基于arm的fh装配生产线电气控制系统设计本科 学位论文Word格式.docx
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forgroupcontrolthedeploymentandmanagement,andtoimprovetheefficiencyoftheproductionline.
Keywords：
ARM,automaticproductionline
第一章绪论
1.1自动化生产线发展状况
自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。
它能够自动完成加工、检测、装卸以及运输的过程。
并且能够使之组成高度连续的、完全自动化的生产线，从而来实现产品的生产，提高工作效率，降低生产成本、提高加工质量、并且能够快速的对产品进行更新，是机械制造业竞争跟发展的基础，同时也是衡量机械制造业水平的标尺。
自动线将朝着提高可调性，扩大工艺范围，提高加工精度以及提高自动化程度的方向发展。
并将之与现代计算机相结合，使之成为完全自动化的生产线。
自动线包含传送系统和控制系统。
其中传送系统包括了机床上下料装置、传送装置以及储料装置。
旋转体加工自动线还包含重力输送和强制输送的料槽或料道，转位、提升以及分配装置等。
有的时候还采用机械手来完成传送装置的某些功能。
而在组合机床自动线中当工件有合适的输送基面时，则采用直接输送方式，其传送装置有各种步进式输送装置、转位装置和翻转装置等对于外形不规则、无合适的输送基面的工件，通常装在随行夹具上定位和输送，这种情况下要增设随行夹具的返回装置。
控制系统包含了启动、预停、复位等控制机能，自动线在正常的工作情况下需要停车时，能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都能回到原始位置才能停车。
由传送系统和控制系统组成的完整系统能够被称为自动生产线，是由于它综合了传感技术、机械技术、驱动技术、接口技术、以及计算机技术等多种技术，自动化生产线在全世界各个地区都有着不同的生产需求它能够有效的综合和组织，来优化整体设备。
自动化生产线虽然源于传统的流水线，但是它的功效却大大的优越于传统的生产线，并有着明显的区别，主要特点是自动化生产线具备非常高的自动化控制，还具备传统流水线所不具备的精密生产节奏，它是统一的自动控制系统，它的工作流程要按照一定的生产工序来完成。
在不同的应用领域，自动线的结构也各有不同，大小也不尽相同，功能上也存在一定的差异，但是它们都包含了检测、信息处理、机械本体、输入、输出接口部分以及执行机构等部分。
但不论何种生产线，其在功能上都必须能够实现运转、控制、检测以及驱动等，并且这些控制功能都是由电子装置来完成的。
在所有的自动生产线中，一切的传感器都是用来检测信号，再经由控制装置进行运算、变换、存储其所检测到的信号，在通过其接口电路向执行机构给出指令来实现相应的工作。
这些传感器需要检测上产线上的温度、位置、流量、压力等信号，来让信息处理部件进行分析处理，驱动功能是由电磁阀、液压缸电动机、机械手、气压阀等执行部件来实现的。
驱动部分是生产线不可或缺的主体部分。
自动线支持技术的快速发展，驱动了自动线的发展，使其能够实现技术更加复杂的操作和生产，以及对装配工艺要求更高的操作流程，现在这些技术正在想着更加高深的领域进行发展，尤其是微电子技术向着超大规模和超大规模集成电路方向发展，在那几平方毫米的硅片上能够集成几百万乃至上千万个逻辑元件，以此来实现计算机的高速化，智能化和小型化的发展，正是由于智能计算机的出现使得自动线的功能更加的完善，大大的提高了产品的质量以及生产的效率。
现代工业是信息技术、计算机、先进工艺技术、现代管理技术的综合与集成，其涵盖了生产准备、制造执行、产品设计等多方面的技术，是社会发展和国家建设的重要支柱之一。
为了加强学生能够更好的面对新世纪的挑战，提高机、电、光一体化的理论能力和实践水平刻不容缓，将重点转移到建设机电类工程和柔性加工综合实验平台，具有迫切性和现实意义。
自动化生产线包含了产品生产过程所经过的所有路线，从原料进入生产现场开始，再经过加工、运输、装配、检验等一系列的生产线活动所构成的路线。
生产线是按照对象组织起来的，能够完成产品工艺过程的一种组织形式，即是按照产品专业化原则，配备生产各种产品（零、部件）所需要的各种生产设备和工人，来完成一些产品（零、部件）的全部制造工作，并对相同的劳动对象进行不一样的工艺加工。
图1-1自动化生产线
此模拟自动化生产线，能够较好的解决学生在校期间，只能够以接触单元实验或学校组织的参观学习为主，一些较大型的自动控制站只能够观看而不能进行操作，达不到较好的教学效果的实际接触问题。
