工业生产流水线自动化测控 综合實验台 检测技术综合实验 实验指导书 主编： 梁 森王 洋，计丽霞 适用专业：电气技术及其自动化 （请预习） 实验地点：技术中心 A 506 2010--2729 目 录 1 1.1 结構和功能综述 1 1.2实验项目 6 1.3实验台的配置 7 1.4 技术参数 8 第二章 检测技术综合实验台的动作过程综述 9 2.1 整机工作流程和步骤 9 2.2 送料机构说明 11 2.3 机械手搬运机構说明 11 2.4 工件传送和分选知识 12 2.5涉及到的其他气动元件知识 13 第三章 检测技术综合实验的目的、步骤及结果 18 3.1 系统的初始化操作 18 3.2 分选实验 20 3.3 电容接近開关实验及性能测试 25 3.4 电涡流位移传感器实验及线性化的研究 27 3.5 应变传感器称重实验及非线性和温漂的研究 31 流水线自动化测控综合实验台综述 1.1 結构和功能综述 1.1.1 YL237型工业流水线自动化测控综合实验台的特点 本实验设备名称为“工业流水线自动化测控综合实验台”检测技术综合实验台，配置了电脑和PLC 本实验指导书阐述工业生产流水线自动化测控综合实验台的基本结构、工作原理、工作过程和操作步骤，给出了较详细嘚使用说明阅读和理解本实验指导书，也是机电一体化知识学习的一部分 本实验台将多门理论课中学到的机械、电子、检测、PLC、等课程有关知识加以综合。为了进行研究性实验本实验系统还允许进行模块化拆分和组合，可以通过重新定义输入/输出口地址重新对PLC进行編程，完成学生自己想要的动作和功能 图1-1 流水线自动化测控综合实验台示意图 图1-2 检测技术综合实验室 1.1.2检测技术综合实验台实验目的 ①验證学过的几种常用传感器原理；②对几种常用传感器的特性进行测试； ③学习几种常用传感器的调试；④学习传感器在气动、流水线运行Φ的测控方法；⑤学习如何组成综合测试系统等。具体的实验目的及内容见后述 1.1.3 检测技术综合实验台的组成 实验平台的尺寸为1.2m×0.8m，设置叻送料机构、搬运机械手、工件传送、多种传感器、分拣汽缸等学生可以自由集成、组装和调试。机械手采用电磁换向阀-气缸驱动工件采用电动机传送带输送。 控制器采用可编程控制器（PLC）并配套安全的强电控制模块、24V电源模块、按钮模块以及输入/输出接线端子等。 1.1.4 典型的工业分选过程综述 左边抽屉中放置有供实验和分选用的34个工件，其中10个白色塑料工件10个黑色塑料工件，10个铝质工件5个白色磁性工件，5个黑色磁性工件2个铁质工件，2个铜质工件他们的直径和高度都是一样的，重量不一样 实验时，将工件放到送料圆盘中圆盤在PLC的Y0（指PLC的输出端，低电平有效以下同）控制下旋转，将7种不同材质的圆柱状工件运送到抓取机械手的正下方 反射式“光电接近开關”发出的红色光线被该工件反射，“到位”信号X1（指PLC的输入端低电平有效，以下同）送到PLC。机械手上的“气动手指”（也称气动手爪）在PLC的Y1控制下“气动手指”抓取圆柱状工件，如图1-3所示 机械手的提升汽缸Y3将气动手指举起。的“磁性开关”X4（见图1-3c）测得“到位”後通知PLC，“旋转汽缸”Y6使气动手指旋转60°，摆动到流水线的输送传送带上方Y4控制气动手指Y2控制气动手指张开，工件被轻轻地放到输送傳送带上 图1-3a）送料机构 b）机械手 图1-3c）提升汽缸上的磁性开关X5 d）气动手指 图1-4 流水线的传送带、传感器及落料斜槽 传送带由可正反转的24V直流電动机驱动。电动机的转速可调节范围为30~300r/min（0.5~5r/s）。 流水线的上方安装有工业常用传感器从左到右为： 霍尔接近开关（垂直安装），电感接近开关（内部的工作原理事实上是“电涡流效应”工业中俗称“电感接近开关”，垂直安装）、反射式光电接近开关（垂直安装）、遮断式光电开关程序（水平安装）被测工件从各个传感器面前通过，传感器对不同材质的工件产生不同的反应例如：当磁性工件从霍爾接近开关下方掠过时，接近开关尾部灯亮；当导电工件从电感接近开关下方掠过时接近开关尾部的灯亮；白色工件从反射式接近开关丅方掠过时，接近开关尾部的灯亮实验者可以分别用不同的工件试验一下。 图1-5 从左到右为：霍尔接近开关、电涡流接近开关和反射式光電接近开关 1.1.5 分选步骤 首先带有磁性的工件被“霍尔接近开关”所测知，X14通知PLC对应的汽缸Y7将该工件推出传送带，落到对

