機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

1、機(jī)電一體化技術(shù),第7章 應(yīng)用實(shí)例,7.1 針式打印機(jī)7.1.1 針式打印機(jī)簡(jiǎn)介,針式打印機(jī)是使用較早且應(yīng)用廣泛的一種辦公用的機(jī)電一體化產(chǎn)品，又稱為撞擊式打印機(jī)。它的工作原理類似于用復(fù)寫紙復(fù)寫，完成打印功能的是打印頭內(nèi)部的多支金屬打印針（常見的為24針和9針），打印頭在紙張和色帶上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)指定的打印針到達(dá)指定的位置時(shí)，便會(huì)在電磁鐵吸合的作用下?lián)舸蛏珟?，使色帶上的色素印在紙上形成一個(gè)色點(diǎn)，如圖7-1所示。在計(jì)算機(jī)的控制下，多根打印針共

2、同動(dòng)作形成若干個(gè)色點(diǎn)，由這些色點(diǎn)在紙上形成文字或圖畫。針式打印機(jī)有單色和彩色兩種，單色式僅有一種色帶，而彩色針式打印機(jī)有4個(gè)不同顏色的色帶，在打印的過程中根據(jù)顏色命令來變換不同顏色的色帶，多種顏色的點(diǎn)陣組合形成了彩色圖案或文字。,7.1.1 針式打印機(jī)簡(jiǎn)介,圖7-1 針式打印機(jī)擊打原理圖,如圖7-2所示為一個(gè)9針打印頭在打印一個(gè)“5”和“A”字符時(shí)9根打印針的動(dòng)作情況，每一根打印針需要用一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈，當(dāng)線圈通電時(shí)，實(shí)現(xiàn)擊打，所以在打

3、印“5”的第1列時(shí)，數(shù)據(jù)為111001000，第5列時(shí)為101000000，第9列時(shí)為100111000。這些數(shù)據(jù)的組合稱為“5”的字形碼。實(shí)際上，由于字形碼有8×8、16×16等格式，所以只有8根針動(dòng)作，并且按照反碼表示，則“5”的字形碼按列就是00011011、11111101、…,用16進(jìn)制表示為1B、FD、…。,7.1.1 針式打印機(jī)簡(jiǎn)介,圖7-2 點(diǎn)陣式字符的形成和列數(shù)據(jù),7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu)

4、,針式打印機(jī)的主要任務(wù)是在系統(tǒng)的控制下各部分協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)打印頭橫向左右移動(dòng)、打印紙縱向移動(dòng)以及打印針的擊打等任務(wù)，將計(jì)算機(jī)傳送來的數(shù)據(jù)打印在紙上，同時(shí)對(duì)打印機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)等。針式打印機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，由于執(zhí)行電動(dòng)機(jī)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)并且沒有反饋部分，因此，它的控制系統(tǒng)屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。針式打印機(jī)的組成如圖7-3所示，主要由機(jī)械部分和電路部分組成。,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),圖7-3 針式打印機(jī)組成框圖,7.1.

5、2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),1.機(jī)械部分針式打印機(jī)的機(jī)械部分包括字車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、走紙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、色帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和打印頭等幾部分。1）字車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖7-4所示為針式打印機(jī)字車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速后驅(qū)動(dòng)同步帶，同步帶上固定有裝著打印頭的字車。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)使打印頭水平橫向移動(dòng)，將打印頭移動(dòng)到需要打印的位置，等待打印針的擊打動(dòng)作。,圖7-4 針式打印機(jī)字車傳動(dòng)機(jī)構(gòu),7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),2）走紙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)走

6、紙步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速機(jī)構(gòu)后驅(qū)動(dòng)摩擦滾輪，通過摩擦滾輪的摩擦將打印紙移動(dòng)到需要打印的行位置上。對(duì)于兩邊有孔的專用打印紙，則是借助走紙鏈輪的齒穿過打印紙的孔來實(shí)現(xiàn)走紙。走紙的方式較多，根據(jù)紙張的傳動(dòng)方式分為摩擦式和鏈輪式兩種，而根據(jù)紙張的行走方式又分為卷繞式和平推式走紙方式。在此僅介紹摩擦式。如圖7-5所示為摩擦式走紙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖，走紙步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速后驅(qū)動(dòng)摩擦輪運(yùn)轉(zhuǎn)，為了防止誤差導(dǎo)致打印質(zhì)量下降，采用雙齒輪錯(cuò)齒法消除誤差。,圖

7、7-5 針式打印機(jī)走紙傳動(dòng)機(jī)構(gòu),7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),2.電路部分電路部分包括接口電路、狀態(tài)檢測(cè)電路、主控計(jì)算機(jī)、打印針驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、操作面板與狀態(tài)指示電路和電源7個(gè)部分，如圖7-6所示。,圖7-6 針式打印機(jī)組成原理圖,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),1）接口電路接口電路是打印機(jī)與主控計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行狀態(tài)、命令和數(shù)據(jù)通信的通路。如圖7-7（a）所示，計(jì)算機(jī)將需要打印的信息和命令通過接口電路發(fā)送給打印機(jī)，

