基于单片机的光机电一体化实训系统设计

一、外观图一二、概述：该装置由铝合金实训台、典型的机电一体化机械部件、PLC模块、触摸屏模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、接线板和各种传感器组成。

整体设计采用开放式结构，学生可利用现有设备进行机械设备组装和电气线路配置来进行训练，也可增加其他机械部件进行扩展训练。

整机设计突出了灵活多变的特点。

三、实训项目：1.自动检测技术使用实训2.气动技术应用实训3.可编程控制器编程实训4.电气控制电路实训5.变频器应用技术实训6.触摸屏应用技术实训7.自动控制技术教学与实训8.机械系统安装与调试实训9.系统维护与故障检测实训四、系统配置：该系统配置了触摸屏模块、可编程控制器（PLC）模块、变频器模块、电源模块、按钮模块、气动装置、光电开关、光纤传感器、接近开关、报警灯、接线板等电器元件，另外还配备了机械手、传送带机构、旋转上料盘、物料分拣机构和落料滑道等机械部件。

在接线方面采取了开放式的安全导线连接的方式，既保证了系统的可灵活配置的特点又保证了学生的实训安全。

系统详细配置清单如下：五、技术参数：1、交流电源：三相AC380V/50HZ。

2、电源形式：三相五线制。

3、外形尺寸：长*宽*高=1260*810*8004、整机能耗：0.5KW5、安全措施：具有接地保护、漏电保护、短路保护、试验装置采用安全型插座、试验导线采用高强度安全型试验导线。

六、整机工作流程：(见附图五、图六、图七)七、工作原理在触摸屏上按启动按钮后，装置进行复位，当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器检测：如果送料电机运行一分钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无料或故障，这时要报警：当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号，由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，气爪松开，将物料放到传送带上，落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料，同时机械手按原来位置返回，进行下一个流程：传感器则根据物料的材料特性、颜色等特征进行辨别，分别由PLC 控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。

PLC实训室建设方案—YL—235A型光机电一体化实训考核装置一、设备外观图（图片仅供参考、以实际配置为准）二、设备概述本设备适合机电设备安装与维修、机电技术应用、电气运行与控制、电气技术应用、电子电器应用与维修等专业和非机电类专业的必修课程模块《可编程控制器技术》、《电器及PLC控制技术》或选修课程模块、《PLC及其应用》的教学与实训.本设备主要包括实训台架、典型的机电一体化设备的机械部件、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块、接线端子排和各种传感器等组成。

整体结构采用开放式和拆装式，实训装置用于机械部件组装,可根据现有的机械部件组装生产设备，也可添加机械部件组装其他生产设备，使整个装置能够灵活的按教学或竞赛要求组装具有生产功能的机电一体化设备。

三、技术参数1、交流电源：三相五线AC 380 V±10% 50Hz；2、温度：-10～50℃；环境湿度：≤90％无水珠凝结；3、外形尺寸:长×宽×高=1200mm×800mm×1500mm；4、整机功耗：≤1。

5 kVA；5、安全保护措施:实训台桌面采用高绝缘、高强度、耐高温的高密度板。

具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国标标准.采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线四、功能特点本设备采用铝合金导轨式实训台，模块采用标准结构和抽屉式模块放置架，互换性强；按具有生产性功能和整合学习功能的原则确定模块内容，使教学或竞赛时可方便的选择需要的模块。

本设备的PLC模块的I/O 端子、变频器的接线端子、各常用模块与PLC的连接端子,均与安全插座连接，使用带安全插头的导线进行电路连接；各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路，则通过端子排进行连接。

插拔线连接电路与端子排连接电路相结合,既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、安全和可靠。

光机电一体化实训装置工作流程的编程方法下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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•132 •内燃机与配件基于PLC的光机电一体化实验装置设计与应用杨彦魁(唐山劳动技师学院，唐山063000)摘要：本文通过对光机电一体化实验装置与PLC进行简单介绍，在分析了光机电一体化实验装置的系统组成的基础上，深入研 究了基于PLC程序的光机电一体化实验装置设计及其具体应用，以期按照控制系统的实际特点，通过不同方法，对PLC控制程序进 行编辑，进而提高基于PLC的光机电一体化实验装置设计在生产实践中应用的灵活性与便捷性。

关键词：PLC;光机电一体化；实验装置设计与应用0引言经济的飞速发展，促进了科学技术的研发与应用。

光机电一体化实验装置就是一种典型的现代化技术装置，其 融合了各个学科的知识与技术，为我国机械制造行业的发 展提供了极大的助力。

而PLC控制系统是光机电一体化 实验装置的重要组成部分，其不仅影响着光机电一体化实 验装置的设计水平，同时也极大地影响着其实际应用效 果。

鉴于此，对基于PLC的光机电一体化实验装置设计与 应用进行研究，有着十分重要的意义。

1光机电一体化实验装置与PLC简介1.1光机电一体化试验装置简介同时增加了设备维修成本，不利于企业的发展。

电源干扰 问题，是机械电气控制装置PLC技术应用过程的主要影 响因素之一，需要提高重视程度。

3.2信号干扰问题信号干扰问题，是机械电气控制 装置PLC技术应用过程的主要影响因素之一。

信号干扰 会使得机械设备的使用性能下降，导致生产数据出现错 误，控制系统的性能不足。

信号干扰的危害性极大，会使得 控制系统的外部I/O模块遭到破坏，系统的部分零部件损 坏，严重者甚至会导致控制系统瘫痪，极大程度的影响工 业生产。

PLC控制系统的应用，需要与外部设备进行连接，从而去获取外部信号，与外界进行联系。

但是在系统运行 过程中，会受到信号传输线的影响，发生信号干扰现象，使 得信号的传输发生错误，从而引发系统的相关问题。

PLC 系统的应用，受外部信号干扰的几率较大，需要采取有效 的措施进行预防，否则会影响设备的生产效率。

光机电一体化课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握光机电一体化的基本概念、原理和应用，培养学生对光机电一体化技术的兴趣和好奇心，提高学生的创新能力和实践能力。