一课程设计任务书题目：转速检测显示装置设计课程设计任务测速是工农业生产中经常遇到的问题人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速学会对电机转速的测量和显示具有重要嘚意义。本设计采用光电传感器感受输入光信号产生的脉冲电信号该脉冲信号送入计数器累计所产生的脉冲数并使计数器每秒钟做一次清零就可以记下每秒钟的转速在每次周期性的清零前一时刻将计数器记下的数值传入寄存器存储并进行显示这就是测量到的上一秒钟的转速。课程设计目的）掌握利用光电传感器进行非接触式转速测量的方法）掌握测量和显示电路的设计方法）培养实践技能提高分析和解决實际问题的能力课程设计要求）转速测量显示范围为~转秒。）转速测量误差每秒不超过一圈内部时钟稳定度每天不超一秒）电路原理偠求简单便于制作调试元件成本低廉易购。课程设计内容、整形电路、计数电路、锁存电路、时钟电路和译码显示电路的设计、电路的连接和各部分调试、硬件电路原理图及清单课程设计报告要求报告中提供如下内容：　、目录、正文课程设计任务书总体设计方案原理框圖（手画）各部分电路原理说明调试、运行结果（包含各部分电路的波形图）、设计小结（心得体会）、参考文献课程设计进度安排进度表如表所示表工作日工作内容第天布置课程设计任务查找相关资料熟悉相关芯片第天设计总体方案和绘制原理图第天调试各部分电路第天調试各部分电路系统联调第天完成课程设计报告答辩课程设计考核办法本课程设计满分为分从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设計答辩三个方面进行评分其所占比例分别为、、。二概述相关背景和简介目前国内外测量电机转速的方法很多按照不同的理论方法先后产苼过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法計数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内嘚放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、咣栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用而采用光电传感器的电機转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点具有广阔的应用前景。总体设计方案设计思路：（）利用光电开关程序管做电机转速的信号拾取元件在电机的转轴上安装一个圆盘在圆盘上挖小洞小洞上下分别对应着光发射和光接受開关圆盘转动一圈即光电管导通次利用此信号做为脉冲计数所需（）对光电开关程序信号整流放大（）脉冲经过单片机内部的计数器和萣时器进行计数和定时（）显示电路采用单片机动态显示：三硬件的电路设计传感器的类型光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号光电传感器一般由光源、光学通路和咣电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点而且可测参数多传感器的结构简单形式灵活多样因此光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛这些信号调理电路负责将光电传感器输出的微弱的光电信号进行放大、整形转换成所单片机定时计数所需要的脉冲信号。不同的光电元件所要求的测量电路也不相同为此设计时必须详加考虑我们采用光电开关程序管它是利用被检测物对光束的遮挡或反射由同步回路选通电路基本的原理就是当发射管光照射到接收管时接收管导通反之关断。以透射式为例如图所示当不透光的粅体挡住发射与接收之间的间隙时开关管关断否则打开为此可以制作一个带有均匀小孔的铝盘如图所示安装在转轴上当小孔经过时产生脈冲信号。当小孔数较多时旋转一周可以获得多个脉冲信号图光电传感器的原理图图脉冲发生源硬件结构图（左为正视图右为侧视图）傳感器接口电路设计传感器借口电路如下图：电路核心由一个光电开关程序管组成平时电机转轮静止发光二极管所发出的光被轮子挡住所鉯接收管处于截止状态端为高电平。当电机转动一圈会使接收管导通一次端输出一个低电平端波形为图所示：图在实际电机工作状态中会受到各方面的干扰波形会存在许多杂波成分需要对波形进行处理处理成符合记计数器所需要的矩型波波形处理电路有一个施密特触发器組成如上图所示。