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  • 热度 8
    2014-6-17 11:07
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    入门级的步进驱动的功能框图如下 如果降低要求,电流采样这边直接用比较器,用DAC输出参考,和采样的电流进行比较,MCU只处理斩波反馈的信号,这样,编程难度更低。 OK,从最简单的开始,正弦表。 到网上找了一通,甚至找了正弦表的发生软件,以及MTLAB来做,但是都没有找到合适的资料,好吧,与其浪费时间来做这个搜集工作,还不如自己用EXCEL计算出来。12位DAC输出,那最大4095,用EXCEL计算以后,得到的128细分正弦表如下: uc16 Sine12bit = {0,50, 100, 151, 201, 251, 301, 351, 401, 451, 501, 551, 601, 651, 700 , 750, 799, 848, 897, 946, 995,1044,1092,1141,1189,1237,1285,1332,1380,1427,1474,1521,1567 ,1613,1659,1705,1751,1796,1841,1886,1930,1975,2018,2062,2105,2148,2191,2233,2275,2317,2358,2399 ,2439,2480,2519,2559,2598,2636,2675,2713,2750,2787,2824,2860,2896,2931,2966,3000,3034,3068,3101 ,3133,3165,3197,3228,3259,3289,3319,3348,3377,3405,3433,3460,3486,3512,3538,3563,3588,3611,3635,3658 ,3680,3702,3723,3744,3764,3783,3802,3821,3838,3856,3872,3888,3904,3919,3933,3947,3960,3972,3984,3996 ,4006,4016,4026,4035,4043,4051,4058,4064,4070,4075,4080,4084,4087,4090,4092,4094,4094,4095}; 然后配置程序,一输出,完美!   第二个需要做的工作是,脉冲输入。 计划先反转和脱机功能不做,先让电机转起来再说。查找STM32的资料,发现这个很好实现。用外部中断9来触发DMA的输出。 如果你是一个单片机老手,这个做起来当然简单,但是我对DMA了解不够,但是还算是比较顺利,程序编写后,功能完全满足要求。   然后难一点的东西来了,细分的输入处理。 细分功能的实现,一开始低估了细分功能实现的难度,     根据目前市面上驱动器的特点,以及在运行中切换细分可能造成的丢步。      高细分切换到低细分时会丢掉小于一个低细分角度的旋转,比如,从128细分下的125阶梯切换到2细分时,125~128的四个阶梯会自动丢失掉     (整步和256细分,后面需要再进行添加)     设置驱动器的细分设置在上电初始化中完成。     程序的设计流程如下:     1、查询细分设置端口的电平,以确定“细分”     2、根据细分,分配DMA空间     3、计算DMA中存入的“梯度正弦值”,初始化两个DMA,并赋值DMA的基址。     4、外部脉冲触发DAC输出,DAC的数据寄存器绑定DMA1和DMA的地址,直接从DMA中取值   设计完成上面的工作,就可以开始PWM的输出了,PWM的输出如果不处理反馈,功能也很容易实现,简单的程序可以设置固定的占空比,以及加入一定的死区就OK了,程序编写完成以后,调试OK,一切进展看似很顺利。   对步进驱动技术有兴趣的朋友,可以加入 迪莫驱动技术群 :104155124,我们将每周安排时间在群内一起讨论技术问题。
  • 热度 6
    2014-6-17 11:06
