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可编程运动控制器 使 用 说 明 书 浙江浦江智俊电子有限公司 -2-前前 言言 欢迎使用智俊电子运动控制系列产品 它是经智俊数控多年研发集显示/主控/驱动为一体的智能控制系统，采用安全的多任务系统 uCoS 系统开发，广泛用于小型工业控制系统，解决传统 PLC+文本显示器+驱动器方案 门槛高、接线复杂、高价位等缺点的新一代控制系统。本控制器特点：超高性价比，集成继电器输出，驱动输出，显示输出，键盘输出，成本仅传统 PLC 方案的 1/5 专业易用的上位机编程界面。全中文指令，即使对专业的编程语言一无所知，也可顺利使用。支持脱机运行/在线运行，支持双板连接，支持蓝牙手机控制 六路光耦输入，四路继电器输出，三轴步进联动输出，三路舵机控制，简易频率发生器等功能 软件支持圆弧插补，直线插补，条件跳转，循环命令，宏命令等更有 6 个可编程自定义功能键 开放的通讯协议，提供示例源代码，可支持第三方控制软件 内部模块快速了解:总体尺寸：155.77mm*92.82mm（长*宽）安装孔距离：146.29*82.93（长*宽）图片仅供参考。如有技术改动，恕不另行通知，可访问官网获取最新资料。-3-目目 录录 目 录.-3-第一章 设备调试及安装.4 1.电气参数.4 2.驱动安装.5 3.控制板操作界面.6 4.按键功能.8 5.电脑通信.9 6.传感器安装.10 7.电机接线与调试.11 8.继电器接法.12 9.外接驱动器接法.13 10.注意事项.14 第二章 软件编程.15 1.软件介绍.15 2.联动与系统延迟.20 3.条件跳转.21 4.双卡联机.21 5.一句话宏例程.22 6.直线插补.23 7.圆弧插补.24 8.用手机控制方案.30 9.舵机控制.31 第三章 常见问答.33 第四章 程序员开发接口.36 1.数据接收协议.36 2.数据发送协议.37 3.VB 关键程序示例.39 4第一章第一章 设备调试及安装设备调试及安装 1.电气参数电气参数 表 1-1 项目 最小值 典型值 极限值 单位 电源电压 12 24 30 V 步进电机线圈电流 0 1 2 A 芯片工作电压 4 5 5.5 V 继电器输出电流 0-5 A 晶体管 IO 输出 12 24V 30 V 电源接头极性为内正外负，控制板已做反接保护 可直接驱动三路 38/42/57 电机 电流可通过蓝电位器调节 因电压为 24V 请保证相电阻小于 10 欧 在电机停止后一秒内如无动作 会自动进入半流模式(既电流为工作时候的 1/2)大大减小电机及芯片发热.舵机 PWM 为晶体管 24V(0.4A)输出信号 内部已串接 56R 的限流电阻 外接驱动器信号输出为 24V（32 条命令烧录成功 Wait In2 Low.等待 2 号输入口变低电平 Wait In2 High.等待 2 号输入口变高电平 Max Or Min Pos 系统超过设定最大坐标或零点，电机停止 4.按键功能按键功能 3.1 软件零点设置软件零点设置 按零点键 为设定当前点为零点，3.2 机械零点设置机械零点设置:按归位键 2 秒 自动寻找机械零点(请先安装限位开关)，因传感器感应物体接近与移出的临界点不一样。因此这里的零点以物体靠近传感器至感应到为零点。因此如在复位时，滑块本身已在零点位置，系统会先离开感应器一小段距离(遇限位回转距离)，后重新寻找零点。3.3 脱机运行程序脱机运行程序 快速按启动键 将运行存储在芯片的代码 3.4 暂停运行程序暂停运行程序 9在运行过程中 快速按启动键 会进入暂停 再次按此键 退出暂停继续运行 如在电机旋转时候按暂停，会等到本步电机停止后暂停。3.6 单步调试单步调试 按启动2 秒屏幕显示STEP DEBUG按Y1Y2可单步前进后退.3.6 急停急停 任何时候，按Y1急停。如果配置 In2_Esc 为 1，那可通过外部急停，急停后如再次触发此口，会自动移动至机械零点。3.7 设定屏幕对比度设定屏幕对比度 按设置键不放，在按X1X2既可以调整对比度，掉电自动保存设置值。3.8 手动控制电机手动控制电机 按X1X2控制一号电机 Y1Y2控制二号电机 Z1/Z2 控制三号电机 3.9 感应启动感应启动 配置 In1_Run 参数为 1 当 In1 为低电平时候(放入工件)程序会自动启动，注意连续低电平不会连续启动，只有持续高电平 1 秒后(移除工件)会自动嘀一声，此后低电平信号才会再次感应，此功能适合放入工件自动感应并加工的场合。