论文总字数：20242字

摘 要

随着现代化进程的开拓和深入，中国的电子信息产业蓬勃发展。在生产活动中日益提高的对精度、效率、成本控制的要求，使得不可避免地将电子信息技术投入现代化产业中。自动化、信息化、智能化的理念深入贯彻到社会各阶层的生产活动中。机械定位系统被广泛应用于工业自动化生产中，极大程度上提高工业生产效率、节约生产成本的同时保障了秩序性与条理性，是现代化工业快速发展的重要保障之一。本文简要介绍了一种基于单片机STM32F103VET6控制的步进电机驱动、磁栅尺反馈控制误差、无线传输控制的机械快速定位系统的硬件设计与实现过程。文章分别介绍了无线机械定位系统的发展背景、设计思路以及电路板制作和电路调试的过程。

关键词：单片机 步进电机 无线传输 磁栅尺 快速定位

Hardware design for precise and fast positioning of machinery without control

Abstract

With the development and deepening of modernization, China's electronic information industry is booming. The increasing demands for precision, efficiency and cost in production activities make it inevitable to put electronic information technology into modern industry. The concept of automation, informatization and intelligence is deeply implemented in the production activities of all social strata. The mechanical positioning system is widely used in the industrial automation production, which greatly improves the industrial production efficiency, saves the production cost, and at the same time ensures the order. It is one of the important guarantees for the rapid development of modern industry. This paper briefly introduces the design and implementation process of a kind of mechanical quick positioning system based on microcomputer STM32F103VET6, which includes stepper motor control, magnetic grid ruler feedback control error and wireless transmission control. This paper first introduces the background of task, followed by introducing process of design and circuit debugging.

Key words: Single-chip Microcomputer；Step Motor；Wireless Transmission；The Magnetic Grid Ruler； Fast Positioning

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1 设计背景和意义 1

1.2 目前相关技术的发展情况 2

1.2.1单片机 2

1.2.2磁栅位移传感器 2

1.2.3无线传输 3

1.3 本文的安排 4

第二章 硬件设计 6

2.1 总体电路系统框图设计 6

2.2 模块电路设计 7

2.2.1 电源模块 7

2.2.2 晶振、复位模块 9

2.2.3 滤波模块 9

2.2.4 调试下载模块 10

2.2.5 信号指示灯 11

2.2.6 光电隔离模块 11

2.2.7 步进电机驱动模块 12

2.2.8 位移信息采集模块 13

2.2.9 键入模块 14

2.2.10 显示模块 16

2.2.11 无线通信模块 17

2.3 主要集成芯片介绍 18

2.3.1 STM32F103ZET6 18

2.3.2 LM2575-12V、LM2575-5V 19

2.3.3 LM1117-3.3V 20

2.3.4 晶振 21

2.3.5 TLP521-4 21

2.3.6 THB6128 22

2.3.7 DS26C32ATM 23

第三章 电路的制做与调试 25

3.1 电路的制作 25

3.1.1 元件选择和购买 25

3.1.2 电路焊接 26

3.1.3 硬件测试 27

3.2 电路调试 28

第四章 总结和展望 31

参考文献 33

致谢 34

绪 论

1.1 设计背景和意义

随着经济的迅速发展，社会生产水平的提高，我国的各行各业得到了蓬勃的发展，但与世界领先水平仍有一定的差距。为了弥补这一差距，早日实现中华民族伟大复兴的中国梦，在生产活动中必须贯彻现代化生产理念、树立现代生产标准。而在现代化生产活动中必然重视生产效率的提高。近年来党和政府推动现代化产业改革，取缔落后产业大力发展新型产业，逐歩实现生产自动化、信息化、智能化。在现代化工业生产中，只有满足质量、效率、成本控制协调统一，才能提高竞争力，实现更好更快的发展。而传统工业生产中采用的人工控制由于在精度、效率、成本控制方面的不足，已经不能满足现代化生产需求。采用机械控制代替人力是工业生产变革的必经之路，这是毋庸置疑的。无线控制的机械快速精准定位系统在工业生产中的广泛运用便是这一变革的代表。例如，移动机械手这样的定位工作中，会出现因人工身体疲惫或疏忽导致的不当的操作行为，导致造成较大的误差，甚至引发意外事故，这是不可控的。同时以往为了降低这些失误造成的影响，常需要投入更多的人力、物力进行复查、调控，无形中加大了生产的投入和资源的浪费。在目前信息技术高速发展的背景下，使用无线控制的机械快速精准定位系统，可以有效的完成质量把控，提高生产效率，节约生产成本，同时还能保障工人安全，降低企业损失。随着半导体技术的发展，各种产品向着轻量化、便携化趋势发展，对精度的要求越来越高，已经超越了人工控制的上限。无线控制的机械快速精准定位系统的出现为解决了这一问题提供了方案。通过计算机或单片机的控制可以轻易地达到需要的精度要求。如今在医疗领域也有许多精密仪器使用了这一技术。并且由于采用了无线控制系统，使定位系统能够适应多种需求，同时也为一些危险的情况提供了远程操作的选择，降低了危险性。

1.2 目前相关技术的发展情况

1.2.1单片机

单片机全称单片微型计算机，英文名称为：Single Clip Mi-crocomputer,缩写为SCM，单片机将微型处理器、储存器、输入输出接口及相应电路集成在一块芯片上[1]。由于其具有体积轻薄、运算速度快、性价比高的特点使得单片机自诞生后得以不断完善、迅速发展并被广泛地应用于生产生活中。在工业生产、智能电网、智能家居等众多生产生活领域中都能见到各式各样的单片机。

根据单片机处理器的位数分类可以将其分类为：4位、8位、16位、32位和64位单片机，其中处理器为64位的单片机是目前世界上速度最快、运算能力最强的微型计算机。目前市场上应用最广泛的单片机是Intel公司开发的MSC-51系列单片机。51单片机处理器为8位，尽管其功能和配置较低，但考虑到较低的市场价格，因而低端家电产品为了控制成本都会使用8位机。近年来，随着科技的不断发展，51单片机在一些应用领域显得捉襟见肘。例如，随着家居智能化的不断提高和单片机生产成本的降低，许多高端智能家居开始选用性能更强大、功能更齐全的新型单片机。STM32系列单片机以其高性价比开始得到广泛的认可。这类单片机相较于一般单片机在性能上更为强大，外设连接也更为复杂。本次课题采用的就是STM32系列单片机。

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