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          我目前的情况如下:       之前一直用的是模拟的器件实现的步进电机驱动器,从一开始的衰减模式到PWM斩波方式,到后面了解到的PID控制,MOS驱动等方面技术的积累,我之前就尝试自己来设计一款数字化的步进电机驱动器,但是因为公司的业务方向问题,以及自己下班后时间安排也挺紧张,一直没有开始动手,唯一一次有机会设计,就是配合一个FPGA的高手,为他提供步进驱动方面的一个时序要求,以及配合一些参数的测试,并且成功的完成了比较基础的步进电机的驱动。     当然那款驱动没法量产的,第一是芯片太贵,性价比不高,因为这个项目也是入门级的,所以实现了基本的功能以后,就没有深入理解下去,后来根据这个项目,提高了之前那个项目的内部时钟,从而使之前设计的项目性能上得到了提高,FPGA的项目也就完成了使命。我现在的编程能力方面,毕业时候完成的项目是用汇编语言完成的,当然也只是修改了一些代码,完成了一个机器人的简单功能,后面毕业以后完成过几个项目,也是在别人的代码下修修补补,后来用单片机,也就完成一些简单的测试功能,简单用到单片机的内部资源,所以编程能力方面,我只能算是入门。简单来说,硬件方面基本上问题不大,编程才是我做这个项目的最大难度。       之前完成过一篇小文章,《 步进电机驱动器的软硬件设计总结》   算是我对步进电机理解的一个小结,可以看出,要设计一款数字化的步进电机驱动器,如果用到DSP,现在压根就没有这种能力,所以只能从简单的MCU开始入手,一开始选择了dsPIC33来做,因为步进入门,我就是开始从PIC开始的,并且有一定的库支持。但是方案开始后,很快被老大否决,从而转32位的STM32,而我之前接触的都是8位的单片机,所以项目的难度可想而知。但是我知道,这个一定是我要走过的路,唯有勇敢面对。     希望这篇博文可以坚持写下去,不管遇到什么样的问题,希望记录下来,也希望看到这篇博文的前辈能不吝赐教,提供点睛之笔,拜谢。   对步进驱动技术有兴趣的朋友,可以加入 迪莫驱动技术群 :104155124,我们将每周安排时间在群内一起讨论技术问题。
  • 热度 4
    2013-9-3 09:45
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       现代通讯设备、便携式电子产品、笔记本电脑、电动汽车、小卫星等普遍使用蓄电池作为电源,应用非常广泛。然而大多数设备中的蓄电池,只能使用专用的充电器,而且普通的充电器大多充电时间长,无法判断其充电参数和剩余的充电时间。    本文介绍一种基于单片机的通用智能充电器的设计。充电器可以实时采集电池的电压、电流,对充电过程进行智能控制,计算电池已充的电量和剩余的充电时间;还可以通过串口和上位机进行通讯并给用户显示必要的信息,有虚拟仪表的作用;另外,它也可以改变参数,适应各种不同电池的充电。这里列举几种不同的电池充电试验,来说明智能充电器的实用价值。     1 智能充电器的硬件设计    智能充电器如图1所示。主要包括电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组等,形成了一个闭环系统 。下面对系统的工作原理分几个部分进行简述。 图1智能充电器电路模块图    1.1 处理器   处理器采用51系列单片机89C51。单片机内部有两个定时器、两个外部中断和一个串口中断、三个八路的I/O口,采用11.0592MHz的晶振。 单片机的任务是通过采样电路实时采集电池的充电状态,通过计算决定下一阶段的充电电流,然后发送命令给控制器控制电流的大小。单片机通过串口RS232和上位机相连,用于存储数据和虚拟显示。     1.2 采样部分    电压和电流采样采用模/数转换器AD574。AD574为±15V双电源供电,12位输出,最大误差为±4bit,合计电压0.01V。   充电电流通过电流传感器MAX471转换为电压值。电流采样的电压值和电池组的端电压值两者经过模拟开关CD4051,再经过电压跟随器输入到AD574,分别进行转换,其结果由单片机读取,并进行存储和处理。主要的电路连接如图2所示。 图2 采样电路    1.3 控制器   控制器采用脉宽调制(PWM)方式控制供电电流的大小。PWM发生器由另一个20MHz的单片机构成,主控制器和它采用中断的方式进行通讯,控制其增大或减小脉宽。PWM信号通过光电隔离驱动主回路上的MOSFET。开关管、二极管、LC电路构成开关稳压电源。用PWM方式控制的开关电源可以减小功耗,同时便于进行数字化控制,但母线的纹波系数相对较大。PWM控制电路如图3所示。 点击看原图 图3 PWM控制电路    2 智能充电器的软件设计    2.1 数据测量   在单片机的测量中,电池电压值和电流测量值经过多路选择器进行选择,然后通过A/D转换器转换为16进制数,直接存入单片机。电池电容量C则需要间接计算,由于每个循环 周期检测电流一次,故可以利用电流值的积分求出电容量C。