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1、点胶机控制系统设计随着生活水平的提高，产品包装的外观越来越受到人们的重视。纸盒包装因其成本低廉、外观靓丽一直在商品外包装方面占有很大的市场份额。人工点胶因其劳动量大、工作效率低、劳动成本高等问题，被机械化自动点胶逐步取代是一个趋势。本文通过调研点胶机厂家生产实际，国内外研究现状及相关文献，确定了以直线三坐标式机器人为机械本体，单片机为控制系统核心的通用型自动点胶机。本文通过运用机电一体化、机器人技术、机械设计等理论知识，对硬件结构进行选型，为控制系统软件设计提供了基础。点胶机控制系统软件设计方面，本文针对圆形或带有圆角的方形包装盒的点胶问题，在查阅大量相关文献并搜集多方面资料的情况下，设计了基
2、于逐点比较法的插补方法，实现了基于单片机控制器的直线插补和圆弧插补，从而准确点胶出圆形轨迹和带有倒圆角的方形轨迹。并在此基础上搭配了工业相机，运用Harris角点检测算法进行图像处理，有效的解决了纸盒包装在传输带运行过程中出现的位置误差以及在线无夹具点胶，使流水线无人点胶作业成为可能。最后搭建了点胶机实验平台，通过点胶轨迹模拟验证了本文所提出插补算法和图像处理算法的可行性，其点胶精度和运行速度达到了本文设计的基本要求，并取得了比较满意的结果。所设计装置能够代替人工操作，提高工作效率，具备应用于工业生产中的潜力。关键词点胶机器人；单片机；插补原理；图像处理DesignOfDispenserCon
3、trolSystemAbstractWiththeimprovementoflivingstandards,productpackaginglookmoreandmorepeoplesattention.Cartonpackagingbecauseofitslowcost,beautifulappearancehasalargemarketshareintermsofproductpackaging.Artificialdispensingitslaborintensive,lowefficiency,highcostoflabor,aregraduallyreplacingthemechan
4、izedautomateddispensingisatrend.Inthispaper,theactualproductionthroughresearchdispensermanufacturers,currentresearchandliterature,inordertodeterminethelinearcoordinaterobotmechanicalbodymicrocontrollertocontrolthecoreofthesystemofuniversalautomaticdispenser.Byusingthetheoryofknowledgemechatronics,ro
5、botics,mechanicaldesign,hardwarearchitectureselection,thecontrolsystemsoftwareprovidesthefoundationdesign.Underthedispensercontrolsystemsoftwaredesign,thispapercircularordispensingproblemssquarewithroundedcornersofthebox,checkingalargenumberofrelevantliteratureandcollectawiderangeofinformation,thede
6、signbasedoninterpolationpointbypointcomparisonfillmethodtoachievelinearandcircularinterpolationbasedonsingle-chipcontrollertoaccuratelydispenseacircletrackandsquarewithroundedtracks.Andonthisbasis,withtheindustrialcamerausingHarriscornerdetectionalgorithmforimageprocessing,aneffectivesolutiontotheca
