机械模型的远程控制自动打孔机课程设计说明书.docx
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机械模型的远程控制自动打孔机课程设计说明书
课程设计说明书
设计名称：
综合课程设计
题目：
机械模型的远程控制
自动打孔机
学生姓名：
钟史武
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
08机械3
学号：
2008334134
指导教师：
华蕊
日期：
2011年01月07日
课程设计任务书
机械专业08年级3班钟史武
一、设计题目
机械模型的远程控制
–––––自动打孔机
二、主要内容
利用德国慧鱼公司的“智能创意教具”模型，设计、装配出较有创意的机构或机械设备模型，在网络环境下通过计算机的串行接口（COM）实现对模型工作状态的正确控制，即实现远程控制
三、具体要求
1.查阅资料，复习先修课程（如：
机电传动控制，数控技术，机械原理、机械设计等）；
2.熟悉慧鱼模型组件，设计装配出较有创意的机构模型；
3.学习机械设备的远程控制的原理；
4.学习vb6.0程序设计语言的相关内容，并熟练使用timer控件、MSC
Omm控件、winsock控件；
5.编制客户端程序，实现对模型的远程控制；
6.整理和撰写说明书。
四、进度安排
本课程的设计的计划时间为5周，按25个工作日计算，进度安排如下：
1.查阅资料，复习先修课程3天
2.熟悉慧鱼模型组件，初步设计装配出较有创意的机构模型6天
3.学习vb6.0程序设计语言的相关内容2天
4.编制客户端程序，完善机械模型设计7天
5.完成整体调试4天
6.撰写设计说明书2天
7.验收及其他1天
五、完成后应上交的材料
1.设计说明书1份，主要内容如下：
●课程设计的主要内容和任务；
●机械模型的原理图，以及模型的工作原理；
●远程控制系统的工作原理；
●简要介绍慧鱼接口板处理器操作模式的选择，以及计算机与接口板的通讯；
●客户端程序中主要模块的设计过程；
●结论及心得体会
●参考文献
六、总评成绩
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日
目录
一．课程设计的主要内容和任务………………………………………………1
二．机构模型的的原理图及工作原理…………………………………………1
2.1总体工作流程…………………………………………………………1
2.2送料部分………………………………………………………………1
2.3定位部分………………………………………………………………2
2.4打孔部分………………………………………………………………3
三．远程控制系统的工作原理…………………………………………………4
四．慧鱼接口板的处理器操作模式的选择以及计算机与接口板的通讯……5
4.1慧鱼接口板概述………………………………………………………5
4.2微处理器的两种处理模式……………………………………………6
4.3计算机与接口板通讯…………………………………………………6
五．客户端程序中主要功能模块的设计过程…………………………………8
5.1远程部分………………………………………………………………8
5.2本地部分……………………………………………………………10
六．结论及心得体会…………………………………………………………12
七．参考文献…………………………………………………………………13
一．主要内容和任务分析
利用德国慧鱼公司的“智能创意教具”模型设计、装配出较有创意的机构或机械设备模型，在网络环境下通过计算机的串行接口（COM）实现对模型工作状态的正确控制，即实现远程控制。
认真复习机械原理、机械设计、自动生产线、VB的基本知识以及学习新的知识（主要为mscomm、winsock、timer三种控件的使用）等。
在图书馆和互联网上搜索与慧鱼相关的资料，熟悉其搭建方法，为课程设计的模型搭建建立基础。
设计出一个比较合适的模型创意后便可以开始拼装模型。
模型完成之后开始尝试应用VB开始编程以及对程序的调试最终能完成对模型的自动化驱动。
二、机构模型的的原理图及工作原理
2.1总体工作流程
作品拟实现的主要功能有以下三个部分：
①送料：
当工件从料斗由于重力的作用落下，推杆将工件推到工作台处。
②定位：
从送料机构取料后，由工作台的直线移动将工件移至需要打孔的位置。
③打孔：