考虑电池内阻r的影响,可以得到计算电容量的计算公式为:   Cn+1=Cn+I·t-I2·r·t   充电时间和剩余充电时间由上位机进行计算,剩余充电时间等于预设的充电时间与已充电时间的差值。其中,预设时间可根据电池的型号预先得到。     2.2 单片机控制程序设计    对于不同的电池和不同的参数,单片机需要设定不同的充电参数,选择不同的充电策略。另外,程序需要在电池过电流、过电压等异常情况下强制终止充电。以锂离子电池为例,一般采用恒流-恒压充电方式,其充电过程包括小电流预充电、大电流充电、恒压充电等几部分。其充电控制程序流程图如图4所示。 图4 充电控制策略程序   在控制恒定电流和恒定电压的过程中,采用比例控制,即如果充电电流I大于设定电流Is,就按照比例减小脉宽;反之按照比例增大脉宽。单片机还需要接收和处理上位机的命令,并根据上位机的要求将数据实时回送给上位机。两者的通讯协议要在程序中预先设定。     2.3 上位机处理程序设计    上位机程序由VisualC++编写。其任务是每隔1秒钟向串口发送一个查询命令,并读取单片机回送的信息,提取充电电流、充电电压、工作状态等参数。参数经过数制转换和计算后进行显示。软件有着良好的用户界面,可以方便地观测电池目前的工作状态以及剩余充电时间等信息。上位机程序会同时把读到的数据存储到文件中,这些数据可以利用其它数学软件(如Matlab)进行处理。    另外,程序在初始化时要把充电电池的型号参数发送给智能充电器,参数一般包括充电电池的种类(锂离子电池、镍镉电池)、充电电池的容量(单位为mAh)等。根据不同的电池型号,单片机可以设定不同的充电参数,程序可以直接控制单片机的运行与停止。     3智能充电器的应用试验       3.1充电性能试验    这里选用型号为US18650的SONY锂离子电池,其额定容量为1800mAh;经过测量,电池在4.2V左右时的内阻约为0.3Ω。取恒流充电电流为1/3C=0.6A,截止电压为4.2V,充电结束标志电流为0.06A,进行充电试验。图5为充电过程的电压、电流和电容量的曲线。 图5 锂离子电池充电性能试验   充电时间约为240分钟,如果需要进一步缩短充电时间,只需在初始化时设定更大的充电电流即可。因为采用PWM控制器,所以电源供电的效率高,从供电电源到充电电池的工作效率,最低时在85%左右。充电电流波动较大,波动系数约为5%。     3.2 智能充电器通用性试验    选用NOKIA6100锂离子电池(额定容量为550mAh),用恒流-恒压充电方式进行充电,取恒流充电电流为0.15A,截止电压为4.2V,充电曲线如图6所示。 图6 NOKIA商用电池充电试验    从充电曲线来看,电池电压达到3.96V时就不再上升了,充电电流也不再下降了。可以判断商用电池内部有保护电路,将多余的电流旁路了,这样的保护电路使充电过程中能量损耗很大。试验曲线 显示在四小时时电池电量已经达到550mAh,但实际上并没有达到满充。此实验证明,此充电器可以作为一般的商用电池的通用充电器,充电速度快,效果良好。不足的是它与实际的充电电池在机械接口上还不能匹配,需要进一步改进。     参考文献      1 王鸿麟. 智能快速充电器设计与制作 .北京: 科学出版社, 1998     2 沙占友. 新型单片开关电源的设计与应用 .北京:电子工业出版社, 2001    3 马世俊. 卫星电源技术 . 北京:宇航出版社, 2001    4 王鹏飞. 12位模/数转换器AD574在测试仪中的应用 . 微电子技术, 2000(6)
  • 热度 6
    2012-1-6 17:54
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        Epic Data的成熟经验 航天和国防制造商面临一个独特的业务挑战:全球的竞争,固定总价合同,市场不可预见性和安保问题。航天和国防产品的制造商为了变得更有效率,需要发掘流线运营和适应精益制造实践和安保协作和保持它们传递的产品的细致纪录的道路。 为回应这些需求,Epic Data提供制造运营管理方案的IntegraSuite,这包含了所有制造运营的主要方面。 IntegraProduction™   车间制造管理 IntegraTrak™    零件和资产的追踪 IntegraTLC™    车间工作劳动力管理 IntegraNet™     数据收集管理系统   Epic Data的产品在航空、航天和国防工业上已经应用了近40年。客户的名单就如同这个行业中名人录一样,所有的企业都是制造各式各样商业和军用车辆、飞机、直升机和特种装备的行业巨头。