機電一體化技術(shù)應(yīng)用實例

1、機電一體化技術(shù),第7章 應(yīng)用實例,7.1 針式打印機7.1.1 針式打印機簡介,針式打印機是使用較早且應(yīng)用廣泛的一種辦公用的機電一體化產(chǎn)品，又稱為撞擊式打印機。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動，當指定的打印針到達指定的位置時，便會在電磁鐵吸合的作用下?lián)舸蛏珟В股珟系纳赜≡诩埳闲纬梢粋€色點，如圖7-1所示。在計算機的控制下，多根打印針共

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

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

4、,針式打印機的主要任務(wù)是在系統(tǒng)的控制下各部分協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)打印頭橫向左右移動、打印紙縱向移動以及打印針的擊打等任務(wù)，將計算機傳送來的數(shù)據(jù)打印在紙上，同時對打印機的工作狀態(tài)進行實時檢測等。針式打印機是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，由于執(zhí)行電動機是步進電動機并且沒有反饋部分，因此，它的控制系統(tǒng)屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。針式打印機的組成如圖7-3所示，主要由機械部分和電路部分組成。,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),圖7-3 針式打印機組成框圖,7.1.

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

6、紙步進電動機通過齒輪減速機構(gòu)后驅(qū)動摩擦滾輪，通過摩擦滾輪的摩擦將打印紙移動到需要打印的行位置上。對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現(xiàn)走紙。走紙的方式較多，根據(jù)紙張的傳動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機構(gòu)原理圖，走紙步進電動機通過齒輪減速后驅(qū)動摩擦輪運轉(zhuǎn)，為了防止誤差導(dǎo)致打印質(zhì)量下降，采用雙齒輪錯齒法消除誤差。,圖

7、7-5 針式打印機走紙傳動機構(gòu),7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),2.電路部分電路部分包括接口電路、狀態(tài)檢測電路、主控計算機、打印針驅(qū)動電路、步進電動機驅(qū)動電路、操作面板與狀態(tài)指示電路和電源7個部分，如圖7-6所示。,圖7-6 針式打印機組成原理圖,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),1）接口電路接口電路是打印機與主控計算機之間進行狀態(tài)、命令和數(shù)據(jù)通信的通路。如圖7-7（a）所示，計算機將需要打印的信息和命令通過接口電路發(fā)送給打印機，

8、而打印機則將打印機的狀態(tài)通過接口電路傳輸給計算機。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，目前大多打印機都使用USB口和計算機連接，而針式打印機則大多采用centronics標準并行接口。如圖7-7（b）所示為一種通用打印機專用接口，該接口具有數(shù)據(jù)傳輸率高的特點。在打印機接口電路中，通常還配置一定存儲容量的輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來減少與計算機主機的頻繁通信，提高計算機主機工作效率。,7.

9、1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),圖7-7 針式打印機和計算機之間通信接口,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),2）狀態(tài)檢測電路為了保證打印機的正常運行和打印質(zhì)量，針式打印機通常用多個傳感器來檢測打印頭的初始位置、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電路。打印機在打印過程中，打印頭需要一個參考位置來確定字符的位置，該參考位置稱為初始位置，位于打印頭運行的左側(cè)極限位置。如圖7-8所示為LQ-1600K的打印頭初始

10、位置檢測電路，它采用對射式光電傳感器。當打印頭移動到左側(cè)時，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到達初始位置一次，當打印頭離開初始位置后，光敏三極管接收光線導(dǎo)通。經(jīng)過微處理器對信號處理而得知打印頭是否處在初始位置。,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),圖7-8 LQ-1600K的打印頭初始位置檢測電路,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),（2