4.0 返回出厂设置返回出厂设置 在控制板上电前，安在控制板上电前，安零点零点-归位归位键不放，再上电，当出现主界面后，松开确认键，所有参数回到出厂设置键不放，再上电，当出现主界面后，松开确认键，所有参数回到出厂设置 4.1 电机测试电机测试 开机前按住启动键，再上电，三个电机会自动旋转，如可测试驱动芯片及电机是否正常 4.2 系统设置系统设置 按设置键，进入设置界面，上下选择菜单，左右调整参数，当长按后会自动快速增加或快速减，再按设置键退出，参数会自动保存。按设置键后能清空当前的报警信息。5.电脑通信电脑通信 1:用 USB 延长线将控制板与 PC 连接 2:打开上位机软件 如控制板蜂鸣器鸣叫一次 说明连接成功(系统会自动保存上次成功连接的串口号)如连接失败 请确认设备管理器中当前使用的串口号并重试，直到蜂鸣器鸣叫一次 3：将 IN1 IN2 IN3 X1 Y1 Z1 各个输出端与 GND 连接。屏幕会有响应的端口输入提示 4：点击宏键 F1-F8 可触发上位机上的宏功能，类似在上位机点击 F1-F8 在 PC 端在线模式程序编写完毕后，欲脱机使用 可以点击顺序下载主程序，如某条程序需要反复运行 可在 PC 上设定宏循环次数，并也可通过宏下载自定义序列，注意：宏中的循环指令，在脱机使用时并非包含循环指令，它是已“流水”的格式保存，请控制总行数在 480 行内 如需要循环命令可 使用脱机循环专用命令 248 注意在使用此命令后 需要点击顺序下载。下载完毕后 电脑和板卡都会长鸣一次。并且板卡屏幕会显示 036 DOWNLOAD 注意 036 为烧录成功的行数，如果源程序是 36 行，烧录完毕后必须为 36，如不是可能丢包，请重新烧录。5:如果在连接的中途拔出 USB 线，或通信错误(数据头错位)，手动点击重新连接并对齐数据头。6：在线运行时候，因是软件模拟，执行速度稳定性均与当前电脑性能有关，在运行时候不建议开启其他应用软件，在线运行只供调试、实验之用，如长期使用，请下载至控制板。10 6.传感器安装传感器安装 图 1-2 分别带有 XYZ 六路限位，在碰到左限位（X1）X 坐标自动归零，只要将限位口拉低电平即可只要将限位口拉低电平即可触发触发，用机械开关，磁敏开光，接近开关，对射光电都可以。注意:1：X1 Y1 Z1 传感器必须安装在机械零点的位置 2：如欲使用 X2 Y2 Z2 需要到设置界面开启使用，开启后 IN1 IN2 IN3 代表 X2 Y2 Z2,默认不开启 3：在使用时候应插入 24V 电源，电压过低不然可能无法感应，有时候因电源容量过小，导致电压不稳定 如出现不能感应，应首先检查电源电压是否为 24V.4:如果传感器无法感应如果传感器无法感应，可将其拆下，用镊子将，可将其拆下，用镊子将 GND 或或 X1 短路，在待机情况下短路，在待机情况下 看屏幕是否显示”看屏幕是否显示”X1”如是则说明板卡正常，应进一步检查线是否接入有误。如是则说明板卡正常，应进一步检查线是否接入有误。5：IN1 口对应程序中的输入 1 IN2 口对应程序中的输入 2 IN3 口对应程序中的输入 3（上图并未画出，如欲使用 IN1 只需将 X1 的引脚 换到 In1 即可 GND 24V 接法不变）6：板卡配备的霍尔传感器是磁感应器，接近磁铁既能触发，注意磁铁有正反面。11 7.电机接线与调试电机接线与调试 确定相线，将电机的任何 2 线短接，旋动电机轴，如阻力变大，则认为是一组，共有两组 在安装电机前，请明确零点是在何处，通过菜单 X_LEFT0?/Y_BACK0?/Z_TOP0?设定，设定每毫米脉冲数。(Z_Pitch:Y_Pitch:X_Pitch)步进转一圈为 1600 脉冲(标配电机)设定滑台的最大距离（mm）XMax_Pos YMax_Pos ZMax_Pos”当坐标大于此值后，电机不运转 这里规定正转：旋转后，滑块远离零点 反转：电机旋转后，向零点移动，本系统不支持负坐标 板卡的接口输出为 A+A-B+B-电机 4 条线为依次为 OUT1A，OUT1B，OUT2A，OUT2B 那将电机线 OUT1A 接板卡的 A+将电机线 OUT1B 接板卡的 A-将电机线 OUT2A 接板卡的 B+将电机线 OUT2B 接板卡的 B-，(将 A+与 A-调换就能实现反转)图 1-3 各种电机的接线图 提示 a)2 个步进电机的四条线分别并接起来，能实现 2 电机同时旋转与停止 b)电机输出线之间不要短路，也不要接地或电源 否则会烧坏芯片。