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全自动蓄电池包片机控制系统的设计与实现

作　者: 申宗枝
导　师: 高明煜
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 包片机分布式控制系统 STM32 步进电机细分
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着科技的发展，铅酸蓄电池工业已经成为我国新能源工业领域中的最重要组成部分之一。铅酸蓄电池是可移动用电设备的能源核心，它在我们的生活中扮演着重要的角色。随着全球石油资源的逐渐减少以及石油工业和相关产业的发展对环境造成了严重的污染，铅酸蓄电池作为一种具有高环保性能的绿色能源而被受到极大的关注，同时铅酸蓄电池的生产工艺也得到了较快发展。目前，我国国内的蓄电池极板包片由人工手动、半自动蓄电池包片机和全自动蓄电池包片机实现。人工手动和半自动蓄电池包片机生产方式存在效率低、极群质量不高和环保要求不达标等缺点。全自动蓄电池包片机需要较少的人工参与，具有工作效率高、安全、可靠等优点，同时改善了生产环境，是未来蓄电池包片机发展的方向。本课题主要工作任务是开发一种新型的全自动蓄电池包片机控制系统。本课题主要完成的工作内容如下：(1)将分布式控制系统架构应用于全自动蓄电池包片机控制系统之中，每个控制节点间通过CAN总线通信，并由一个主控制节点通过CAN总线实现对各个从控制节点的控制；(2)支持工业触摸屏，将触摸屏作为人机信息交互的主要途径。主控制节点通过RS485总线与工业触摸屏实现通信，完成触摸屏协议的解析和命令响应；(3)以STM32单片机作为各个控制节点的控制核心，实现对系统的实时控制，完成步进电机细分算法、机器动作控制和状态检测、CAN通信等系统任务；(4)实现对包片机机械系统的故障在线检测、故障定位和报警；(5)实现对从控制节点的同步控制，实现产品的高效生产。基于本课题设计实现的全自动蓄电池包片机控制系统，在机器上安装简单，接线数量仅为6根，同时系统具有稳定可靠、操作界面美观、控制功能完善、使用方便等优点。本系统已经进入批量生产阶段，在蓄电池厂商一年的生产运行中，极群合格率达98%，极群生产效率超过人工手动的3倍以上，实现了预期目标。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-18
  1.1 课题研究背景  11
  1.2 课题研究现状与发展趋势  11-15
    1.2.1 课题研究现状  11-14
    1.2.2 课题发展趋势  14-15
  1.3 课题研究的目的和意义  15-16
  1.4 课题来源和研究内容  16-18
    1.4.1 课题来源  16
    1.4.2 课题研究内容  16-18
第2章包片机工作原理和控制系统方案设计  18-31
  2.1 包片机工作原理介绍  18-26
    2.1.1 包片机整机机械结构  18-19
    2.1.2 从机工位机械结构  19-22
    2.1.3 主传动电机工位机械结构  22-23
    2.1.4 极群的结构  23-24
    2.1.5 从机工位工作原理  24
    2.1.6 主传动电机工位工作原理  24-25
    2.1.7 整个系统的协同工作  25-26
  2.2 控制系统方案设计  26-30
    2.2.1 系统控制任务和技术指标  26-27
    2.2.2 控制系统整体框架  27-28
    2.2.3 CAN 总线协议  28
    2.2.4 Modbus 总线协议  28-29
    2.2.5 uC/OS Ⅱ 操作系统原理  29
    2.2.6 工业触摸屏简介  29-30
    2.2.7 步进电机及其控制原理  30
  2.3 本章小结  30-31
第3章系统硬件电路设计  31-43
  3.1 包片机控制系统硬件结构图  31-32
    3.1.1 主机系统和主传动电机系统硬件结构框图  31-32
    3.1.2 从机系统硬件结构框图  32
  3.2 系统控制核心电路设计  32-34
    3.2.1 微控制器的选择  33
    3.2.2 单片机最小系统电路设计  33-34
  3.3 CAN 总线通信和 RS485 总线通信电路设计  34-36
    3.3.1 CAN 总线通信电路设计  34-35
    3.3.2 RS485 总线通信电路设计  35-36
  3.4 输入输出信号处理电路设计  36-37
    3.4.1 输入信号处理电路设计  36
    3.4.2 输出信号处理电路设计  36-37
  3.5 步进电机驱动电路设计  37-39
    3.5.1 H 桥驱动电路设计  37-38
    3.5.2 步进电机控制器驱动电路  38-39
  3.6 系统电源电路设计  39-42
    3.6.1 控制电路板供电方案设计  39-40
    3.6.2 DCDC 电路模块设计  40-41
    3.6.3 CAN 总线通信电源设计  41
    3.6.4 电源防反接保护和短路保护电路设计  41-42
  3.7 本章小结  42-43
第4章系统软件设计  43-59
  4.1 工业触摸屏程序设计  43-44
  4.2 主机系统程序设计  44-48
    4.2.1 主机系统程序工作流程  44-45
    4.2.2 主机系统与工业触摸屏通信接口函数  45-46
    4.2.3 系统 CAN 命令设计和 CAN 命令的重发函数设计  46-48
  4.3 从机系统程序设计  48-56
    4.3.1 uC/OS Ⅱ 在 STM32 单片机上的应用  48
    4.3.2 从机系统程序流程图  48-50
    4.3.3 从机系统程序任务设置和实现  50-54
    4.3.4 步进电机细分程序设计  54-56
  4.4 主传动电机系统程序设计  56-58
    4.4.1 主传动电机系统程序流程图  56-58
    4.4.2 主传动电机加减速程序设计  58
  4.5 本章小结  58-59
第5章实验室调试与现场测试  59-72
  5.1 实验室调试  59-64
    5.1.1 Modbus 通信解析函数功能实现  59-60
    5.1.2 主机系统和触摸屏的三种工作模式切换测试  60-61
    5.1.3 多工位模式切换  61
    5.1.4 报警页面自动跳转和报警内容显示测试  61-63
    5.1.5 主机系统 CAN 命令重发函数功能测试  63-64
  5.2 现场测试  64-70
    5.2.1 步进电机细分驱动  64
    5.2.2 从机系统三种模式切换  64-65
    5.2.3 主传动电机系统功能实现  65-66
    5.2.4 各个动作的实现  66-69
    5.2.5 系统整体功能实现  69-70
  5.3 实验结果分析  70-72
第6章总结与展望  72-74
  6.1 课题研究成果总结  72
  6.2 课题展望  72-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
附录  78

全自动蓄电池包片机控制系统的设计与实现

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