二维运动控制实验平台,二维运动控制实验装置
2023-05-17 20:08二维运动控制实验平台
一、概述
二维运动控制实验平台是集运动控制卡、单片机开发控制板、步进电机及驱动器、开关电源、XY控制平台及运动控制软件于一体的理想教学实验系统。XY控制台是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，可以实现平面内X、Y轴方向的运动控制，用于实现目标轨迹和动作。实验系统软件包括基于轴的控制、基于坐标系的控制、命令编辑和运行、数控代码编辑和运行、复杂运动轨迹控制。
二、技术性能
1.定位精度：0.4mm
2.X轴有效行程：230mm；Y轴有效行程：230mm；最大运动速度：20mm／s；最大运动加速度：1g
3.输入电源：220V±10％(50Hz)
4.工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度<85％(25℃) 海拔<4000m
5.装置容量：≤1．2kVA
6.外形尺寸：45cm*45cm*75cm
三、系统结构及组成
二维运动控制实验平台主要由步进电机控制系统和电脑桌两部分组成，结构框图如下图所示：
系统结构框图
1.对象模块
步进电机二个：采用二个 2 相步进电动机，分别为 XY 两个方向布置，X 轴运动行程为 230mm，Y 轴运动行程为 230mm。
2.51 单片机开发控制板
单片机开发控制板，主 CPU 为 AT89S52，带下载接口（编程电缆，编程软件），所有接口资源引出，供用户使用。并配置相应控制开关按钮。
3.运动控制卡一块
(1)32 位 PCI 总线，即插即用
(2)所有输入、输出均采用光耦隔离,抗干扰性强
(3)2 轴伺服/步进电机控制，每轴可独立运动，互不影响
(4)脉冲输出的频率误差小于 0.1% 最大脉冲输出频率为 2MHz
(5)脉冲输出可用单脉冲（脉冲+方向）或双脉冲（脉冲+脉冲）方式梯形加/减速
(6)任意 2 轴直线插补最大插补速度 1MHz
(7)运动中可以实时读出逻辑位置、实际位置、驱动速度24 路数字输入，12 路输出
(8)每轴两个限位输入，可设置成无效，作为通用输入使用支持在一个系统中使用多达 16 个控制卡
(9)支持 DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP/WINCE 等操作系统
4.步进电机驱动器：二个
(1)输出电流：最大电流为 2A
(2)输出方式：光光耦合器?开路集电极输出
5.稳压直流电源：一个
(1)输出电流：最大输出电流为 5A 输出电压：24V
(2)输出功率：120w
6.运动控制卡接口板：一块
为运动控制卡提供接口端子，可根据自己的需要进行相应的接线，实现接线的灵活及开放性。
7.实验平台信号接口板：一块
用以实现单片机和运动控制卡与实验平台的信号连接，在同一时刻只能一种控制起作用。
8.计算机一台(用户自备)
用于安装单片机集成开发环境 KEIL C、编程下载软件，主要完成程序的编写、修改、编译、软件仿真等功能，最后通过编程下载软件装载到单片机内部 FLASH ROM 中运行。还用于运行控制卡上位软件的开发、运行。
硬件配置：基本配置要求 P4 3.OG 以上，内存至少为 256M，至少有一个 USB 接口、一个并行口、一个Rs232 串口和一个空闲 PCI 插槽。操作系统：Windows系统。
9.单片机技术应用系统：
系统配置 2000/xp/win7/win10 等操作平台的单片机技术应用软件，支持汇编、C51 语言编译、调试；单片机在线下载软件等。
10.实验室智能电源安全管理系统：
(1)设备可以使用手机wifi/4G/3G/2G 全球化远程控制。
(2)可设置定时，分享，状态反馈，场景联动，分享等功能，千里之外均可以控制，实现设备智能化电源、网络化管理；