而在本次设计中该模拟生产线控制系统中包含了下料单元，加工单元，检测单元，传送单元整套控制系统，以此建立了以工业控制为对象的整套实物模拟仿真系统，能够很好的解决自动化相关专业的学生在实践中所遇到的难题。
1.2ARM的应用及目前的研究现状
1.2.1生产线上的工艺过程
ARM也就是AdvancedRISCMachines的首字母组合，它可以被认为是一个公司的名字，也可以被认为是对一类微处理器的统称。
ARM公司于1991年在英国剑桥成立，主要销售芯片设计技术的授权。
ARM公司的发展速度非常快，目前，采用ARM技术知识产权的微处理器已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统，甚至军用系统也大量的使用了ARM微处理器。
在整个微处理器市场上具有很高的份额。
随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展，嵌入式系统的应用无处不在。
ARM的目前工人的业界领先的32位嵌入式RISC（精简指令计算机）微处理器。
ARM技术日益成熟和不断发展，正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，包含了以下三个部分：
1.硬件环境：
是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，硬件平台包括嵌入式处理器和外围设备。
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。
2.嵌入式操作系统：
完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能。
具有内核较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点。
嵌入式操作系统具有相对不变性。
3.嵌入式应用程序：
运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。
不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。
由于ARM处理器具备以下特点：
1.体积小、低功耗、低成本、高性能；
2.支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3.大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4.大多数数据操作都在寄存器中完成；
5.寻址方式灵活简单，执行效率高；
6.指令长度固定。
正是基于以上的特点和性能使得工业系统得以能够实现远程化、控制信息化、智能化以及自动化。
现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一了。
此次设计一共分为四个单元，其功能分别是：
1．下料单元：
将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。
2．加工单元：
通过机械臂从托盘取出工件进行加工。
3．检测单元：
由机械臂取出工件，通过摄像头检测，合格进入下一站，不合格进入废料站
4．传送单元：
通过电机带动传送带传送工件。
1.3课题主要研究的内容及意义
本文设计的自动化生产线实验平台是为了培养普通高校和高职机电类专业学生的专业技能和技术应用能力，尤其是锻炼学生的综合能力，创新能力以及培养学生的团队合作精神，而开发的实验实训平台。
特别针对自动化生产线的高仿真性I/O的要求，本课题所研究的实训平台应该能够随意拆装和组合，并能够任意设置故障，且预留工位，可以随时加装内容，这可能最大的满足学校与企业订单式培养。
现代化的自动生产线最大的特点就是它的系统性和综合性，笨课题的研究的实训实验平台把微电子技术、传感测试技术、机械技术、接口技术、电工电子技术、网络通信技术、信息变换技术等各种技术进行组织，并将其整体的使用到生产设备上，力求达到让实验者通过实验平台能够很好的熟悉生产线的传输与处理、执行、传感检测、控制与驱动等机构在这个微处理单元的控制下能够协调有序的工作。
ARM处理器以其体积小、低功耗、低成本、高性能而成为现代控制系统的宠儿，并且充当现代生产线的大脑对生产线进行控制。
因此，培养掌握机电一体化技术、ARM嵌入式技术的高技术人才成为了当务之急。
本设计研究的自动化生产线实验平台是在铝合金导轨式实训台上进行下料、加工、检测、传送等一系列工作单元，以此来构成一个现代化的生产线机械平台，该系统的各结构分别才用了变频器驱动、步进电机位置控制和气动驱动等技术，实验平台控制各个单元均是由一台独立的ARM控制，该实验平台综合了传感器应用技术。
在此实验平台上可以模拟出一个与实际生产情况相识的控制过程，使得使用者能够更好的将其运用到实践教学中，力求缩短理论教学与实践应用的距离。