7、rtonconveyorbeltoccurduringoperationofthepositionerrorandnofixtureDispensingline,sonoonedispensinglinejobpossible.Finallydispenserbuiltexperimentplatform,trackbydispensingsimulationverifythefeasibilityoftheinterpolationalgorithmandimageprocessingalgorithmspresentedinthispaper,thedispensingaccuracyan
8、dspeedtoachievethebasicrequirementsofthisdesign,andachievedsatisfactorytheresultof.Thedesignofthedevicecanreplacemanualoperations,improveworkefficiency,hasthepotentialtobeappliedinindustrialproduction.KeywordsDispensingrobot,singlechipmicrocomputer,interpolationalgorithm,imageprocessing摘要IAbstzijdz*
9、II第1章雌11.1 课题背景11.2 课题研究的目的和意义11. 3点胶机器人发展现状及分类21.3 .1点胶机器人国内外发展现状21.3.2点胶机器人的分类31.4 课题研究的主要内容41. 5本章小结5第2章点胶机控制硬件设计62. 1点胶机系统的基本要求62. 2结构部件的选择62.2.1传动方式的选择62.2.2驱动方式的选择72.2.3导向支承部件的选择82.2.4传感器选型92.3控制电路核心器件选型102.3.1主控芯片模块102.3.2存储模块EEPROM122.3.3键盘模块及显示模块132*4*14第3章点胶机控制系统软件设计163.1控制系统软件整体方案设计163.2各
10、模块软件设计183.2.1单片机芯片控制软件设计183.2.2键盘控制软件设计213.2.3显示模块软件设计213.2.C通信及EEPROM软件设计23253.3自动点胶插补算法3.3.1直线插补253.3.2圆弧插补303.4图像处理及参数提取351 .4.1图像处理流程方案设计353 .4.2图像处理算法设计363. 5本章小结39第4章点胶机实验平台功能测试404. 1点胶机实验平台搭建404.2点胶机实验平台测试434.3本章小结44结论45致谢46参考文献47附录49第1章绪论随着中国制造2025的提出，中国开始迈进制造业强国的步伐，而强大的制造业背后的技术支撑就是工业机器人。它集成
11、了机械、计算机、电子、传感器、控制、人工智能等多学科结合为一体的现代化智能装备。由于具有可编程、通用性、可控性等多种特点，而广泛应用于各个行业领域，主要包括汽车、交通、医药、工程机械、电器、军工等。在不同的个行业里扮演的角色也各不同，比如点胶、弧焊、搬运、抛光、检测、切割等12。由此可见，在制造业的发展中，工业机器人起到了不可估量的作用。2课题研究的目的和意义随着生活水平的提高，产品包装的外观越来越受到人们的重视。纸盒包装因其成本低廉、外观靓丽一直在商品外包装方面占有很大的市场份额。在纸盒包装制作的过程中要将纸盒侧壁与底面粘贴起来，但纸盒包装的形状变化多，切尺寸较大，如图1-1所示，这就给点胶