(3)支持权限管理功能，采用主账户管理机制，安全，方便。
(4)手机系统支持安卓，苹果IOS；
(5)支持无网络状态下现场手动控制；
(6)可远程控制单台或多台设备的开启与关闭；
(7)可远程监控单台或多台设备的运行状态；
(8)可远程定时预约单台或多台设备进行实验。
四、单片机创新模块资源
(1)用户CPU（51单片机最小系统），40芯锁紧插座，I/O口资源全部引出。配置STC90C516RD+单片机。支持USB取电。
(2)RS232串行通讯口（用于RS232通讯实验或给STC系列单片机在线编程）
(3)USB转串通讯口（用于RS232通讯实验或给STC系列单片机在线编程）
(4)8组独立按钮开关模块
(5)8组LED发光二极管模块
(6)可调电压模块（0~3.3V或0~5V可调）
(7)射极跟随器实验模块
(8)蜂鸣器模块
(9)TLC549串行A/D转换模块
(10)LCD16*02液晶接口（背光可调）
(11)LCD128*64液晶接口（背光可调）
(12)DC5V直流电源输入接口（内正外负），带开关控制，加0.5A保险丝过流保护
(13)DC5V/3.3V转接口（大金孔，小金孔，多组插针，方便各种电源接口连接）
(14)ISP下载接口，用于ATMEL公司AT89S5X系列单片机芯片在线编程，需配置专用ISP下载线。
(15)创新模块扩展接口
五、创新实验模块（选配）
(1)倾斜检测传感器模块
(2)触摸检测传感器模块
(3)紫外检测传感器模块
(4)振动检测传感器模块
(5)数字光强度测试仪设计
(6)人体红外感应模块
(7)凝露检测传感器模块
(8)火焰检测传感器模块
(9)气体检测传感器模块
(10)超声波测距模块
(11)无线数据通讯模块
(12)尘埃灰尘粉尘检测传感器模块
六、教学课件资源
(1)178组实验例程(C语言源代码及实验对应的Proeus ISIS仿真电路)
(2)16组上百个PPT课件
(3)30+参考资料
(4)1000+毕业设计及产品设计资料
(5)200个模块PCB及原理图PROTEL源文件
(6)阻抗，波特率，电感量，定时器，振荡电路计算，反激变压器设计，LED数码管段码发生器，取模多项辅助软件。
七、提供单片机数字孪生仿真系统
单片机数字孪生仿真系统遵循"虚实结合、精准映射、互为验证" 的原则，借助于数字孪生过程产生孪生数据，实现单片机物理实体实验和单片机数字虚拟实验的虚实结合。虚拟仿真实验教学极大地增强了学生对单片机学习的热情和积极性， 提高了课程的教学效果。 同时虚拟仿真大幅度降低了对实验场地的需求，系统具有实验性能稳定、 实验内容丰富、 实验地点灵活、 实验时间自由、 实验方式多样化等特点。
(1)单片机微控制面板功能：用户可以访问所有8051单片机内部的寄存器和数据存储器。可以编辑部分寄存器设置和修改存储数据。可以设置单片机的工作时钟频率，可以设置仿真软件的刷新频率。
(2)代码操作面板功能：可以新建、修改、保存、调入源代码文件;可以编译、设置断点、单步运行、全速运行、暂停、复位程序。调试过程中，可以在微控制面板上实时监控和查看各寄存器和存储器的数据变化。
(3)外围设备面板功能：提供多组外设模块，提供一张所有外设和单片机的动态连接图，用户可以使能单个模块或多个模块同时与单片机的连接，用户还可以设置和改变外设模块与单片机不同的引脚连接。
(4)提供以下外设模块
（1）ADC模数转换器模块；
(2)DAC数模转换器模块；
（3）比较器模块；
（4）4位7段LED数码管显示模块；
（5）1602液晶显示模块；
（6）RS232串口实验模块；
（7）矩阵键盘模块（含三种工作模式）；
（8）8位LED流水灯模块；
（9）8位拨码开关模块；
（10）双向直流电机模块（带测速反馈传感器）；
（11）示波器显示模块。