本课题所研究的自动化生产线实验平台设计，采用的是模块组合式结构，各个工作单元模块都是相对独立的，并采用标准结构和抽屉式模块放置架，具备较强的互换性。
能够将实训需求或工作任务进行不同的组合、调试和安装，力求更好的整合学习功能和生产性能的目标，也符合教学实训考核或技能竞赛的要求。
第二章硬件设备的说明
2.1继电器的设备及微动开关的设备说明
传送单元中用到的继电器主要部分是：
传送带的转角部分运输。
水平运动的动力依靠直流电机，然而继电器在此处的应用只是为了实现控制这两个电机的正反转，也就是工作台的复位和正转。
通过继电器的断开和吸合，实现电压的正负变化，以达到控制电机正反转的目的。
继电器是根据电压、温度、速度、电流以及时间等信号的变化，来控制接通或断开小电流电路或电器的控制元件。
常用的继电器有中间继电器、速度继电器、欠电压继电器、热继电器、过电流继电器、时间继电器等。
按作用把它们分为控制继电器和保护继电器两类：
其中中间继电器、速度继电器、时间继电器属于控制继电器；
欠电压继电器、热继电器、过电流继电器属于保护继电器。
微动开关是由一个动触点和一个定触点组成的，通过动触点动作，实现微动开关的闭合和断开的过程。
在此设计中的应用是：
利用限位开关作为ARM中控制电机正反转的重要部件，当摆臂取、放件时只有在碰到行程开关时才被认为摆臂到位，（且ARM上有相应的输入指示灯显示）才可启动电机或控制电机的正反转。
同时也能启到保护电机的作用。
2.2限位开关的设备说明
2.2.1限位开关的简单介绍
限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。
限位开关包含接触式的和非接触式两种。
接触式的比较笼统，在机械设备的运动部件上安装上行程开关，再在与其相对运动的固点上安装极限位置的挡块，也可以是相反安装位置。
在行程开关的机械触头碰到挡块时，将切断或改变控制电路，那么机械就将停止运行或改变运行。
但是由于机械的惯性运动，使得这种行程开关具有一定的“超行程”用以保护开关不受损坏。
而非接触式的形式很多，很常见的有感应式、干簧管、光电式等，这几种形式在电梯中都是能够见到的。
当然还有很多更加先进的形式。
图2-1限位开关
2.2.2限位开关的基本工作方式
限位开关是一种比较常用的小电流主令电器。
它通过利用生产机械运动部件之间的碰撞使其触头动作从而实现接通或分断控制电路，以达到一定的控制目的。
一般情况下，这类开关常被用来限制机械运动的行程或位置，使运动机械按照一定行程或位置自动停止、变速运动、反向运动以及自动往返运动等。
而在电气控制系统当中，限位开关的作用通常是实现定位控制、顺序控制和位置状态的检测。
用来控制机械设备的行程和限位保护。
它的构造是由触点系统、操作头和外壳组成。
在实际生产中，通常将限位开关安装在预先安排好的位置，当安装在生产机械运动部件上的模块与行程开关发生撞击时，限位开关的触点动作，从而实现电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理和按钮类似。
限位开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。
限位开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。
当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。
由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。
2.3光电开关的设备说明
2.3.1光电开关的简单介绍
光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。
由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。
采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。
这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。
图2-2光电开关
2.3.2光电开关的使用
由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。
特征：
辨别不透明的反光物体；
有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；
不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；
装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。
