基于單片機(jī)MSP430F147的自動尋邊器下位機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：為了適應(yīng)環(huán)境的變化，運(yùn)用單片機(jī)MSP430F147設(shè)計(jì)一個(gè)自動尋邊器，給出了尋邊器的下位機(jī)電路設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過多次訓(xùn)練后得出交界區(qū)的最優(yōu)參考電壓，與尋邊器采集的電壓信號相比較，判斷得出是否已經(jīng)到達(dá)交界處，此尋邊器在機(jī)電行業(yè)不同環(huán)境下可完成現(xiàn)場工件檢測。
關(guān)鍵詞：自動尋邊器；單片機(jī)MSP430F147；下位機(jī)；最優(yōu)參考電壓

    尋邊器是機(jī)電行業(yè)現(xiàn)場檢測工件常用的光學(xué)計(jì)量儀器。長期以來，為保證光學(xué)投影儀或工業(yè)數(shù)控機(jī)床檢測中的成像質(zhì)量、測量準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)，國內(nèi)外傳統(tǒng)自動尋邊器生產(chǎn)廠家推出的投影儀其成像都是反像。為迎合部分顧客的特殊需求，各廠家相繼推出其成像為正像的投影儀。該技術(shù)常利用尋邊器裝在主軸上，對孔壁、矩形工件外形進(jìn)行尋點(diǎn)坐標(biāo)后，將其坐標(biāo)值記錄下來，經(jīng)手工計(jì)算，再輸入到零點(diǎn)偏置。
在實(shí)際加工使用過程中，時(shí)有人為因素計(jì)算或誤操作，導(dǎo)致工件零點(diǎn)不正確，造成不必要的廢品或損失。隨著自動化技術(shù)的應(yīng)用，國內(nèi)外出現(xiàn)了依靠先進(jìn)智能算法尋找目標(biāo)點(diǎn)的自動尋邊系統(tǒng)。

1 尋邊器介紹
    如圖1所示，本系統(tǒng)所采用尋邊器件為光敏尋邊器，其相當(dāng)于一個(gè)阻值隨光暗度變化而改變的光敏電阻。

    原尋邊系統(tǒng)沒有使用處理器，直接使用模擬電路，將尋邊器采集的電壓信號比較放大，等電壓變化到了一個(gè)預(yù)先設(shè)定好的參考電壓值就給出信號，表示找著了交界處。原來的尋邊系統(tǒng)工作原理太過簡單，只能按照預(yù)先設(shè)定好的參考電壓值進(jìn)行比較，這樣就不能適應(yīng)環(huán)境的變化，如光暗度、敏感度、材料綜合度等，這樣預(yù)先設(shè)定的參考電壓值在不同的環(huán)境下使用就未必準(zhǔn)確。
    本設(shè)計(jì)為處理尋邊器信號的自動尋邊系統(tǒng)。為了適應(yīng)環(huán)境的變化，本系統(tǒng)使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整不同環(huán)境下輸入變量的權(quán)系數(shù)，如光暗度、敏感度、材料綜合度等的權(quán)系數(shù)，經(jīng)過多次訓(xùn)練后得出交界區(qū)的最優(yōu)參考電壓。得出參考電壓后，與尋邊器采集的電壓信號相比較，判斷得出是否已經(jīng)到達(dá)交界處。
    為了避免以上人為因素，達(dá)到自動計(jì)算最優(yōu)交界區(qū)閘值，快速準(zhǔn)確找到零點(diǎn)為目的，本設(shè)計(jì)采用了MSP430F147單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，并采用了一些自動算法，加入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，并外接了LCD數(shù)顯系統(tǒng)來顯示自動計(jì)算出的坐標(biāo)，以及在PC上設(shè)計(jì)與下位機(jī)通信的讀入輸出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號的軟件。在此給出此尋邊器的下位機(jī)設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
    結(jié)合所需功能，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

    本系統(tǒng)由幾個(gè)模塊組成：單片機(jī)、鍵盤、顯示、模擬電壓比較、USART通訊、JTAG仿真、CLOCK時(shí)鐘、電源。
    單片機(jī)上，本系統(tǒng)采用TI公司最新推出的16位超低功耗處理器MSP430F147；
    模擬電壓比較模塊，本系統(tǒng)采用了數(shù)控電位器X9318，用于確定參考電壓，傳感器傳來的電壓與之比較后，判斷是否到達(dá)交界區(qū)；
    USART模塊，本系統(tǒng)采用了ICL232，實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的RS-232通訊；
    JTAG仿真，本系統(tǒng)采用利爾達(dá)公司的14插針仿真器；
    CLOCK時(shí)鐘，本系統(tǒng)采用的是8M無源晶振；
    電源，本系統(tǒng)使用5 V外接電源。
    系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計(jì)總框圖如圖3所示。

3 單片機(jī)MSP430F147
    本設(shè)計(jì)采用TI公司最新推出的16位超低功耗處理器MSP430F147。該微處理器通過16位RISC系統(tǒng)16位CPU集成寄存器和常量發(fā)生器來獲得最大代碼效率。MSP430的16位定時(shí)器是應(yīng)用于工業(yè)控制如紋波計(jì)數(shù)器、數(shù)字化電機(jī)控制、電表和手持式儀表等的理想配置。它的硬件乘法器大大加強(qiáng)了其功能并提供了軟硬件相兼容的范圍，提高了數(shù)據(jù)處理的能力。MSP430F1xx系列具有FLASH存儲器，不同型號單片機(jī)的存儲器容量和外圍模塊各不相同，使用者可以根據(jù)需要具體選擇。適應(yīng)工業(yè)級應(yīng)用環(huán)境一MSP430的運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為-40～+85℃，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合運(yùn)行于工業(yè)環(huán)境下。
    MSP430F147的芯片引腳如圖4所示。

    本系統(tǒng)的單片機(jī)接口如圖5所示。

4 下位機(jī)實(shí)物圖
    本系統(tǒng)實(shí)物如圖6所示。

     圖7為電路板各模塊示意圖，共兩塊板，通過2個(gè)20針的接頭連接，其中，藍(lán)色箭頭指示下邊那塊板，紅色箭頭指示上邊那塊板。

5 結(jié)束語
    自動尋邊器用于對形狀復(fù)雜的沖壓件，齒輪、凸輪、螺紋及樣板進(jìn)行輪廓比較、自動測量時(shí)，明顯具有使用方便、效率高的特點(diǎn)，是～種常用的計(jì)量光學(xué)儀器。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，在測量技術(shù)中引入人工智能以提高測量系統(tǒng)的精度和智能化水平已經(jīng)成為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，本設(shè)計(jì)只給出下位機(jī)電路的設(shè)計(jì)方案。