PDF《智能黑板擦控制系统研究》

智能黑板擦控制系统研究 李海燕,李海宝,赵汗青 (黑龙江科技学院 机械工程系,黑龙江 哈尔滨 ) 摘要: 介绍了一种创新设计的机电一体化产品― ― ―智能黑板擦, 从其整体外形, 内部结构, 总体功能的实现乃至 控制、 操作等方面都另有立异.

与当前科技的发展及人类社会问题研究现状有众多接轨之处.选用 单片机实 现控制功能, 利用步进电动机驱动, 都是一些为人所熟识的机构, 便于理解, 应用.另外, 从其功能实现角度讲, 解 决了一些目前较具针对性的问题, 如现代机械的智能化, 自动化, 环境污染的治理等, 都有一定的经济实用价值. 关键词: 智能;

黑板擦;

单片机 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ( ) 前言 随着科技的发展和社会经济的进步, 对机电一体化技术 提出了许多新要求, 本文的智能黑板擦控制系统就是一种小 型的机电一体化产品, 其 智能 的内涵, 即移动、 定位、 擦字、 吸尘的控制, 所以, 这里主要从控制方面进行设计.机电一 体化系统中的微机软件、 硬件称之为智能组成要素, 在这种 控制系统中, 根据计算机所执行的功能, 可分别采用单片机、 可编程控制器、 微型机来完成不同的处理功能.本文智能黑 板擦可以采用单片机控制. 黑板擦机构简介 智能黑板擦, 就是在一般黑板擦的基础之上, 利用当前 科技知识及理论而研究的一种现代自动设备, 其结构如图 所示: 图 机械结构图 其横向传动采用了蜗轮蜗杆形式, 纵向传动采用了齿轮 齿条形式, 擦字结构采用了偏心机构, 吸尘机构采用风扇吸 尘.整体用 单片机控制步进电动机驱动.主要特点 有: 自动吸尘、 擦字;

按钮操作, 方便快捷;

擦字、 吸尘等智能 化;

运动平稳, 定位准确, 有良好的运动特性;

机构易懂, 加工 工艺简单, 安装方便, 有很高的经济性. 系统的工作过程: 首先, 控制单片机通电, 之后操作按钮 按下, 单片机 [ ] 发出信号, 驱动步进电动机按程序控制的方 向 (所需求方向) 旋转, 按步数到达所要擦区域的左上角, 即 定位完成.定位后, 单片机控制电磁铁通电, 离合机构工作, 驱动蜗杆带动黑板擦体压在黑板面上, 步进电动机旋转, 蜗 杆带动黑板擦体纵向运动, 同时, 蜗杆驱动蜗轮, 吸尘及擦字 机构工作.按步数到达下边界后, 电机反转, 复位于定位点, 即往复擦字一次.电磁铁断电, 横向传动工作, 右移一个位 移, 再实现以上过程.依次实现上述过程, 到所要求工作的 右边界, 黑板擦复位到最开始位置.各个所选区域都有一 个子程序, 分别实现.区域的选择可从控制面板上选出.功 能模块划分及功能如表 所示: 表 功能模块及其功能 模块名称 实现功能 横向传动机构 横向移动、 定位、 擦字步进距的实现 纵向传动机构 纵向移动、 定位、 擦字过程的移动 机械本体 提供支撑, 操作平台 控制机 软件智能控制 电机驱动 提供动力源 擦字机构 提高擦字效果 吸尘机构 吸尘 黑板擦系统控制要求及控制方式的选用 ! # 系统控制要求 正反转 黑板擦执行功能时需要正向、 反向均能正常工作, 且需 要有较好的起停能力, 以实现定位及移动方向的正确选择与 执行. 调速 [ ] 黑板擦的横向移动靠齿轮齿条传动机构, 而齿轮又直接 安装于步进电动机的输出轴上, 即与步进电动机转速相同. 若以步进电动机的额定转速驱动齿轮转动, 移动速度太快, 与实际不符, 故需要对步进电动机的转速进行调节, 即当黑 板擦移动、 定位的运行过程中, 步进电动机的转速不应太高, 根据控制要求, 可使移动速度确定为 , 由此确定步进 电动机的调定转速. 定位 为实现黑板擦对黑板整个区域进行选择区域性擦字这 一智能功能, 对步进电动机的控制要求有准确的定位要求. 以上分析可知, 这里可以采用大多数人所熟识的 单片机及其相关软硬件对步进电动机进行控制, 机电一体化 系统框图, 如图 所示: 图 机电一体化系统框图 收稿日期: ;

修订日期: 作者简介: 李海燕 ( ) , 女, 辽宁昌图人, 助教, 年毕业于黑龙江科技学院机械电子工程专业, 毕业后一直从事电控制 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 教学实验与研究工作. 第 卷第 期年月煤炭技术,,

!型锅炉往复式炉排偏心轮的改造 张颖,王凤伟 (鸡西矿业集团 煤气厂,黑龙江 鸡西 ) 摘要: 针对 !型锅炉的往复式炉排的偏心轮在运行中存在的各种问题, 提出了解决问题的对策, 并介绍了改造后的实际效果. 关键词: 锅炉;

偏心轮;