c)本驱动器最大可驱动 1A 因此建议 42 电机在 0.8A 57 电机建议在 1A 左右，否则 电机发热会影响寿命。如电机每隔如电机每隔 0.5 秒左右发出“嗒嗒”的声音秒左右发出“嗒嗒”的声音，说明电流设定的过大，芯片内部剧烈升温，已经处于保护模式，此时应立即将电流调小点。e)此款控制板理论支持最大 2A 如需要 2A 请拆下散热片，将六只 R500（0.5R）替换成 2W 0.25 欧（需焊接引线），并应实时注意电机及驱动芯片的温度，过高的温度会烧穿 3983导致 24V 与 5V 短路，甚至烧坏主控芯片。f)42 电机指外形尺寸指安装盘为 42*42mm，电机长度约 40 如过长，则需要电压及电流较高。57 电机以上则只会嗡嗡振动。需要外接驱动才可运行 g)电机四线有一线未接好。电机会转但力距减小，且启动时方向不固定。两相线交叉接错则电机剧烈震动且呈锁死状态。12 8.继电器接法继电器接法 继电器引线示意图(电路板反面)图 1-4 1：独立控制一个 220V 的电磁阀/220V 直流电机/24V 的直流电机 图 1-5 2）控制一个直流电机正反转 13 图 1-6 注：控制 220V 设备，如电磁阀等，断开时会有很大的反向电动势，易受干扰。建议将 275V/0.1uf 的电容再串接100 欧的电阻后焊接在电磁阀两级。3）对于某些 4 轴的场合，如三维自动螺丝刀，螺丝刀由步进电机控制，对于刀头并不需要坐标，只需控制相对控制几圈即可，因此可以采用电机线切换的方法来扩展一个步进电机。将 1 电机的 A-B-与 2 电机的 A-B-通过 4 个继电器分配给电机输出口既可实现。9.外接驱动器接法外接驱动器接法 当需要驱动长版 57 电机或更高性能的电机 需要外接驱动器，本控制器信号为共阳接法，如图所示内部已经做了 3.3K 的限流电阻。如初次使用驱动器，但电机不会转，按以下步骤调试如初次使用驱动器，但电机不会转，按以下步骤调试 1：接好外接驱动器电源与控制器电源，独立驱动器电源如果在 30V 以下 可以与控制板电源共用。2：可只接速度线（CLK 脉冲线）与 24V 共阳线，确保电机能旋转。2:如方向无法控制（以 X 为例子），拔出驱动器连接的信号线，用万用表黑笔接 X 轴 DIR 红笔接控制板 24V 电源，按X1X2反复切换 电压会在 024V 切换说明输出信号正常，可能是连线问题，而 速度 CLK 信号因是高频，因此旋转时候会在 18V 左右。3：对于光耦响应速度较慢的驱动器，可能会丢步。但此驱动器极少见。14 图 1-7 10.注意事项注意事项 1:电机输出口之间的 4 条线 请勿短接，否则会烧毁芯片 2:当 24V 电源串入到 5V 电源网后，会引起不可修复的损坏，因此在焊接，维修时候请断电，在使用过程中 防止金属导体碰到控制器的任何触点。防止短路。3：某些台式机在关机时，某些台式机在关机时，USB 口的口的 5V 与与 GND 是处于短路状态，如连接是处于短路状态，如连接 USB 会导致控制板短路会导致控制板短路 并并使控制板发热，为安全起见，在关闭电脑后，应同时移除使控制板发热，为安全起见，在关闭电脑后，应同时移除 24V 电源电源 4：键盘按钮外接接口是在外接按钮，只是 4.7K 上拉。当信号口与 GND 阻值小于 2K,既认为模拟按下按钮 因非光耦隔离。引线长度大于 1 米易被干扰，可使用屏蔽线解决。5：请勿将主板未经绝缘直接放在螺丝刀等导电的部件上，以免短路。推 荐 15 第二章第二章 软件编程软件编程 1.软件介绍软件介绍 1：安装驱动并串口连接成功后 点击打开手动调试界面 图 2-1 手动调试界面 a)电机机速度 速范围为 0250 数字越大会越快，请勿 3 只电机同时设置 245 以上，系统响应会变慢。必须在电机旋转前改变电机速度。b)单步距离是指，按一次单步正或单步反，电脑一次性发给电机芯片的脉冲数。即每按一次电机旋转设定的距离一次。c)停止只是电机不运转，但电机锁死。掉电指电机断电，此时电机不锁定，处于自由状态 d)电机锁住的时候仍会耗电，电机会发出大量热量，避免长时间处于锁住状态。e)步进电机在低速下发热比较严重，注意散热。f)前往只电机旋转到设定的坐标，既绝对坐标。g)输入栏只供查看，不可操作。