shuō)明)；第八步，A值取反；第九步，查找漢字的高位碼；第十步，DPTR加1；第十一步，調(diào)用“寫資料到GLCD”子程序（見(jiàn)2b子程序）；
第十二步，A值取反；第十三步，查找漢字低位碼；第十四步，DPTR加1；第十五步，調(diào)用“寫資料到GLCD”子程序（見(jiàn)2b子程序）；第十六步，B值減一并判斷B是否為零，是則繼續(xù)，不是則返回第八步重新循環(huán)；第十七步，ACC出棧；第十八步，DPTR出棧；第十九步，返回主程序。
2b“寫資料到GLCD”子程序
程序流程圖見(jiàn)圖16
DPH入棧
DPL入棧
調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程
寫數(shù)據(jù)口地址送入DPTR
@DPTR送入A
DPL出棧
DPH出棧
返回
圖16“寫資料到GLCD”子程序流程圖
第一步，將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù), 第二步，調(diào)“檢查忙碌標(biāo)志BF”子程(見(jiàn)1b子程序說(shuō)明)；第三步，寫數(shù)據(jù)口地址送入DPTR(即設(shè)置數(shù)據(jù)口寫地址)；第四步，DPTR地址中的數(shù)送入A(寫數(shù)據(jù)代碼)；第五步，DPTR出棧；第六步，返回主程序。
鍵盤監(jiān)控程序模塊
3 鍵盤掃描子程序
子程序流程圖見(jiàn)圖17
F0 清0
P1口清0
P1口低四位置1（鍵盤列置1）
P1值送入A
A=#0FH?
F0 清0
F0 置1
返回
N
Y
圖17鍵盤掃描子程序流程圖
鍵盤的硬件連接圖見(jiàn)附錄。程序第一步，F(xiàn)0用戶標(biāo)志位清0；第二步，P1口清0；第三步，將＃0FH送入P1口（即把P0低四位置1，鍵盤各列置1，行為高四列，列為低四列）；第四步，將P1口值送入A(如果此時(shí)有鍵按下，則P0的低四位將不全為1，即A值將不等于＃0FH); 第五步，判斷A值是否等于＃0FH，如果相等就表示沒(méi)有鍵按下，繼續(xù)執(zhí)行下一步程序，如果不相等即表示有鍵按下，轉(zhuǎn)入執(zhí)行第八步（YOUJIAN）程序；第六步，F(xiàn)0用戶標(biāo)志位清0；第七步，跳至執(zhí)行第九步(DONE0)執(zhí)行程序；第八步，F(xiàn)0用戶標(biāo)志位置1；第九步，返回主程序。
4 判斷是否有鍵按下
如圖10人機(jī)界面的監(jiān)控管理程序流程圖所示，程序在這一環(huán)節(jié)，判斷F0用戶標(biāo)志位是否為1，不是1則返回去再執(zhí)行鍵盤掃描子程序，等于1則繼續(xù)向下執(zhí)行判段鍵值子程序。
5 判斷鍵值子程序（程序流程圖如圖18所示）
延時(shí)去抖動(dòng)，
行值計(jì)數(shù)器R1清0
對(duì)A口進(jìn)行行掃描
行掃描值左移1位
讀列值
被按鍵在
本行？
Y
N
行值計(jì)數(shù)器加1
掃描完一遍？
N
返回
Y
被按鍵在0列？
被按鍵在1列？
列首鍵號(hào)00H
送入A
列首鍵號(hào)04H
送入A
被按鍵在2列？
列首鍵號(hào)08H
送入A
被按鍵在3列？
列首鍵號(hào)0CH
送入A
Y
Y
Y
Y
N
N
N
列首號(hào)加行值送入A
查表得鍵值送入A
圖18判斷鍵值子程序流程圖
第一步，延時(shí)去抖動(dòng)（在按下某個(gè)鍵時(shí)，被按鍵的簧片總會(huì)有輕微抖動(dòng)，這種抖動(dòng)常常會(huì)持續(xù)10ms左右。因此，CPU在按鍵抖動(dòng)期間掃描鍵盤必然會(huì)得到錯(cuò)誤的列首號(hào)和行值，最好的辦法是使CPU在檢測(cè)到有鍵值按下時(shí)延時(shí)再進(jìn)行行向掃描），行值計(jì)數(shù)器R1清0,送＃04H給R3，表示還未掃描的行數(shù)；第二步，對(duì)A口進(jìn)行行掃描，(即將＃0F7H送入R0;將R0值送入A，這時(shí)A中為11110111)；第三步行掃描值左移1位讀列值(即把A左移，變?yōu)?1101111，使行最低位為0；把變化了的A值還給R0以備掃描下一行用；送＃0FFH給P1，把P1所有位置1；讓P1和A與，使P1的第五位為0，若一行有鍵按下則有對(duì)應(yīng)的列變?yōu)?，p1第一位變?yōu)?；延時(shí)去抖動(dòng))；第四步，判斷被按下鍵在不在本行，如果在則進(jìn)入第七步列值判斷程序，如果不再則繼續(xù)執(zhí)行下一步（讓A和＃0F0H與，把行置1；判斷A 是否等于＃0FFH,如果A等于FF，表示掃描行無(wú)鍵按下，若不等則有鍵按下）；第五步R1加1，即把行數(shù)加1；第六步，判斷是否掃描完一遍（R3減1，并判斷R3是否等于0，），是則跳至子程序尾的第十步返回主程序，否則返回第二步在對(duì)A口進(jìn)行掃描；第七步，列值判斷程序，首先判斷被按鍵是否在0列（ACC.0是否等于0），是則將列首號(hào)00H送入A，跳至第八步，否則判斷被按鍵是否在1列（ACC.1是否等于0），是則將列首號(hào)04H送入A，跳至第八步，否則判斷被按鍵是否在2列（ACC.2是否等于0），是則將列首號(hào)08H送入A，跳至第八步，否則判斷被按鍵是否在3列（ACC.3是否等于0），是則將列首號(hào)0CH送入A；第八步，列首號(hào)加行值送入A（即R1加A）；第九步查表送鍵值給A（＃BIAO送入DPTR,在用DPTR加A求得偏移量，繼而將鍵值送給A）；第十步，返回主程序。
6數(shù)字鍵?
