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基于AVR的底片自動定位系統的設計           
基于AVR的底片自動定位系統的設計
作者:Micchip 文章來源:網絡 點擊數: 更新時間:2011-2-21 8:49:27
    0 引言

  在底片判讀過程中,經常會要求對底片張數的統計及對不同位置的底片進行自動定位,以方便查找和放大等工作。該底片自動查找系統就是為了實現這些功能而設計的一種全自動間隔檢索設備;本設計主要是為了解決底片查找時,人工方式所產生效率低的問題,而設計的一種實用系統,從而能有效地提高生產效益。其實現功能如下:若按下自動鍵,此時進行剛上電的數照片動作,會自動數出一共有多少張底片;在這個過程中按下停止鍵時電機停止,再按一次自動鍵,恢復正常數照片動作;若按下存儲鍵會存儲當前的張數;當底片到片尾時電機自動停轉,同時會顯示總的張數。此時按下模式鍵可進入設置所要的照片張數和所需速度;共三級速度,可用增鍵與減鍵調整;通過增鍵與減鍵調到想看的張數后,按下確認鍵,自動調整到所設張數。在停止時按下存儲鍵會進入所存儲張數狀態,通過存儲增鍵與存儲減鍵調到已存儲的地址單元對應的張數;有30個存儲的地址單元可供存儲不同的張數;按下存儲翻看鍵將會自動調整到所存儲張數。系統能方便找到所想要的底片,從而對底片進行放大等處理。

  1 控制系統的組成及工作原理

  本控制系統采用了Atmega 16L控制,Atmel公司生產的Atmega 16L是一款比較理想的芯片,它的內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路,具備了AVR高檔單片機的MEGE系列的全部性能和特點:具有豐富的片內資源,使系統簡潔可靠;運算速度快,能達到1MI PS的處理速度,有利于實現智能控制算法;AVR單片機中的mega系列具有超強的抗干擾能力,增強了產品的安全可靠性;具有高效、廉價的高級語言開發環境,便于功能的擴展與變更,極大地縮短了開發周期。內部有16 KB的FLASH存儲器,1 KB的SRAM,可方便地反復擦寫、修改程序,由于外部不用擴展程序存儲器,可以簡化電路設計,并且包含PWM信號輸出,非常適合本系統的開發。由于利用了芯片的在系統編程(IS P)功能,因此不需要移動芯片。在軟件設計時設計成:一旦代碼文件被重新編過,即自動下載到芯片,并自動復位運行,是真正的“所編即所得”。

  整個系統包括:單片機供電電源模塊,數碼管顯示模塊,正反向控制模塊,按鍵模塊,控制信號轉化模塊,檢測板模塊。其工作原理如圖1所示。

系統電路圖主要組成部分

圖1 系統電路圖主要組成部分

  系統采用光電傳感器來對底片間隔的信號進行采集,光電傳感器是以光電效應為基礎,將光信號轉換為電信號的傳感器。當傳感器檢測到滿足條件的被測底片間隔的信號時,立即停止產生PWM波,讓底片停在滿足條件的位置,接著可以對滿足條件的底片進行處理,AVR單片機可以產生PWM波,經過功率組件LMD18200實現對電機的全數字化驅動,能量利用率接近100 %。為了實現對直流電機精確的控制,必須實時采集底片的位置和電機的速度。對直流電機進行的控制是通過單片機對光電器件輸出脈沖的計數,準確獲知位置信息而實現的。

  2 系統各模塊的設計

  2.1 電機驅動電路

  本系統中電機采用PWM方式調速,驅動器采用專業H橋組件LMD18200。LMD18200是美國國家半導體公司(NS)生產的用于電機驅動的功率集成芯片,內部集成4個DMOS管構成一個H橋,具備完善的邏輯控制電路和芯片保護電路;工作電壓高達55 V;峰值輸出電流高達6 A,連續輸出電流達3 A;輸入TTL/CMOS電平兼容。電機驅動電路原理如圖1所示。