h)在舵机模式 PWM 输出为固定的 50hz,占空比为 5%-25%，拖动滑动条，可在 0180 之间旋转，在普通 PWM输出可调节其频率（25Hz100Khz），通过编程可达 0.7Mhz，频率越高，频率精度越低，在 1K 精度为正负0.003hz,占空比(0%100%)，8 位分辨率。16 2：制作第一个程序 a)点击中文编程列，即下图第二个红圈处，选择下拉框的命令，选择1 机正转 b)修改最后的手动注释列，修改“=”或”:”后面的数字，即可赋值参数，如输入“X 正转:1.00mm”(除 1 之外，其余字会自动生成。无需输入)，系统会换算出脉冲数并自动生成高中低位，再点击下一行 依此类推 按下图写满三行。c)确定板卡是处于主界面，而非设置界面。点击绿色的在线运行程序或者点击下载到控制板，进行脱离电脑运行。下方的程序运行效果为 1号电机正转1毫米后再等待1秒种，再反转2毫米。下载最大行数 480 行，超出行数将不执行。图 2-1 主编程界面 3：宏命令 对于相对复杂的程序，往往需要将一些连续的动作定义为一个子动作，往往需要重复调用这些子动作，这里可以使用宏功能就非常方便。重复的行只需要写一遍，在宏界面打入行号进行自定义调用即可，每个子动作还带一循环命令。宏循环里支持 17 图 2-2 自定序列行号用自定序列行号用,隔隔 开开,如如 1,3-5,8 代表：按顺序运行代表：按顺序运行 1,3,4,5,8,允许子程序最多三层嵌套允许子程序最多三层嵌套,如如 F1 为为 1,F2,5 F2 又可调用又可调用 F3 循环次数为 99999 时候，为无限循环 红箭头为当前运行的子宏 每个子宏都有快捷键 F1-F2 在脱机模式下载后,再手动按板子的启动键方能启动“248 循环跳转”命令只能 在脱机使用，相当于在线时宏循环次数 宏下载到芯片时，如有宏循 环并不会自动添加“248 循环跳转”到芯片，是流水下载因此生成程序比较长，如需要“248 循环跳转”模式，请到主界面红箭头进行常规下载 F1 键的勾选后会在电子手轮界面多出一个宏快捷键。“一句话指令烧录”指将设定的行烧录至对应的宏键，如图所示，烧录后，按板卡的宏键 F1 将运行主程序中的第 1 行程序，任何情况下按板卡宏键。将执行一句话命令（如果有）。此功能适合手动调试。如手动开关主轴电机等“在线控制”指按下控制板的宏键，将启动 PC 的宏程序。如按下板卡 F1 将执行电脑的 F1 程序。4.电子手轮 为方便触摸屏操作及工人操作，这里提供快捷的启动方式，并配合此界面的坐标保存功能，可将当前点写入程序中。18 图 2-3 电子手轮 5 可用命令 表 2-1 上位机用户可调出的所有命令 命令命令 说明说明 系统延迟 系统延迟，单位秒,精度 10ms 蜂鸣器开启 蜂鸣器关闭 控制一号板卡 运行此命令，所有命令都发送至一板 开机默认发送一板 控制二号板卡 运行此命令，所有命令都发送至二板 用于多机联机使用 1 机寻零 如本在感应零点，会往外走一段距离 1 机前进 1 号电机正转 单位毫米 1 机后退 1 号电机反转 单位毫米 1 机掉电 掉电后电机处于松动状态 省电 1 机速度修改 频率 f=187500/(256-X)X 为设定值 1 机绝对坐标 既前进到想要的位置 1 机开缓启缓停 能减小启动震动和提高电机速度 1 机关缓启缓停 能提高电机响应速度 X 轴联动控制 开启此功能，X 电机将不等待 249 系统延迟指令 1 机清零 设定 1 机的坐标 X=0 2 机寻零 2 机前进 2 机后退 2 机掉电 2 机速度修改 2 机绝对坐标 2 机开缓启缓停 2 机关缓启缓停 2 机清零 19 3 机寻零 3 机前进 3 机后退 3 机掉电 3 机速度修改 3 机绝对坐标 3 机清零 3 机开缓启缓停 3 机关缓启缓停 坐标更新 会回显 13 个数据包到 PC 详见下文 3 机坐标清零 一号继电器开启 一号继电器关闭 二号继电器开启 二号继电器关闭 三号继电器开启 三号继电器关闭 四号继电器开启 四号继电器关闭 一灯开启 一灯关闭 二灯开启 二灯关闭 三灯开启 三灯关闭 设定 AD 上限 设定 AD 下限 程序跳转并循环 详见下文 下跳行:当 1 路有输入 如果输入 1 有输入(低电平)，往下跳设定的行。如果无输入，则继续流水运行，当下跳行为 0 时，是暂停命令，直到变低电平后继续运行。下跳行:当 1 路无输入 如果输入 1 无输入(高电平)，往下跳设定的行。如果有输入，则继续流水运行，当下跳行为 0 时，是暂停命令，直到变高电平后继续运行。