11、）紙盡及紙張檢測電路。打印機在打印前需要進行紙張有無的檢測。當沒有紙張時，打印機紙盡指示燈發(fā)光，打印機停止動作。如圖7-9所示為LQ-1600K的紙盡及紙張檢測電路，它采用常閉型簧片開關(guān)作為紙盡傳感器。當有紙時，打印紙壓住簧片開關(guān)，開關(guān)斷開，輸出的高電平信號經(jīng)電阻R65送至CPU的PA1端口，打印機正常工作。當打印機紙盡時，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，控制打印機停止當前的打印并報警，紙盡傳感器安裝在摩擦滾輪

12、下前方。,圖7-9 LQ-1600K打印機的紙盡及紙張檢測電路,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),（3）打印頭溫度檢測電路。在打印過程中，打印頭中的打印針不斷擊打色帶，這種擊打運動會使打印頭溫度上升。為了防止打印頭溫度上升造成電路和機械故障，不僅在設(shè)計打印頭結(jié)構(gòu)時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打印機的溫度。打印頭溫度傳感器使用負熱敏電阻，裝在打印頭內(nèi)部。如圖7-10所示為LQ-1600K打印機打印頭溫

13、度檢測電路，當溫度上升時，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AN0進行檢測后得到溫度過高信號，便停止工作并發(fā)出警報，等待降溫。,圖7-10 LQ-1600K打印機打印頭溫度檢測電路,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),3）主控計算機打印機的主控計算機通常用單片機組成，其本身就是一臺完整的計算機，因此，除打印頭、字車和走紙控制外，也有CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、I/O電路等。微處理器控制著打

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

15、口。在工作過程中，微控制器接收上位計算機的命令和數(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)從字庫中提取出相應(yīng)字符的字形碼，按照字形碼的點陣要求發(fā)出執(zhí)行命令，驅(qū)動打印針和字車步進電動機運行，實現(xiàn)了一行數(shù)據(jù)的打印任務(wù)。當一行數(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，此時初始位置傳感器動作，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)，首先給走紙步進電動機發(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，每一行無法打印出一行字符，需要多次換行后才能實現(xiàn)，所以打印機每一行打印的數(shù)據(jù)不一定是完整的一行字符。另外，微處理器還要執(zhí)行打印機的狀態(tài)檢測。開機后首先自檢，如果自檢不能通過，則進行相應(yīng)的報警處理。在打印過程中，每打印一行的任務(wù)之前，先進行打印機的狀態(tài)檢測，包括打印頭初始位置檢測、紙盡和紙張檢測、打印頭溫度檢測等。,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),4

17、）打印針驅(qū)動電路針式打印機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)動電路實際上就是驅(qū)動電磁線圈的過程。因為要求打印針擊打色帶有一定的力度和速度，所以通常用高電壓來驅(qū)動電磁線圈。如圖7-11所示為打印針的驅(qū)動電路，由24只開關(guān)管VT1~VT24驅(qū)動24針線圈，當門陣列數(shù)據(jù)鎖存器的H1~H24端口輸出為高電平時，相應(yīng)位的開關(guān)管導(dǎo)通，對應(yīng)打印針線圈通入電流，打印針出針，打印出

18、一個點；當H1~H24端口輸出為低電平時，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，以保證打印動作穩(wěn)定性。為了使打印針出針有較大的瞬時沖量，采用+35 V電壓驅(qū)動，且因線圈的電阻只有幾十歐姆，線圈中產(chǎn)生較大電流，以滿足打印針出針所需沖量。當驅(qū)動打印針線圈的開關(guān)管截止時，在線圈中將產(chǎn)生高于驅(qū)動電壓3～5倍的反向電動勢，會導(dǎo)致開關(guān)管損壞，為此必須采取保護措施，如采用續(xù)流保護。,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),圖

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

20、動步進電動機的相繞組。門陣電路E05A09BA的POT3輸出了高低壓切換信號，在開始啟動瞬間，VT29和VT43導(dǎo)通，步進電動機繞組中加入35 V電壓，啟動后VT29和VT43截止，由5 V經(jīng)過VD44供電。（2）字車電動機驅(qū)動電路。字車電動機在打印過程中通過齒輪和同步帶驅(qū)動固定在同步帶上的字車左右移動。與走紙電動機一樣，字車電動機也是一個四相步進電動機，其通常采用集成電路驅(qū)動，但是僅用單電壓供電。如圖7-13所示，脈沖和控制信號通