因此我们非常了解航空、航天与国防制造商们所面临的特殊挑战。 我们的解决方案能够使您: 1. 同您的生产项目合作伙伴一起进行实时同步的全球合作,从而更快的推出新产品。 2. 通过加快原材料到生产的周期,使定制生产更容易 3. 更快的对车间人员、零部件、生产过程进行实时、准确的计划和反应。 4. 通过实时的零部件与劳动力供给来保持对于库存、成本和生产计划的严格控制。 5. 管理产品的序列化和质量问题,在履行法规或合同义务的同时,完成零部件审计追踪和成品谱系。 6. 通过准确的产品谱系与仓储位置记录,提高工具和零部件的维护、维修、配件操作的效率。   Epic Data在军工行业的典型客户: 我们的愿景 北汇信息希望通过MES的实施,帮助军工客户实现生产管理方式的转变,帮助改变制造资源管理模式.建立快速制造过程响应体系。实现了数控车间的工艺技术、作业计划、生产组织、质量控制、资源利用等数控加工制造全过程的信息响应和系统集成,帮助军工客户分阶段完成“数字化工厂”的搭建。 随着后续工作的深入,北汇信息将进一步加强系统优化及应用集成,努力为中国国防企业打造世界一流技术和管理的现代化数控车间,为军工企业制造车间实现数字化、管控一体化提供示范和应用实施的支持。
  • 热度 6
    2012-1-6 17:50
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      军工企业信息化现状和展望 我国军工企业从建国以后经过60年的发展,国防实力得到了明显的提升,为国家繁荣和安定做出了巨大贡献。随着军工行业的快速发展,任务重、要求高、能否短周期高质量完成军品任务已经成为军工企业面临的主要挑战,这种挑战正在对军工企业的核心能力提出更高的要求。航空、航天、船舶、兵器、核工业等领域所研制的各类军品几乎都属于复杂产品。军工产品制造要求质量优、精度高、柔性好、 响 应快   、消耗少。信息化与数字   制造业发展的必然趋势也是满足现在军工制造业需求的重要途径。 信息化建设作为军工企业提升管理水平的重要支撑,已经日益显示出其巨大的价值。在“十二五”规划中明确指出,在信息系统逐步普及的今天,如何针对军工企业的特点和需求,提供科学、可行的解决方案及产品,并从战略发展的全局考虑,信息化要支撑企业的全球化运作、制造和营销,支撑企业未来战略发展落地,是军工集团及所属院所、企业关注的重点。 大多军工企业在信息化基础建设上已经踏下了坚实的一步,ERP、CAx、PDM、PLM等项目纷纷上马,但“信息孤岛化”现象严重。对系统的应用还不成熟,功能利用率不高。信息化系统大多只涵盖了企业级管理(ERP)和工艺设计和数据管理(CAx,PDM等)方面,缺乏一套专门针对车间,连接计划、工艺到实际的生产制造系统。 MES(制造执行系统)很大程度上解决了军工企业的当务之急,打通了信息壁垒,与其他系统的无缝集成,为企业提供了一个连接计划、工艺和生产车间、设备的桥梁。 北汇信息采用在国际军工制造业中有多达36年行业经验的加拿大Epic Data公司研制的MES产品,并辅之在国内军工口有十数年经验的国内实施团队,推出为国内军工企业量身定做的MES解决方案 军工企业数字化车间MES的构建要求 军工制造企业在解决车间底层基于自动化设备实现生产系统柔性化和从需求管理的角度出发应用MRP/ERP系统解决管理流程化、信息集成化、和决策科学化的同时,还需要解决更复杂的车间制造过程管理问题,即建立制造执行系统(MES)为核心的生产作业计划管理与执行控制集成应用模式。 MES(制造执行系统)通过信息的传递,对从产品开始投入生产一直到其完成的整个生产过程进行优化管理,并通过收集、处理生产过程中大量的实时数据和事件对企业的生产活动做出指导、响应和报告的系统。这种动态变化的生产条件做出快速响应的能力,将减少军工企业内部物料的生产行为,促进生产操作和过程的有效进行。 而随着信息化的快速发展,武器装备更新换代加快。对于承担武器装备研制和生产单位的军工制造企业来说,军工产品生产的特点要求MES软件系统能够适应由产品快速变批量、混线生产和快速响应制造等带来的生产线和业务流程重构的需求: ·满足军工型号制造快速变批量生产要求,能够快速调整业务过程; ·具有可重构性,能够适应型号研制与批生产结合的混线生产模式; ·实现底层信息实时反馈,将车间形成具有信息反馈的闭环控制执行系统; ·具有开放式架构,能够实现同其他外部系统的信息集成。 MES将建立与已有的产品数据平台PDM无缝集成的产品全寿命条码管理跟踪系统作为产品信息交互的主线,以保证从设计、工艺制造源头至产品生产全过程、最终装机的全面信息交互和共享;以数控设备DNC通信联网作为基础,利用数据采集系统实现设备加工信息的收集.