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山東大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目： 玻璃橫切機(jī)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)電一體化工程
學(xué)生姓名：
準(zhǔn)考證號(hào)：
指導(dǎo)老師：________________________
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 年 月 日 ～ 年 月 日
摘要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的玻璃橫切機(jī)。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為：設(shè)計(jì)玻璃橫切機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及人機(jī)界面系統(tǒng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)確定為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用AT89C51為CPU。由矩陣鍵盤和RT12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊組成人機(jī)界面系統(tǒng)。
首先，分析了玻璃橫切機(jī)的市場(chǎng)前景及其在玻璃生產(chǎn)中的重要作用。然后，確定機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)有的玻璃橫切機(jī)的結(jié)構(gòu)將其分類，并歸納出每一類玻璃橫切機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)特征、運(yùn)行特征、切割原理等。本設(shè)計(jì)最終選用了其中的斜置、速度控制式的機(jī)械結(jié)構(gòu)?；谶@種機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、同步帶進(jìn)行了選型和計(jì)算。繪制了機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖及部分零件圖。
對(duì)于玻璃橫切機(jī)的人機(jī)界面系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)主要大致完成其程序的編寫。即液晶顯示四組控制參數(shù)，并可以通過(guò)鍵盤修改這些參數(shù)。本文中包括了各級(jí)程序流程圖及其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明。大致包括LCD驅(qū)動(dòng)、鍵盤監(jiān)控、液晶顯示三個(gè)程序塊。詳見正文。
關(guān)鍵字 玻璃橫切機(jī); 步進(jìn)電動(dòng)機(jī); 同步帶; 單片機(jī); 人機(jī)界面系統(tǒng) ;液晶
Abstract
This graduation project's topic is the design of one kind of the auto glass-cutter which controls based on the Microcontroller. The main content of the design is: the machine mechanism and man-machine contact surface system of the glass-cutter’s design .The mechanism part's design I determined it as that Pulse motor gives the power and the Transmission system transfer the power to the Ambulacrum.The control system uses AT89C51 as CPU. Forms the man-machine contact surface department of the matrix keyboard and the RT12864M Chinese character graph lattice liquid crystal display module.
First, has analyzed the glass-cutter’s market prospect and its influential role in the glass production. Then, determination of the machine mechanism. According to the existing glass-cutter’s structure I staple then to same types, and then concluded the mechanism character, sport character, cutting principle of each of the types. And so on.
This design finally has selected the tilts, speed control-like mechanism. Based on this kind of mechanism, I did the choice of the Pulse motor, ambulacrum’s and the count, checkout of them. I had drawn up the drawing of mechanism assembly and some part drawings.
Regarding the glass-cutter’s man-machine contact surface system, this design mainly completes its program’s compilation. Namely the liquid crystal display shows the four groups of controlled variables, and may revise these parameters through the keyboard. This article has included all levels of program flow diagram and the corresponding explanation. Includes the LCD actuation, the keyboard monitoring, and the liquid crystal display three blocks approximately. For details sees the main text.
Key-words glass-cutter ; Pulse motor ;ambulacrum ; Microcontroller ; man-machine contact surface system ; liquid crystal display module
目錄
第一章概述……………………………………………………………………………1
1.1我國(guó)玻璃市場(chǎng)現(xiàn)狀…………………………………………………………………1
1.2 我國(guó)浮法玻璃技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距………………………………………1
1.3 高精度玻璃切割的必要……………………………………………………………1
第二章 設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………………………2
2.1研究?jī)?nèi)容…………………………………………………………………………2
2.2實(shí)現(xiàn)方法……………………………………………………………………………2
2.3設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………………………………5
2.4 總體方案的確定……………………………………………………………………6
第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………7
3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型………………………………………………………7
3.2 機(jī)械裝配圖的繪制………………………………………………………………16
第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程……………………………………………………17
4.1控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………17
4.2 人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………17
結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………………………………………40致謝 ……………………………………………………………………………………41
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………42
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。其硬件連接圖見附錄。圖形液晶顯示屏的命令和詳細(xì)原理見附錄。
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，參見附錄漢字顯示坐標(biāo))；第七步，調(diào)用“寫命令到GLCD”子程(見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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