具体来说，知识目标包括了解光机电一体化系统的基本组成、工作原理和应用领域；掌握光电传感器、执行器和控制器的选型和应用方法；理解光机电一体化系统的设计和优化方法。

技能目标包括能够运用光电传感器、执行器和控制器进行简单的光机电一体化系统设计和调试；具备运用现代设计方法和工具进行光机电一体化系统设计和优化能力。

情感态度价值观目标包括培养学生对新技术的敏感性和接受能力，使学生认识到光机电一体化技术在现代社会中的重要性和应用前景，培养学生的创新意识和团队协作精神。

二、教学内容根据课程目标，本课程的教学内容主要包括光机电一体化系统的基本概念、原理和应用。

具体包括以下几个方面：1. 光机电一体化系统的基本组成和工作原理；2. 光电传感器、执行器和控制器的选型和应用方法；3. 光机电一体化系统的设计和优化方法；4. 光机电一体化技术在现代社会中的应用案例。

三、教学方法为了实现课程目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法和讨论法。

通过讲授法，我们将向学生介绍光机电一体化系统的基本概念、原理和应用；通过案例分析法，我们将分析光机电一体化技术在现代社会中的应用案例，使学生更好地理解和掌握相关知识；通过实验法，我们将让学生亲自动手进行光机电一体化系统的设计和调试，提高学生的实践能力；通过讨论法，我们将激发学生的思考和创造力，培养学生的团队协作精神。

四、教学资源为了支持教学内容的实施和教学方法的应用，我们将准备以下教学资源：1. 教材：《光机电一体化技术》；2. 参考书：相关的专业书籍和论文；3. 多媒体资料：相关的教学视频和图片；4. 实验设备：光机电一体化实验套件。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试等。

平时表现主要评估学生的课堂参与度、提问和回答问题的积极性等，占总评的20%。

光机电一体化实验报告法学院张品 2012301550041实训目的：1、接触型传感器作为输入反馈与C51单片机的编程实现。

2、编程使机器人基于胡须导航，条件判断语句的嵌套与机器人的人工智能决策的编程使机器人逃离进入墙角死区。

实验设备：(1) 胡须状金属丝2根；(2) 平头M3x22盘头螺钉2个；(3) 13mm圆形立柱2个；(4) M3尼龙垫圈2个；(5) 3-pin公-公接头2个；(6) 220Ω电阻2个；(7) 10kΩ电阻2个。

工作原理：机器人前进，在前进过程中，如果碰到右障碍，机器人会先后退，再左转90°；如果碰到左障碍，机器人会先后退，再右转90°；如果两根胡须都碰到障碍，机器人会先后退，再左转180°。

程序编制：机器人向前走的过程中，碰到障碍物，机器人用它的一根或者两根胡须探测障碍物，一旦胡须探测到障碍物，就调用导航子函数使机器人倒退或旋转，然后再重新向前行走，直到遇到另一个障碍物。

#include<BoeBot.h>#include<uart.h>int P1_4state(void）return (P1&0x10)?1:0; }int P1_7state(void) {return (P2&0x80)?1:0; }void Forward(void) {P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);}void Left_Turn(void) {int i;for(i=1;i<=19;i++) {P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);}}void Right_Turn(void) {int i;for(i=1;i<=19;i++) {P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1700);P1_0=0;delay_nms(20);}void Backward(void){int i;for(i=1;i<=38;i++){P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0; P1_0=1;delay_nus(1700);P1_0=0;delay_nms(20);}}int main(void){int counter=1;int old2=1;int old3=0;uart_Init();printf("Program Running!\n");while(1){if(P1_4state()!=P1_7state()){if((old2!=P1_4state())&&(old3!=P1_7state())){counter=counter+1; old2=P1_4state(); old3=P1_7state(); if(counter >4){counter=1;Backward();//向后Left_Turn();//向左Left_Turn();//向左}}elsecounter=1;}if((P1_4state()==0)&&(P1_7state()==0)) //两胡须同时碰到{Backward(); //向后Left_Turn();//向左Left_Turn();//向左else if(P1_4state()==0) //右胡须碰到{Backward();//向后Left_Turn();//向左}else if(P1_7state()==0) //左胡须碰到{Backward();//向后Right_Turn();//向右}else //胡须没有碰到Forward();//向前}}思考题：逃离死区当机器人进入墙脚是如何动作？假设左胡须触墙，于是它右转。

浅谈基于单片机的机电控制实训平台设计作者：谭赞贤来源：《卷宗》2018年第32期摘要：基于单片机视角，加强机电控制实训平台设计是至关重要的，带有一定的自主研制性质，该平台的构成主要包括单片机主控单元和多个独立的功能模块单元，各个功能设计是相对独立的，并通过杜邦线进行组合、并连接在一起，可以充分彰显出单片机基本控制功能和典型机电控制功能，对实际教学产生了极其深远的影响，教学效果显著。

