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      組合型家用廚房自動剁刀

      2018-05-30 01:48:16天津職業(yè)技術師范大學工程實訓中心田增印馬棟財叢歡亭李光澤
      電子世界 2018年9期
      關鍵詞:刀頭管腳低電平

      天津職業(yè)技術師范大學工程實訓中心 田增印 劉 鵬 馬棟財 叢歡亭 李光澤 李 娜

      1.機械結(jié)構(gòu)

      該設備采用stm32單片機以及機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)智能自動化多功能調(diào)控系統(tǒng)綜合控制,雙刀頭由一個直流減速電機通過可調(diào)行程雙曲柄機構(gòu)傳動達到刀頭上下移動的剁削目的,支撐刀頭懸架由光軸與絲杠配合滑動以達到刀頭左右移動的目的。

      刀頭采用金屬不銹鋼材質(zhì)配制,刀的安裝采用一鍵式鎖緊軌道固定刀頭,以實現(xiàn)刀的方便拆卸與清洗。

      食物托盤采用方形實心竹制菜板,底部與雙滑軌連接,實現(xiàn)菜板的移動與清洗。

      設備外形包裹設計采用復合民用白色塑料材質(zhì),設計精巧美觀實用。

      設備操控面板分為:肉類精切、肉類切片、蔬菜切片、蔬菜切碎、快切、慢切、抬刀??赏ㄟ^切換選項控制刀的切削力度與快慢實現(xiàn)刀自動調(diào)控。

      2.電路設計

      (1)復位電路

      復位就是程序跑到了一半,按了一下復位鍵,程序就會從頭開始重新跑。當按鍵按下時,會給NRST引腳一個低電平,STM32檢測到這個低電平,就會復位重新跑程序。

      (2)程序下載電路

      STM32下載電路設計有兩種,一種是JTAG下載,一種是SW下載。通過此電路把程序下載到STM32中。當沒有低電平輸入時,上拉電阻可保證輸入端是穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。如果沒有上拉電阻,外界的低電平干擾很容易加到輸入端上,使出現(xiàn)錯誤動作。而有的是下拉電阻,將輸入端進行下拉接地,將輸入處于低電平狀態(tài),輸入端懸空時為高阻抗,外加高電平干擾很容易加到輸入端上。

      3.BTN7971電路及H橋原理

      BTN7971是應用于大電流、半橋、高集成的驅(qū)動電動機芯片,它分別帶有一個P、N溝道的高低邊MOSFET,以及一個驅(qū)動IC。P溝道高邊開關省去了電荷泵的需求,因而減少了周邊環(huán)境對它的干擾。集成的驅(qū)動IC具有斜率調(diào)節(jié)、電流診斷、死去時間產(chǎn)生和過溫、過流及短路保護、過壓、邏輯電平輸入的功能。BTN7971可輸入電壓4.5—25V,驅(qū)動電流可達到70A.。完全可以滿足我們的需要。

      BTN7971使用簡單,不需要和分立元件搭建的H橋一樣復雜,每片BTN7971就是一個半橋,兩片BTN7971即可組成一個H全橋驅(qū)動電路。BTN7971的2管腳接輸入的脈寬調(diào)制信號,4、8管腳分別接電動機的兩級,1和7管腳之間接一個電解電容,并將1管腳接地,通過改變兩路脈寬調(diào)制信號的占空比,使得輸出兩端產(chǎn)生電壓差,電動機就會轉(zhuǎn)動。

      H橋驅(qū)動電路圖

      H橋驅(qū)動原理圖

      4.STM32CubeMX

      程序編譯器采用MDK5,該編譯器源于德國的keil公司,是目前嵌入式設計的開發(fā)工具。STM32CubeMX是用圖形配置向?qū)蒀語言初始化代碼,目的是為了減少開發(fā)人員的時間和成本。

      在安裝STM32CubeMX軟件之前應先有Java運行環(huán)境,然后進入st官網(wǎng)即可下載。下載界面如圖所示。點擊獲取軟件即可。

      下載STM32Cube軟件包,使用在線下載方式即可,離線下載方式容易出現(xiàn)版本不匹配的現(xiàn)象。在下載軟件軟件包之前,還要設置安裝的位置,運行軟件,選擇Help菜單的Updater Settings子菜單項,打開下載窗口點擊下載即可,下載之后就可運行HAL標準庫的函數(shù)。

      5.顯示模塊

      液晶顯示器(LCD)的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。各種型號的液晶通常是按照顯示字符的行數(shù)或液晶點陣的行、列數(shù)來命名的。本次使用的是12864液晶,由128列、64行組成。

      示例代碼:

      6.PID 控制電機調(diào)速

      PID的常用微分公式如下:

      其中:

      Kp ——控制器的比例系數(shù)

      Ti ——控制器的積分時間,也稱積分系數(shù)

      Td ——控制器的微分時間,也稱微分系數(shù)

      PID控制系統(tǒng)原理圖

      (1)比例部分

      比例調(diào)節(jié)作用是按照比例分析系統(tǒng)出現(xiàn)的偏差,當系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時,比例部分用來減少偏差。在模擬PID控制器中,比例環(huán)節(jié)的作用是對偏差瞬間作出反應。偏差一旦產(chǎn)生控制器立即產(chǎn)生控制作用,使控制量向減少偏差的方向變化。比例作用大,可以加快電機的調(diào)節(jié),減少誤差性,但是過大的比例會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。

      (2)積分部分

      實際的控制系統(tǒng)除了希望消除靜態(tài)誤差外,還要求加快調(diào)節(jié)過程。在偏差出現(xiàn)的瞬間,或在偏差變化的瞬間,不但要對偏差量做出立即響應,而且要根據(jù)偏差的變化趨勢預先給出適當?shù)募m正。積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會消除靜態(tài)誤差,但也會降低系統(tǒng)的響應速度,以及增加系統(tǒng)的超調(diào)量。為了實現(xiàn)這一作用,可在PI控制器的基礎上加入微分環(huán)節(jié),形成PID控制器。

      (3)微分部分

      微分調(diào)節(jié)作用是反應系統(tǒng)偏差信號的變化率,具有預見性,能預見偏差變化的趨勢,因此能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此可以改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分的引入,將有助于減小超調(diào)量,克服振蕩,使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定,特別對髙階系統(tǒng)非常有利,它加快了系統(tǒng)的跟蹤速度。但微分的作用對輸入信號的噪聲很敏感,對那些噪聲較大的系統(tǒng)一般不用微分,或在微分起作用之前先對輸入信號進行濾波。

      Pid算法流程圖

      示例代碼:

      [1]康華光,陳大欽,張林.電子技術基礎[M].高等教育出版社,2005.

      [2]李慧.機械結(jié)構(gòu)設計與工藝分析[M].機械工業(yè)出版社,2012.

      [3]隋金雪,楊莉,張巖.“飛思卡爾”杯智能汽車設計與實例教程[M].電子工業(yè)出版社,2014.

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