(5)提供积木式代码编辑器，通过搭积木的方式来进行逻辑组装，降低初学编程的同学使用键盘来操作的门槛，但又保持了内在的逻辑性，支持全中文界面。
(6)支持将积木式代码自动生成C语言代码，并编译生成HEX文件，可以装载到数字虚拟仿真模型中运行，也可直接下载到单片机物理芯片中实际运行，真正实现了虚实结合、互为验证的功能 。
(7)数字虚拟仿真模型提供仿真单片机；提供电阻，电容，电感，二级管、三极管等模拟器件；提供多种74系列TTL数字逻辑芯片；提供AD,DA,串转并，并转串，运算放大器等功能芯片；提供LED发光二极管，开关，蜂鸣器，七段LED数码管，LCD液晶屏等外设模块；提供电压表，频率计，示波器等仪器仪表。
(8)数字虚拟仿真模型支持器件用鼠标拖动到任意位置，支持手动连线和器件搭建，完全仿真实物器件的实验连线。电路搭建后之后，可以将HEX文件装载到仿真单片机中运行仿真，并能直观、生动地观察到实验运行动作和结果。
八、实验项目
（一）基础实验
(1)单片机的认识和操作实验
(2)单片机集成开发环境KEIL C 的认识实验
(3)单片机在线编程软件的认识与使用
(4)单片机基本编程练习实验
（二）基于 51 单片机控制的系统性实验
(1)6、基于 51 单片机控制的单轴实验
(2)7、基于 51 单片机控制的两轴联动控制实验
(3)8、基于 51 单片机控制的任意路线物料搬运实验
（三）基于运动控制卡控制的系统性实验
(1)基于运动控制卡控制的单轴实验
(2)1基于运动控制卡控制的两轴联动实验
(3)基于运动控制卡控制的任意路线物料搬运
（四）运动控制卡可用以下开发工具
(1)CBuilderBorland C++Bulider
(2)DephiBorland Dephi 6
(3)VbMicrosoft Visual basic 工具开发的基本库函数示例程序及源代码
(4)VCMicrosoft Visual C++工具开发的基本库函数示例程序及源代码
一、概述
二维运动控制实验平台是集运动控制卡、单片机开发控制板、步进电机及驱动器、开关电源、XY控制平台及运动控制软件于一体的理想教学实验系统。XY控制台是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，可以实现平面内X、Y轴方向的运动控制，用于实现目标轨迹和动作。实验系统软件包括基于轴的控制、基于坐标系的控制、命令编辑和运行、数控代码编辑和运行、复杂运动轨迹控制。
二、技术性能
1.定位精度：0.4mm
2.X轴有效行程：230mm；Y轴有效行程：230mm；最大运动速度：20mm／s；最大运动加速度：1g
3.输入电源：220V±10％(50Hz)
4.工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度<85％(25℃) 海拔<4000m
5.装置容量：≤1．2kVA
6.外形尺寸：45cm*45cm*75cm
三、系统结构及组成
二维运动控制实验平台主要由步进电机控制系统和电脑桌两部分组成，结构框图如下图所示：
系统结构框图
1.对象模块
步进电机二个：采用二个 2 相步进电动机，分别为 XY 两个方向布置，X 轴运动行程为 230mm，Y 轴运动行程为 230mm。
2.51 单片机开发控制板
单片机开发控制板，主 CPU 为 AT89S52，带下载接口（编程电缆，编程软件），所有接口资源引出，供用户使用。并配置相应控制开关按钮。
3.运动控制卡一块
(1)32 位 PCI 总线，即插即用
(2)所有输入、输出均采用光耦隔离,抗干扰性强
(3)2 轴伺服/步进电机控制，每轴可独立运动，互不影响
(4)脉冲输出的频率误差小于 0.1% 最大脉冲输出频率为 2MHz
(5)脉冲输出可用单脉冲（脉冲+方向）或双脉冲（脉冲+脉冲）方式梯形加/减速