本文主要针对基于单片机的机电控制实训平台设计展开深入研究，希望对相关行业人士提供些许帮助。

关键词：单片机；机电控制；实训平台设计在高等学校人才培养过程中，极大地促进了实践教学的开展。

对于单片机来说，属于比较完善的微型计算机系统，在诸多领域中得到了广泛的应用，比如智能仪器、网络通信以及工业控制等方面。

因此，在实际教学中，必须要基于单片机，加强机电控制实训平台设计，将教学内容拓展开来，引导学生树立高度的创新意识，并不断提高自身的工程实践能力，将机电控制领域的应用提升至全新的高度和深度。

1 基于单片机的机电控制实训平台设计的必要性分析针对工程训练中心开设的电工电子实训，必须要高度重视机类和近机类电工电子实训教学的开展，然而却缺少较为广泛的单片机实验台，所以一定程度上影响到基于单片机应用的机电控制实践教学。

现阶段，在诸多大赛中，都与单片机控制技术的应用之间有着紧密的联系。

所以必须要积极培养学生单片机控制技术的实践应用能力，集中整合好机械设计和控制技术，促进教学目标的实现，确保学生实践应用能力的稳步提升。

基于单片机，加强机电控制实训平台设计，要求要将单片机基本控制功能充分体现出来，实现典型的机电控制功能，属于具有综合性和全面性的实训平台，进一步拓展了实训教学内容，实验条件也得到了改善。

在该实训平台学习的影响下，学生可以对单片机基本原理进行充分掌握，不断提高学生机电结合的综合运用能力和创新实践能力，成立一名优秀的复合型机电人才。

2 基于单片机的机电控制实训平台设计2.1 整体功能设计1）系统功能需求该实训平台的构成主要包括主控制单元和多个独立的功能单元模块，其中，包括51和AVR单片机等主控单元，还包括电控制单元和实时时钟单元等。

光机电一体化系统设计与实现一、前言光机电一体化系统是一种将光学、机械和电子技术相互融合的系统，这种系统应用于众多领域，如医疗、通信、机器人、物联网等。

本文将阐述光机电一体化系统的设计与实现，以及它们在某些特定应用中的重要作用。

二、光学设计1、光机电系统中的光学设计光机电系统的设计中，光学照明系统是非常重要的部分。

系统在照明系统中应用高质量的透镜和镜头，以确保照明和成像的最佳性能。

光学设计需要针对系统中的每个部分进行操作，确保它们的每个组成部分都能够协同工作。

2、透镜和镜头设计设计透镜和镜头需要考虑到系统中的各种因素。

这些因素包括：光线的强度、传输的距离、成像质量以及系统的成本。

设计后，需要进行试制和测试，以确定其性能是否符合要求。

三、机械设计1、机械设计的重要性设计机械部分时，需要考虑系统的整体结构以及各个部分的功能。

在狭小空间内实现各功能部件的协调配合，需要经历多次实验和测试。

2、机械制造和安装在设计出机械部分后，需要进行制造和安装。

这部分需要考虑到机械的排布、紧凑性、耐用性、机械连接部分的细节、避免干涉和机械部分的整体美观等指标。

四、电子设计1、电子设计的重要性系统的电子部分是控制和监测系统的重要部分。

电子设计需要考虑到能耗、噪声、抗干扰、速度以及设备用途。

2、电子元件选型和电路设计电子元件和电路需要结合各个部分的特点进行选型和设计。

设计关键是在整体中考虑各个部分之间的交流，以便实现不同部分的共同协作。

五、系统测试和维护1、测试的方法在设计完成后，需要对系统进行测试。

这些测试涉及到光学、机械和电子部分的检验和测试。

这些测试的目的是发现系统中的任何问题，并确保其工作正常。

2、维护健康系统维护可以确保系统持续稳定运行。

维护包括检查电子、机械和光学部分。

在维护过程中遵循各个部分复检的规范，以确保系统的稳定性和可靠性。

六、光机电一体化系统的应用1、医疗光机电一体化系统在医疗领域中可以用于眼科、外科、诊断和治疗设备等。

DLFA-555C光机电一体化实训系统技术文件图片仅供参考一、设备概述：DLFA-555C型光机电一体化实训系统是模拟工业现场的流程环境，对不同类型的工件进行识别检测并进行搬运与自动分拣的实训系统，其中大量应用的各种传感器实现对工件的检测识别，然后通过机械手臂和传送机构进行工件搬运，最终由分拣机构对搬运到位的工件完成分拣。

设备整体由铝合金实训平台、上料机构、搬运机械手、物料传送和分拣机构等部件构成。

控制系统采用模块组合式，由PLC模块、变频器模块、触摸屏模块、电源模块和各种传感器等组成，可按实训需要对模块进行灵活组合、安装和调试。

使用过程中需用到机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、机械传动、气动控制、可编程控制器、传感器，变频调速等多项应用技术，为学生提供了一个典型的系统综合实训环境，使学生掌握的各项专业知识得到全面、综合地加深巩固并灵活应用。