12、工作带来了很大的苦难。（a）正六方形（b）方形（c）圆形图IT纸盒包装目前主要用的点胶方式有人工点胶和自动点胶两种：手动点胶（图广2）是由操作者手拿点胶装备对电子产品及包装盒进行点胶，该方法使用简单，成本低，但是点胶不均匀、效率低下且浪费胶水，后期还需要人工清理，从而增加了劳动成本；全自动点胶机（图1-3）,自动点胶是利用自动点胶机设备，自动控制胶水的注滴量按预定的轨迹进行点胶。优点是点胶均匀，提高了点胶效率，目前市场产品很多，但尺寸均较小。图1-2手动点胶机图1-3全自动点胶机可以看出人工方式在连续成行点胶时难以保证其精度，效率非常低，一般只用于逐个点的点胶，而且劳动力较大。点胶剂大多对人体
13、身体健康有害。而全自动点胶机虽然解决人工点胶的缺点，但是一般用于电路板或一些小饰件的点胶，尺寸较小，且不易控制运行轨迹。本毕业设计的点胶机控制系统，基于龙门式直角坐标机械本体，可以用控制器完成圆形、多边形等各种形状的点胶，且可以适应倒角，空走等要求。系统具有尺寸大，适应性强，成本合理，以流水线方式运行等优点，大大提高了纸盒包装的生产效率和质量，降低企业用工成本。1.3点胶机器人发展现状及分类1. 3.1点胶机器人国内外发展现状点胶机器人主要起源于美国和欧洲，近年来随着日本电子行业的快速发展，对点胶机的需求量也越来越大，因此也促进日本点胶机厂家快速起步发展。在这个过程中，点胶机器人也由最初的简单
14、机械式点胶机发展到现在的点胶工作站，其在对产品点胶的质量、经济效益及生产的管理方面都有了显著的提高。早在1978年，SeaantEquipmentandEngineerin公司搭建出一种用于点胶的简单机械机构3。紧接着瑞士的ABB公司、日本FANUC、日本株式会社安川电机公司等，都推出了他们的点胶机器人产品，虽然起步较晚，但是他们的发展速度让人惊叹不己，短短的几年内就已经成为了机器人大国。现在下一步发展方向是往低成本、高速化、小型和轻量化发展。虽然技术已经相当成熟，但设备价格昂贵、技术路线封锁。目前国内点胶机发展水平相对于国外差别很大，国内主要对点胶机器人研究的机构有：哈尔滨工业大学机器人研究
15、所、中国科学院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、苏州卓亚德机器人科技有限公司、常州铭赛机器人科技股份有限公司等，这些公司有的自主研发了较为简单的点胶机控制系统。中国的工业经济快速发展，也吸引着大批台湾企业、日本企业、美国企业等企业在中国建立分公司。也加快了国内公司对点胶机技术的快速研发，提高国内的竞争力。1.3. 2点胶机器人的分类点胶机器人按其结构可分为以下三种5:1 .直角坐标式点胶机器如图1-4所示，这种点胶机器人只有三个移动关节，而且每个关节轴线都相互垂直。这种形式的主要特点是结构刚度高、结构简单易搭建；控制简单，点胶空间只需要转化成笛卡尔坐标系的X轴、y轴和Z轴，定
16、位精度高。缺点是占地面积大，操作灵活性差。图直角坐标式点胶机2. SCARA点胶机器人如图1-6所示，SCARA点胶机器人具有三个旋转关节和一个移动关节，其中移动关节在垂直平面进行上下运动，而旋转关节都绕竖直的轴线进行旋转，因此只能在平面内进行定向和定位。优点是结构轻便、响应快，缺点是灵活性差。图1-6SCARA点胶机器人3. 关节式点胶机器人如图1-7所示，关节式点胶机器人的形状有点类似人类的手臂，具有六个自由度，能以任意一个方向运动。优点是占操作较灵活、地面积小，缺点是很难获得高精度运动。图1-7关节式点胶机器人1.4课题研究的主要内容开发出一台能够进行轨迹点胶控制系统的点胶机器人，代替人
17、工操作。该控制系统由硬件和软件组成。具体工作方式是由电机带动传送带把需要进行点胶的电子产品送到点胶机器人下方，点胶机器人具有三个自由度，只要提前输入所需路径，点胶机器人就能自动进行定位并开始对产品进行点胶，而且还搭配了工业相机和上位机，运用图像处理有效地解决了纸盒包装或者电子产品在传输带运送过程中出现的位置误差以及未知的形状尺寸，能够准确点胶。点胶机器人应具有全自动运行、适应性强、运行平稳、成本低等优点。具体的研究内容包括：1 .首先要调研大量的国内外研究状况以及相关的参考文献，对目前研究状况进行总结，最终确定本课题研究内容为基于直线三坐标式点胶机控制系统。2 .设计合理的机械装置，如传送装置