8、而打印機(jī)則將打印機(jī)的狀態(tài)通過接口電路傳輸給計(jì)算機(jī)。接口通常使用并行口、串行口和USB口3種，由于串行口（RS-232C）傳輸數(shù)據(jù)較慢，已經(jīng)很少使用，目前大多打印機(jī)都使用USB口和計(jì)算機(jī)連接，而針式打印機(jī)則大多采用centronics標(biāo)準(zhǔn)并行接口。如圖7-7（b）所示為一種通用打印機(jī)專用接口，該接口具有數(shù)據(jù)傳輸率高的特點(diǎn)。在打印機(jī)接口電路中，通常還配置一定存儲(chǔ)容量的輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來減少與計(jì)算機(jī)主機(jī)的頻繁通信，提高計(jì)算機(jī)主機(jī)工作效率。,7.

9、1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),圖7-7 針式打印機(jī)和計(jì)算機(jī)之間通信接口,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),2）狀態(tài)檢測(cè)電路為了保證打印機(jī)的正常運(yùn)行和打印質(zhì)量，針式打印機(jī)通常用多個(gè)傳感器來檢測(cè)打印頭的初始位置、是否缺紙、打印頭是否過熱、打印紙的薄厚等。（1）打印頭初始位置檢測(cè)電路。打印機(jī)在打印過程中，打印頭需要一個(gè)參考位置來確定字符的位置，該參考位置稱為初始位置，位于打印頭運(yùn)行的左側(cè)極限位置。如圖7-8所示為L(zhǎng)Q-1600K的打印頭初始

10、位置檢測(cè)電路，它采用對(duì)射式光電傳感器。當(dāng)打印頭移動(dòng)到左側(cè)時(shí)，打印頭上的一塊片狀物擋住光線，光敏三極管截止，輸出為高電平，控制器接收到該信號(hào)后，確定出初始位置，開始一行的打印。打印頭每打印一行就會(huì)到達(dá)初始位置一次，當(dāng)打印頭離開初始位置后，光敏三極管接收光線導(dǎo)通。經(jīng)過微處理器對(duì)信號(hào)處理而得知打印頭是否處在初始位置。,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),圖7-8 LQ-1600K的打印頭初始位置檢測(cè)電路,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),（2

11、）紙盡及紙張檢測(cè)電路。打印機(jī)在打印前需要進(jìn)行紙張有無的檢測(cè)。當(dāng)沒有紙張時(shí)，打印機(jī)紙盡指示燈發(fā)光，打印機(jī)停止動(dòng)作。如圖7-9所示為L(zhǎng)Q-1600K的紙盡及紙張檢測(cè)電路，它采用常閉型簧片開關(guān)作為紙盡傳感器。當(dāng)有紙時(shí)，打印紙壓住簧片開關(guān)，開關(guān)斷開，輸出的高電平信號(hào)經(jīng)電阻R65送至CPU的PA1端口，打印機(jī)正常工作。當(dāng)打印機(jī)紙盡時(shí)，簧片開關(guān)恢復(fù)到原來的閉合狀態(tài)，PA1端接收到低電平信號(hào)，控制打印機(jī)停止當(dāng)前的打印并報(bào)警，紙盡傳感器安裝在摩擦滾輪

12、下前方。,圖7-9 LQ-1600K打印機(jī)的紙盡及紙張檢測(cè)電路,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),（3）打印頭溫度檢測(cè)電路。在打印過程中，打印頭中的打印針不斷擊打色帶，這種擊打運(yùn)動(dòng)會(huì)使打印頭溫度上升。為了防止打印頭溫度上升造成電路和機(jī)械故障，不僅在設(shè)計(jì)打印頭結(jié)構(gòu)時(shí)選用鋁和銅等散熱效果好的材料和散熱片，而且應(yīng)安裝溫度傳感器用來檢測(cè)打印機(jī)的溫度。打印頭溫度傳感器使用負(fù)熱敏電阻，裝在打印頭內(nèi)部。如圖7-10所示為L(zhǎng)Q-1600K打印機(jī)打印頭溫

13、度檢測(cè)電路，當(dāng)溫度上升時(shí)，熱敏電阻阻值下降，AN0（CPU的模擬輸入端）電壓降低，微處理器對(duì)AN0進(jìn)行檢測(cè)后得到溫度過高信號(hào)，便停止工作并發(fā)出警報(bào)，等待降溫。,圖7-10 LQ-1600K打印機(jī)打印頭溫度檢測(cè)電路,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),3）主控計(jì)算機(jī)打印機(jī)的主控計(jì)算機(jī)通常用單片機(jī)組成，其本身就是一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)，因此，除打印頭、字車和走紙控制外，也有CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、I/O電路等。微處理器控制著打