(6)任意 2 轴直线插补最大插补速度 1MHz
(7)运动中可以实时读出逻辑位置、实际位置、驱动速度24 路数字输入，12 路输出
(8)每轴两个限位输入，可设置成无效，作为通用输入使用支持在一个系统中使用多达 16 个控制卡
(9)支持 DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP/WINCE 等操作系统
4.步进电机驱动器：二个
(1)输出电流：最大电流为 2A
(2)输出方式：光光耦合器?开路集电极输出
5.稳压直流电源：一个
(1)输出电流：最大输出电流为 5A 输出电压：24V
(2)输出功率：120w
6.运动控制卡接口板：一块
为运动控制卡提供接口端子，可根据自己的需要进行相应的接线，实现接线的灵活及开放性。
7.实验平台信号接口板：一块
用以实现单片机和运动控制卡与实验平台的信号连接，在同一时刻只能一种控制起作用。
8.计算机一台(用户自备)
用于安装单片机集成开发环境 KEIL C、编程下载软件，主要完成程序的编写、修改、编译、软件仿真等功能，最后通过编程下载软件装载到单片机内部 FLASH ROM 中运行。还用于运行控制卡上位软件的开发、运行。
硬件配置：基本配置要求 P4 3.OG 以上，内存至少为 256M，至少有一个 USB 接口、一个并行口、一个Rs232 串口和一个空闲 PCI 插槽。操作系统：Windows系统。
9.单片机技术应用系统：
系统配置 2000/xp/win7/win10 等操作平台的单片机技术应用软件，支持汇编、C51 语言编译、调试；单片机在线下载软件等。
10.实验室智能电源安全管理系统：
(1)设备可以使用手机wifi/4G/3G/2G 全球化远程控制。
(2)可设置定时，分享，状态反馈，场景联动，分享等功能，千里之外均可以控制，实现设备智能化电源、网络化管理；
(3)支持权限管理功能，采用主账户管理机制，安全，方便。
(4)手机系统支持安卓，苹果IOS；
(5)支持无网络状态下现场手动控制；
(6)可远程控制单台或多台设备的开启与关闭；
(7)可远程监控单台或多台设备的运行状态；
(8)可远程定时预约单台或多台设备进行实验。
四、单片机创新模块资源
(1)用户CPU（51单片机最小系统），40芯锁紧插座，I/O口资源全部引出。配置STC90C516RD+单片机。支持USB取电。
(2)RS232串行通讯口（用于RS232通讯实验或给STC系列单片机在线编程）
(3)USB转串通讯口（用于RS232通讯实验或给STC系列单片机在线编程）
(4)8组独立按钮开关模块
(5)8组LED发光二极管模块
(6)可调电压模块（0~3.3V或0~5V可调）
(7)射极跟随器实验模块
(8)蜂鸣器模块
(9)TLC549串行A/D转换模块
(10)LCD16*02液晶接口（背光可调）
(11)LCD128*64液晶接口（背光可调）
(12)DC5V直流电源输入接口（内正外负），带开关控制，加0.5A保险丝过流保护
(13)DC5V/3.3V转接口（大金孔，小金孔，多组插针，方便各种电源接口连接）
(14)ISP下载接口，用于ATMEL公司AT89S5X系列单片机芯片在线编程，需配置专用ISP下载线。
(15)创新模块扩展接口
五、创新实验模块（选配）
(1)倾斜检测传感器模块
(2)触摸检测传感器模块
(3)紫外检测传感器模块
(4)振动检测传感器模块
(5)数字光强度测试仪设计
(6)人体红外感应模块
(7)凝露检测传感器模块
(8)火焰检测传感器模块
(9)气体检测传感器模块
(10)超声波测距模块
(11)无线数据通讯模块
(12)尘埃灰尘粉尘检测传感器模块
六、教学课件资源
(1)178组实验例程(C语言源代码及实验对应的Proeus ISIS仿真电路)
(2)16组上百个PPT课件