18、、驱动方式等，完成产品的运输和点胶。还要设计控制和驱动电路，利用stc89c52单片机为控制核心器件，控制步进电机，来完成和驱动相应动作。3 .研究控制胶枪移动的插补算法，实现直线插补轨迹和圆弧插补轨迹，并将算法转化为c语言程序。并利用工业相机和上位机，设计图像处理算法去解决纸盒包装或者电子产品在传输带运送过程中出现的位置误差以及未知的形状尺寸，能够准确点胶。4 .搭建点胶实验平台，验证本文提出的插补算法和图像处理算法。1.5本章小结本章主要对课题研究进行了国内外研究及相关文献的分析，阐述了研究本课题的目的及意义，并且对相关的点胶机器人进行分类及总结。最终确定本课题是设计并开发基于直线三坐标式
19、点胶机控制系统。第2章点胶机控制硬件设计2.1点胶机系统的基本要求设计点胶控制系统的首要任务是设计基于机械本体所要完成的动作，因此要先确定点胶机器人的结构。本课题针对纸盒包装的生产工序确定龙门式直角坐标机器人结构，再根据完成任务要求所给出各轴的工件负载、运动行程、速度、加速度，动作周期来选直线运动单元的型号，支承部件、所配驱动电机、传送带等。如下图2-1是点胶机器人结构简体图。图2T点胶机器人结构简体图根据包装盒尺寸要求确定X轴和Y轴的最大行程为500三,最大载荷为IOkg,运行速度为100nlms,而Z轴的行程为20Onlnl,Z轴最大的载荷为1kg,运行速度为50mms,定位精度为0.2m
20、m。胶枪装置固定在Z轴上，随着Z轴电机的转动做垂直上下运动。包装盒放在传送带且随着传送带运行到点胶平面范围中，触发外信号从而控制三轴的电机做出相应的动作，将会按照之前输入的尺寸自动对其进行点胶模拟。2.2结构部件的选择2.2.1传动方式的选择传动装置是将动力源所提供的动力和功率传递到执行机构的装置6.7。常用的传动方式主要有丝杠传动、齿轮齿条传动、带传动和链条传动，其传动方式的特点如表2-1所示8。表27传动机构特性传动形式链条传动带传动齿轮齿条传动丝杠传动优点平均传动比较准确、恒定、环境适应能力较强结构简单、传动平稳、能缓冲，成本低效率较高、传动比稳定、寿命长传动效率高、传动平稳、可靠性高缺
21、点瞬时速度不均匀、需增设张紧和减振装置外廓尺寸大、轴和轴承受力大、传动比不恒定等制造精度高、不适宜远距离轴之间传动成本高、长距离传送丝杠易变形效率n滚子链0950.97齿形链0.970.9平型带O.940.98V带O.900.94齿形带0.960.98直齿0.950.98斜齿0.960.99锥齿0.950.98丝杠0.260.46滚珠丝杠0.920.96应用平均传动比较准确、恒定、环境适应能力较强金属切削机床、锻压机械、输送机、纺织机械等汽车、起重运输机械、冶金矿山机械等金属切削机床、雕刻机等本文所设计的点胶机控制系统是基于直线三坐标式点胶机构而运行,根据点胶机功能要求和运行性能指标，最终确定
22、选用丝杠传动。根据点胶机所完成的任务，本文X轴和Y轴选用了型号为1605滚珠丝杠螺母机构，该丝杠直径为16mm,导程为5mm,如图2-2(a)所示。Z轴选用了T型滑动丝杠螺母机构，该丝杠直径为8mm,导程为2n三,如图2-2(b)所示。经过实验验证满足了点胶机的性能指标要求。(a)滚珠丝杠螺母机构(b)滑动丝杠螺母机构图2-2丝杠传动副2.2班动方式的驱动源是点胶系统中最重要的部分，为点胶机提供了动力，使传动系统进行传动，进而驱动点胶装置运动。为了保证点胶机运动的平稳性、安全性以及合理的结构方式等，对驱动源提出了更高的要求。通过对点胶机所执行的任务进行分析，本文才能确定最佳的驱动方式。机器人最
23、常见的驱动方式有液压式、电动式和气动式9。由于本文所设计的点胶控制系统是基于直线三坐标式机械本体结构，需要点胶的轨迹是不同的包装盒形状尺寸，意味着设计的程序也相当复杂。因此根据可控性、安全性、可靠性以及成本等多种因素，最终确定为电机驱动的步进伺服电机，主要的驱动方式特点如表2-2所示10。表2-2驱动方式特性驱动方式特点输出力控制性能维修使用结构体积适用范围制造成本液压驱动压力高、输出力大控制性能比气压驱动好维修方便油液泄露易着火同等情况下，体积比气压小中、小型及重型机器人零件成本高，油路复杂气压驱动压力低、输出力小有冲击，不易精确定位维修简单适应性强体积较大中、小型机器人结果简单，成本电机驱