下跳行:当 2 路有输入 同上 下跳行:当 2 路无输入 同上 下跳行:当 3 路有输入 同上 下跳行:当 3 路无输入 同上 下跳行:当 AD 低于下限 此功能预留，只供显示 下跳行:当 AD 高于上限 此功能预留，只供显示 直线插补开启 详见下文 直线插补关闭 详见下文 结束当前循环 在线用。结束当前的宏循环 20 圆弧插补开启 详见下文 圆弧插补关闭 详见下文 圆弧半径设定 详见下文 X 坐标赋值 强行修改当前的坐标 Y 坐标赋值 强行修改当前的坐标 Z 坐标赋值 强行修改当前的坐标 延迟报警(连机)在线用。客户需定制 舵机控制(度)详见下文 PWM 占空比设定 详见下文 PWM 频率输出 详见下文 保存当前占空比 下次舵机开机起始角度为当前角度 2.联动与系统延迟联动与系统延迟 2.1 系统延迟 在两条命令中添加系统延迟的指令会在上条语句执行完毕后再等待设定的时间后运行下一行，在控制电机时候，如果延迟时间为 0 秒，意思为等待电机停止后再运行下一行，如下所示程序，图 2-1 运行效果为，1 号电机前进 1 毫米停止后立即运行 2 号电机后退 1 毫米，如将系统延迟指令去如将系统延迟指令去除，除，2 号指令与号指令与 4 号指令几乎是同时运行的，既号指令几乎是同时运行的，既 1 机前进与机前进与 2 机后退是同时进行的。机后退是同时进行的。2.2 联动 此功能运行后 X 轴将不响应系统延迟等待命令 独立运行后停止。实际中如一台绕线机，需要主轴持续旋转，排线轴断续旋转，这里就需要用到联动的功能。在使用前需要开启（开机默认关闭），如下程序所示。图 2-2 运行效果为 X 轴持续旋转，2 号电机后退 10mm 后 等待 1 秒后再前进 10mm。如将一行的联动关闭，程序一直卡在第 3 行，直到等待 1 机停止。提示：只允许提示：只允许 1 机联动。机联动。21 3.条件跳转条件跳转 本控制板带六路输入，其中 3 路为限位使用 IN1 IN2 IN3 为条件判断输入，如下图所示 当运行到第二行后，假设一号端口无输入那直接运行下一行既第 3 行，如果有输入那往下跳一行既运行第 4 行 当跳转行数为 0 行时，为暂停，比如运行到第 5 行后就自动暂停，直到 2 路有输入信号后继续运行。图 3-1 4.双卡联机双卡联机 本系统支持最多 2 卡连接，两板通过 2 条 USB 数据线分别插入到 PC 的 2 个 USB 中，在 PC中虚拟成 2 个独立的 COM 口，通过上位机分自动切换 COM 口数据，实现控制 2 个控制卡的目的。从而独立控制 6 个步进电机 6 个舵机 及 8 个继电器。将 2 条 USB 线插入 PC 后，按下图进行端口分配。成功后电机蜂鸣器应回鸣叫。图 3-1 这里 57 号命令为板卡选择命令，开机默认为控制 1 卡模式。当执行 0 9 252 1 后 上位机会转为控制第 2 卡命令，所有发送和接收的命令都指向卡 2.如下图所以，运行以后效果为，卡 1 的 1 机旋转 2mm 停止后，卡 2 的 1 机电机再转 2mm 再停止。图 3-2 注：双卡模式之间不支持数据交换。电机联动。也不支持脱机后运行。22 5.一句话宏例程一句话宏例程 板卡宏键 F1-F6 支持一句话命令功能，灵活使用，能实现许多快捷功能。下面是一个电控水阀的例子，类似双通道的冷热水阀：图 3-3 实现功能：1：开机时候指针在 90 度处 2：能电控阀大小 既按左右键能单步正反转 9 度 3：手动调节范围。最大值不超过 180 度。既在 0 度180 度之间旋转。4：预设 6 套角度值。（既按 F1-F6 能转到指定的角度）实现步骤：1:设定启动默认坐标 X_StartP=400（90/360*1600）2:开启手动单步功能 Key_Step=1 并设定单步距离 9 度 既 X_Steps=40 (9/360*1600)4:设定上限为 180 度 最大脉冲值 XMAX_POS*X_Pitch=800=180 度 所以 XMAX_POS=1；X_Pitch=800 设定下限 OVER_ZERO=0 既电机不过 0 点 5:定点功能 需要使用一句话宏 按下图配置 1-5 步 烧录后 按 F1-F6 能分别转到 10 20 30 40 50 60 度处 0180 90 23 图 3-4 6.