DLFA-555C型光机电一体化实训考核系统用于教学，可按工作过程导向，工学结合的模式规划教学活动，完成以下工作任务：1. 气动系统的安装与调试项目：选用该系统配置的单出杆气缸、单出双杆气缸、旋转气缸等气动执行元件和单控电磁换向阀、双控电磁换向阀和磁性开关等气动控制元件，可完成下列气动技术的工作任务：★气动方向控制回路的安装；★气动速度控制回路的安装；★摆动控制回路的安装；★气动顺序控制回路的安装；★气动机械手系统的安装；★气动系统安装与调试；2. 电气控制电路的安装和PLC程序编写项目：选用该系统配置的PLC模块、变频器模块和指令开关、传感器等，可完成下列PLC应用技术工作任务：★电动机正反转控制电路的连接与控制程序编写；★电动机调速控制电路的连接与控制程序编写；★气动方向控制程序编写；★气动顺序动作控制程序编写；★气动机械手控制程序编写；★皮带输送机控制程序编写；★机电一体化设备控制程序编写；★自动生产线控制程序编写。

3. 机电设备安装与调试项目选用该系统配置的机电一体化设备部件、PLC模块、变频器模块和指令开关、传感器等，可完成下列机电设备安装和机电一体化技术的工作任务：★传动系统同轴度的调整；★皮带输送机的安装与调整；★搬运机械手设备安装与调试；★物件分拣设备的安装与调试；★送料设备的安装与调试；★自动生产线设备安装与调试。

DLMCS-585MS2型光机电一体化实训考核系统技术文件一、产品简介：DLMCS-585系列光机电一体化实训考核鉴定系统是模拟工业现场的流程环境，对不同类型的工件进行加工检测、进行搬运与自动装配冲压及分类存储的实训考核系统，其中应用多种传感器实现对工件的检测识别，然后通过机械手臂和传送机构进行工件搬运，最终由分拣机构对到位的工件完成分类存储。

设备整体由铝合金实训平台、上料机构、物料检测、搬运机械手、装配冲压、分拣机械手、和分类存储等部件构成。

控制系统采用模块组合式，由多种PLC模块、变频器模块、触摸屏模块、直流电源模块、双闭环调速模块及各种传感器等组成，可按考核需要对模块进行灵活组合、安装和调试。

本系统涵盖了机电一体化和电气自动化专业中所涉及的 PLC 控制、双闭环变频调速、伺服电机调速、步进电机调速、传感检测、气动元件、机械结构安装与系统调试等内容，为学生提供了一个典型的系统综合实训环境，使学生掌握的各项专业知识得到全面、综合地加深巩固并灵活应用。

图系统模块示意图二、产品特点：1、该实训考核系统融典型机电一体化设备机械部件安装、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装、PLC 编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试于一体，满足实训教学和竞赛的需要。

2、该实训考核系统采用控制单元模块化，执行单元模块化。

控制模块为三菱PLC 模块/西门子PLC模块、三菱变频器模块/西门子变频器模块、双闭环调速模块、伺服驱动及伺服电机模块、步进驱动及步进电机模块等模块；被控对象为送料单元模块、加工检测单元模块、搬运单元模块、装配单元模块、分类存储单元模块。

3、可自由组合系统控制及被控对象模块，完成简单或复杂的实训考核内容。

4、增加双闭环调速模块供拖动直流电机调速用，也可作为可调直流电源使用。

三、技术性能：1、交流电源:三相五线 AC380V±10% 50Hz；2、温度：-10℃～40℃；环境湿度：≤90%（25℃）；3、外形尺寸：约1900mm×900mm×1220mm（长×宽×高）4、整机容量：≤5KVA四、系统基本配置：该系统配置了可编程控制器（PLC）、变频器系统、气动系统、传感器、机械手、送料器、存储货架系统等实训部件。

光机电一体化实训项目的设计与实践摘要：在一个单一的情况下电子产品的培训课程，设计了可以用四种方法实现的一套方法，促进了直流电机的调速控制培训项目的整合，项目设计主要包括功率驱动、单片机、速度测量、保护电路和传动机构6部分组成，每个部分都可以用多种方案来实施，激发了学生的兴趣和热情，提高学生的解决工程问题的能力和工程设计能力，起到了举一反三的作用。

关键词：工程实训；光机电一体化；电机调速引言高等教育的一个重要内容是工程训练，可以提高学生的专业技能，创造思维以及工程方面的实践能力，只是训练的内容存在照本宣科单的现象，大部分情况下，课程进行到哪，学生练习到哪，学生个人的直觉思维和想象力未得到充分发挥，僵化了学生的思维，让学生缺少了一种批判性思维。

要主动跟随社会发展的潮流，了解社会所需，以饱满的热情投身对工程师的培训工作中，以多年的教学经验为基础，把对电子工程的培训作为入手的内容，与社会对工程类专业的需求相结合设计了一套光电、机电一体化技术在直流电机调速控制项目中的应用。

该项目具有丰富的内容、合理的逻辑关系、结合经典与先进性，具有良好的可扩展性和灵活性，培养学生的工程意识和工程专业提供了一个综合能力的有效平台。

1 基本原理1.1 PWM的调速原理在这里U是电枢端电压，R为电枢电路总电阻，I为电枢电流，k为电动机结构参数，φ为各级的磁通量。

从（1）中可得出，电机调速可通过改变U、φ、R的值，通过改变电压来达到调速的目的，我们使用常用的脉宽调制直流控制技术，通过晶体管的开关特性来改变电压，固定周期，连接和断开电源晶体管通过附加控制信号来控制一个周期“断开”和“接通”的时间长短，改变电机电枢电压占空比，即通过控制两端的平均电压，从而实现控制信号的目的。