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)動步進電動機運行。,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),圖7-12 走紙電動機驅(qū)動電路,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),圖7-13 字車電動機驅(qū)動電路,7.1.2 針式打印機的結(jié)構(gòu),6）操作面板與狀態(tài)指示電路針式打印機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)指示燈了解打印機的狀態(tài)，通過按鍵進行一定的控制。如圖7-14所示，通常設(shè)置電源、準備好、聯(lián)機和紙

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

23、音數(shù)據(jù)解碼并重放。它包括機械部分和電路部分。機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)送到解碼部分進行音頻和視頻的解碼，得到音頻和視頻信號；另一方面由微控制器接收激光頭的信號，控制激光頭的聚焦和進給等伺服控制，同時根據(jù)面板或者遙控操作實現(xiàn)光盤的裝卸和驅(qū)動控制。如圖7-15所示為VCD的結(jié)構(gòu)框圖。,7.2.1 VCD影碟機的基本結(jié)構(gòu),圖7-15 VCD結(jié)

24、構(gòu)框圖,7.2.1 VCD影碟機的基本結(jié)構(gòu),1.VCD光盤結(jié)構(gòu)VCD影碟機光盤的外徑為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是信號區(qū)，盤片厚度為1.2 mm，如圖7-16(a)所示。VCD盤片的信號用深約0.11 μm、寬約0.5 μm, 長約0.81~3.047 μm 的凹坑表示，如圖7-16(b) 所示。在凹坑信號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。播放時，光盤旋轉(zhuǎn)，同時激光頭從光盤的中心向外邊緣方向連續(xù)移動，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，而且為了恒線速度的運動和抗干擾、糾正數(shù)據(jù)錯誤等，加入了許多輔助信號，如同步碼、控制碼、糾錯碼等。VCD光盤的數(shù)據(jù)是一幀一幀存儲的，一張光盤上大約有20 625圈數(shù)據(jù)軌跡，長度為5 300 m。并且在導(dǎo)入

26、區(qū)記錄了每首曲的開始時間，總曲目數(shù)及所有曲目的播放時間等目錄表信息。,7.2.1 VCD影碟機的基本結(jié)構(gòu),圖7-16 VCD光盤的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)存儲,7.2.1 VCD影碟機的基本結(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，前者光路簡單，但是要求有很高的電

27、路特性，而后者電路相對簡單，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影碟機的基本結(jié)構(gòu),光電探測器采用了4個光敏二極管，排列方式如圖7-18所示。當激光聚焦正好和凹坑重合時，A、B、C、D這4個光敏二極管收到的信號大小是相同的，當光盤偏離、偏遠、偏近時，都將會導(dǎo)致4個光敏二極管收到的信號出現(xiàn)誤差，控制系統(tǒng)根據(jù)這些誤差實現(xiàn)聚焦伺服和進給伺服。,圖7-18 光敏二極管

28、拾取光盤數(shù)據(jù)時誤差的反映,7.2.2 VCD影碟機的機械部分,1.光盤裝卸機構(gòu)光盤裝卸包括裝載光盤的托盤進出和機芯的升降兩部分動作。托盤進入和機芯升起的動作關(guān)系為：裝載電動機逆時針旋轉(zhuǎn)，通過減速機構(gòu)和齒輪齒條使托盤開始進入倉門，當托盤運動到位后，托盤停止，但是裝載電動機并不停止，此時機芯開始上升，直到上升到位后，裝載電動機才停止，裝載動作完成，接著激光頭開始尋找光盤。而托盤退出和機芯下降的動作關(guān)系為：裝載電動機順時針旋轉(zhuǎn)，首先是機芯