將A與10 作比較，A小于10，則進(jìn)入數(shù)字鍵處理程序，若A大于或等于10則進(jìn)入功能鍵處理程序。
6a數(shù)字鍵處理程序
程序流程圖如圖19所示
第一步，R5(數(shù)字鍵按下次數(shù)累加存儲(chǔ)單元)加1；第二步，判斷將數(shù)字顯示在第幾行，28H.0,28H.1,28H.28H.3,分別為液晶四行數(shù)字位置是否有顯示的標(biāo)志位，當(dāng)液晶的某一行的顯示數(shù)字已經(jīng)輸入完畢并確認(rèn)后，此行對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位將被置1.所以在這里判斷這四個(gè)標(biāo)志位是否為1即可指導(dǎo)此行是否需要顯示數(shù)字。按順序進(jìn)行，即判斷28H.0是否等于0，是則進(jìn)入YIHANG子程；否則第三步，判斷28H.1是否等于0，是則進(jìn)入ERHANG子程；否則第四步，判斷28H.2是否等于0，是則進(jìn)入SANHANG子程；否則第五步，判斷28H.3是否等于0，是則進(jìn)入SIHANG子程; 否則表示所有數(shù)值輸入完畢，不再需要輸入，進(jìn)入第六步，返回主程序。
6a1 YIHANG 子程序
程序流程圖見(jiàn)圖20
第一步，將＃83H（第一行數(shù)字顯示的起始位置）送入30H；第二步，將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù)；第三步，將30H中的值送入A；第四步，A與R5相加得值存入A(即得到現(xiàn)在輸入的數(shù)字的顯示位置)；第五步，將A值送入31H(保護(hù)已求得的顯示位置)；第六步，ACC出棧；第七步，進(jìn)入數(shù)字顯示子程。（6a2至6a4程序語(yǔ)句與6a1相同，只是第一步送的數(shù)不同，按順序分別送#93H,#8BH,#9BH）。
6a5數(shù)字顯示子程序
程序流程圖見(jiàn)圖21
第一步，將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護(hù)；第二步將現(xiàn)在的ACC值入棧三次（以為后續(xù)程序會(huì)多次用到A值，所以要進(jìn)行多次入棧）；第三步，31H值給A即送顯示位置；第四步，調(diào)“寫
INC R5
28H.0=0?
28H.1=0?
28H.2=0?
28H.3=0?
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
START
YIHANG6a1
ERHANG6a2
SANHANG6a3
SIHANG6a4
數(shù)字顯示6a5
圖19數(shù)字鍵處理程序流程圖
命令到GLCD”子程序1a ；第五步，ACC出棧；第六步，ACC交換高低四位元；第七步，將A值和#0FH與，保留低四位元；第八步，數(shù)字表表頭地址送入DPTR；第九步，將DPTR加A求得的數(shù)字送入A；第十步，調(diào)“寫資料到GLCD”子程序2b；第十一步，ACC出棧；
第十二步，將A值和#0FH與，保留低四位元；第十三步，將DPTR加A求得的數(shù)字送入A；第十四步，調(diào)“寫資料到GLCD”子程序2b；第十五步，ACC出棧；第十六步，DPTR出棧；第十七步，返回主程序。
6b功能鍵處理程序
程序流程圖見(jiàn)圖22
第一步，將功能鍵表JTAB表頭地址送到DPTR；第二步，A減＃10H，結(jié)果送入A，即在A中形成JTAB表地址偏移量；第三步，A 左移一位；第四步，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能鍵分支程序。
7a確認(rèn)功能鍵分支程序
程序流程圖見(jiàn)圖23
第一步，判斷28H.0是否等于零，即判斷第一行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入YI；否則第二步，判斷28H.1是否等于零，即判斷第二行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入ER；否則
第三步，判斷28H.2是否等于零，即判斷第三行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入SAN；否則第四步，判斷28H.3是否等于零，即判斷第四行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入SI ；否
＃83H送入30H
ACC入棧
30H的值送入A
ACC與R5相加
A送入31H
ACC出棧
跳至數(shù)字顯示子程
圖20 YIHANG 子程序流程圖
則表示所有參數(shù)輸入完畢，第五步，跳轉(zhuǎn)START重新進(jìn)行鍵盤掃描。如果進(jìn)入分支YI，則
第一步，將28H.0置1，即將第一行數(shù)字顯示標(biāo)志位置1；第二步，將R5清零，即數(shù)字鍵按下次數(shù)累加器清零；第三步，跳轉(zhuǎn)回START重新進(jìn)行鍵盤掃描。其他三個(gè)分支同理，即將自己的標(biāo)志位置1，將R5清零，在跳轉(zhuǎn)回START。
7b“清屏”功能鍵處理子程序
程序流程圖見(jiàn)圖24
第一步，將現(xiàn)在的ACC值入棧保護(hù)；第二步，將＃01H送入A，即將清屏命令送入A；第三步，調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序（見(jiàn)1a）；第四步，ACC出棧；第五步，送＃00H到28H，即數(shù)字顯示標(biāo)志位清零；第六步，R5清零，即數(shù)字鍵按下次數(shù)累加器清零；第七步，跳轉(zhuǎn)到LOOP,即返回到GLCD固定顯示。