1.2整体结构与设计把P87LPC768作为核心部件来阐述直流电机的工作原理。

（1）单片机采用了内部复位和片内振荡的方法来缓解I/O口线紧张的问题。

I/O口线紧张的原因是是单片机的20个引脚，不能同时做到控制电机转速，显示速度和连接开关的原因导致的。

学院：基础医学院专业：临床医学八年学号：2013302180013 姓名：王冕光机电一体化技术实训报告实训一机器人巡航控制1.目的及任务目的:熟悉机器人伺服电机的控制脉冲系列原理，学会利用单片机的输入/输出接口控制机器人的运动方向、速度、运行时间，掌握其相关原理及编程技术。

任务：按设计的运动轨迹实现机器人的运动控制。

2.主要仪器设备PC机一台；组装好的机器人一款；九针串口下载线一根。

3.工作原理图控制机器人伺服电机运转方向的是高电平持续的时间，当高电平持续时间为1.3ms时，电机顺时针全速旋转；当高电平持续时间1.5ms时，电机停止旋转；当高电平持续时间1.7ms时，电机逆时针全速旋转。

控制信号时序图如下图所示：图1.1 电机转速为零的控制信号时序图图1.2 1.3ms的控制脉冲序列使电机顺时针全速旋转图1.3 1.7ms的连续脉冲序列使电机逆时针全速旋转4.程序编制（1）机器人两个轮子都顺时针全速旋转(原地左转）。

#include<BoeBot.h>#include<uart.h>Int main(void){uart_Init(); //初始化串口print(“The LEDs connected to P1_0 and P1_1 are blinking!\n”);while(1){P1_0=1; //P1_0输出高电平P1_1=1; //P1_1输出高电平delay_nus(1300); //延时1.3msP1_0=0; //P1_0输出低电平P1_1=0; //P1_1输出低电平Delay_nms(20); //延时20ms}}（2）机器人完成向前、左转、右转、后退共四个动作（采用了四个子函数）：#include<BoeBot.h>#include<uart.h>void Forward(int PulseCount,int Velocity)/* Velocity should be between 0 and 200 */{int i;for(i=1;i<= PulseCount;i++){P1_1=1;delay_nus(1500+ Velocity);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500- Velocity);P1_0=0;delay_nms(20);}}void Left(int PulseCount,int Velocity)/* Velocity should be between 0 and 200 */ {int i;for(i=1;i<= PulseCount;i++){P1_1=1;delay_nus(1500-Velocity);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500-Velocity);P1_0=0;delay_nms(20);}}void Right(int PulseCount,int Velocity)/* Velocity should be between 0 and 200 */ {int i;for(i=1;i<= PulseCount;i++){P1_1=1;delay_nus(1500+Velocity);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500+Velocity);P1_0=0;delay_nms(20);}}void Backward(int PulseCount,int Velocity) /* Velocity should be between 0 and 200 */ {int i;for(i=1;i<= PulseCount;i++){P1_1=1;delay_nus(1500-Velocity);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500+ Velocity);P1_0=0;delay_nms(20);}}int main(void){uart_Init();printf("Program Running!\n");Forward(65,200);Left(26,200);Right(26,200);Backward(65,200);while(1);}（3 ）机器人完成向前、左转、右转、后退共四个动作（一个子函数）。

光机电一体化系统设计实验报告
学院实验报告
学院名称：实验地点：预习实验（2）项目名称：PLC控制的四相步进电机
1.实验项目名称
PLC控制四相步进电机实验的目的和要求
（1）掌握功能指令的用法
（2）掌握步进电机步进控制程序的设计3主要仪器设备
（1）dice-plc01可编程序控制器实验箱1台（2）编程电缆1根（3）连接导线若干4.实验内容及步骤
（1）控制要求
四相步进电机按四相八拍运行。

按下启动按钮、正转按钮、快速按钮时，首先a相通电（a灯亮），然后按照a→ab→b→bc→c→cd→d→da→a→ab……循环下去，每个状态持续5秒钟。

当按下启动按钮、反转按钮、慢速按钮时，首先a相通电（a灯亮），然后按照a→ad→d→dc→c→cb→b→ba→a→ad……循环下去，每个状态持续10秒钟。

当按下停止按钮时，步进电机完成一个循环后停止。

B
专业：学号：
班级：小组：
组员：
成就：
实验日期：
作业指导老师签字：
考勤情况数据处理情况acd图1四相步进电机控制示意图
一
参考实验接线表见表1，可以修改试验模块对应的主机编号。

