基于ATmega16的氣動標記控制系統(tǒng)設計

時間：2011-05-29 13:44:00

關鍵字：控制系統(tǒng)設計 ATMEGA16 ATMEGAL6 信號

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[導讀]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

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計數時，若TCNTn與OCRlx相匹配，OClx清零，并置為低電平;當TCNTn向BOTTOM計數時，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，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。傳輸的信息分為兩大類：一類是帶固定信息頭和固定信息尾的普通數據幀;另一類是無信息頭和無信息尾的脈沖數據幀信號。這樣可以大大減少在標記過程中的數據發(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據的次數，使得執(zhí)行機構運動更流暢。有信息頭和信息尾的數據幀結構為：表1所示的主任務數據幀結構和表2所示的次任務數據幀結構。表2中的參數信息的字節(jié)個數是根據次任務識別信息區(qū)分是否帶參數或帶參數的字符個數。

　　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位數據位，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.現已實現多標記頭在一臺PC機控制下的異步工作。