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                        步進電機控制系統開發

                        添加時間:2019/07/26 來源:北京交通大學 作者:李晴
                        本文設計的基于單片機的步進電機控制系統應用在文檢儀的注液控制系統中,通過對步進電機的運行狀態的精確控制實現了注液系統中注液量的精確控制和注液器的準確定位。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          近幾十年來,隨著各國學者對文檢技術的研究,文檢技術得到了很大提高,但由于文件制成時間檢驗受到多方面因素的影響,文檢技術仍然具有很多難點。文檢技術在各種案件糾紛中發揮著重要作用,用于文件制成時間檢驗的文件制成時間檢驗儀,簡稱文檢儀,也得到了廣泛的應用。

                          通過在要檢驗文件的文字上添加一定量的化學試劑,通過化學反應,再進行相應的分析,可以實現文件時間檢驗。本文設計的基于單片機的步進電機控制系統,可以應用在文檢儀中。步進電機將接收到的數字脈沖信號轉換成線位移或者角位移,具有很好的定位精度;釆用單片機實現對電機的控制,具有輸出脈沖準確、實時性強和功能靈活等優點,并且簡化了硬件線路,降低了成本,提高了系統的可靠性。從而將該步進電機控制系統應用在文檢儀中,可以實現注液器的準確定位和注液量的精確控制,以及物鏡、轉臺等的精確調節。.通過該步進電機控制系統,可以準確地實現在文件的檢測位置上精確添加一定量的化學試劑。

                          本文系統地介紹了步進電機控制系統,包括各功能模塊的選擇方案論證、設計和調試。該系統主要由上位機人機交互界面模塊,串口通信模塊,主控模塊,6個被控模塊以及6個電機驅動模塊構成。

                          上位機人機交互界面是通過使用VC++ 6.0軟件完成設計的。主控模塊選擇Philips公司推出的單片機P89C669作為微處理器完成設計,通過硬件電路的設計和軟件部分的設計實現指令的接收,分析和發送等功能。被控模塊選擇Philips公司推出的單片機P89LPC922作為微處理器完成設計,實現了與主控模塊之間的通信、指令的接收和發送等功能。串口通信模塊采用集成芯片MAX232設計,實現TTL標準電平與EIA標準電平的轉換。電機驅動模塊則采用芯片L289N實現電路設計,接收被控模塊的控制脈沖,并驅動步進電機的運行。

                          最后通過對各功能模塊的調試及功能模塊之間數據通信的調試,驗證了該系統能夠實現對電機運行狀態的精確控制,從而確保文檢儀能夠實現注液、物鏡、轉臺等的精確調節。

                          關鍵詞:文檢儀;步進電機;P89C669; P89LPC922;控制系統

                        ABSTRACT

                          With the scholars' study of document detection technology in recent years, this technology has been improved greatly, but the document made time detection is influenced by many factors, so this technology still has a lot of difficulties. This technology plays an important role in a variety of disputes. The document made time detector which is used for the document made time detection and is called document detector for short, has been widely used.

                          The document made time can be detected by adding a certain amount of chemical reagent to the document and analyzing the phenomenon after the reaction. In this paper, the step motor control system based on single chip microcomputer can be used in the liquid injection control system of the document detector. The step motor can transform the received digital pulse signal into linear displacement or angular displacement, and it has good positioning accuracy. On the other side, there are many advantages to control the step motor by the single chip icrocomputer, such as accurate output pulse, real-time and flexible function, and it can also simplify the hardware circuit, reduce the

                          cost and improve the reliability of the system. Thus when the step motor control system is used in the document detector, it can realize the precise control of the amount of the chemical reagent, the accurate location of the liquid injection device as well as the exact adjustment of the objective and the turntable.

                          This paper introduces the step motor control system systematically, including the selection scheme demonstration, the design and the debugging of all the modules. The system is mainly composed of man-machine interface module, serial communication module, main control module, six controlled modules, six drive modules and six motors. It can add a certain amount of chemical reagent to the detection position of the document accurately by the step motor control system.

                          The man-machine interface is designed by the VC++ 6.0 software. The main control module selects the P89C669, which is made by Philips Company, as the microcontroller, and it realizes the receiving, analysis and sending of the instructions by the design of the hardware and software. The controlled module chooses the P89LPC922 made by Philips Company as the microprocessor, and it realizes the communication with the main control module and the receiving and sending of the instruction. The serial communication module is designed by the MAX232 chip, realizing the conversion of the TTL standard level and the EIA standard level. The motor drive module is designed with the L289N chip, receiving the control pulse of the controlled module and driving the step motor running.

                          Finally, through debugging function modules and the data communication between function modules, it proves that the system can control the motor running state precisely, so as to ensure that the document detector can adjust injection, objection and turntable accurately.