并通过设置以公司内网为传递途径的现场终端,实现产品生产信息、设备加工信息、资源管理信息的集成。   以MES为纽带的数字化车间 数字化车间的集成应用系统 采用基于产品数据管理的集成生产计划与执行控制,是实现数字化制造车间集成应用的一个有效的解决方案和重要实践。数字化车间是在ERP概念基础上凸显PDM作为企业信息集成框架的作用,同时强调MES作为制造现场的生产管理系统的重要性。这种模式针对军工制造企业现阶段要解决的核心问题,采用项目管理技术进行研制过程的管理。 MES在典型机械加工数字化车间的应用 MES(制造执行系统)从ERP(企业资源计划)中接收到业务订单,然后将工厂生产计划信息引入车间,结合工厂生产计划进行具体生产排程,把企业下达的生产任务转换成工单,然后具体分配到车间的各个生产单元(工段/班组),工作地和工人,规定他们在周,日以至轮班和小时内的具体生产任务;并通过MES的现场终端将生产指令直接下达到具体工位/操作者,同时及时采集每个工位所执行任务状态的信息; 实现生产进度控制,产品质量控制,物料消耗与库存控制及生产成本费用控制等。 MES能与PDM集成和运行CAx软件,支持车间的工艺准备技术工作,实现设计数据直接引入,工艺建模,自动编程和程序仿真。MES和DNC系统兼容整合后,通过网络与生产现场调试的实际应用程序回收后统一存放, 归档。同样,机床的CNC参数也可以通过此系统进行传输, 还可以通过DNC系统实现刀具参数的传递。 MES系统还可以建立刀具管理系统,实现数控用道具的管理与预调, 考虑到生产规模的扩大和品种的变化速度加快,在加强CAx的同时,应注重生产准备环节的技术改造。 刀具综合管理和预调制度的建立及刀具管理系统的采用可以实现在车间(单元)范围内的刀具参数和寿命管理,实现刀具的统一调配和配送,将缩短生产准备时间,降低车间刀具占有量,提高刀具的利用率,以及稳定产品质量。      MES也可配合企业资源管理系统实现对工装、夹具、量具和辅料进行需求计划,并管理工装、夹具、量具和辅料的有效性。         北汇信息提供的MES应用与实施服务 北汇信息作为军工MES领域的专业服务企业,凭借多年军工行业服务经验,对于军工企业的制造数字化有着充分的认识和经验,基于国际领先的军工MES系统平台(加拿大Epic Data公司研发,北汇信息是中国军工业务独家代理商),将为国内军工企业提供MES咨询、实施和维护的完整服务。 针对军工企业数字化制造车间的应用,北汇信息将根据军工客户的实际需求,根据分层次和循序渐进的原则,把MES的实施效果落到实处,为军工企业带来真正的帮助。对于以MES为基础及桥梁的数字化工厂的技术应用有多种形式,可以小到一个柔性制造单元系统,也可以是一条生产线或整个车间以至多个厂区的集成应用。 实施步骤: 根据北汇信息与Epic Data的多年军工实施经验,我们推荐以下的三阶段实施模式(如下图所示): 第一阶段: 以IntegraNet,IntegraTrak为主,辅以IntegraProduction的部分功能。针对客户的现场瓶颈和痛点,先从现场的数据采集入手,做到对现场流程的初步可视化,追踪零部件和在制品的状态,打通与现场设备的技术接口壁垒,辅之与初步的排程,结合Kanban,Andon,终端系统,定制报表,实现一个数字化工厂的初步模型,起到一个立竿见影的示范效果。并在这一阶段使工厂员工逐渐适应“无纸化”工厂的操作流程。   第二阶段 完善IntegraProduction的功能。结合客户现场情况,通过对Epic Data制造执行系统(MES)的实施,优化生产流程,采集更详细的数据,完善排程系统,对质量管理,设备维护,文档控制,客制报表等功能做到深入的实现与应用。在此阶段,工厂员工应该已经适应在“数字化工厂”的操作流程。   第三阶段 根据客户实际需要,实施IntegraTLC,完善员工“门禁”,工时计算等功能,并在企业信息化大平台上与其他系统,诸如ERP、SCM、PDM、PLM、CAx做到无缝对接,打通信息交流壁垒,彻底实现“数字化工厂”的概念。 在此阶段,工厂员工已经熟练掌握全部数字化控制技能。 军工企业由于行业的特性,在安全保密要求与信息系统技术有其自身的特点,北汇信息结合多年在军工企业信息化建设中的经验推出了面向军工行业信息系统技术解决方案,在实施过程中将严格遵守国家有关保密条文规定, 并且从技术和人为两方面杜绝任何可能导致泄密的状况。          
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