在安装或使用时，有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等问题。
这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开关的自诊断功能而使其通过STABLITY绿色稳定指示灯发出通知，以提醒使用者及时对其进行调整。
下列场所，一般有可能造成光电开关的误动作，应尽量避开：
灰尘较多的场所；
腐蚀性气体较多的场所；
水、油、化学品有可能直接飞溅的场所；
户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所。
环境温度变化超出产品规定范围的场所；
振动、冲击大，而未采取避震措施的场所。
第3章ARMS3C2440在自动线中的使用
ARM微处理器由于体积小、低功耗、成本低、高性能等特点，已经被广泛应用于工业控制、通信系统、网络运用、消费类电子产品等各个领域。
Mini2440是一款真正低价实用的ARM9开发板，是目前国内性价比最高的一款学习板；
它采用SamsungS3C2440为微处理器，并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性。
1.Mini2440开发板的外形
主板采用ARM920T内核的S3C2440A为核心器件，集成如下片上功能。
（1）1.2V内核，1.8V/2.5V/3.3V存储器，3.3V扩展I/O，16KB指令Cache（I-Cache）、16KB数据Cache（D-Cache）。
（2）外部存储控制器（SDRAM控制盒片选逻辑）。
（3）集成LCD专用DMA的LCD控制器（支持最大4K色的STN和256K色的TFT）。
（4）4路拥有外部请求引脚的DMA控制器。
（5）3路URAT（IrDA1.0，64BTXFIFO，64BRxFIFO）。
（6）2路SPI。
（7）
C总线接口（多主支持）。
（8）IIS音频编解码器接口。
（9）AC’97编解码器接口。
（10）1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口。
（11）2路USB主机控制/1路USB期间控制（1.1.版）。
（12）4路PWM定时器/1路内部定时器/看门狗定时器。
（13）8路10位ADC和触摸屏接口。
（14）具有日历功能的RTC。
（15）摄像头接口（支持最大4096X4096的输入，2048X2048缩放输入）。
（16）130个通用I/O，24个外部中断源。
（17）电源控制：
正常、慢速、空闲、睡眠模式。
（18）带PLL的片上时钟发生器。
图3-1Mini2440开发板外观图
由图示可知，虽然ARM的外观与通用的计算机有很大的差别，但在其内部结构上，ARM就像是一台增强了I/O功能并能与被控对象方便连接的计算机。
而在系统结构上ARM的基本组成包含硬件与软件两部分。
2.典型ARM的硬件结构
ARM的硬件部分由CPU处理器、SDRAM内存、FLASH存储、LCD显示、通信电路、基本输入／输出接口、电源等构成；
软件部分则由系统程序和用户程序共同构成。
在内部结构上，中央处理器模块由CPU、输入／输出端口、通信接口、存储器、电源等构成，但没个部分的功能均不相同，跟通用危机CPU差不多，CPU在ARM系统中的作用也类似于人体的神经中枢。
ARM系统中的存储器按其作用可分为三类：
用户程序存储器、系统程序存储器、功能存储器～（数据区）。
3.JTAG与总线接口
开发板刚开始的时候里面没有任何的程序，这时候需要通过JTAG接口烧写程序，就是Superboot，借助Superboot可以使用USB口下载更加复杂的系统程序，除此之外JTAG接口在开发中最常见的用途是单步调试，不管是市面上常见的JLINK还是ULINK，以及其他的仿真调试器，最终都是通过JTAG接口连接的。
标准的JTAG接口是4线：
TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线，加上电源和地，一般总共6条线就够了；
为了方便调试，大部分仿真器还提供了一个复位信号。
图3-2JTAG内部结构图
本开发板上的系统总线接口为CON5，它总共包含16条数据线（D0-D15）、8条地址线（A0-A6,A24）、还有一些控制信号线（片选、读写、复位等），CON5可以向外提供5V电压输出；
实际上，很少有用户通过总线扩展外设。
图3-3总线接口内部结构图
4.电源
S3C2440A需要3.3V和1.8V两种供电电压，由5V电源电压经LM1117-3.3V和AS1117-1.8V分别得到3.3V和1.8V的工作电压。
开发板上的芯片大多使用3.3V电压，而1.8V是供给S3C2440内核使用的
升级会员 