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

30、0 VCD機芯圖,7.2.2 VCD影碟機的機械部分,3.聚焦和尋跡伺服驅(qū)動機構(gòu)聚焦伺服和尋跡伺服采用直線電動機驅(qū)動。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，當線圈通入一定的電流時，在電磁力的作用下，聚焦線圈使得透鏡上下運動，而尋跡線圈可以使線圈實現(xiàn)橫向運動，由此實現(xiàn)了聚焦和尋跡運動，如圖7-21所示。,圖7-21 VCD聚焦驅(qū)動線圈機構(gòu),7.2.3 VCD影碟機

31、的電路部分,1.電源電路VCD影碟機的總機功耗約在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，需將交流220 V轉(zhuǎn)換為芯片工作需要的直流5 V、伺服電動機功率驅(qū)動需要的直流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，顯示需要的兩個電源可以不要。由于線性電源較為簡單，在此主要介紹開關(guān)電源。如圖7-22所示為VCD機的開關(guān)電源原理圖。,7.2.3 VCD影碟機的電路部分,圖7-22

32、VCD開關(guān)電源原理圖,7.2.3 VCD影碟機的電路部分,2.控制電路VCD影碟機是在控制電路的指揮下工作的。控制電路是以微處理器為核心的自動控制電路，它在工作時接收人工操作指令(包括遙控指令)，然后對VCD機的機芯和電路進行控制。VCD機工作時，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)動信號送到裝載電動機驅(qū)動電路上，使電動機旋轉(zhuǎn)，將光盤托架送出機倉，并進行光盤識別。當控制器認為有光盤時，控制器根據(jù)程序分

33、別輸出各種控制信號，使VCD機進入播放狀態(tài)，首先微處理器驅(qū)動進給電動機，使激光頭向光盤的內(nèi)圓初始位置移動，同時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功率控制電路啟動為激光二極管供電，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)動聚焦鏡頭上下移動搜索光盤。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，讀取到目錄信號以后將目錄信息送回微處理器，微處理器輸出目錄信號并顯示在多功能顯示屏上。

34、同時將字符信號送到視頻信號中去，顯示在電視機的屏幕上，或?qū)⒐獗P的規(guī)格內(nèi)容顯示出來，VCD機便進入了播放準備狀態(tài)。,7.2.3 VCD影碟機的電路部分,3.伺服電路VCD影碟機在播放時由激光頭拾取光盤上的信息，為了能使激光頭準確地讀取信號，必須使激光束準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的軌道中，并且要保持恒定線速度運行。完成這些功能的分別為聚焦伺服、尋跡伺服、進給伺服和主軸伺服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“田”字形排列的光敏二極管A、B、C、D，用來檢測光盤中的信息，它們檢測的信息中不僅包含有圖像信息的RF信號，而且經(jīng)過(A＋C)－(B＋D)運算處理后可得聚焦誤差。在激光頭的光檢測器中，還設(shè)有兩個用于尋跡誤差檢測的光敏二極管E、F。誤差信號經(jīng)過處理后將送入伺服驅(qū)動電路，驅(qū)動聚焦線圈和尋跡線圈實現(xiàn)激光束對準光盤信號軌跡，驅(qū)動主軸電動機按照恒定的線速度運轉(zhuǎn)，驅(qū)動進給電動機實現(xiàn)激光頭沿光盤的徑向進給。其原理如圖7