（3）编译程序，正确后下载到PLC主机内存中，运行程序（4）调试程序，直至达到设计要求。

5实验梯形图
请画出你的实验接线表和程序梯形图（在快速正转、慢速正转、快速反转、慢速反转四种状态中至少要包括两种状态）
二。

D O I :１０．１６７９１/j ．c n k i ．s j g．２０１８．０４．０２０㊀仪器设备研制与应用基于单片机的机电控制实训平台设计王琳霖,王㊀伟,曹国强,王亚杰(沈阳航空航天大学工程训练中心,辽宁沈阳㊀１１０１３６)摘㊀要:自主研制一种基于单片机的机电控制实训平台.该平台由单片机主控单元及多个独立的功能模块单元组成,主控单元支持５１或A V R 系列单片机,各个功能模块独立设计,并可利用杜邦线进行组合连接.平台可实现单片机基本控制功能及典型机电控制功能,包括直流电机和微型步进电机的调速与换向控制㊁舵机的角度定位控制.该实训台已经应用于实际教学中,改善了实验条件,充实了教学内容,提高了教学效果,有效提高了学生的创新意识和工程实践能力.关键词:机电控制;实训平台;单片机中图分类号:G ４８４;TM １３１Ｇ４５㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:１００２Ｇ４９５６(２０１８)０４Ｇ００８２Ｇ０４D e s i g n o fm e c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l c o n t r o l t r a i n i n g pl a t f o r mb a s e d o nS C M W a n g L i n l i n ,W a n g W e i ,C a oG u o q i a n g ,W a n g Y a ji e (E n g i n e e r i n g T r a i n i n g C e n t e r ,S h e n y a n g A e r o s p a c eU n i v e r s i t y ,S h e n y a n g １１０１３６,C h i n a )A b s t r a c t :A m e c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l c o n t r o l t r a i n i n gp l a t f o r mb a s e d o nS C Mi s i n d e p e n d e n t l y d e v e l o pe d ．T h i s p l a tf o r mc o n s i s t s o f t h e S C M m a i n c o n t r o l u n i t a n d a n u m b e r o f i n d e pe n d e n tf u n c t i o n a lm o d u l e u n i t s ．T h em a i n c o n t r o l u n i t s u p p o r t s ５１o rA V Rs e r i e s S C M s ,a n d e a c h f u n c t i o n a lm o d u l e i s d e s ig n e d i n d e p e n d e n t l y a n d c a n b e c o m b i n e da n d c o n n e c t e dw i t hth eD u po n t l i n e ．T h e p l a t f o r mc a nr e a l i z e t h eS C M b a s i cc o n t r o l f u n c t i o na n d t y p i c a lm e c h a n i c a l a n de l c t r i c a l c o n t r o l f u n c t i o n ,w h i c h i n c l u d e s t h e s p e e dc o n t r o l a n dc o m m u t a t i o nc o n t r o l o f t h eD C m o t o ra n d m i c r os t e p p i n g m o t o r ,a n dt h ea n g l e p o s i t i o n i n g c o n t r o lo ft h er u d d e r ．T h i st r a i n i n g p l a t f o r mh a sb e e na p p l i e dt o p r a c t i c a l t e a c h i n g ,w h i c hi m p r o v e st h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ,e n r i c h e st h e t e a c h i n g c o n t e n t ,i n c r e a s e s t h e t e a c h i n g e f f e c t ,a n de f f e c t i v e l y e n h a n c e ss t u d e n t s i n n o v a t i v ea w a r e n e s sa n d e n g i n e e r i n gp r a c t i c a l a b i l i t y．K e y wo r d s :m e c h u n i c a l a n de l e c t r i c a l c o n t r o l ;t r a i n i n gp l a t f o r m ;S C M 收稿日期:２０１７Ｇ１０Ｇ１８㊀修改日期:２０１７Ｇ１２Ｇ１１基金项目:２０１６年辽宁省本科教学改革项目;辽宁省本科教学改革项目(U P R P ２０１４０４３６)作者简介:王琳霖(１９８１ ),女,山东济南,博士,高级工程师,从事自动控制㊁无损检测㊁电工电子实践教学的研究．E Ｇm a i l :w l i n _２３＠１６３．c o m㊀㊀实践教学是高等学校培养大学生创新意识和创新能力的关键环节,结合专业特色,开展相应的实践教学环节具有重要作用[１Ｇ２].电工电子实训以培养学生电工电子相关技术为基础,增强学生对电工电子技术的实践能力[３Ｇ９].单片机是一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制㊁智能仪器㊁网络和通信㊁汽车电子等领域应用广泛.对于机类及近机类大学生来说,熟悉并掌握单片机在机电控制领域中的应用技术是十分必要的[１０Ｇ１２].工程训练中心开设的电工电子实训承担机类及近机类学生电工电子实训教学,但由于专门面向机电控制应用的单片机实验台的缺乏,因而基于机电控制应用的单片机实践教学工作难以深入开展.然而,近年来国家级㊁省级大学生机械设计㊁电子设计和机器人设计等大赛中,都涉及单片机控制技术的应用.只有加强大学生单片机控制技术应用实践能力的培养,使学生能够将机械设计和控制技术有机结合,才能真正实现教学目标,提高大学生的实践应用能力.