当输入电压逐步升高时致使VI>施密特上VT内部触发器发生翻转当VI逐步下降时致使VI<VT电路再次发生翻转通常VT>VT。所以只要VI<VT电路就能稳定在低电平VI>VT电路就稳定在高电平这样就有效的防止了杂波的干扰并使输出得到矩形脉冲符合了下级计数的需求典型的施密特其工作波形如下图所示：图单片机最小系统单片机最小系统包括时钟电路和复位电路。单片机工作时从取指令到译码再进行微操作必须在时钟信號控制下才能有序地进行时钟电路就是为单片机工作提供基本时钟的单片机的时钟信号通常有两种产生方式：内部时钟方式和外部时钟方式。内部时钟方式的原理电路如下图所示在单片机XTAL和XTAL引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容可以与单片机片内的电路构成一个稳定的洎激振荡器。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调使振荡信号频率与晶振频率一致同时起到稳定频率的作用一般选用~pF的瓷片电容复位电路是利用电容充电来实现复位。在电源接通瞬间RST引脚上的电位是高电平（Vcc）电源接通后对电容进行快速充电随着充电的进行RST引脚上的電位也会逐渐下降为低电平最小系统如图所示图最小系统显示电路设计led数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发光二极管封装在一起组成“”字型的器件引线已在内部连接完成只需引出它们的各个笔划公共电极。led数码管常用段数一般为段有的另加一个小数点还有一种是类似于位“”型位數有半位位等等led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类了解LED的这些特性对编程是很重要的因为不同类型的数码管除了它们的硬件电路囿差异外编程方法也是不同的。共阴和共阳极数码管它们的发光原理是一样的只是它们的电源极性不同而已内部电路如下：点亮LED显示器囿两种方式：一是静态显示二是动态显示。动态显示就一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）对于每一位显示器来说每隔一段时间点亮┅次显示器的亮度既与导通电流有关也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数可实现亮度较高较稳定的显示本文采鼡位LED动态显示电路如图图位动态LED显示电路电源模块设计变压器后面由个二极管组成一个桥式整流电路整流后就得到一个电压波动很大的直鋶电源所以在这里接一个uFV的电解电容。变压器输出端的V电压经桥式整流并电容滤波在电容C两端大约会有V多一点的电压假如从电容两端直接接一个负载当负载变化或交流电源有少许波动都会使C两端的电压发生较大幅度的变化因此要得到一个比较稳定的电压在这里接一个三端稳壓器的元件三端稳压器是一种集成电路元件内部由一些三极管和电阻等构成在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件當负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。因为我们要输出V的电压所以选用四软件部汾的设计程序设计方案本系统采用C中T定时器和T计数器配合使用对转速脉冲定时计数。计数器T工作于计数状态对外部脉冲进行计数TO工作为定時器方式每次定时ms采用次中断即在计数器T在秒钟内对外部脉冲进行计数然后根据秒钟内的计数值推算出定时计数器的初始化T被用于计数峩们当然希望计数量大为好这样可以获得较大的测量范围因此T定为工作方式（位的计数方式）设计中没有使用外部控制端仅用指令置位清零TR来进行计数的启动停止这样电路较为简单。本系统T用自由计数方式不用预置初值定时计数器的方式控制字TMOD其位控制内容如下表：根据湔面的描述要求确定TMOD的控制字应为x。对定时器T与计数器T的初始化程序如下timerinit(){EA=ET=ET=TMOD=XTH=()TL=()TH=TL=TR=TR=}定时器中断程序中断部分要对单片机产生的中断次数计数定时器烸次触发中断需要的时间为ms我们需要单片机在秒钟内对脉冲计数所以要对中断计数次中断程序要给THTL赋初值同时要开启定时器T。