14、印機(jī)的所有動(dòng)作和功能，不僅要完成對(duì)打印數(shù)據(jù)的加工處理和控制機(jī)械部件的協(xié)調(diào)動(dòng)作，還要根據(jù)選擇面板的功能對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)及顯示。所有這些功能都是依靠打印機(jī)的專用監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)的。打印機(jī)的存儲(chǔ)器按功能分為輸入數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器、中間數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器、監(jiān)控程序存儲(chǔ)器、西文和漢字字符點(diǎn)陣存儲(chǔ)器(字庫(kù))等。,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),I/O電路用來實(shí)現(xiàn)微處理器和各種狀態(tài)傳感器、控制電動(dòng)機(jī)以及計(jì)算機(jī)之間的信息交換，是微處理器和外部進(jìn)行通信的接

15、口。在工作過程中，微控制器接收上位計(jì)算機(jī)的命令和數(shù)據(jù)，根據(jù)打印命令來確定每行和每列需要打印字符的數(shù)量，再根據(jù)打印數(shù)據(jù)從字庫(kù)中提取出相應(yīng)字符的字形碼，按照字形碼的點(diǎn)陣要求發(fā)出執(zhí)行命令，驅(qū)動(dòng)打印針和字車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了一行數(shù)據(jù)的打印任務(wù)。當(dāng)一行數(shù)據(jù)打印結(jié)束后（以回車符作為行結(jié)束命令），字車快速回到初始位置，此時(shí)初始位置傳感器動(dòng)作，將信息送入微處理器，微處理器開始執(zhí)行下一行的打印任務(wù)，首先給走紙步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出走紙一行的命令，然后

16、開始新的一行的打印。由于打印頭每次所能打印的字符最大高度是固定的，在打印大字符時(shí)，每一行無法打印出一行字符，需要多次換行后才能實(shí)現(xiàn)，所以打印機(jī)每一行打印的數(shù)據(jù)不一定是完整的一行字符。另外，微處理器還要執(zhí)行打印機(jī)的狀態(tài)檢測(cè)。開機(jī)后首先自檢，如果自檢不能通過，則進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理。在打印過程中，每打印一行的任務(wù)之前，先進(jìn)行打印機(jī)的狀態(tài)檢測(cè)，包括打印頭初始位置檢測(cè)、紙盡和紙張檢測(cè)、打印頭溫度檢測(cè)等。,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),4

17、）打印針驅(qū)動(dòng)電路針式打印機(jī)是通過打印針擊打色帶來完成打印任務(wù)的，而打印針的擊打動(dòng)作是由電磁線圈通電后吸引打印針來完成，所以打印針的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上就是驅(qū)動(dòng)電磁線圈的過程。因?yàn)橐蟠蛴♂槗舸蛏珟в幸欢ǖ牧Χ群退俣?，所以通常用高電壓來?qū)動(dòng)電磁線圈。如圖7-11所示為打印針的驅(qū)動(dòng)電路，由24只開關(guān)管VT1~VT24驅(qū)動(dòng)24針線圈，當(dāng)門陣列數(shù)據(jù)鎖存器的H1~H24端口輸出為高電平時(shí)，相應(yīng)位的開關(guān)管導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)打印針線圈通入電流，打印針出針，打印出

18、一個(gè)點(diǎn)；當(dāng)H1~H24端口輸出為低電平時(shí)，相應(yīng)位置的開關(guān)管截止，打印針收針。H1~H24是用VX電壓偏置輸出的，以保證打印動(dòng)作穩(wěn)定性。為了使打印針出針有較大的瞬時(shí)沖量，采用+35 V電壓驅(qū)動(dòng)，且因線圈的電阻只有幾十歐姆，線圈中產(chǎn)生較大電流，以滿足打印針出針?biāo)铔_量。當(dāng)驅(qū)動(dòng)打印針線圈的開關(guān)管截止時(shí)，在線圈中將產(chǎn)生高于驅(qū)動(dòng)電壓3～5倍的反向電動(dòng)勢(shì)，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)管損壞，為此必須采取保護(hù)措施，如采用續(xù)流保護(hù)。,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),圖

19、7-11 打印針驅(qū)動(dòng)電路,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),5）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在打印機(jī)中走紙機(jī)構(gòu)和字車機(jī)構(gòu)均用四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。（1）走紙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。走紙電動(dòng)機(jī)在打印過程中通過齒輪或摩擦輪驅(qū)動(dòng)紙張向前移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)打印的換行動(dòng)作。通常使用的走紙電動(dòng)機(jī)都是四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了提高打印質(zhì)量，其驅(qū)動(dòng)采用雙電壓驅(qū)動(dòng)。如圖7-12所示，從門陣電路E05A09BA輸出了四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過功率放大管VT39、VT40、VT41和VT42驅(qū)