直线插补直线插补 因步进电机是离散运动，因此无法画出一个理想的斜线，往往通过某种算法将一个圆弧分段为一个最小的步进量(本图中箭头表示)红线为电机的实际轨迹，当 P 足够小时候，两个电机合成的的实际轨迹近似的一条直线。图 3-5 24 直线插补指令直线插补指令:调出圆弧插补命令(1 0 0 56)，会出现以下代码 图 3-6 1 0 100 56：启动直线插补指令，高位为 1，开启直线插补，高位为 0，关闭直线插补。低位为插补的精度 p,既最小插补距离，单位为脉冲 0 49 236 5：目标点 X 轴的绝对坐标，在开启直线插补后必须赋值 XY 目标点的信息(并无先后顺序)0 49 236 15：目标点 Y 轴的绝对坐标,当 XY 的坐标信息全以后。就启动直线插补进程。刀头会从当前通过直线插补到目标点。0 0 0 249：等到直线插补结束。注:1:插补精度越高，速度会越慢，震动越小。2:如要改变速度，必须在插补命令前进行设定。3:为提高速度，直线插补时，自动自动关闭缓启缓停功能，如需开启在目标点 X 轴的绝对坐标上可加入缓启缓停的功能。可以提高缓震效果。4：如果开启 X 轴联动功能，运行圆弧插补后会自动关闭联动功能。5：直线插补命令需要手动关闭。7.圆弧插补圆弧插补 因步进电机是离散运动，因此无法画出一个理想的圆弧，往往通过某种算法将一个圆弧分段为一个最小的步进量 P(本图中红线表示)红线为电机的实际轨迹，当 P 足够小时候，两个电机合成的的实际轨迹近似与一个圆。25 图 6-1 5.1 象限与方向:如图所示 红线为第一象限，绿线为第二象限，蓝线为第三象限，黄线为第 4 象限 其中粗线为顺时钟圆，细线为逆时针圆,如下图所以，如果以当前点（十字中心）为起始点，共有 8 个画圆的方向。因此在画圆前必须指定其方向。图 6-2 5.2 圆弧插补指令:调出圆弧插补命令(1 0 0 55)，会出现以下代码 26 图 6-3 本系统机械原点在右上角，刀头在(0，0)位置，以上程序设置插补设置为象限 3，逆时针.点击程序启动后。将绘制如下图形 图 6-4 1 0 0 55：启动圆弧插补功能，中位为圆弧插补的方向，1 为顺时针，0 为逆时针，低位为象限位（04）当为0 时，会自动判断象限（方向不会自动判断），判断规则：当目标点 XY 同时大于起始点，那为第三象限，当目标点小于当前点，进入第一象限，仅目标 X 大于起始 X，进入第二象限，仅目标 Y 大于起始 Y，进入第三象限，如需要绘制一个导 4 个圆角的矩形，可以用此功能比较方便。如下图所示，起始点为 A,终点为 B，系统会自动判断为第三象限，插补方向为最后一次的插补方向，红线为逆时钟方向，绿线为顺时钟方向。图 6-5 0 0 0 5：目标点 X 轴的绝对坐标，在开启圆弧插补后必须赋值 XY 目标点的信息(并无先后顺序)0 0 0 15：目标点 X 轴的绝对坐标,如果已经有目标点 X 的坐标信息，那就启动圆弧插补进程。刀头会从当前通过圆弧插补到目标点。0 0 0 249：等到圆弧插补结束。27 运行后板卡显示信息 图 6-6 界面解释：界面解释：XYZ 为当前绝对坐标(mm)189的位置为实际已经走完的角度 360当在 45 90180 360角度时会自动显示，如起始坐标与终点坐标相同则认为 360 度 R=10000 当前插补的圆的半径为 10000 个脉冲 Roun Drawing。正在插补中.注:1:如果起始坐标与目标坐标相等。则画一个 360 度的整圆。2:如要改变速度和半径，必须在插补命令前进行设定。3:如果目标点计算错误，或象限计算错误，系统将无法正常画圆,甚至无法停止，可以按板卡急停强制停止。4:为提高速度，圆弧插补时，自动关闭缓启缓停功能，如需开启在目标点 X 轴绝对坐标上可加入缓启缓停的功能。5：如不定义半径 R,将调用板卡菜单中 R=?（*10）项的值，注意此值的单位是脉冲且在调用时候会乘以 10，如设定 R=1000,那实际出来脉冲为 10000 个。6：因为坐标不支持负坐标，因此目标点必须大于等于零，当要画如下图形，可使用坐标赋值功能将当前点偏移一个直径距离 7：如果开启 X 轴联动功能，运行圆弧插补后会自动关闭联动功能。图 6-7 程序源码:图 6-8 X:000000 189 Y:000000 360 Z:000000R=10000 Wait00.0AD1023 CMD:000/00000 Round Drawing.28 5.3 使用例程 a)示例 1：画一个 1/4 圆 如下图所示 图 6-9 对照象限图 1-2，可知此圆弧在第三象限，并且逆时针。