(3)30+参考资料
(4)1000+毕业设计及产品设计资料
(5)200个模块PCB及原理图PROTEL源文件
(6)阻抗，波特率，电感量，定时器，振荡电路计算，反激变压器设计，LED数码管段码发生器，取模多项辅助软件。
七、提供单片机数字孪生仿真系统
单片机数字孪生仿真系统遵循"虚实结合、精准映射、互为验证" 的原则，借助于数字孪生过程产生孪生数据，实现单片机物理实体实验和单片机数字虚拟实验的虚实结合。虚拟仿真实验教学极大地增强了学生对单片机学习的热情和积极性， 提高了课程的教学效果。 同时虚拟仿真大幅度降低了对实验场地的需求，系统具有实验性能稳定、 实验内容丰富、 实验地点灵活、 实验时间自由、 实验方式多样化等特点。
(1)单片机微控制面板功能：用户可以访问所有8051单片机内部的寄存器和数据存储器。可以编辑部分寄存器设置和修改存储数据。可以设置单片机的工作时钟频率，可以设置仿真软件的刷新频率。
(2)代码操作面板功能：可以新建、修改、保存、调入源代码文件;可以编译、设置断点、单步运行、全速运行、暂停、复位程序。调试过程中，可以在微控制面板上实时监控和查看各寄存器和存储器的数据变化。
(3)外围设备面板功能：提供多组外设模块，提供一张所有外设和单片机的动态连接图，用户可以使能单个模块或多个模块同时与单片机的连接，用户还可以设置和改变外设模块与单片机不同的引脚连接。
(4)提供以下外设模块
（1）ADC模数转换器模块；
(2)DAC数模转换器模块；
（3）比较器模块；
（4）4位7段LED数码管显示模块；
（5）1602液晶显示模块；
（6）RS232串口实验模块；
（7）矩阵键盘模块（含三种工作模式）；
（8）8位LED流水灯模块；
（9）8位拨码开关模块；
（10）双向直流电机模块（带测速反馈传感器）；
（11）示波器显示模块。
(5)提供积木式代码编辑器，通过搭积木的方式来进行逻辑组装，降低初学编程的同学使用键盘来操作的门槛，但又保持了内在的逻辑性，支持全中文界面。
(6)支持将积木式代码自动生成C语言代码，并编译生成HEX文件，可以装载到数字虚拟仿真模型中运行，也可直接下载到单片机物理芯片中实际运行，真正实现了虚实结合、互为验证的功能 。
(7)数字虚拟仿真模型提供仿真单片机；提供电阻，电容，电感，二级管、三极管等模拟器件；提供多种74系列TTL数字逻辑芯片；提供AD,DA,串转并，并转串，运算放大器等功能芯片；提供LED发光二极管，开关，蜂鸣器，七段LED数码管，LCD液晶屏等外设模块；提供电压表，频率计，示波器等仪器仪表。
(8)数字虚拟仿真模型支持器件用鼠标拖动到任意位置，支持手动连线和器件搭建，完全仿真实物器件的实验连线。电路搭建后之后，可以将HEX文件装载到仿真单片机中运行仿真，并能直观、生动地观察到实验运行动作和结果。
八、实验项目
（一）基础实验
(1)单片机的认识和操作实验
(2)单片机集成开发环境KEIL C 的认识实验
(3)单片机在线编程软件的认识与使用
(4)单片机基本编程练习实验
（二）基于 51 单片机控制的系统性实验
(1)6、基于 51 单片机控制的单轴实验
(2)7、基于 51 单片机控制的两轴联动控制实验
(3)8、基于 51 单片机控制的任意路线物料搬运实验
（三）基于运动控制卡控制的系统性实验
(1)基于运动控制卡控制的单轴实验
(2)1基于运动控制卡控制的两轴联动实验
(3)基于运动控制卡控制的任意路线物料搬运
（四）运动控制卡可用以下开发工具
(1)CBuilderBorland C++Bulider
(2)DephiBorland Dephi 6
(3)VbMicrosoft Visual basic 工具开发的基本库函数示例程序及源代码
(4)VCMicrosoft Visual C++工具开发的基本库函数示例程序及源代码