1、引言

本系統主要針對于空調等家用電器馬達線圈的繞線和排線而設計。隨著我國家電行業的持續發展與完善，其市場容量不斷擴大，自動化程度不斷提高，對家用電器馬達的需求量也逐年增長。但由于市場的成熟，競爭必然越演越烈。只有那些產品質量好，規模大、成本低的廠家才能在競爭中贏得市場。而本文介紹的繞線機控制系統就是針對這一點而設計，很適合需要控制質量、擴大規模、降低成本的廠家來裝配新設備或進行舊設備的改造。

2、系統介紹

系統由四個模塊組成：主控電路板模塊、人機接口模塊、無刷電機控制模塊，步進電機控制模塊。系統的組成示意圖見圖2.1。

圖2.1系統組成示意圖

（1）主控電路板模塊：主要用來協調其他三個模塊的工作，并實現電機控制算法，人機接口的交互與用戶編程的存儲，系統外部事件的捕捉與管理等。

（2）人機接口：給用戶提供友好的操作編程界面，和完備的系統信息。

（3）繞線電機控制模塊：由一個直流無刷電機和其驅動器組成，完成繞線工作。

（4）步進電機控制模塊：由兩個步進電機及配套驅動器組成，共同完成換槽位與排線工藝。

3、系統硬件實現

圖3.1系統硬件組成實物圖

系統的硬件實現，主要目標是在保障系統穩定性的前提下，最大程度提高系統的性能和降低系統的成本。

（1）主控制板模塊

主控制板的核心選用高性能的AVR貼片微控制器，不僅運算能力強大，內部定時器與中斷資源豐富，自帶2K的可編程EEPROM，可以勝任多個外部事件實時管理、3個電機的控制算法、人機接口交互的實現、用戶程序的編輯與存儲等。

另外，主控板上有兩套電源系統，穩壓5V給微控制器及光耦等芯片供電，24V為外部的輸出信號供電，提高系統信號的驅動能力和抗干擾能力，保障系統的穩定性。

（2）人機接口模塊

人機接口模塊硬件，僅由一塊1602字符型液晶，2*4防抖鍵盤電路組成，但通過緊湊的界面實現所有人機交互與用戶編程功能。

（3）繞線電機控制模塊

繞線電機控制模塊硬件，主要由57SW系列高性能直流無刷電機及配套的WS2208驅動器組成，以及光電感應計數、測速電路組成。57SW直流無刷電機與 WS2208驅動器搭配，可以實現200-4000轉/分的線性調速，穩態速度穩定，精度可達±10轉/分，而成本遠遠低于市場上同等性能的主流產品。而計數、測速電路僅以一個光電感應開關為基礎，配合一定的高效算法，便實現了快速、準確地計數、測速功能，大大降低了系統的硬件成本。

（4）步進電機控制模塊

步進電機控制模塊硬件，根據實際應用需求，為負載較大的分度電機選用了56混合式步進電機與容量較大的DMD403步進電機驅動器，而負載較小的排線電機則選用了混合式42電機及容量較小的DMD402步進電機驅動器。并在軟件上為兩個步進電機設計了S型加減速算法、間隙補償算法等，讓系統以最簡單的硬件配備，減少運行振動，保證機器性能和加工效果。

4、軟件系統設計

圖4.1 系統軟件框圖

由圖可知，系統軟件由三個模塊組成，各模塊又分三層來實現和管理。

（1） 人機接口模塊

此模塊通過鍵盤與LCD液晶的驅動，來實現與管理一系列相關的用戶界面。模塊利用面向對象的思想，把各個界面當作一個界面對象來管理，這樣提高了代碼的重復利用率，大大節約了代碼空間。然后在此基礎上，為各個界面對象建立了狀態機管理機制，這樣增強了每個界面對象的功能，又簡化了各個界面間的跳轉操作，并讓模塊的擴展能力得到加強。

（2） 文件管理接口模塊

文件管理模塊，在有限的EEPROM空間，建立了29個定長文件的管理體系。主要記錄文件的參數，以及一些加工的工藝細節信息。

（3） 文件加工模塊

文件加工模塊，是本系統軟件的核心模塊。在該模塊的API層，①實現了兩個步進電機的S型加減速算法，間隙、角度補償算法，減少了機械運行時的振動和沖擊，并達到了至少0.5o的精度（精度視具體精度而定，機械性能良好時，可達0.1o）；②實現了步進電機二次復位的算法，保證了系統的復位精度和穩定性；③為繞線電機實現了S型的無級調速算法，使得繞線電機可以在2s內平穩升速到3000轉/分，并基本無過沖，保證了效率和繞線質量。④通過主控板的捕捉中斷功能，并輔以定時器建立的時間坐標，實現實時繞線計算和測速功能。

在本模塊的應用層，根據加工文件建立了狀態機來管理和實現繞線加工過程的所有工藝要求。使用狀態機的優點在于①對于加工過程復雜的工藝，狀態機流程清晰，便于管理；②轉態機好的擴展性，可以幫助系統適應更多應用場合的工藝需求。

圖4.2 文件加工實現示意圖

5. 結束語

本系統依據空調室內機等家用電機的半定子量身定制。采用先進運動控制算法控制2路步進電機，1路無刷電機；實現了友好的人機接口界面與簡易的編程方式；實時高效的繞線計數與測速功能。整個系統在設計和實現上，很好的把高性能和低成本結合在一起，具備很強的市場競爭能力，并已成功應用于浙江臥龍家用電機有限公司。