20、動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相繞組。門陣電路E05A09BA的POT3輸出了高低壓切換信號(hào)，在開始啟動(dòng)瞬間，VT29和VT43導(dǎo)通，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組中加入35 V電壓，啟動(dòng)后VT29和VT43截止，由5 V經(jīng)過VD44供電。（2）字車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。字車電動(dòng)機(jī)在打印過程中通過齒輪和同步帶驅(qū)動(dòng)固定在同步帶上的字車左右移動(dòng)。與走紙電動(dòng)機(jī)一樣，字車電動(dòng)機(jī)也是一個(gè)四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其通常采用集成電路驅(qū)動(dòng)，但是僅用單電壓供電。如圖7-13所示，脈沖和控制信號(hào)通

21、過微處理器輸出后加在環(huán)形分配器74HC191上，然后通過功率放大器放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),圖7-12 走紙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),圖7-13 字車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,7.1.2 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu),6）操作面板與狀態(tài)指示電路針式打印機(jī)的操作面板上有按鍵和狀態(tài)指示燈。用戶可以通過狀態(tài)指示燈了解打印機(jī)的狀態(tài)，通過按鍵進(jìn)行一定的控制。如圖7-14所示，通常設(shè)置電源、準(zhǔn)備好、聯(lián)機(jī)和紙

22、盡4個(gè)LED指示燈，LED與限流電阻串聯(lián)，顯示打印機(jī)的狀態(tài)。7）電源針式打印機(jī)由于功耗較大，故均采用開關(guān)電源，將220 V交流電壓轉(zhuǎn)變成打印機(jī)各部件使用的直流電壓，如＋5 V、＋12 V、＋24 V等。,圖7-14 打印機(jī)鍵盤操作的狀態(tài)顯示電路,7.2 視頻播放機(jī)VCD7.2.1 VCD影碟機(jī)的基本結(jié)構(gòu),視頻播放機(jī)（vidio CD，簡(jiǎn)稱為VCD）是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它將光盤上存放的MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)編碼的運(yùn)動(dòng)圖像及伴

23、音數(shù)據(jù)解碼并重放。它包括機(jī)械部分和電路部分。機(jī)械部分的作用是完成光盤的裝卸、旋轉(zhuǎn)和激光頭的聚焦、進(jìn)給等作用。電路部分則主要是通過激光頭讀取光盤上的數(shù)據(jù)信息，一方面將數(shù)據(jù)送到解碼部分進(jìn)行音頻和視頻的解碼，得到音頻和視頻信號(hào)；另一方面由微控制器接收激光頭的信號(hào)，控制激光頭的聚焦和進(jìn)給等伺服控制，同時(shí)根據(jù)面板或者遙控操作實(shí)現(xiàn)光盤的裝卸和驅(qū)動(dòng)控制。如圖7-15所示為VCD的結(jié)構(gòu)框圖。,7.2.1 VCD影碟機(jī)的基本結(jié)構(gòu),圖7-15 VCD結(jié)

24、構(gòu)框圖,7.2.1 VCD影碟機(jī)的基本結(jié)構(gòu),1.VCD光盤結(jié)構(gòu)VCD影碟機(jī)光盤的外徑為120 mm，內(nèi)徑為15 mm，外邊緣空出2 mm,盤片中心直徑50 mm范圍內(nèi)也留空，中間50~116 mm是信號(hào)區(qū)，盤片厚度為1.2 mm，如圖7-16(a)所示。VCD盤片的信號(hào)用深約0.11 μm、寬約0.5 μm, 長(zhǎng)約0.81~3.047 μm 的凹坑表示，如圖7-16(b) 所示。在凹坑信號(hào)面上鍍有一層鋁反射層，其上被一層厚約1.2

25、mm的透明塑料基片保護(hù)。播放時(shí)，光盤旋轉(zhuǎn)，同時(shí)激光頭從光盤的中心向外邊緣方向連續(xù)移動(dòng)，以保持恒定的線速度，速度約為1.2~1.4 m/s。因此，光盤的旋轉(zhuǎn)速度從中心到邊緣會(huì)越來越慢。光盤上不僅記錄著經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮處理的音頻、視頻數(shù)字信號(hào)，而且為了恒線速度的運(yùn)動(dòng)和抗干擾、糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等，加入了許多輔助信號(hào)，如同步碼、控制碼、糾錯(cuò)碼等。VCD光盤的數(shù)據(jù)是一幀一幀存儲(chǔ)的，一張光盤上大約有20 625圈數(shù)據(jù)軌跡，長(zhǎng)度為5 300 m。并且在導(dǎo)入

26、區(qū)記錄了每首曲的開始時(shí)間，總曲目數(shù)及所有曲目的播放時(shí)間等目錄表信息。,7.2.1 VCD影碟機(jī)的基本結(jié)構(gòu),圖7-16 VCD光盤的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ),7.2.1 VCD影碟機(jī)的基本結(jié)構(gòu),2.激光頭激光（Laser，早期也譯為鐳射）是人工干預(yù)后產(chǎn)生的一種光，在自然界中是沒有激光的，激光具有高度單色性、方向性、高亮度及光束高度集中等特性。目前，光盤讀取系統(tǒng)采用的光學(xué)系統(tǒng)有單光束和三光束兩種基本形式，前者光路簡(jiǎn)單，但是要求有很高的電