本文设计一种基于单片机的机电控制实训平台,该实训平台在完成单片机基本控制功能的前提下,实I S S N１００２Ｇ４９５６C N １１Ｇ２０３４/T ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀实㊀验㊀技㊀术㊀与㊀管㊀理E x p e r i m e n t a lT e c h n o l o g y a n d M a n a g e m e n t ㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３５卷㊀第４期㊀２０１８年４月V o l ．３５㊀N o ．４㊀A pr ．２０１８现典型的机电控制功能,是一个综合性的实训平台,充实了实训教学内容,改善了实验条件,提高了教学效果.通过该实训台的学习,学生在掌握单片机基本原理的基础上,能够进一步锻炼机电结合的综合运用能力,提高创新意识和创新实践能力.１㊀实训平台整体功能设计１．１㊀系统功能需求实训平台由主控制单元及多个独立的功能单元模块组成:２个主控单元(５１和A V R 单片机),输入单元,输出单元,电控制单元,实时时钟单元,直流供电单元,电平驱动单元,隔离电路单元(固态继电器㊁光电耦合器)等.实训平台整体功能框图见图１.图１㊀实训平台功能框图１．２㊀单元模块设计设计过程中各个模块独立设计,图２为实训平台的主控单元原理图.图２㊀主控单元原理图１．２．１㊀基本输入、输出单元和实时时钟单元基本输入单元包括键盘单元(独立按键和矩阵键盘)㊁无线遥控接收单元.独立按键模块监控４个独立按键的状态并在L C D 上显示.矩阵键盘模块实现监控４ˑ４矩阵键盘的状态,在L C D 上显示被按下键的名称.无线遥控模块通过连接在单片机的无线遥控接收端,监控无线遥控器上４个按键的状态,编码芯片采用P T ２２６２/２２７２.基本输出单元包括L E D 显示单元㊁数码管显示单元㊁L C D 显示单元和继电器输出单元.该部分通过多种方式让学生了解不同的显示方法和效果,其中的电磁继电器模块通过无线遥控器的４个按键分别控制４个电磁继电器线圈,每个继电器常开触点控制一个L E D 灯回路.开发的实时时钟模块用于显示当前时间.该模块采用D S １３０２实时时钟电路,可对年㊁月㊁日㊁时㊁分㊁秒进行计时.１．２．２㊀机电控制单元机电控制单元包括直流电机模块㊁微型步进电机模块和舵机模块.(１)直流电机模块:实现了电机的调速与正反转控制,并在直流电机的转轴上加装了光电旋转码盘,以实现对直流电机的转速测定.直流电机的控制由独立按键模块完成.图３是直流电机模块控制原理图.３８王琳霖,等:基于单片机的机电控制实训平台设计(２)微型步进电机模块:步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件.选用２８B Y JＧ４８微型步进电机,与无线遥控模块结合,由无线遥控器控制步进电机的启动㊁停止㊁加速㊁减速及换向功能.图４是微型步进电机控制原理图.图３㊀直流电机控制原理图图４㊀微型步进电机控制原理图㊀㊀(３)舵机模块:舵机是一种位置伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统.在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素,舵机可以在微机电系统和航模中作为基本输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口.平台选用辉盛S G５０１０舵机,通过一个按键点控制舵机的角度定位,并在数码管上显示.图５是舵机模块控制原理图.该模块可实现舵机的角度定位控制,通过一个按键点动控制舵机在０ʎ㊁４５ʎ㊁９０ʎ㊁１３５ʎ和１８０ʎ位置循环定位.图５㊀舵机控制原理图２㊀实训平台的组装为方便进行功能组合与扩展,以及便于以模块为单位对实训平台进行局部检修与替换,实训平台将各个功能单元按独立的P C B板进行设计,每块P C B板均留有针式连接端子,单元模块间利用杜邦线进行组合连接,实验时选取的功能单元通过连接电源转接单４８实㊀验㊀技㊀术㊀与㊀管㊀理元进行供电.主要单元的P C B板通过螺丝固定在同一底板上,底板材料选用绝缘性良好的环氧树脂或有机玻璃.各单元在底板上的安装布局见图６.图６㊀各单元模块在底板上的安装布局㊀㊀无线接收单元和L C D单元直接插接到单片机主控板上,数码显示管单元和直流电机㊁步进电机㊁舵机固定在同一底板上,安装布局见图７.图７㊀数码管与电机在底板上的安装布局各个电机通过杜邦线与对应的驱动单元进行连接.实验箱实物见图８.图８㊀实验箱实物图３㊀实训平台可完成的实验项目实训平台可完成如下典型实验项目:(１)L E D指示灯控制;(２)数码管显示;(３)L C D显示西文字符串;(４)独立按键的识别;(５)矩阵键盘按键识别;(６)无线遥控器的按键识别;(７)继电器控制;(８)实时时钟; (９)直流电机控制;(１０)步进电机控制;(１１)舵机控制.４㊀结语本文紧密结合课程建设需要和使用对象的特点,采用 专业性强㊁简单实用㊁使用灵活㊁易于扩展㊁维护便捷㊁成本低廉 的设计原则,完成了小型机电控制实训平台的研制.本研究具有较强的创新性和实用性,促进了电工电子实习课程建设的进一步发展,丰富了学生的专业技术知识,促进了多学科融合,提高复合型㊁应用型人才培养的水平.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]谭平．地方高校应用型人才工程实践能力的培养[J]．实验室研究与探索,２００９,２８(５):９３Ｇ９６．[２]朱正伟,刘东燕,何敏．加强高校实践教学的探索与实践[J]．中国大学教学,２００７(１):７６Ｇ７８．[３]李秀兰,杨宏韬．电工电子实训教学培养创新人才的探索[J]．长春工业大学学报(高教研究版),２０１３,３４(２):７９Ｇ８１．[４]肖看,尹仕,严国萍．创新型电工电子全开放实验教学模式探索与实践[J]．实验室研究与探索,２０１０,２９(４):７９Ｇ８２．[５]张莉英,王怀明,韩文仲,等．自己研制实验设备提高师生实践能力[J]．实验技术与管理,２０１５,３２(５):９８Ｇ１００．[６]胡任杰,王成华,堵国樑,等．自主研学的电工电子实践课程建设[J]．中国大学教学,２０１４(６):６０Ｇ６３．[７]曹海平,管图华．基于C D I O理念的电工电子实训教学改革与实践[J]．实验室研究与探索,２０１３,３２(１):１４０Ｇ１４３．[８]李振豪,廖中熙,崔瀛,等．电子工艺实习课程教学的超声波电路设计与实现[J]．实验技术与管理,２０１５,３２(２):８６Ｇ８８．[９]王成刚,李建海,应朝龙．面向实战的电工电子实践技能培养平台建设[J]．实验技术与管理,２０１７,３４(增刊１):１６Ｇ１８．[１０]高宏岩,马骏,朱林海．基于单片机的车位检测实验系统设计[J]．实验技术与管理,２０１７,３４(１):９０Ｇ９３．[１１]廉佐政,王海珍．基于单片机的通用工业顺序控制实验系统设计[J]．实验技术与管理,２０１４,３１(８):９６Ｇ９９．[１２]朱向庆,黎东涛,苏超益,等．适合于项目教学法的三合一单片机实验箱设计[J]．实验技术与管理,２０１３,３０(７):５５Ｇ５７．５８王琳霖,等:基于单片机的机电控制实训平台设计。