半径为 20。终点为(20,20)，对应的程序如下 图 6-10 点击可运行，并画出 1/4 圆。也可点击下载到目标板卡 实现脱机运行 b)示例 2:在 XY 坐标系统，E 点为机械 0 点。刀头在 O 点，以 O 点为中心画一个如下图所示风车的形状，每个圆弧的半径为 20mm.29 图 6-11 编程步骤编程步骤:1 先设定其半径，这里为 20mm，直接修改最后一列的中的 00.00mm 既可 2 此图形由 4 个圆弧与 4 条直线组成，圆弧方向都为逆时针，且 4 个象限都有半圆，因此调出圆弧插补命令(自动生成的后 3 行可删除)，并分别修改其象限为 1,2,3,4。3 再写入五个点 ABCDEO 五个点的绝对坐标，如(11 13)代表点，(11 14)代表 O 点，(重复点只需写一次)4 四条直线需要用到直线插补功能，可写在第 9 行，还需要添加一个等待电机运行完毕的命令既 9 行的系统延迟，编写好的程序如下图所示：图 6-12 当源码完毕后，并不能直接运行，需要调用宏定义，既运行的一个自定义序列。点击 进入宏设置。宏编写流程：宏编写流程：1：在自定义序列中写入顺序运行的行号，可将 4 个半圆弧拆开 4 个子动作 F2-F5，F6 为回到风车中心的动作，2：如每个分动作调试成功后，可将所有分动作串起来完成一个连贯的动作。3：点 F1 的运行（或按电脑或板卡的 F1）,就能画出风车图形 30 图 2-13 整体动作调整完毕后，可点击运行旁边的烧录下载到板卡，程序将永久保存，可实现脱机运行。最大支持 500 行，如需更多可定制。8.用手机控制方案用手机控制方案 本系统通讯是通过串口通讯，手机的一般都带有蓝牙虚拟串口服务，再通过蓝牙转串口与控制板通讯。这里的蓝牙转串口模块使用 HC-07 模块。将手机端软件（运动控制器-手机端.apk，手机系统须为安 2.2 版本以上）复制到手机 SD 卡（如装有手机精灵，手机连电脑后双击可安装）安装后 点击运行，第一次运行会自动打开蓝牙进行搜索(图 1)，选择 HC-07 设备，进入图 2 后选择键盘模式。图 1 图 2 图 3 图 4 31 图 3 为主界面，应对其进行初始设置，点手机菜单键 点击设置 IO(input/output)模式 图6设置为 HEX模式 既16进制模式,确定后 再点击设定激发模式 出现图7 选择按下时发送 图 6 图 7 返回主界面后，要对每个键盘进行功能设定 如图 7，按钮名称也可以自定义，比如这里要实现按下后蜂鸣器响起，我们查看命令表 开启蜂鸣器的命令为”07 00 00 99”但这里是 16 进制的，因此要将十进制转化为十六进制（10 以下的数值无需转换）比如这里要将 99 转换，可以打开计算器先点击查看-科学型，输入 99.再点击 16 进制，此时显示 63，因此在图 9 界面中输入“07 01 00 63”按钮名为”蜂鸣器开”图 8 图 9 图 10 图 11 最后退出键盘设置模式，如图 10 点击键盘设置结束，图 11 为最终界面，此时轻触 蜂鸣器开，就能打开控制板的蜂鸣器。自己可以查询命令表添加更多的命令 比如打开继电器，电机都可以。注意:在使用蓝牙通信后，需拔出 USB 线，防止通讯错乱。9.舵机控制舵机控制 舵机可根据 PWM 的占空比(高电平与低电平的比例)来调整舵机的角度，本控制板可以发送三路 PWM 信号独立控制三路舵机 控制角度(0180 度)，广泛用于机器人，摄影，模型等行业。与舵机有关的指令代号为 98，高中低都分别代表 舵机 A 舵机 B 舵机 C 的目标角度，运行 32 后系统会自动计算出当前角度到目标角度所花费的时间并自动延迟运行下一语句 a)开启舵机：如下所示：”系统延迟 0 秒”指等待上一命令的舵机旋转完毕.运行此程序效果为：BC 机从 0 度（开机默认 0 度）到 90 度，等到 90 度到位后再旋转到 0 度。图 2-24 b)舵机转速：图 2-25 一般以 60 度旋转耗时表示，直接在“=”后输入时间即可。一般为 0.3 秒，默认可省略此语句。c)PWM 频率与占空比设定:图 2-26 舵机的频率一般为 50Hz 每个周期时间 当高电平时间 0.5ms-2.5ms 代表 0-180 度 因此占空比为 5%25%，如用于舵机控制，请勿设置此参数。如果需输出指定频率与占空比，可配置此参数。此功能可用来控制 RGB 彩灯，BUCK 电压控制，超声波输出，MIDI 输出。