24、动异步直流电动机输出力较大较差维修使用方便体积较大速度低大型机器人成本低步进伺服电动机输出力较大较好，控制复杂维修使用复杂体积小运动更杂的机器人成本较高根据X、Y和Z轴的负载及运行功率，X轴和Y轴选用了日本SERVO厂家KH56KM型号的57步进电机，Z轴选用了欧邦电器公司57BYGH003型号的步进电机。57步进电机型号如图2-3所示。图2-357步进电机2.2.3导向支承部件的选择导向支承部件除了起到承载作用，还能够按指定的运动规律和规定的运动方向作直线或回转方向6。该支承部件主要有承导件和运动件两大部槽型滚轮和滑块组成，如图而且对温度变化不敏感和承缺点是结构工艺性较差、成本较高。图2-4
25、滚动轴承导轨分组成，因此通常也称为导轨副，简称导轨。本文设计要求点胶机运行平稳、安全性高、结构合理和运动为直线运动，因此最终确定导轨类型为滚动轴承导轨。滚动轴承导轨是由欧标铝型材、光轴、U2-4所示。该导轨不但符合了本文设计要求,载能力较大,2. 2.4传感器选型传感器是一种能够将检测到的各种物理信号转换成电信号的器件。根据传感器的输出信号可分为数字型、模拟型和开关型，其中开关型也叫作二值型又可分为接触型和非接触型，开关型工作原理如图2-5所示。根据点胶控制系统要求最终确定NPN常开型接近开关传感器，如图2-6所示。该传感器特点如下：1 .接近开关传感器供电为5V。2 .待机功耗及工作时功耗均
26、小于8ToMA。3 .响频快，有高强的输出换算能力，且误差率极低。4 .寿命长，体积小，安装方便。5 .输出为电平信号，接近开关信号线能直接接单片机的I/O口或者晶体管及TTL.MOS等逻辑电路接口。图2-6NPN常开型接近开关该接近开关传感器共有3条引线，分别是供电线的棕色线和兰色线。及信号输出线的黑色线。接近开关的引线定义，棕色线是接电源的正极，其电压为5V,兰色线是接电源的负极，黑色线为信号输出线，此线可直接接单片机的I/O口。接近开关在待机时，信号线输出为高电平也就是数字1,此时单片机的I/O为数字1。接近开关在检测到金属时输出为低电平也就是数字0。能过高低电平的转换信号变化使单片机完
27、成相应动作，其接线图如2-7所示。三3图2-7接近开关接线图2.3控制电路核心器件选型本文点胶机控制任务是需要操作人员对主控芯片输入工作坐标，进而控制各轴电机的运行。在运行过程中不但要读取操作人员输入的坐标，还要把各个坐标位置都寄存在存储器中。除此之外还需要有中断功能、定时器产生波特率、掉电后中断可唤醒功能等。因此根据以上的要求和成本最终确定选择STC89C52RCRD+系列单片机作为主控芯片。STC89C52是一种自带RAM和FIaSh内存的可编程可榛除只读存储器的低电压、高性能的微处理器，俗称单片机12,如图2-8所示。图2-8STC89C52芯片单片机在工作中要不断的扫描内部程序并执行，
28、在执行任务时都是需要时钟电路进行驱动才能完成任务。如果没有时钟电路，就无法启动单片机去执行任务。它是单片机的心脏。本文采用的时钟电路如图2-9所示。单片机在工作过程中由于容易受到外界的干扰而造成内部寄存器中的数据产生混乱，从而不能进行正常工作这也是所谓的死机现象，因此需要复位功能使程序重新开始运行，复位又可分为软件复位和硬件复位，根据本文设计的任务以及工作场合，确定选用硬件复位，其设计的按键电平复位如图2-10所示。该单片机芯片外部接上时钟电路、复位电路和电源就构成了一个基本应用系统，即单片机最小系统。如图2-11所示。图2-10按键复位电路FOOADO M I ADl PC-2AD2 POJ
29、ADI PC4AD4 PC 5 AW PO 6 AM P0 7AD，TIPlO T2XP1 1图2T1单片机最小系统RST po TXDP9 1 S?T0P3： RfTP3, TCPJ 4 TI PS 5 Sxfs S5p5 XTAU XTALlALKPOO 而 T230K * ADlS P2 6 ADM W 5 ADB PZAD P： 5 ADH P2AD10PllAM P：OADS2.3.2 存储模块EEPROM在单片机工作中，会把工作人员输入的坐标记录到某个变量中，这些变量数据存在RAM中，在掉电后RAM中的数据是无法保留的。这忖再次上电这个变量就会自动清零，就不能执行原来的任务。需要重