定时器中斷程序voidtimer()interrupt{nTR=TR=TH=()TL=()if(n==){mm=mm|=THmm=(mm<<)|TLTH=TL=n=}TR=TR=}显示部分程序本系统采用动态数码管显示所以程序如下：xianshi(){ucharqian,bei,shi,geuintjjjj=mmjj=jjqian=jjbei=jjshi=jjge=jjP=xP=tableqiandelay()P=xP=tablebeidelay()P=xP=tableshidelay()P=xP=tablegedelay()}单片机总体程序如下：#include<regh>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintmm=ucharnucharcodetable={xc,xF,xA,xB,x,x,x,xF,x,x}delay(uintm){uinti,jfor(i=mi>i)for(j=j>j)}xianshi(){ucharqian,bei,shi,geuintjjjj=mmjj=jjqian=jjbei=jjshi=jjge=jjP=xP=tableqiandelay()P=xP=tablebeidelay()P=xP=tableshidelay()P=xP=tablegedelay()}timerinit(){EA=ET=ET=TMOD=XTH=()TL=()TH=TL=TR=TR=}main(){timerinit()P=while(){xianshi()delay()}}voidtimer()interrupt{nTR=TR=TH=()TL=()if(n==){mm=mm|=THmm=(mm<<)|TLTH=TL=n=}TR=TR=}voidtimer()interrupt{TR=TR=mm=}五仿真及结果Proteus软件不仅具有其它EAD工具软件的仿真功能还能仿真单片机及外围器件它是目前较好的仿真单片机及外围器件的工具。该测速系统的Proteus仿真原理图如图、图所示图我们这里给单爿机P外接一个脉冲信号来模拟关电开关给单片机的信号。仿真时设置脉冲频率为Ｈｚ如上图所示显示电路的ＬＥＤ数码管上显示输入与模拟结果表格输入频率模拟结果输入频率模拟结果六小结通过此次课程设计使我更加扎实的掌握了有关电路设计方面的知识在设计过程中雖然遇到了一些问题多专业知识以及专业技能上的提升同时又是一门讲道课一门辩思课给了我许多道给了我很多思给了我莫大的空间。同時设计让我感触很深使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计我掌握了某些传感器的原理由于单片机应用的不甚了解真嘚感觉自己走了不少的弯路。甚至课程设计过了很长时间在模拟单片机模拟测量转速这一块设计程序时让我更加明白了误差分析的重要性。了解误差是怎么样产生的从根源上减小误差仿真时主要使用软件keil和ProteusProfessional其中keil用来编写C语言程序以及编译连接使之产生后缀名为hex的文件将其烧录在软件ProteusProfessional中进行测试仿真调试。这次实习的重点就是如何编写程序以及仿真中的行骗各个管脚的连接问题主要的芯片有、led显示当你鼡心的去做一件事的时候这件事就不会轻易的用不知对错的结果去应付你就像你不会去拿这样的态度去对待他做一件事和想一件事也不会昰一样如果当时我只是停留在第一天的空想我就不会在编程和仿真的过程中发现和改正那么多的错误。实践之所以高于理论或许正是因为咜为我们提供了更多犯错误和改正错误的机会吧本次设计把理论应用到了实践中同时通过设计也加深了自己对理论知识的理解和掌握在解决困难的过程中获得了许多专业方面的知识,拓展了视野。提高了理论水平和实际的动手能力学会了解决问题的方法激发了我们的探索精鉮这样的课程设计是很好的锻炼机会,通过实验设计使我深入了解到课程设计在大学学习的重要性课程设计增强了我们的实践动手能力也為大四后学期的毕业设计提供了宝贵的经验。参考文献彭介华电子技术课程设计指导M湖南大学：高等教育出版社王锍银脉冲与数字电路北京：高等教育出版社蒋换文电子测量北京：中国计量出版社张克农数字电子技术基础北京：高等教育出版社康华光电子技术基础数字部分（第四版）北京：高等教育出版社何金茂数字电子技术导论北京：高等教育出版社郭振芹非电量电测量北京：中国计量出版社常建生检测與转换技术北京：机械工业出版社张锡富传感器北京：机械工业出版社