当工件定位夹紧以后，在垂直方向放置的钻头在一侧将工件打孔。
2.2送料部分
如图1所示，其工作过程为：
当工件从料斗9出下料时，电动机1正转，通过减速箱2减速，再通过齿轮链条3的传动将动力传到蜗杆6。
此时限位开关4常开开关打开，蜗杆6旋转将推杆8沿着导轨7的方向向左运动，推杆8将已经下料的工件推至工作台处，此时，限位开关5常开关开闭合，同时已经完成打孔的工件被推至成品区送料完成，电动机1反转，回程至限位开关4闭合时，电动机1停转。
进入下一个工序。
2
1
3
9
8
5
7
6
4
图1：
自动打孔机侧视图
1、电动机；2、减速箱；3、链条；4、5、限位开关；6、蜗杆；
7、导杆；8、推杆；9、料斗。
2.3定位部分
如图2所示，模型的定位过程为：
在送料完成后，工件被送到工作台7处，电动机1正转，通过减速箱2减速后再由齿轮3啮合将动力传给蜗杆4。
蜗杆4旋转运动，限位开关8常开开关打开，工作台7沿着导轨5的方向向左运动，在此过程中，夹紧装置6将工件夹紧。
当运动到所定的位置时，限位开关9的常开开关闭合，电动机1停转，定位过程完成。
进入下一个工序。
5
9
8
6
3
4
2
1
7
图2：
自动打孔机的前视图
1、电动机；2、减速箱；3、齿轮；4、蜗杆；5、导杆；6、夹紧装置；7、工作台；8、9、限位开关
2.4打孔部分
如图3所示，打孔的过程为：
当工件在工作台9处定位夹紧以后，电动机1正转通过减速箱2减速后再由齿轮3啮合将动力传给蜗杆4。
蜗杆4旋转运动，限位开关6常开开关打开，钻头8沿着导轨5的方向向右运动至工件处打孔。
打孔完成时，限位开关7常开开关闭合，电动机1反转，钻头8回程至限位开关6常开开关闭合时，电动机1停转，定位部分的电动机10反转，工作台回程，完成一个工作循环。
10
9
8
3
2
1
5
4
7
6
图3：
自动打孔机的侧视图
1、电动机；2、减速箱；3、齿轮；4、蜗杆；5、导杆；6、7、限位开关；8、钻头；9、工作台；10、定位部分的电动机
3．远程控制系统的工作原理
远程控制是在网络上由一台电脑（客户端）远距离去控制另一台电脑（服务器）的技术，主要通过远程控制软件实现。
基于VB的远程控制系统通过VB的winsock控件进行数据交换来实现。
winsock是Mcrosoftwindows提供的网络编程接口。
它有两种数据交换协议：
1、TCP协议：
使用TCP协议的远程控制软件的优势是稳定、连接成功率高；缺陷是双方必须有一方具有公网IP。
这意味着你只能用这些软件控制拥有公网IP的电脑，或者只能控制同一个内网中的电脑。
TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。
协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。
2、UDP协议：
即用户数据包协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。
计算机并不建立连接。
另外UDP应用程序可以是客户机，也可以是服务器。
与TCP协议远程控制不同，UDP传送数据前并不与对方建立连接，发送数据前后也不进行数据确认，关键的是：
使用UDP协议可以利用UDP的打洞原理（UDPHolePunching技术）穿透内网。
从而解决了TCP协议远程控制软件需要做端口映射的难题。
这样，即使双方都在不同的局域网内，也可以实现远程连接和控制。
本次课程设计所选用的协议为TCP协议。
四．慧鱼接口板处理器操作模式的选择以及计算机与接口板的通讯
4.1慧鱼接口板概述
为了用计算机控制慧鱼教学模型，首先应当有合适的控制软件以及连接计算机与模型的接口。
接口完成软件命令的转换，列入可以启动电机、处理来自传感器的信号等。
接口板上有连向电机、灯、或电磁铁的四个数字量的输入口，还有八个数量和两个模拟量的输入口用来连接开关，光敏、磁敏、热敏电阻等传感器。
慧鱼智能接口板上自带微处理器，通过串行口与计算机相连。
在计算机上编好的程序可以下载到接口板的微处理器上，该微处理器可以独立地执行程序（在所谓主动模式下），这样就不必用电缆连接计算机和行走机器人。
当控制像机械手、绘图机这样的移动设备时，模型与计算机保持连接，计算机即是变量的输入/输出设备，也是它们的显示设备（称为所谓被动模式）。
4.2微处理器的两种处理模式
被动模式（本次课程设计所使用的模式）