30、新回零点再次输入坐标点。这样工作效率大大降低，而且原来点胶的包装盒也会浪费掉。因此需要设计出单片机掉电后数据不会丢失的硬件电路，从而上电后继续执行原来的任务。这种实现方式就是通过写入EEPROM的方式来实现。EEPROM即EleCtriCallyErasableProgranrnab1eReadOnlyMemory它是一种通过高电压来进行反复擦写的存储器。具有掉电数据不丢失的特点。比如常用的24C系列，93C系列的器件，这种器件与单片机之间需要采用12C通信协议才能进行通讯3。根据本文控制系统要求性能，选择了AT24C02芯片，如图2-12所示。图2T2AT24C02芯片2.3.3 三盘模块及
31、显示模块在对点胶机器人进行操作时，需要通过外部矩阵键盘来操作点胶机的任务，比如任务的启动、停止、运动轨迹选择等功能。当然也需要提供实时显示运动状态、坐标位置、所设参数等，所以点胶机控制系统需要键盘模块和显示模块。键盘功能除了要实现09数字输入功能还要实现点胶任务中的直线插补功能、圆弧插补功能、快速点定位功能、倒圆角功能等。其键盘硬件连接图如2-13所示。图2-13矩阵键盘连接图在点胶控制系统运行中，要时刻知道系统的运行状态以及参数的变化，以便于参数的修改和工作任务的选择，这就要求控制系统必须有显示模块。根据本文设计的控制系统任务要求选择了LCDl602显示器，它能够同时显示16列2行即32个字
32、符，满足了本文设计的使用性能。其模块如图2T4所示。图2-14LCD1602模块一般来说LCDI602有16条引脚，每个引脚的定义也不同。在控制该模块时，需要对模块引脚的定义进行详细了解，以方便于单片机控制该模块实时显示控制系统的状态及参数。其引脚定义如表2-3所示。表2-3LC)1602引脚定义引脚号符号引脚说明引脚号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据端口2VDD电源正极10D3数据端口3VO偏压信号11D4数据端口4RS命令/数据12D5数据端口5RW读/写13D6数据端口6E使能14D7数据端口7DO数据端口15A背光正极8Dl数据端口16K背光负极LCDI602的基本操作时序可分为以
33、下四种：1,读状态输入：RS=O,RW=I,E=高脉冲。输出：DOD7为状态字。2 .读数据输入：RS=I,RW=I,E=高脉冲。输出：DOD7为数据。3 .写指令输入：RS=O,RW=O,E=高脉冲。输出：无。4 .写数据输入：RS=I,RW=O,E=高脉冲。输出：无。2.4本章小结点胶机控制系统硬件在整个点胶控制系统中占有重要作用，为点胶机控制系统运行提供了硬件基础，也是验证本文所设计控制系统的可行性和稳定性。本章主要对点胶机的传动方式、驱动方式、导向支承部件、传感器、主控芯片模块、存储模块、键盘模块、显示模块等进行选型，为下一章控制系统软件设计提供了基础。第3章点胶机控制系统软件设计3.
34、1控制系统软件整体方案设计控制器是点胶机的核心，主要是来控制点胶机三个直线轴之间的相互协调运动。主要有快速点定位控制、两轴之间的插补运动以及三轴之间的联合运动等，所以对本文所设计的控制器提出了更高的要求。此外，本文还需要对该控制器输入点胶轨迹的数据，因此要求点胶机控制器具有良好的数据存储能力和运算能力。该系统的输入和输出也是很要重要的一部分，特别是对传感器检测信号的输入及步进电机的输出，这就要求该控制系统满足快速性以及良好抵抗外界的干扰能力。为了满足这些要求，除了提高硬件的稳定性，还要有更好的控制算法。上一章主要对硬件进行详细的分析及选型，也是为本章对控制软件设计提供了基础。本文设计的点胶任务