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

37、誤差。誤差使伺服電路產(chǎn)生控制電流，從而構(gòu)成了一個動態(tài)的自動控制系統(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，簡稱為FE）信號，然后將FE信號送入放大器進行功率放大，驅(qū)動聚焦線圈動作。如圖7-24所示。,7.2.3 VCD影碟機的電路部分,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，簡稱為TE）信號，然后將TE信號送入放大器進行功率放大，驅(qū)動尋跡線圈動作。如圖7-25所示。,7.2.3 VCD影碟機的電路部分,圖7-25 尋跡誤差放大器原理,7.2.3 VCD影碟機的電路部分,3）進給伺服主軸電動機驅(qū)動光盤旋轉(zhuǎn)時，要求光盤信息紋與激光頭之間的相對運動有一個恒定的線速度。因此，光盤在播放過程中旋轉(zhuǎn)速度是變化的。在播放時，進給電動機驅(qū)動激光頭由內(nèi)向外移動。激

39、光頭的移動與主軸電動機的驅(qū)動有協(xié)調(diào)關(guān)系，即光盤每旋轉(zhuǎn)一周，進給機構(gòu)使激光頭向外移動一個信息紋的間隔。因此，實現(xiàn)上述運動，需要主軸電動機伺服和進給電動機伺服同時工作。4）主軸伺服光盤在刻錄數(shù)據(jù)信息（音頻和視頻信號）的同時加入了同步信號。主軸電動機的伺服驅(qū)動通過激光頭讀取光盤輸出信息中的同步信號，經(jīng)過對同步信號周期的計算可得到誤差信號。該誤差信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動控制信號，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制。,7.2.3 VCD影碟機的電路部分,4.音

40、、視頻信號處理電路光盤上的音、視頻壓縮信號經(jīng)過激光頭檢測提取，送到數(shù)字信號處理（DSP）電路中進行解壓縮處理，還原出音頻和視頻的數(shù)字信號。數(shù)字視頻信號為8位的R、G、B三基色信號，三基色數(shù)字信號經(jīng)過視頻D/A變換后轉(zhuǎn)換為模擬信號，再經(jīng)過PAL或者NTSC編碼電路編碼后輸出視頻圖像信號，送到顯示屏進行顯示。音頻數(shù)字信號經(jīng)過D/A變換后輸出左右兩個聲道的音頻信號，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、實現(xiàn)顯示功能以及通過傳感器輸入端來檢測傳感器或開關(guān)信號，通常使用一個專用的微處理器來實現(xiàn)這部分功能。該微處理器同時還處理光盤的裝卸任務(wù)。,7. 3 全自動洗衣機7.3.1 全自動洗衣機簡介,如圖7-26(a)所示為波輪式洗衣機的結(jié)構(gòu)，在洗滌桶底部裝有波輪，當被洗滌物浸入含有洗滌劑的水中時，波輪開始連續(xù)轉(zhuǎn)動或定時正反向轉(zhuǎn)動，利用球擦作用和水流作用完成洗滌功能。波輪式洗衣機具有洗凈比高，機械力的作

42、用強，可在短時間內(nèi)洗凈衣物；造型緊湊，機械結(jié)構(gòu)較簡單，易做到“大容量、小體積”的優(yōu)點。但洗滌時對衣料磨損較大，衣物易纏繞，從而造成洗滌不均勻的現(xiàn)象。波輪式全自動洗衣機在日本、中國以及東南亞地區(qū)廣泛使用。如圖7-26（b）所示為滾筒式全自動洗衣機的結(jié)構(gòu)。洗滌脫水筒的內(nèi)筒上有許多小孔，工作時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)動或定時正反向轉(zhuǎn)動，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、摩擦作用進行洗滌。滾筒式洗衣機具有對衣物的磨損小，用水量少等優(yōu)點，適合對高檔衣物的洗滌，并可將烘干裝置安裝到洗衣機內(nèi)，成為洗滌—干燥一體機。但是也有洗滌效率低、耗電量大、對安裝要求高等缺點。滾筒式洗衣機廣泛地應(yīng)用在歐洲國家，近年來我國也開始大量使用。,7.3.1 全自動洗衣機簡介,圖7-26 洗衣機的結(jié)構(gòu),1—內(nèi)筒；2—波輪；3—電動機；4—滾筒；5—提升凸筋,7.3.2 全自動洗衣機的電氣部分及控制系