在被动模式下，程序的处理由计算机完成，因此接口与计算机的连接电缆不能断开。
在每个程序周期中，接口采集来自数字量和模拟输入端的数值然后传送给计算机，计算机再把数字量的输入值传送给接口板，接口板上的微处理器按要求操作相连的电机、灯和电磁铁。
接口板工作于被动模式时，计算机屏幕只能作为输入/输出设备，或程序状态的显示设备。
主动模式
在主动模式下，程序由接口板自身的微处理器进行处理，而接口板与计算机的连线要断开。
如果软件支持主动模式（如LLWINV2.1或以上），程序可以下载到接口板的RAM里。
程序下载后，接口板就终止与计算机的连接，此时可以拔掉接口线。
程序驻留在接口板的RAM历直到电源被切断（在不设定程序掉电保护功能时.）
接口板上的微处理器的计算能力远小于计算机的计算能力。
对于旨在捕获快速计数脉冲的大程序，微处理器便无法累计到全部脉冲，这样的程序只能在被动模式下进行处理。
为了从主动模式切换到被动模式，要切断接口板的供电电源。
这就重新启动了安装在接口板EPROM中的操作软件，于是切换成为被动模式。
如果在计算机上修改了主动模式下的处理程序，而且想把它传回给接口板的微处理器，也必须切断电源。
4.3计算机与接口板通讯
串行口接口
用厂家提供的9针D型插头经由RS232接口电缆和计算机的串行口（COM1或COM）连接。
控制端口参数
波特率9600位数8校验无停止位1
通讯
计算机通过串行口与控制接口板通信的格式是两个字节。
第一个字节是接口命令，它告诉接口发送什么作为应答，第二个字节规定哪个电机以什么方向运动。
接口命令字节
二进制
十六进制
十进制
规定（回送内容）
11000001
C1
193
只输入E1—E8
10000101
C5
197
输入E1—E8和模拟量EX
11001001
C9
201
输入E1—E8和模拟量EY
电机状态字节
位
规定
1
电机1左转
2
电机1右转
3
电机2左转
4
电机2右转
5
电机3左转
6
电机3右转
7
电机4左转
8
电机4右转
可以同时操作4个电机。
但是如果对一个电机同时设置左转和右转，电机将拒绝运行。
从接口板应答
命令
应答
规定（回送内容及格式）
193
1字节
每1位代表1位输入
197
3字节
1字节见上，2、3字节为模拟量EX
201
3字节
1字节见上，2、3字节为模拟量EY
注意：
从接口板发出的电机控制数据必须在300ms内进行刷新，否则电机将停转。
五．客户端程序中主要功能模块的设计过程
5.1远程部分：
Winsock控件
图4：
远程界面
界面如图4，“发送”按钮用于发送控制数据。
WinsockState状态常数属性值：
常数值描述
sckClosed0关闭状态
sckOpen1打开状态
sckListening2侦听状态
sckConnectionPending3连接挂起
sckResolvingHost4解析域名
sckHostResolved5已识别主机
sckConnecting6正在连接
sckConnected7已连接
sckClosing8同级人员正在关闭连接
sckError9错误
主要代码及事件方法解释如下：
PrivateSubcmd1_Click（）
Winsock1.SendDataText1.Text'SendData方法：
给远程计算机发送数据。
EndSub
PrivateSubcmd2_Click（）
Winsock1.Close’关闭远程连接
Winsock1.RemotePort=2000’建立连接的端口
Winsock1.RemoteHost=Text2.Text'发送服务器IP地址,请求连接
Winsock1.Connect’Connect方法：
返回与远程计算机连接
EndSub
PrivateSubcmd3_Click（）
Text3.Text="断开连接"
Winsock1.Close'断开连接
EndSub
PrivateSubcmd4_Click（）
End’结束
EndSub
PrivateSubForm_Load（）
Winsock1.LocalPort=0’设置本地使用的端口
EndSub
PrivateSubWinsock1_DataArrival（ByValbytesTotalAsLong）
’DataArrival事件当新数据到达时产生该事件。
DimGetstrAsString
Winsock1.GetDataGetstr,vbString,bytesTotal’GetData方法