35、是操作者通过矩阵键盘输入需要进行点胶模拟的物品的尺寸，输入的数据可以通过LCD1602显示屏显示，按下点胶键，点胶模拟装置即可自动进行点胶轨迹模拟。其控制系统如图3-1所示。单片机ILED显示键盘输入传感谣接口键盘显示接Il接近开关图3-1点胶机控制系统当开机时，三坐标机械手将会对模拟点胶针当前所在位置进行检查，若没有处于零点位置就会自动回零，回归到零点位置后，由操作人员通过矩阵键盘对单片机输入尺寸，传送带就会将产品或包装盒精确的传送至模拟点胶针下，之后操作人员再次输入需要点胶模拟的产品或包装盒的尺寸，按下点胶键，单片机即可驱动步进电机进行转动，进而带动滚珠丝杠进行传动，实现对产品或包装盒的点
36、胶轨迹模拟，当模拟完成后，传送带会将点胶模拟完成的产品或包装盒送至下一加工地点并将下一件需要包装的产品或者包装盒传送至模拟针头下，三坐标机械手将会按照之前输入的尺寸自动对其进行点胶模拟，其点胶模拟工作流程图3-2所示。图3-2点胶模拟流程点胶机控制系统在获得点胶轨迹的数据之后，就需要控制点胶机的各轴按照点胶轨迹进行点胶即可。自动点胶机对控制系统要求主要包括以下内容：1 .整个点胶控制系统应该实现自动点胶机的各轴运动控制。主要包括各个轴之间的插补运动及运动参数的显示，点胶模块的启动、停止等。2 .整个控制系统应该包括相应的传感器，当开机时点胶机能够自动进行回零动作，提高位置的精确性。3 .整个控
37、制系统应能够实现手动和自动控制，通过人机界面的运动状态操作矩阵键盘来实现手动和自动控制的切换。3.2各模块软件设计3.2.1 单片机芯片控制软件设计本课题控制系统是采用STC89C52RC单片机作为主控芯片，根据点胶机控制任务，要对单片机I/O进行分配，从而完成不同的任务，其I/O分配如表3-1所示。表3-1单片机I/O引脚定义I/O定义I/O定义I/O定义P00LCDo数据端口PlAOX轴电机控制转动P30第一行矩阵键盘POlLCDl数据端口P1X轴电机转动方向P31第二行矩阵键盘P(2LCD2数据端口Pl2Y轴电机控制转动P3-2第三行矩阵键盘P03LCD3数据端口P3Y轴电机转动方向P3
38、3第四行矩阵键盘PONLCD4数据端口P4Z轴电机控制转动P34第一列矩阵键盘P0A5LCD5数据端口P5Z轴电机转动方向P35第二列矩阵键盘P(6LCD6数据端口P6传送带电机传动P36第三列矩阵键盘P07LCD7数据端口I517传送带电机传动方向P37第四列矩阵键盘P2PLCD使能端口P22LCD命令数据端口P2NY轴传感器P21LCD读写端口P2-3X轴传感器P2A5工业相机触发单片机定义完各个引脚之后，还要定义各种标识符、数据类型和数组，声明需要调用的函数等。然后单片机开始运行时进入到主函数，首先要初始化定时器、LCD1602液晶显示屏和电机引脚，读取寄存器的数据并转换成相应的字符显示
39、在LCD1602上。然后调用按键驱动函数并启动定时器Tl,执行按键扫描，本文设计的按键功能有09数字输入、更换输入键、快速点定位、走方形轨迹、走圆形轨迹、走方形带有圆角的轨迹及回零操作等。通过矩阵键盘首先输入X、Y、Z和R值，然后选择需要点胶的轨迹模式，进而启动定时器TO,产生周期为150微秒的脉冲驱动电机转动。其工作流程图如3-2所示。现在本文对单片机主函数程序所完成的任务进行详细介绍，首先要配置两个定时器，定时器TICOnfigTimerI(UnSignedintInS)函数是用来按键扫描的。定时器TOeOnfigTiIner(Ounsignedint)函数是用来产生驱动电机的脉冲，而且定
40、时器Tl时间周期是1毫秒，而定时器TO时间周期是150微秒。然后还要定义一些重要的函数，如InitLCdI602液晶初始化函数、externvoidKeySCan按键扫描函数、externvoidKeyDriVe按键驱动函数、externbitT2CWrite(unsignedchardat)I2C总线写操作函数等。定义函数完之后立即启动定时器Tl,每隔1亳秒就要刷新一次，检测是否有按键输入，因此Tl中断服务函数函数里必须调用按键函数，以保证每次产生中断都要扫描是否有按键输入。其程序如下：voidInterruptTimerlOinterrupt3图3-2单片机工作流程THI=TORH;TL1