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

45、類傳感器檢測的洗滌物狀態(tài)和運行的各種參數(shù)進行模糊推理，自動調(diào)整操作程序，如進水、排水、洗滌時間、水流強弱、漂洗次數(shù)、脫水時間等。同時對運行中的異常狀態(tài)進行監(jiān)控，并且迅速作出正確的處理，達到洗凈衣物、降低磨損、節(jié)約能源的目的，使整個洗滌過程自動完成。如圖7-27所示為某型號模糊控制全自動洗衣機的電路圖。,7.3.2 全自動洗衣機的電氣部分及控制系統(tǒng),圖7-27 模糊控制全自動洗衣機電路圖,7.3.2 全自動洗衣機的電氣部分及控制系統(tǒng)

46、,1.控制器圖7-27中模糊控制全自動洗衣機的控制器由1片MOTOROLA公司生產(chǎn)的8位單片機MC6805R3組成，該芯片內(nèi)部集成了單片機的CPU、存儲器、時鐘電路和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8位定時器/計數(shù)器，并且具有4路A/D轉(zhuǎn)換。2.傳感器檢測電路1）水位檢測電路水位檢測采用了機械式電阻傳感器進行檢測（見圖7-27中的W3），當水加入內(nèi)桶后，水位

47、的高低使電位器W3變化阻值。進而轉(zhuǎn)換為電壓的變化，通過模擬輸入端AN2輸入給單片機，經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后由單片機判斷水位的高低。,7.3.2 全自動洗衣機的電氣部分及控制系統(tǒng),2）電源電壓檢測電路電位檢測由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?，W1構(gòu)成分壓電阻，將分壓后的電壓送入單片機的模擬輸入端AN0，經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后由單片機判斷輸入電壓，當電壓過高或者過低時停止工作。3）電源電壓過零檢

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

49、；反之，當水質(zhì)比較差時，電位下降。水質(zhì)和輸入AN3的電壓成正比，通過對AN3的電壓讀取，單片機就可檢測出水質(zhì)的好壞以及衣物的臟污程度。3.驅(qū)動控制電路1）主電動機驅(qū)動控制電路洗衣機在洗滌過程中，波輪驅(qū)動電動機需要進行正反轉(zhuǎn)等控制，洗衣機采用了單相交流電動機。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繞組的變換，實現(xiàn)主電動機的正反轉(zhuǎn)。,7.3.2 全自動洗衣機的電氣部分及控制系統(tǒng),圖7-28 單相交流電動機正反

50、轉(zhuǎn)原理,2）洗滌劑加入驅(qū)動電路單片機根據(jù)衣物的量和水質(zhì)情況等信息，控制TA3的導(dǎo)通時間來控制電動機M1的運行時間。M1驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)加入洗滌劑的動作。3）進水和排水驅(qū)動控制電路當洗衣機開始工作時，首先需要加水，此時單片機根據(jù)水位傳感器檢測到的信息控制TA2導(dǎo)通，驅(qū)動加水電磁閥L1動作，開始加水，當水位到一定程度時，關(guān)閉電磁閥L1。排水是由TA1和電磁閥L2實現(xiàn)的。,7.3.2 全自動洗衣機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)原理實現(xiàn)的，PA1和PA0口線分別驅(qū)動不同頻率的兩個蜂鳴器N1和N2。當洗衣機程序在執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常狀態(tài)或結(jié)束，芯片相應(yīng)口就會輸出預(yù)先設(shè)置頻率的電平，蜂鳴器就會發(fā)出不同次數(shù)、每聲間隔時間不等、鳴叫時間不同的聲音來提醒用戶進行處理。2）LED驅(qū)動電路LED驅(qū)動電路由單片機的PB0~PB6驅(qū)動七段數(shù)碼管和LED1、LED2和LED3實現(xiàn)，同時驅(qū)動VD6~VD12這7個LED顯示運行狀