電鋸檢測(cè)微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：基于LPC915單片機(jī)的基礎(chǔ)上提出了一種電鋸檢測(cè)微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，針對(duì)電鋸檢測(cè)時(shí)的兩種檢測(cè)原理和方法，于是就有了兩路數(shù)據(jù)采集通道，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換電路輸送到中央處理器(LPC915)進(jìn)行處理后，輸出顯示信號(hào)到LCD顯示電路．
關(guān)鍵詞：電鋸檢測(cè)；單片機(jī)；微機(jī)控制系統(tǒng)；硬、軟件設(shè)計(jì)

0 引言
    工業(yè)高度發(fā)展的今天，生產(chǎn)、建筑等行業(yè)都不可能缺少電鋸的切削。機(jī)械設(shè)計(jì)、成型也是一樣．現(xiàn)在大部分的電鋸切割基本上都是利用肉眼，經(jīng)驗(yàn)，感覺去判斷是否達(dá)到已經(jīng)切割的精度或標(biāo)準(zhǔn)。雖然，現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)了，例如數(shù)控車床等等數(shù)字化輔助設(shè)計(jì)和制造。精度可以滿足已有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但它們的工作不可能缺少檢測(cè)這個(gè)環(huán)節(jié)，所以本文在考慮這些問題的基礎(chǔ)上提出了一種基于單片機(jī)而開發(fā)的電鋸檢測(cè)微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。

1 電鋸檢測(cè)設(shè)計(jì)原理
    在實(shí)際應(yīng)用中一般都不外合兩種切割方式： 轉(zhuǎn)角度切割和深度切割，基于這兩種方式就會(huì)有一下兩種檢測(cè)原理和方法：
1．1 轉(zhuǎn)角度檢測(cè)的原理及方法
    圖2．1是測(cè)量角度的示意圖，根據(jù)傳感器的理論，不考慮傳感器的非線性、及其他相關(guān)因素的影響，可以認(rèn)為霍爾傳感器的測(cè)量信號(hào)是線性的，這個(gè)是系統(tǒng)的測(cè)量基礎(chǔ)。

    由此得出：

   
    即，角度與傳感器的輸出電壓是線性關(guān)系。
    但是實(shí)際上由于磁鐵的磁場(chǎng)分布均勻性、安裝是否合適等等因素造成傳感器不可能成理想的線性的關(guān)系，造成實(shí)際的傳感器是非線性的，因此在實(shí)際的使用當(dāng)中，為了達(dá)到預(yù)定的測(cè)量精度，可能應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，但是只要安裝合適，在一定的精度范圍，可以直接使用。
    根據(jù)直線理論，兩點(diǎn)確定一條直線，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)當(dāng)中通過校準(zhǔn)程序，確定傳感器的零點(diǎn)和斜率，保證測(cè)量在整個(gè)測(cè)量范圍的準(zhǔn)確性。

    根據(jù)上圖我們可以推導(dǎo)出：

   
    令：(x1，y1)、(x2，y2)分別為角度零點(diǎn)(E，O)和最大幅制點(diǎn)(F，Amax)，同時(shí)A=Y，V=X
    代入方程得：

   
    因此根據(jù)公式1．2，我們制定測(cè)量角度的規(guī)則：
    (1) 保證電鋸處于初始零點(diǎn)位置，即(E，0)點(diǎn)，系統(tǒng)進(jìn)行采樣，存儲(chǔ)E值到Flash存儲(chǔ)器中。
    (2)保證電鋸處于最大工作狀態(tài)，即(F，Amax)點(diǎn)，系統(tǒng)進(jìn)行采樣，存儲(chǔ)F值到Flash儲(chǔ)存器中。
    (3)兩點(diǎn)確定一條直線，即傳感器的工作特性確定，傳感器的電壓值確定角度值，方程為式(2．2)
1．2 切割深度檢測(cè)原理
    從圖2．3可以看出，這是電鋸的初始狀態(tài)的位置，以R1半徑的圓弧是鋸片中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，B點(diǎn)是系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心，A是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到某個(gè)位置時(shí)鋸片中心與初始位置的夾角，A’是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到某個(gè)位置時(shí)鋸片中心與底板平面的夾角(水平面)，A0是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的初始位置與底板平面的夾角。根據(jù)幾何的關(guān)系得：

    根據(jù)方程組(2．3)看出可以通過測(cè)量出旋轉(zhuǎn)角度A達(dá)到測(cè)量鋸片的切割深度h的目的。所以所有的問題可以歸結(jié)為“怎樣測(cè)量角度的問題?”，結(jié)合公式1．2可以圓滿的解決切割深度h的問題。
    因此根據(jù)上述，制定測(cè)量深度的規(guī)則：
    (1)保證電鋸處于初始零點(diǎn)位置，即(E，O)點(diǎn)，系統(tǒng)進(jìn)行采樣，存儲(chǔ)E值到F1ash存儲(chǔ)器中。
    (2)保證電鋸處于最大工作狀態(tài)，即(F，Amax)點(diǎn)，系統(tǒng)進(jìn)行采樣，存儲(chǔ)F值到Flash儲(chǔ)存器中。
    (3)兩點(diǎn)確定一條直線，即傳感器的工作特性確定，傳感器的電壓值確定角度值，方程為：

   
    (4)通過，計(jì)算出切割深度。
    以上是本文設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，利用所介紹的兩種檢測(cè)原理，我們開發(fā)了如下電鋸檢測(cè)微機(jī)控制系統(tǒng)．從圖3.1看出，電鋸檢測(cè)設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)分為四大部分：系統(tǒng)電源部分、傳感器信號(hào)采樣部分、LCD顯示部分及MCU控制部分。

    電鋸檢測(cè)軟件系統(tǒng)主要包括程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及定義、系統(tǒng)初始化程序、LCD數(shù)據(jù)顯示程序、AD采樣及濾波程序、數(shù)據(jù)處理程序等等程序模塊，它們之間相互聯(lián)系的，缺一不可。以下是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖。
    圖5．2主程序流程圖

    利用以上程序流程圖我們可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制軟件來實(shí)現(xiàn)電鋸檢測(cè)微機(jī)控制系統(tǒng)的功能，由于篇幅原因，本文不給出軟件設(shè)計(jì)的程序清單．

4 結(jié)束語
    本文提出的電鋸檢測(cè)微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單、容于實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)費(fèi)用較低．它可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)電鋸的不足．輸出LCD顯示可以給操作人員以可視化效果，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理模塊可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的效果．