關鍵詞：計數器；STM32；步進電機
中圖分類號:TH 文獻標識碼：A
引言
計數器是機械式裏程表的重要組成部分，在汽車、摩托車、農用車裏程表中應用廣泛。我國作為汽車的生產和消費大國，計數器的生產量很大，除滿足國內市場外，大量銷售到國外。然而目前我國計數器的生產自動化水平很低，計數器的組裝完全由人工操作，生產效率低，產品質量參差不齊。
目前計數器的生產主要存在如下問題：產品的質量壹致性差，同壹批次的產品的間隙差別較大；生產效率低，采用人工操作而且組裝壹個需要壓下兩次，即使熟練的操作工人也需要10-15秒；人工成本較大，壹個工位上需要兩個熟練的工人，增加了企業的人力成本；工人的勞動強度較大。
本課題開發壹種自動化程度較高的計數器組裝機，以替代手動勞動，實現計數器組裝過程中壹次壓入銅墊，並且對壓頭壓入的位置精確控制。這樣保證計數器碼盤之間的間隙嚴格控制在允許範圍之內，從而來保證產品的質量，減輕後續的檢測工作。
1 系統概述
1.1 機械式計數器組裝機介紹
計數器由數字碼盤、軸、齒輪、齒輪固定架和銅墊組成。目前大多數企業采用簡單的機械裝置來組裝計數器。計數器的組裝過程是：首先工人將齒輪放入齒輪固定架中；然後依次穿入齒輪架、碼盤；將軸放入工作臺的定位孔中，操作手柄向下壓，將碼盤壓緊，讀出百分表上的讀數記為d1；將手柄擡起回到初始位置，壹個工人套上銅墊，銅墊的厚度記為h,另外壹個工人計算出下次壓下的位置為（d1+h+⊿），其中⊿為預期的間隙值；再次操作手柄壓下銅墊到（d1+h+⊿）位置時停止。
1.2計數器自動組裝機的組成
本文模仿手工組裝的過程，開發壹種自動化程度較高的計數器組裝機，該計數器組裝機主要由控制器、電機及驅動器和執行機構組成。
1.2.1控制器部分
控制部分采用STM32作為主控制器，STM32是意法半導體公司最新推出的基於ARM Cortex M3內核的32位微處理器，它具有集成度高、外圍資源豐富、性能穩定、便於開發、成本低等特點。同時STM32具有豐富的外設資源，其中包括步進電機的控制單元，非常適合用於步進電機的控制和嵌入式圖形界面開發。
1.2.2 電機及驅動器
電機及驅動器部分采用步進電機作為驅動單元，步進電機為新加坡MINET混合式步進電機MT57S-78。由於步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，非常適合開環控制，在速度、位置等控制領域應用非常廣泛，其中執行機構采用步進電機來驅動。步進電機的驅動器采用MINET步進電機驅動器MT-2HB05HM，該驅動器能夠驅動二相混合式步進電機，采用恒流模式，具有極低的電源損耗和極高的開關效率。
1.2.3 執行機構
執行機構采用減速器加滾珠絲杠的傳動方式，步進電機通過減速器後，經過聯軸器和滾珠絲杠帶動主副壓頭進行上下直線運動。采用減速器可以提高步進電機的轉矩和運動精度，應用滾珠絲杠不僅把電機的旋轉運動轉變為直線運動，而且滾珠絲杠的傳動效率高、適用的速度也較高。
2 系統的硬件設計
本系統的硬件設計包括系統的機械部分和電控部分的硬件設計。
2.1 系統的機械設計
系統的機械設計要求：保證工件的目標間隙為0.17mm-0.22mm,銅墊與軸的配合方式是過盈配合，壓頭壓入銅墊過程中的力為100N-500N。主壓頭在壓入過程中不損傷計數器軸表面，副壓頭在壓入過程中不影響損傷字輪。
系統的機械結構如圖1所示，包括減速器、滾珠絲杠、主壓頭、副壓頭、導軌等。步進電機每步0.9°，壹周400步，步進電機的轉矩為1.2NM, 為了提高步進電機的輸出轉矩、提高分辨率加入了減速器，減速機的減速比為5，滾珠絲杠的導程為5mm，電機轉1周主副壓頭的直線位移為1mm。控制器每給步進電機的壹個脈沖對應著壓頭的位移為2.5微米，系統控制步進電機能夠達到的精度是設計要求的20倍。
滾珠絲杠軸向力計算公式： 。
其中F為滾珠絲杠軸向力，P為滾珠絲杠的導程，T為提供給滾珠絲桿的扭矩，η為滾珠絲杠的效率。已知電機扭矩3NM，減速比5，滾珠絲桿直徑D=20mm，導程L=5mm，按照公式計算，最大軸向力F為6782N，完全滿足壓頭壓入所需壓力的要求。
1.電機 2.減速器 3.液晶顯示板 4.聯軸器 5.滾珠絲杠 6.主壓頭7.副壓頭 8.工件 9.磁尺 10.線性導軌
圖1 系統的機械結構圖
2.2 電控部分的硬件設計
電控部分的硬件結構如圖2所示，電控部分由STM32主控制單元、LCD液晶顯示單元、開關量輸入輸出單元、位移信號檢測單元、以及預留的485通訊單元組成。
圖2 電控部分硬件框圖
2.2.1主控制器
本文以STM32F103VET6處理器為核心，STM32VET6內置3個同步的標準定時器，每個定時器都有壹個16位的預分頻器和4個獨立的通道，每個通道都可用於輸出比較、PWM和單脈沖模式輸出。STM32VET6有多達80個的快速I/O口，在APB2上的I/O腳可
達到18MHz的反轉速度，每個管腳都可由軟件配置成輸入、輸出或其他外設的功能口。利用定時器產生微秒級的中斷，在定時器的中斷中使輸出口置高或拉低從而產生PWM脈沖信號來控制電機的轉速。
2.2.2LCD液晶顯示部分電路
LCD顯示屏是壹種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅動器/列驅動器及128×64全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示8×4個(16×16點陣)漢字。模塊內自帶-10V負壓電路，用於LCD的驅動電壓，與CPU接口采用8位數據總線並行輸入輸出和8條控制線。CPU與液晶屏的接口電路如圖3所示。