27、路特性，而后者電路相對(duì)簡(jiǎn)單，但光路比前者復(fù)雜。下面主要介紹三光束激光頭，如圖7-17所示。,圖7-17 激光頭結(jié)構(gòu)原理,7.2.1 VCD影碟機(jī)的基本結(jié)構(gòu),光電探測(cè)器采用了4個(gè)光敏二極管，排列方式如圖7-18所示。當(dāng)激光聚焦正好和凹坑重合時(shí)，A、B、C、D這4個(gè)光敏二極管收到的信號(hào)大小是相同的，當(dāng)光盤偏離、偏遠(yuǎn)、偏近時(shí)，都將會(huì)導(dǎo)致4個(gè)光敏二極管收到的信號(hào)出現(xiàn)誤差，控制系統(tǒng)根據(jù)這些誤差實(shí)現(xiàn)聚焦伺服和進(jìn)給伺服。,圖7-18 光敏二極管

28、拾取光盤數(shù)據(jù)時(shí)誤差的反映,7.2.2 VCD影碟機(jī)的機(jī)械部分,1.光盤裝卸機(jī)構(gòu)光盤裝卸包括裝載光盤的托盤進(jìn)出和機(jī)芯的升降兩部分動(dòng)作。托盤進(jìn)入和機(jī)芯升起的動(dòng)作關(guān)系為：裝載電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)和齒輪齒條使托盤開始進(jìn)入倉(cāng)門，當(dāng)托盤運(yùn)動(dòng)到位后，托盤停止，但是裝載電動(dòng)機(jī)并不停止，此時(shí)機(jī)芯開始上升，直到上升到位后，裝載電動(dòng)機(jī)才停止，裝載動(dòng)作完成，接著激光頭開始尋找光盤。而托盤退出和機(jī)芯下降的動(dòng)作關(guān)系為：裝載電動(dòng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，首先是機(jī)芯

29、下降到位，機(jī)芯不再動(dòng)作，接著托盤退出并到位，裝載電動(dòng)機(jī)才停止。如圖7-19所示為光盤裝卸機(jī)構(gòu)原理圖。,7.2.2 VCD影碟機(jī)的機(jī)械部分,圖7-19 光盤裝卸機(jī)構(gòu)原理圖,7.2.2 VCD影碟機(jī)的機(jī)械部分,2.進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與光盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖7-20所示，主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上安裝有一轉(zhuǎn)盤，當(dāng)光盤轉(zhuǎn)入后，整個(gè)機(jī)構(gòu)開始上升，光盤的中心孔落入轉(zhuǎn)盤中，同時(shí)頂板上的磁性壓蓋由于磁力作用壓在光盤中心孔上，實(shí)現(xiàn)了光盤的旋轉(zhuǎn)中心定位。,圖7-2

30、0 VCD機(jī)芯圖,7.2.2 VCD影碟機(jī)的機(jī)械部分,3.聚焦和尋跡伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)聚焦伺服和尋跡伺服采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在激光頭基座上固定有兩組磁鐵，而在聚焦透鏡上固定有兩組相互垂直的線圈，一組為聚焦線圈，另一組為尋跡線圈，當(dāng)線圈通入一定的電流時(shí)，在電磁力的作用下，聚焦線圈使得透鏡上下運(yùn)動(dòng)，而尋跡線圈可以使線圈實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)了聚焦和尋跡運(yùn)動(dòng)，如圖7-21所示。,圖7-21 VCD聚焦驅(qū)動(dòng)線圈機(jī)構(gòu),7.2.3 VCD影碟機(jī)

31、的電路部分,1.電源電路VCD影碟機(jī)的總機(jī)功耗約在15 W左右，其供電方式有線性電源和開關(guān)電源兩種。供電時(shí)，需將交流220 V轉(zhuǎn)換為芯片工作需要的直流5 V、伺服電動(dòng)機(jī)功率驅(qū)動(dòng)需要的直流12 V電壓以及顯示需要的交流3.8 V和直流21 V電壓，但用液晶顯示器顯示時(shí)，顯示需要的兩個(gè)電源可以不要。由于線性電源較為簡(jiǎn)單，在此主要介紹開關(guān)電源。如圖7-22所示為VCD機(jī)的開關(guān)電源原理圖。,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,圖7-22

32、VCD開關(guān)電源原理圖,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,2.控制電路VCD影碟機(jī)是在控制電路的指揮下工作的?？刂齐娐肥且晕⑻幚砥鳛楹诵牡淖詣?dòng)控制電路，它在工作時(shí)接收人工操作指令(包括遙控指令)，然后對(duì)VCD機(jī)的機(jī)芯和電路進(jìn)行控制。VCD機(jī)工作時(shí)，先要裝光盤。操作裝卸光盤鍵，信息送入微處理器后，微處理器則輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)送到裝載電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路上，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將光盤托架送出機(jī)倉(cāng)，并進(jìn)行光盤識(shí)別。當(dāng)控制器認(rèn)為有光盤時(shí)，控制器根據(jù)程序分