检取当前的数据块
Text3.Text=Getstr
IfText3.Text="成功连接"Then
cmd3.Enabled=True
EndIf
EndSub
5.2本地部分：
Timmer控件
MSComm控件
Winsock控件
图5：
本地控制界面
图5中上方文本框用于记录行程开关状态（十进制），Timer主要用于刷新电机数据以及延时。
主要代码以及事件方法介绍如下：
PrivateSubwinsock1_ConnectionRequest（ByValrequestIDAsLong）
’ConnectionRequest事件：
当远程计算机请求一个连接时产生该事件。
只对于TCP服务器应用程序适用。
当有一个连入请求时就触发该事件。
该事件触发之后，RemoteHostIP和RemotePort属性中保存了客户机的信息。
winsock1.Close
a=MsgBox（winsock1.RemoteHost+"请求连接",4+32+0,"警告"）
EndIf
Ifa=6Then
winsock1.AcceptrequestID’允许远程控制
winsock1.SendData"成功连接"
form1.Caption="远程控制中"
EndIf
EndSub
PrivateSubWinsock1_DataArrival（ByValbytesTotalAsLong）
DimGetstrAsString
winsock1.GetDataGetstr,vbString,bytesTotal
’GetData方法：
检取当前的数据块，将其保存在一个Variant类型的变量中。
Text1.Text=Getstr
IfText1.Text="start"AndSR（0）=21Then
winsock1.SendData"正在运行"
CallStarting
ElseIfText1.Text="start"AndSR（0）<>21Then
winsock1.SendData"请复位"
EndIf
.
.
.'接受数据，客户端状态显示
EndSub
PrivateSubWinsock1_Close（）'远程关闭事件
b=MsgBox（"对方断开连接",0+64+0,"消息"）
Ifb=1Then
CallPausing
winsock1.Close'远程关闭
winsock1.Listen'远程监听
EndIf
EndSub
六．结论及心得体会
在这次课程设计中，我们先认真复习机械原理、机械设计、自动生产线、VB的基本知识以及学习新的知识（主要为mscomm、winsock、timer三种控件的使用）等，通过慧鱼模型将自己心中所设想的机械搭建成模型，并使用VB通过串口对所搭建而成的机械模型进行控制。
在搭建模型的过程中，我们通过对慧鱼模型的零部件的熟悉和了解之后，将自己所想的创意在一个星期内搭建出来。
在搭建模型的过程中，虽然这次课程设计的人数比较多，模型的材料比较少，常常出现需要的零部件找不到或者缺少几个，但是我们花了不少时间去熟悉各中零件的组合方法，也尝试去想出新的组合方法代替材料的不充足。
我们搭建出来的实物并不是十分完美，有着许多这样或者那样的问题，特别是在编制VB程序对机械进行控制之时，问题尤为之多，需要对用到的控件如mscomm、winsock、timer等进行新的学习，一步步去了解及尝试着去应用。
在编程的过程中，一点一点排查原因，一步一步调试，直至最后正常运行。
除去学到的mscomm、winsock、timer等控件的使用之外，让我们对编程方法、编程习惯以及耐心来也进一步的加强。
在这个课程设计过程中学到的很多的东西，体会到了克服困难的乐趣，其意义无价，就如老师所说的就是一次小的毕业设计，为我们在后面的毕业设计也是打下了坚实的基础。
总而言之，一次这样的课程设计，使得我们对于简单的机械系统有了较为全面的认识，对于其设计过程以及方法也有了一定的了解，体会了从一无所知到逐步去了解和掌握。
七、参考文献
[1].孙桓.机械原理（第七版）高等教育出版社
[2].汪建晓.机械设计华中科技大学出版社
[3].范逸之陈立元.VisualBasic与RS232串口通信中国青年出版社
[4].刘炳文.VisualBasic程序设计教程清华大学出版社
[5].梁燕飞谭伟明.自动机械与自动生产线高等教育出版社
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