以上，人機(jī)界面控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)完畢，源程序見(jiàn)附錄。
DPTR入棧
ACC入棧
ACC入棧
ACC入棧
31H值送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程
ACC出棧
ACC高低四位交換
ACC和#0FH與
數(shù)字表表頭地址送入DPTR
@DPTR+A送入A
調(diào)“寫資料到GLCD”子程
ACC出棧
ACC和#0FH與
@DPTR+A送入A
調(diào)“寫資料到GLCD”子程
ACC出棧
DPTR出棧
返回
圖21 數(shù)字顯示子程序流程圖
送JTAB到DPTR
A減＃10H
A 左移一位
轉(zhuǎn)入@A+DPTR
圖22 功能鍵處理子程序流程圖
28H.0=0?
28H.1=0?
28H.2=0?
28H.3=0?
跳轉(zhuǎn)到START
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
28H.0置1
28H.1置1
28H.2置1
28H.3置1
R5清零
圖23“確認(rèn)”功能鍵處理子程序流程圖
ACC入棧
＃01H送入A
調(diào)“寫命令到GLCD”子程序
ACC出棧
＃00H送入28H
R5清零
跳轉(zhuǎn)到LOOP
圖24“清屏”功能鍵處理子程序流程圖
結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)了一種玻璃橫切機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其人機(jī)界面系統(tǒng)。首先詳細(xì)了解了各種玻璃橫切機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，及其相應(yīng)的切割特征。最終選擇了斜置式速度控制式的機(jī)械結(jié)構(gòu)。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件的同步帶、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、軸承、主傳動(dòng)軸進(jìn)行了選型、計(jì)算、校核。繪制了機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖、支架、刀架、機(jī)箱、法蘭盤、主傳動(dòng)軸的零件圖。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，繪制了電路原理圖。人機(jī)界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其硬件由矩陣鍵盤、RT12864M ST7920 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊組成。實(shí)現(xiàn)功能為：液晶顯示切割玻璃長(zhǎng)度、切片數(shù)量、落刀位置、抬刀位置四項(xiàng)參數(shù)，并可以通過(guò)鍵盤修改這些參數(shù)。做了軟件設(shè)計(jì)、程序編寫包括LCD驅(qū)動(dòng)程序、鍵盤監(jiān)控程序、顯示程序三大模塊。畫出了軟件流程圖，包括總流程圖及各個(gè)子程序流程圖，并對(duì)程序進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。大致完成了任務(wù)書的要求。
由于技術(shù)、時(shí)間有限存在很多不足之處，望老師批評(píng)指導(dǎo)。
韓建波
2010年4月5日
致 謝
緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了?；厥走@幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活，雖然辛苦，但看到自己能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)還時(shí)感到由衷的高興。要想自己的設(shè)計(jì)從頭至尾，每一個(gè)細(xì)節(jié)，每一步計(jì)算都明明白白，做到心中有數(shù)。并不是一件簡(jiǎn)單的事情。不下一番苦功夫，不花大力氣是不可能做到這一點(diǎn)的。但只要你用心做了，成功總是伴隨你左右的。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我不敢說(shuō)獲得了豐富的知識(shí)，但起碼也小有收獲。這使我在拿到一個(gè)題目時(shí)不再擔(dān)心害怕，因?yàn)樵谖业哪X中已形成了一種思考問(wèn)題解決問(wèn)題的思路。當(dāng)然，今后我們工作在一個(gè)集體中做的只是一個(gè)工作中的某一部分，所以我們要學(xué)會(huì)配合，學(xué)會(huì)虛心聽取別人意見(jiàn)等。這都是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我所學(xué)到的。
最后，我要感謝我的老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不辭辛勞的為我找資料，為我細(xì)心的指導(dǎo)、講解各種問(wèn)題。在此，我要再次衷心的感謝每一位幫助我的老師。
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