33、別輸出各種控制信號(hào)，使VCD機(jī)進(jìn)入播放狀態(tài)，首先微處理器驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，使激光頭向光盤的內(nèi)圓初始位置移動(dòng)，同時(shí)輸出激光二極管供電指令，使伺服電路中的激光二極管自動(dòng)功率控制電路啟動(dòng)為激光二極管供電，接著微處理器輸出聚焦搜索指令，使聚焦伺服電路輸出三角波電流驅(qū)動(dòng)聚焦鏡頭上下移動(dòng)搜索光盤。搜索到光盤后開始讀取光盤信息，在光盤信息紋的起始處錄有光盤的目錄信號(hào)，讀取到目錄信號(hào)以后將目錄信息送回微處理器，微處理器輸出目錄信號(hào)并顯示在多功能顯示屏上。

34、同時(shí)將字符信號(hào)送到視頻信號(hào)中去，顯示在電視機(jī)的屏幕上，或?qū)⒐獗P的規(guī)格內(nèi)容顯示出來，VCD機(jī)便進(jìn)入了播放準(zhǔn)備狀態(tài)。,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,3.伺服電路VCD影碟機(jī)在播放時(shí)由激光頭拾取光盤上的信息，為了能使激光頭準(zhǔn)確地讀取信號(hào)，必須使激光束準(zhǔn)確地聚焦并投射到尺寸微小的凹坑和凸起中，激光束只能在被讀信號(hào)的軌道中，并且要保持恒定線速度運(yùn)行。完成這些功能的分別為聚焦伺服、尋跡伺服、進(jìn)給伺服和主軸伺服4部分伺服系統(tǒng)。如圖7-2

35、3（a)所示，激光頭中設(shè)有4個(gè)“田”字形排列的光敏二極管A、B、C、D，用來檢測(cè)光盤中的信息，它們檢測(cè)的信息中不僅包含有圖像信息的RF信號(hào)，而且經(jīng)過(A＋C)－(B＋D)運(yùn)算處理后可得聚焦誤差。在激光頭的光檢測(cè)器中，還設(shè)有兩個(gè)用于尋跡誤差檢測(cè)的光敏二極管E、F。誤差信號(hào)經(jīng)過處理后將送入伺服驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)聚焦線圈和尋跡線圈實(shí)現(xiàn)激光束對(duì)準(zhǔn)光盤信號(hào)軌跡，驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)按照恒定的線速度運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)激光頭沿光盤的徑向進(jìn)給。其原理如圖7

36、-23（b）所示。,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,圖7-23 伺服誤差信號(hào)處理和伺服驅(qū)動(dòng)電路,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,1）聚焦伺服光盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于機(jī)械誤差和光盤的定位間隙等原因，使得光盤不可避免地會(huì)出現(xiàn)較大的偏擺現(xiàn)象。伺服電路通過對(duì)激光頭上的光敏二極管檢測(cè)到的誤差進(jìn)行處理，形成聚焦和尋跡的控制信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)線圈工作。聚焦線圈和尋跡線圈是與激光頭的透鏡制作在一起的，線圈在磁場(chǎng)中移動(dòng)就可以糾正所產(chǎn)生的

37、誤差。誤差使伺服電路產(chǎn)生控制電流，從而構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使誤差控制在一定范圍之中。在圖7-23（a）中，光敏二極管A、B、C和D經(jīng)過R1~R8運(yùn)算處理后，送入了聚焦誤差放大器放大，得到聚焦誤差（focus error，簡(jiǎn)稱為FE）信號(hào)，然后將FE信號(hào)送入放大器進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)聚焦線圈動(dòng)作。如圖7-24所示。,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,圖7-24 聚焦誤差放大器原理,2）尋跡伺服光敏二極管E和F經(jīng)過尋跡誤差

38、放大器放大，得到尋跡誤差（track error，簡(jiǎn)稱為TE）信號(hào)，然后將TE信號(hào)送入放大器進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)尋跡線圈動(dòng)作。如圖7-25所示。,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,圖7-25 尋跡誤差放大器原理,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,3）進(jìn)給伺服主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)光盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，要求光盤信息紋與激光頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有一個(gè)恒定的線速度。因此，光盤在播放過程中旋轉(zhuǎn)速度是變化的。在播放時(shí)，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)激光頭由內(nèi)向外移動(dòng)。激

39、光頭的移動(dòng)與主軸電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)有協(xié)調(diào)關(guān)系，即光盤每旋轉(zhuǎn)一周，進(jìn)給機(jī)構(gòu)使激光頭向外移動(dòng)一個(gè)信息紋的間隔。因此，實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)，需要主軸電動(dòng)機(jī)伺服和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)伺服同時(shí)工作。4）主軸伺服光盤在刻錄數(shù)據(jù)信息（音頻和視頻信號(hào)）的同時(shí)加入了同步信號(hào)。主軸電動(dòng)機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)通過激光頭讀取光盤輸出信息中的同步信號(hào)，經(jīng)過對(duì)同步信號(hào)周期的計(jì)算可得到誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制。,7.2.3 VCD影碟機(jī)的電路部分,4.音