频率范围25Hz0.75MHz 注：板载的 PWM 输出口并不是标准的 PWM 波（当有信号时为 0V 无信号为悬空），板卡电阻 RE5 RE6 RE7 为限流电阻，标配并未焊接。请根据实际情况焊接，如需要控制 5V 舵机，5V 信号可自行从 UL2803 芯片左上角 3 只管脚引出。当输出频率高于 10K，电源纹波对频率输出影响较大，因此应选用优质的开关电源，并且需要用屏蔽线输出。33 第三章第三章 常见问答常见问答 问：板卡是否稳定及板卡保修时间？答:看你用在什么场合及如何使用 本设计基于一般工业场合能连续正常工作（光耦输入，24V 晶体管输出），在强干扰下，如高频机，高压点火器，大型变压器，大功率电机旁，不合格的开关电源等，非屏蔽的串口通讯线等.会影响稳定性。脱机运行比在线运行稳定 本控制板无防水，无防尘设计。因运输损坏或程序 bug 或非人为因素。三个月免费维修与升级程序。问:盗版与正版有何区别？答:本控制卡采用软硬件加密技术。目前现有盗版产品在启动 1023 次后会自动屏蔽插补。急停键会定期失灵。问:在线运行结果与脱机运行结果不一样，如在线运行正常，脱机运行时候步进电机会卡住 在线运行与脱机运行逻辑动作是一致的，唯一的区别是指令执行时间。在线约 50ms 脱机约 10ms,某些时候如电机正反转之间，在线会运行正常(相当加了 50ms 延迟）,脱机时候因正反动作过快而丢步，再如直流电机与步进共用 24V 情况下。在启动电机瞬间，电压会下跌几 V,如立即执行步进电机指令，电机因供电不足丢步，解决办法为更换大电源或增加延迟指令。问:大电流会损坏步进电机吗。如电机额定电流为 1A,驱动器输出 2A.答:不会，超过额定电流有助于增大高速时的力矩，只要保证电机表面温度小于 80 度即可。问：我需要极慢的速度 如何实现。答：当 Z 轴速度值小于 50 后，自动进入慢速档。如需要更慢速。可走一步，延迟一些时间。注意在慢速阶段电机会剧烈发热。做好散热措施。问：脉冲与坐标的关系 脉冲的单位为个，坐标的单位为毫米，步进电机每发一个脉冲，会步进一步。一般 42 电机 8 细分每转一圈需要 1600 个脉冲。假如连接至电机的丝杆螺距值为 5mm（每转一圈前进 5mm）因此 1600 脉冲相当走了 5mm 问:什么是 8 细分 步进电机在机械结构上一般为一圈 200 步，通过程序自动调节 2 个线圈电流比，将其每一步再分为 8 步，相当于走一圈需要 1600 个脉冲。理论精度为 360/1600 度，但机械精度一般为 5%.因此高于 8 细分的细分对提高精度是没有意义的，一般用来降震动。问：什么是机械零点 与软件零点 及坐标清零 机械零点指前往靠传感器或限位开关定位的零点，软件零点指前往坐标为 0 的点，清零指把当前点坐标设定为 0 既软件零点。问：最多能几卡连接 最多只能 2 卡连接，且只能用于 PC 在线模式。问:什么是上位机，什么是下位机 什么是脚本 答:上位机指 PC 端的软件，下位机 是指控制板，在上位机里编写出的动作叫做脚本 问：传感器有时会失灵，什么原因 答：先检测电压是否正常，有时候开关电源容量过小，总电压会被电机强行拉低至 10V 此时传感器无法正常 34 工作，更换大电流的开关电源即可，另外盗版的控制板亦会定期失灵。问：需要用什么传感器，机械开关可以吗 答：电压 24V 二线三线均可.导通时传感器信号线必须为 0V，机械开关可以，跨接在 GND 与输入口之间。问:什么是缓起缓停 答:步进电机有个特点，从停止到指定的速度运转是瞬间达到，如果设定速度过大，会丢步，因此要转到比较高的速度需要加入缓起缓停的功能（此过程大概在 0.2 秒左右，不易察觉），但是它的响应会变慢，如速度不快，步长又很短（电机旋转每次不超过 30 度），可以关闭此功能。注:内置的加速度值无法调整 开机此功能默认是开启的。问：COM 口连接不上？答:1：确定驱动正确：插入 USB 接口，在设备管理器中的端口项出会多出一个新 COM 端口，如有有问号或感叹号。右键点属性-端口设置-高级，强制改为其他串口号，直到正常显示，如还不行，重安装驱动和重启电脑，2:确定 COM 未被使用，点击任务管理器，关闭占用串口的相应的软件，如串口助手，控制器软件 再拔出 USB 通讯线和 24V 电源线 问：输入电源极性弄反 有什么后果？答:控制板已经反插保护，当反插后 控制板无任何反映 问：输入电源极性弄反 有什么后果？答:控制板已经反插保护，当