* 提问：如果物位不够高漫反射式光电开关程序怎样？ * 提问：请简述左上图转速检测的过程 * 提问：请简述上图产品计数的过程。 * 提问：请简述上图带型物品断裂检测的過程 * 提问：被测物遮蔽部分光的检测与漫反射检测的灵敏度，哪个高 * 提问：上图怎样用于小区围墙？ * 提问：这个可以用于哪些场合 * 提问：这个还可以用于哪些场合？ * 提问：上图中的光束是照射在电动机与水泵的结合部的反光纸上从而得到转速信号。这个结合部（两個橙色的部件）称为什么（离合器/联轴器/刹车片） * 提问：1.如果被测联轴器什么粘贴有两片反光纸（间隔180°），且适当调节光电反射式转速计与反光片之间的距离和角度，以得到每转两个反光信号。此时测得f=20，则转速n=多少 r/min（或rpm） 2. rpm是什么意思？ ppm又是什么意思 * 提问：用很高檔的单片机电路，可以从本质上消灭±1误差吗 * 提问：“增加门控时间，以减小±1误差”是对的但是增加门控时间又可能带来什么问题？（误差不固定/测量周期变长/转速的数值翻倍） * 提问：您觉得工业中常用的门控时间是在哪个范围内（100s/10s/1s/1ms） * 提问：1.反射式光电开关程序能夠从黑色绒布表面得到反射信号吗？ * 提问：b图与c图的本质区别是什么 * 提问：人的头顶会反射光线吗？如果这位女生不戴帽子而是露出烏黑头发，难道光电自动门就不会“芝麻开门”了吗为什么？ * 提问：1.偏光三角棱镜是用什么制作（玻璃/光学塑料/不锈钢） 2.如果是透明嘚玻璃瓶子通过偏光三角棱镜与反射式光电开关程序之间的空间，为什么也会产生“遮挡信号”（请从偏振光原理来分析） * 提问：1.上网查阅“太阳光是否偏振光”？ 2.有时候摄影师需要拍摄蓝天白云的美景为什么需要在照相机镜头前面增加一块“偏振镜”？ * 提问：既然使鼡了“三角偏振反射镜”那么，反射式光电开关程序的接收器表面也需要偏振膜吗为什么？ * 提问：为什么在接收器表面覆盖一薄片型偏光片就只能接受反射镜反射回来的某一确定偏振角的偏振光，对其他杂散光视而不见 * 提问：空气能够反射偏振光吗？ * 提问：1.发光二極管大多数用38kHz窄脉冲电流激励驱动 2.为什么驱动电流峰值控制在20mA以内？200mA为什么就不可以 * 提问：上图是怎样检测咖啡是否装满的？ * 提问：洳果瓶子不连续出现空档，反射式光电开关程序会怎样 * 提问：如果流水线上的产品高度发生错误会怎样？ * 提问：反射式光电开关程序嘚出射光的波长什么场合使用红色光？什么场合使用红外光 * 提问：灵敏度调节电位器是顺时针调大？还是顺时针调小 * 提问：漫反射式光电开关程序对黑色物体灵敏度高？还是对白色物体灵敏度高 * 提问：漫反射式光电开关程序对猫咪的灵敏度高？还是对人体灵敏度高 * 提问：1.为什么反射式光电开关程序激励源不直接用单片机的I/O口驱动？（ I/O口的速度不够快I/O口的输出电流较小， I/O口的速度太快） 2.当U i为高电岼时V i导通还是截止？接着 V 2导通还是截止？然后LED是什么状态 * 提问：漫反射式光电开关程序对白纸的灵敏度高？还是对橡胶灵敏度高 * 提问：漫反射式光电开关程序对垂直于轴线的灵敏度高？还是倾斜的灵敏度高 * 提问：1.如何将光电开关程序用于卫生间的自动冲水设备？ 2.若使用200V电源要特别注意什么问题？ 3.手拿开后是立即切断水流？还是延时几秒有何意义？ 4.如果使用锂电池在设计时，要特别注意什麼问题 5.如何使电磁阀在出水期间，不必一直通电（以便节约锂电池的电流） （例如：如果使用者的手一直放在水龙头下方，或者有一個杂物没有拿开这时，若电磁阀一直通电锂电池就会很快没电了）（可参考电子电路中的双稳态特性原理，设计一个永久磁铁与线圈構成的的“双稳态磁路”） * 提问：LED与光敏晶体管长期泡在水中如何防止水进入封装的电路中？ * 提问：上图中欧好几个不同高度的产品，那么漫反射式光电开关程序能否输出与反射光强度成正比的模拟信号？为什么 * 提问：将白色标记改为黑色标记可以吗？为什么 * 提問：请简述机械手定位的过程。 * 提问：请简述三角皮带脱落检测的原理 * 提问：请简述集成电路方向检测的原理。 * 提问：这个是漫反射還是偏振光反射镜反射？ * 提问：在如上图所示的流水线中红色色标传感器的输出状态是什么？ * 提问：上图两个色标传感器能够分辨多尐个颜色？ * 提问：上图中需要购买哪几种颜色的色标传感器？ * 提问：将脉搏仪做大夹在小腿上或者脖子上，可行吗有几个原因？ * 提問：1.为什么照射指尖的LED的激励源要用30~50kHz的激励信号 2.为什么LED的激励源要用40kH