  小型機電一體化產品要求直流電機的驅動器既有較小的體積,又能提供較大的電流、電壓輸出。采用達林頓三級管搭制H橋實現PWM脈寬調制控制,由于分立器件各個元件的特性并不相同,調速性能不太好,而且電路不能達到很高的穩定性。相比而言,采用美國國家半導體公司推出的專用于運動控制的橋組件LMD18200T具有很大的優勢。

  LMD18200原理框圖如圖2所示。

LMD18200原理框圖

圖2 LMD18200原理框圖

  圖2中,4個DMOS管構成的H橋及其控制邏輯電路均包含在1個11腳的T-220封裝中,LMD18200工作原理:內部集成了4個DMOS管,組成一個標準的H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓,充電泵電路有一個300 kHz左右的工作頻率。可在引腳1,11外接電容形成第二個充電泵電路,外接電容越大,向開關管柵極輸入的電容充電速度越快,電壓上升的時間越短,工作頻率可以更高。引腳2,10接直流電機電樞,正轉時電流的方向應該從引腳2到引腳10;反轉時電流的方向應該從引腳10到引腳2。電流檢測輸出引腳8可以接一個對地電阻,通過電阻來輸出過流情況。內部保護電路設置的過電流閾值為10 A,當超過該值時會自動封鎖輸出,并周期性地自動恢復輸出。如果過電流持續時間較長,過熱保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出,當結溫達到145℃時引腳9有輸出信號。

  2.2 光電檢測電路

  紅外線光電開關(光電傳感器)是光電接近開關的簡稱,它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射,由同步回路選通而檢測物體的有無,其物體不限于金屬,對所有能反射光線的物體均可檢測。產品廣泛用于電力儀表、電子儀器儀表、計數器、轉速測量、位置測量、傳真機、碎紙機等各種工業和民用場合。

  本測試系統采用EVERCOLORS的ITR-8307反射式光電開關。ITR-8307光電開關是一種集發射器和接收器于一體的傳感器,當有被檢測物體經過時,將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器,于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時,反射式的光電開關是首選的檢測開關。

  本設計中采用額定電壓為24 V的直流電壓作為光電開關的工作電壓。由所選光電開關的原理可知,光電開關輸出脈沖信號的低電平為0 V,高電平為24 V,高電平采用2個電阻進行分壓。再由兩個三極管輸入到單片機引腳,三極管設計電路如圖1所示,完成低電平0 V,高電平5 V的轉換。

  2.3 人機接口電路

  人機接口電路包括鍵盤和4位LED數碼管顯示,鍵盤模塊采用的是3×4行列矩陣式非編碼鍵盤,鍵盤用來對參數進行設定和功能的選擇,包括刪除、數據傳輸、查詢等功能;顯示器模塊主要是由4位LED數碼管和74LS595芯片組成;其電路圖如圖3所示,74LS595具有三態和鎖存功能,腳14 SER為串行輸入端,腳11SRCLK為移位寄存器時鐘輸入,腳12為鎖存寄存器時鐘輸入,它連接微處理器與4位數字的7段數字LED顯示,數碼管用來實時顯示被測底片張數,速度,存儲的地址及張數等數據。

人機接口電路

圖3 人機接口電路

  3 控制系統軟件的總體設計

  系統軟件總體流程圖如圖4所示,在軟件設計時,主要實現張數計數、片尾傳感器信號處理停轉、設置、所需張數定位、存儲底片張數等功能。

 系統軟件總體流程圖

圖4 系統軟件總體流程圖

  4 結語

  采用Atmel公司的AVR系列單片機中的Atmega 16L為核心,結合紅外線光電開關,實現了底片張數的統計以及對不同位置的底片進行自動定位,系統能方便地找到所想要的底片,從而對底片進行放大等處理。該底片自動查找系統就是為了實現這些功能而設計的一種全自動間隔檢索設備。本設計主要是為了解決底片查找時,針對人工方式所產生效率低的問題而設計的一種實用系統,從而極大地提高了生產效益。

  本文的創新點是利用紅外線反射式傳感器實現了底片自動定位的功能;系統能實現底片張數的自動統計、目標底片保存和自動查找的功能;具有性能穩定、性價比高、電路簡潔、自動化程度高的特點。

文章錄入:ronalho    責任編輯:elvis 
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