40、、視頻信號(hào)處理電路光盤上的音、視頻壓縮信號(hào)經(jīng)過激光頭檢測(cè)提取，送到數(shù)字信號(hào)處理（DSP）電路中進(jìn)行解壓縮處理，還原出音頻和視頻的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字視頻信號(hào)為8位的R、G、B三基色信號(hào)，三基色數(shù)字信號(hào)經(jīng)過視頻D/A變換后轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再經(jīng)過PAL或者NTSC編碼電路編碼后輸出視頻圖像信號(hào)，送到顯示屏進(jìn)行顯示。音頻數(shù)字信號(hào)經(jīng)過D/A變換后輸出左右兩個(gè)聲道的音頻信號(hào)，再經(jīng)低頻放大器濾除噪聲后送到輸出端。5.操作顯示電路操作顯示電路的功能

41、是通過按鍵操作或遙控方式接收人工指令、實(shí)現(xiàn)顯示功能以及通過傳感器輸入端來檢測(cè)傳感器或開關(guān)信號(hào)，通常使用一個(gè)專用的微處理器來實(shí)現(xiàn)這部分功能。該微處理器同時(shí)還處理光盤的裝卸任務(wù)。,7. 3 全自動(dòng)洗衣機(jī)7.3.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)簡(jiǎn)介,如圖7-26(a)所示為波輪式洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)，在洗滌桶底部裝有波輪，當(dāng)被洗滌物浸入含有洗滌劑的水中時(shí)，波輪開始連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或定時(shí)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，利用球擦作用和水流作用完成洗滌功能。波輪式洗衣機(jī)具有洗凈比高，機(jī)械力的作

42、用強(qiáng)，可在短時(shí)間內(nèi)洗凈衣物；造型緊湊，機(jī)械結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易做到“大容量、小體積”的優(yōu)點(diǎn)。但洗滌時(shí)對(duì)衣料磨損較大，衣物易纏繞，從而造成洗滌不均勻的現(xiàn)象。波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)在日本、中國(guó)以及東南亞地區(qū)廣泛使用。如圖7-26（b）所示為滾筒式全自動(dòng)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)。洗滌脫水筒的內(nèi)筒上有許多小孔，工作時(shí)將被洗衣物置于滾筒內(nèi)，部分浸沒于含有洗滌劑的水中，內(nèi)筒沿水平軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或定時(shí)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，利用內(nèi)筒內(nèi)壁上的提升凸筋將被洗滌物提升上來，再落到含有洗

43、滌劑的水中，利用沖擊作用、摩擦作用進(jìn)行洗滌。滾筒式洗衣機(jī)具有對(duì)衣物的磨損小，用水量少等優(yōu)點(diǎn)，適合對(duì)高檔衣物的洗滌，并可將烘干裝置安裝到洗衣機(jī)內(nèi)，成為洗滌—干燥一體機(jī)。但是也有洗滌效率低、耗電量大、對(duì)安裝要求高等缺點(diǎn)。滾筒式洗衣機(jī)廣泛地應(yīng)用在歐洲國(guó)家，近年來我國(guó)也開始大量使用。,7.3.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)簡(jiǎn)介,圖7-26 洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu),1—內(nèi)筒；2—波輪；3—電動(dòng)機(jī)；4—滾筒；5—提升凸筋,7.3.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣部分及控制系

44、統(tǒng),全自動(dòng)洗衣機(jī)是一種以單片機(jī)作為控制器的機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著技術(shù)的發(fā)展，控制方式也越來越先進(jìn)?，F(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有功能廣泛化、控制自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)單化、運(yùn)轉(zhuǎn)智能化、高可靠性和高安全性等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)控制器應(yīng)用的不同控制理論，全自動(dòng)洗衣機(jī)可分為簡(jiǎn)單程序控制洗衣機(jī)、模糊控制洗衣機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制洗衣機(jī)3種，其中模糊控制洗衣機(jī)應(yīng)用最為廣泛。模糊控制洗衣機(jī)以類似人類的感覺，用模糊推理方法模擬人的操作技能、控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)等來實(shí)現(xiàn)控制。它根據(jù)各

45、類傳感器檢測(cè)的洗滌物狀態(tài)和運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行模糊推理，自動(dòng)調(diào)整操作程序，如進(jìn)水、排水、洗滌時(shí)間、水流強(qiáng)弱、漂洗次數(shù)、脫水時(shí)間等。同時(shí)對(duì)運(yùn)行中的異常狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并且迅速作出正確的處理，達(dá)到洗凈衣物、降低磨損、節(jié)約能源的目的，使整個(gè)洗滌過程自動(dòng)完成。如圖7-27所示為某型號(hào)模糊控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的電路圖。,7.3.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣部分及控制系統(tǒng),圖7-27 模糊控制全自動(dòng)洗衣機(jī)電路圖,7.3.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣部分及控制系統(tǒng)