41、=TORL;KeyScan();)当检测到有按键输入的时候，根据按键的定义来实现指定的功能，比如09数字输入、更换输入键、快速点定位、走方形轨迹、走圆形轨迹、走方形带有圆角的轨迹及回零等。单片机固件程序通常是单线程无线循环结构，这样的程序循环很难完成多任务要求，而要想用一个单片机控制多个步进电机，就需要同时输出多路脉冲信号。本文采用了一种通过定时器生成多路步进电机脉冲信号的算法。假设本文要实现走方形轨迹路线，这时需要确认模式1按键，便启动定时器TO,每隔150微妙产生中断，每次中断产出一个脉冲14。其程序如下：voidInterruptTimei(X)interrupt1THO=OxOFF;T
42、L0=0x76;if(Xflag=O)Xt+;Xzhuan=-XzhuanelseXzhuan=I;if(Yflag=O)yt+;YZhUan=Yzhuan;elseYzhuan=I;if(Zflag=O)Zt+;ZZhUan二ZZhUan;elseZzhuan=I;)本文选用的步进电机步距角为L8。，而滚珠丝杠导程是5mm,即步进电机转一圈，滚珠丝杠传动距离为5皿1。如果驱动器不采用细分，则定时器要产生200个脉冲。若是采用8细分，则就需要产生1600个脉冲步进电机转一圈，本文设计的X轴、Y轴和Z轴的驱动器为16细分。由于单片机的控制性能要求，本文设计的插补精度为InIm,即滚珠丝杠传动Im
43、m需要产生640个脉冲，而T型丝杠传动Inlm则需要产生3200个脉冲。在执行轨迹点胶完之后，LCD1602自动显示该点胶针管所处的位置坐标。本文设定X轴的行程和Y轴的行程形成一个平面坐标系，即500X500二维坐标系，精度为Inmu3.2.灌幡制软件设计矩阵键盘检测方法和独立键盘检测方法是类似的，主要是判断该键盘是否被按键，如果被掘下其对应的单片机I/O检测到的是低电平，反之则是高电平。根据本文设计的任务，选择了4行4列的矩阵键盘。其检测方法是先把某一行设为低电平，其他行都是高电平，然后依次扫描每列键盘电平的高低，当设为低电平的那行其中一个键被按下时，就会检测到某列的I/O为低电平，这时确定
44、了行数和列数就确定了其中的按键。举个例子，根据本文矩阵键盘连接图可知，P3C(P3”代表矩阵键盘4行，P3MP3A7代表矩阵键盘4列。假设第3行为低电平，其余行为高电平，当按下第3行第1个键时，单片机I/O的P3MP3检测到的值为0111,实现数字7功能；若按下第2个键时，单片机检测的值为1011,实现数字8功能；若按下第3个键时，单片机检测的值为1101,实现数字9功能；若按下第4个键时，单片机检测的值为1110,实现执行方形轨迹功能。同样道理，设第1行为低电平，其余行为高电平，然后依次检测每列电平高低，从而实现相应的功能。由于需要循环扫描键盘，因此设定了定时器11以检测哪个按键按下。只要有
45、一个按键按下，则立马跳出循环扫描函数，实现相应的功能。一般情况下是没有同时按下两个键，如果存在同时按下两个键，则读取数值也有先后顺序，读到的数值是首先按下的第一个键。在设计矩阵键盘程序时，首先要定义4行4列数组即按键编号到标准键盘键码的映射表。实现其相应的功能，其程序如下：unsignedcharcodeKeyjianpan44=0,1,2,3,数字键0、数字键1、数字键2、数字键34,5,6,0x26,数字键4、数字键5、数字键6、执行键7,8,9,0x28,数字键7、数字键8、数字键9、执行方形轨迹0x25,OxlB,OxOD,0x27执行点定位键、回零键、执行倒圆角方形轨迹键、执行圆形轨迹键；3.2.3显示模触:件设计在点胶机执行任务中，要求时刻观察该控制系统的运行状态以及参数的变化，以便于参数的修改和工作任务的选择。本文所选择的LCD1602模块是一种慢显示器件，因此当液晶显示模块显示内容时，首先要检测忙标志位的状态，如果处于低电平状态则表示不忙，若处于高电平状态则不能执行指令。然后再输入需要显示指定内容的地址，图3-3是LCDI602显示模块的内部显示地址。1.CD16字X2行00010203Ol0506070809OAOBOCODOEO