                          KEYWORDS:Document Detector; Step Motor; P89C669; P89LPC922; Control System

                          文件制成時間的鑒別一直是國際法庭科學的難點⑴,雖然近幾十年來,各國學者對文件制成時間鑒別做了很多研究和嘗試,并總結和制定出了很多方法供相關部門使用,但由于文件的制成時間受很多因素的影響,所以文件制成時間的鑒定仍然是法庭科學面對的難題之一。

                          文件的制成時間⑴,指的是從內容和形式等方面來看,文件制成的時間的范圍,主要包括形成文件本身的物質材料的生產時間、書寫在文件上的各種字跡的形成時間、文件裝訂完成的時間、文件發行時間和文件使用時間,同時也包括在文件的使用和保存過程中,因為其它因素部分內容發生變更的時間或者是增加附加痕跡和標注的時間等。文件制成時間的檢驗在金融、公安、法院、檢察院、海關、邊防及司法等部門都起到了重要的作用[2],文件的制成時間一般是文件的落款時間,但是在現實生活中,一些違法犯罪分子通過偽造早期的重要文件,達到牟取私利的目的,導致他人利益遭受損失;有的則篡改已失效或早期的文件的內容或其有效日期;有的則利用早期的或已經失效的文件添加、改寫成有效的日期或內容,以掩蓋犯罪分子的犯罪事實和真相。在債權債務糾紛、家庭財產繼承糾紛、合同糾紛以及詐騙、保險理賠、瀆職、盜竊、貪污等很多案件中[2],為了查明案件的真相,通常需要對案件參與者提供的合同等書面的證明材料進行制成時間的鑒定,實質就是為了鑒定證明材料的真偽。

                          文件制成時間檢驗儀,即文檢儀,是一種利用不同書寫材料在近紅外波段不同焚光、吸收特性或墨水字跡在物理、化學等方面的特性的變化,或者其它方法,從而對文件的制成時間進行檢驗的儀器。文檢儀是目前文件和物證實驗室的常用設備。文檢技術人員、司法鑒定中心鑒定人員、拍賣評估人員、銀行柜臺、基層反假工作者在進行現場鑒別與培訓、宣傳、數據采集時都需要用到文檢儀。

                          隨著科學技術的發展,計算機科學技術和電子技術也逐漸應用到文件制成時間檢測中,基于單片機控制的步進電機系統的文檢儀的產生提高了文件檢測技術,隨著近年來科學技術、永磁材料及數控技術的發展,步進電機在儀器制造、工業制造等領域的應用也越來越廣泛[3];趩纹瑱C的步進電機控制系統具有輸出脈沖準確、實時性強和功能靈活等特點,通過設計軟件能夠實現各種較為復雜的控制功能,能實現對電機的精確控制和準確定位,系統成本較低[4]。

                          檢測文字墨跡是檢驗文件制成時間的常用方法。在紙張上的墨跡,由于改變了原有的存在狀態并且在空氣中暴露,隨著時間不斷的增長,墨跡本身會逐漸地發生化學或物理變化。由于受到空氣中各種化學物質及光線作用的影響,書寫在紙張上的墨跡的一些成分的結構會發生變化,導致墨跡的組成成分、外觀等也隨之發生變化。如果通過某種方法能測試出墨跡發生的變化與書寫的時間之間的關系,就能夠測定出文件制成時間。

                        步進電機控制系統開發:

                        系統調試實物圖
                        系統調試實物圖

                        串口調試助手界面
                        串口調試助手界面

                        連接成功后的界面
                        連接成功后的界面

                        發送電機轉動指令
                        發送電機轉動指令

                        電機轉動實物圖
                        電機轉動實物圖

                        發送電機停止指令
                        發送電機停止指令

                        目錄

                          摘要
                          ABSTRACT
                          1 緒論
                            1.1 課題研究背景
                            1.2 文檢技術的發展
                            1.3 步進電機控制技術及發展狀況
                            1.4 本文的研究意義和主要內容
                            1.5 本文主要工作
                          2 總體設計及各模塊方案論證
                            2.1 需求分析二
                            2.2 系統總體結構設計
                            2.3 總體功能設計
                            2.4 微處理器選擇方案論證
                            2.5 電機驅動模塊的選擇方案論證
                            2.6 步進電機的選擇方案論證
                            2.7 串口通信選擇方案論證
                            2.8 本章小結
                          3 系統硬件模塊電路設計
                            3.1 控制模塊電路設計
                              3.1.1 主控模塊電路設計
                              3.1.2 被控模塊電路設計
                            3.2 電機驅動模塊電路設計
                            3.3 串口通信模塊電路設計
                            3.4 本章小結
                          4 控制系統軟件設計
                            4.1 控制軟件的總體設計
                            4.2 P89C669主控模塊軟件設計
                              4.2.1 主控模塊主程序分析
                              4.2.2 主控模塊與上位機通信軟件設計
                              4.2.3 主控模塊與被控模塊通信軟件設計
                            4.3 P89LPG922被控模塊軟件設計
                              4.3.1 被控模塊主程序分析
                              4.3.2 被控模塊I2C中斷程序設計
                            4.4 操作界面的軟件設計
                              4.4.1 與下位機之間的通信協議
                              4.4.2 操作界面的使用說明
                            4.5 本章小結
                          5 步進電機控制系統的調試
                            5.1 功能模塊的調試
                            5.2 各功能模塊之間通信的調試
                            5.3 系統的調試結果及評價
                            5.4 本章小結
                          6 總結
                          參考文獻
                          作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果
                          獨創性聲明
                          學位論文數據集

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