磨损 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ( ) 问题的提出 鸡西矿业集团煤气厂使用 !型锅炉, 它 的往复式炉排是偏心轮结构, 在使用过程中, 经常出现偏心 轮严重磨损的问题, 不能正常工作.由于在冬季需供暖不可 能采取长时间停炉维修, 只能采用临时补焊的应急措施, 由 于焊接会产生不均匀现象, 又会产生新的磨损, 事故率还会 发生, 严重影响该厂锅炉的正常工作. 原因分析 往复式炉排工作原理: 电动机通过减速机带动偏心轮, 而偏心轮与外套之间产生相对运动使外套产生径向运动, 从 而带动与外套相连接的推拉杆, 而使炉排动作产生往复运 动.正是由于偏心轮与连杆之间的硬摩擦而加大了磨损, 为 步进电动机驱动设计 脉冲分配 脉冲分配的方法有两种: 软件法和硬件法 [ ] .这里用单 片机控制步进电动机, 可用软件实现脉冲分配.软件法是按 照给定的通电换相顺序, 通过单片机的 口驱动电路发出 的控制脉冲.如图为控制两相步进电动机的硬件接口, 即为 这里所选择的 系列对两相步进电动机的控制.程序中 将这几个控制字依次送到 口, 步进电动机就会转动一个 齿距角.每送一个控制字, 就完成一拍, 步进电动机转过一 个步距角.单片机只对步进电动机进行控制, 没有其它的工 作要求, 所以软件法在电动机运行过程中, 即使占用了大量 的 时间, 也能使单片机进行控制. 步进电动机的速度控制 速度控制通过控制单片机发出的步进脉冲频率来实现. 对于上述的软件控制脉冲分配方式, 可通过软件延时的方法 来实现, 改变延时的时间长度就可以改变输出脉冲的频率, 这种方法占用 时间长, 占用大量机时, 没有实用价值, 故 这里采用通过定时器中断的方法.在中断服务子程序中进 行脉冲输出操作, 调整定时器的定时常数就可以实现调速. 这种方法占用 时间较少, 在各种单片机中都能实现, 是 一种比较实用的调速方法.根据给定的脉冲频率和单片机 的机器周期来计算定时常数, 这个定时常数决定了定时时 间.当定时时间到而使定时器产生溢出时发生中断, 在中断 子程序中进行改变 电平的操作, 这样就可以得到一个 给定频率的方波输出, 改变定时常数, 就可以改变方波的频 率, 从而实现调速. 步进电动机的位置控制 根据控制要求, 需要对电动机进行位置的定位.步进电 动机的一大优点就是它可以不用借助位置传感器而只需要简 单的开环控制就能达到足够的位置控制精度, 因此应用很广. 步进电动机的位置控制需要两个参数. 第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置 参数, 我们称为绝对位置.绝对位置是有极限的, 其极限是 执行机构运动的范围, 超越了这个极限就应报警.折算的方 式将这个距离折算成步进电动机的步数.这个参数是外界 通过键盘或可调电位器旋钮输入的, 所以该工作应该在键盘 程序或 转换程序中完成. 第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离.对 步进电动机的位置控制的一般作法是: 步进电动机每走一 步, 步数减 , 如果没有失步存在, 当执行机构到达目标位置 时, 步数正好减到 .因此, 用步数等于 来判断是否移动到 目标位置, 作为步进电动机停止的运行信号. 绝对位置参数可作为人机对话的显示参数, 或作为其他 控制目的的重要参数, 例如这里作为报警参数, 因此也必须 要给出.它与步进电动机的转向有关, 当步进电动机正转 时, 步进电动机每走一步, 绝对位置加 ;

当步进电动机反转 时, 绝对位置减 . 结束语 ( ) 该智能黑板擦具有结构简易、 操作方便、 原材料易获 得、 制造设备工艺简单, 吸尘功能强. ( ) 控制功能强、 不易受干扰、 可靠性高、 使用方便等优 点, 可使产品具较高的性能价格比. ( ) 该产品适用于各大、 中、 小院校, 有一定的推广意义. 参考文献: [ ] 胡乾斌, 等 单片微机计算机原理与应用 [ ]武汉: 华中科技大 学出版社, [ ] 邓星钟 机电传动控制 [ ]武汉: 华中科技大学出版社, [ ] 王永章, 等 机床的数字控制技术 [ ]哈尔滨: 哈尔滨工业大 学出版社, , , 收稿日期: ;

修订日期: 作者简介: 张颖 ( ) , 助工, 年毕业于原黑龙江矿业学院机械设计与设备专业, 现在鸡西矿业集团煤气厂从事机械制 造与维修工作. 第 卷第 期年月煤炭技术,,

智能黑板擦控制系统研究 作者: 李海燕, 李海宝, 赵汗青 作者单位: 黑龙江科技学院,机械工程系,黑龙江,哈尔滨,150027 刊名: 煤炭技术 英文刊名: COAL TECHNOLOGY 年,卷(期): 2003,22(12) 被引用次数: 1次 参考文献(3条) 1.王永章 机床的数字控制技术

2002 2.邓星钟 机电传动控制

2002 3.胡乾斌 单片微机计算机原理与应用

2003 本文读者也读过(9条) 1. 一种擦黑板机构的创新设计[期刊论文]-机械工程师2009(10) 2. 李荣兵.余心明.苑爱峰.戴青.Li Rong-Bing.YU Xin-Ming.YUAN Ai-Feng.DAI Qing 全自动黑板除尘器的机械结 构设计[期刊论文]-机电产品开发与创新2009,22(3) 3. 自动防尘按摩黑板擦[期刊论文]-技术开发与贸易机会2001(1) 4. 胡震禹.万卉 新型电动黑板擦吸尘器的研制[期刊论文]-中国现代教育装备2008(10) 5. 娄忆蓥 自动吸尘黑板擦[期刊论文]-课外生活2008(6) 6. 电动黑板擦 解放 老师等[期刊论文]-广东第二课堂(........