专业综合实践说明书设计题目光机电一体化实验台PLC程序设计设计时间系别机电工程系专业机械设计制造及自动化班级姓名指导教师目录1．题目要求与设计思路 (1)1.1题目要求： (1)1.2设计思路： (1)1.3程序用到的指令和软元件 (1)1.3.1步进指令（STL/RET）： (1)1.3.2位左移指令SFTL (2)1.3.3定时器T (3)1.3.4辅助继电器（M） (3)2．实验所用的硬件 (6)2.1设计版块： (6)2.1.1小车版块： (6)2.1.2数显表版块 (7)2.1.3喷泉版块 (7)2.2设计控制源： (7)2.2.1PLC的特点和应用 (8)2.2.2PLC的主要性能指标和基本结构 (9)2.2.3基本指令如表所示 (11)2.2.4编程的八个步骤 (12)2.2.5PLC的工作原理 (13)3.程序图 (15)4.程序详解 (18)4.1程序的启动 (18)4.2数码管 (19)4.3喷泉 (21)5.输入输出接口连接 (23)6.心得体会 (24)7.参考文献 (25)1．题目要求与设计思路1.1题目要求：小车在中间位置，小车启动，1秒后，小车转向，当与行程开关碰撞的时候，数显表开始倒计时，2秒后，小车停，且小车再次反向行驶，当与行程开关碰撞的时候，数显表开始倒计时1秒，1秒后小车启动，且喷泉限时3秒。

1.2设计思路：设计程序我主要是用的步进指令。

因为它按步执行可以使复杂的程序简单化。

小车向左运行1秒→小车向右运行碰到行程开关X1停；数显管开始倒数2秒→小车向左运行碰到行程开关X2停；数显管倒数1秒→小车向右运行，且喷泉开始亮3秒后小车停。

1.3程序用到的指令和软元件1.3.1步进指令（STL/RET）：①STL（步进触点指令）②RET（步进返回指令）③STL和RET指令只有与状态器S配合才能具有步进功能。

例如：STL S200表示状态常开触点，称为STL触点（步进触点），它在梯形图中的符号为，它没有常闭触点。

基于单片机控制的光机电一体化系统的发展现状及设计分析摘要：在当前的教育背景下，职业院校必须积极发展实践教学。

而学校要组建一个各方面都很完善先进的实验室，需要投入大量资金，学校很难在短期内频繁地更换实验室设备。

这主要是因为我国没有完全自主的知识产权，也没有一流的单片机控制器等设备，主流控制器大多来自于国外进口，使得学校组建实验室成本高，导致学校教授的知识大多停留在教材上。

关键词：单片机；机电一体化1 单片机概述1.1 单片机概念单片机（Single-Chip Microcomputer）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域被广泛应用。

1.2 单片机应用领域单片机诞生至今已有五十多年的历史了，从20世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300 M的高速单片机[2]。

随着时间推移，应用领域更加广阔，主要分为以下领域。

(1）家用电器。

如今的家用电器大多都会使用单片机，例如体重秤、风扇、冰箱，等等。

(2）医用设备。

单片机既可以在高端设备中应用，如呼吸机、监护仪等，也可以在低端设备中应用，如电子体温计等。

(3）工业控制。

由于单片机具备的优点，使得其能够让系统控制多样，因此在工业中的运用更加广泛。

2 光机电一体化技术概述2.1 光机电一体化技术基本概念光机电一体化技术是一门综合技术，融合了机械、电子工程与信息等。

该技术的发展更加注重机器智能，机器智能是下一代自动化的延续，帮助人们改变工作方式，提高工作效率。

机器智能能够模仿人类的许多能力：（1）感知能力，例如，人工智能的视觉功能，识别图像的能力，（2）行动能力，让机器像人类一样行动，（3）思考能力，基于网络模型和算法研究，利用人工神经网络形成实际应用系统，像人类一样思考和处理问题，这也是人工智能的高级表达，（4）学习能力，要想机器实现智能化，就要赋予机器自主学习的能力，也被称为“深度学习”[5]。