46、,1.控制器圖7-27中模糊控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制器由1片MOTOROLA公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)MC6805R3組成，該芯片內(nèi)部集成了單片機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路和I/O接口，為40引腳封裝。具有32根I/O口線，片內(nèi)有3 776 B的ROM和112 B的RAM，1個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，并且具有4路A/D轉(zhuǎn)換。2.傳感器檢測(cè)電路1）水位檢測(cè)電路水位檢測(cè)采用了機(jī)械式電阻傳感器進(jìn)行檢測(cè)（見圖7-27中的W3），當(dāng)水加入內(nèi)桶后，水位

47、的高低使電位器W3變化阻值。進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電壓的變化，通過模擬輸入端AN2輸入給單片機(jī)，經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)判斷水位的高低。,7.3.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣部分及控制系統(tǒng),2）電源電壓檢測(cè)電路電位檢測(cè)由W1、C5和VD2組成，VD2將變壓后的低壓交流電整流，經(jīng)C5濾波后變?yōu)橹绷麟姡琖1構(gòu)成分壓電阻，將分壓后的電壓送入單片機(jī)的模擬輸入端AN0，經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)判斷輸入電壓，當(dāng)電壓過高或者過低時(shí)停止工作。3）電源電壓過零檢

48、測(cè)由于使用的是交流電動(dòng)機(jī)，為了用晶閘管控制交流電的導(dǎo)通角度，必須要檢測(cè)出電壓波形的過零點(diǎn)時(shí)刻。4）水溫檢測(cè)水溫檢測(cè)通過傳感器來實(shí)現(xiàn)，VT2用來做水溫檢測(cè)傳感器，通過放大器放大后送入單片機(jī)的AN1，單片機(jī)可以根據(jù)AN1的電壓高低實(shí)現(xiàn)水溫的判斷。,7.3.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣部分及控制系統(tǒng),5）衣物臟污程度及水質(zhì)渾濁度檢測(cè)水質(zhì)渾濁度及衣物臟污程度檢測(cè)采用了光電式傳感器，當(dāng)水質(zhì)很好時(shí)，水的透光性也很好，此時(shí)光電三極管導(dǎo)通，電位升高

49、；反之，當(dāng)水質(zhì)比較差時(shí)，電位下降。水質(zhì)和輸入AN3的電壓成正比，通過對(duì)AN3的電壓讀取，單片機(jī)就可檢測(cè)出水質(zhì)的好壞以及衣物的臟污程度。3.驅(qū)動(dòng)控制電路1）主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路洗衣機(jī)在洗滌過程中，波輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行正反轉(zhuǎn)等控制，洗衣機(jī)采用了單相交流電動(dòng)機(jī)。其正反轉(zhuǎn)原理如圖7-28所示，通過開關(guān)的切換控制主繞組和啟動(dòng)繞組的變換，實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。,7.3.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣部分及控制系統(tǒng),圖7-28 單相交流電動(dòng)機(jī)正反

50、轉(zhuǎn)原理,2）洗滌劑加入驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)根據(jù)衣物的量和水質(zhì)情況等信息，控制TA3的導(dǎo)通時(shí)間來控制電動(dòng)機(jī)M1的運(yùn)行時(shí)間。M1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加入洗滌劑的動(dòng)作。3）進(jìn)水和排水驅(qū)動(dòng)控制電路當(dāng)洗衣機(jī)開始工作時(shí)，首先需要加水，此時(shí)單片機(jī)根據(jù)水位傳感器檢測(cè)到的信息控制TA2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)加水電磁閥L1動(dòng)作，開始加水，當(dāng)水位到一定程度時(shí)，關(guān)閉電磁閥L1。排水是由TA1和電磁閥L2實(shí)現(xiàn)的。,7.3.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣部分及控制系統(tǒng),4.聲光顯示電路

51、1）蜂鳴器電路蜂鳴器電路是根據(jù)壓電晶體的逆壓電效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的，PA1和PA0口線分別驅(qū)動(dòng)不同頻率的兩個(gè)蜂鳴器N1和N2。當(dāng)洗衣機(jī)程序在執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常狀態(tài)或結(jié)束，芯片相應(yīng)口就會(huì)輸出預(yù)先設(shè)置頻率的電平，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出不同次數(shù)、每聲間隔時(shí)間不等、鳴叫時(shí)間不同的聲音來提醒用戶進(jìn)行處理。2）LED驅(qū)動(dòng)電路LED驅(qū)動(dòng)電路由單片機(jī)的PB0~PB6驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管和LED1、LED2和LED3實(shí)現(xiàn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)VD6~VD12這7個(gè)LED顯示運(yùn)行狀