基于单片机MSP430F147的自动寻边器下位机设计

摘要：为了适应环境的变化，运用单片机MSP430F147设计一个自动寻边器，给出了寻边器的下位机电路设计方案，经过多次训练后得出交界区的最优参考电压，与寻边器采集的电压信号相比较，判断得出是否已经到达交界处，此寻边器在机电行业不同环境下可完成现场工件检测。
关键词：自动寻边器；单片机MSP430F147；下位机；最优参考电压

    寻边器是机电行业现场检测工件常用的光学计量仪器。长期以来，为保证光学投影仪或工业数控机床检测中的成像质量、测量准确度等技术指标，国内外传统自动寻边器生产厂家推出的投影仪其成像都是反像。为迎合部分顾客的特殊需求，各厂家相继推出其成像为正像的投影仪。该技术常利用寻边器装在主轴上，对孔壁、矩形工件外形进行寻点坐标后，将其坐标值记录下来，经手工计算，再输入到零点偏置。
在实际加工使用过程中，时有人为因素计算或误操作，导致工件零点不正确，造成不必要的废品或损失。随着自动化技术的应用，国内外出现了依靠先进智能算法寻找目标点的自动寻边系统。

1 寻边器介绍
    如图1所示，本系统所采用寻边器件为光敏寻边器，其相当于一个阻值随光暗度变化而改变的光敏电阻。

    原寻边系统没有使用处理器，直接使用模拟电路，将寻边器采集的电压信号比较放大，等电压变化到了一个预先设定好的参考电压值就给出信号，表示找着了交界处。原来的寻边系统工作原理太过简单，只能按照预先设定好的参考电压值进行比较，这样就不能适应环境的变化，如光暗度、敏感度、材料综合度等，这样预先设定的参考电压值在不同的环境下使用就未必准确。
    本设计为处理寻边器信号的自动寻边系统。为了适应环境的变化，本系统使用了神经网络来调整不同环境下输入变量的权系数，如光暗度、敏感度、材料综合度等的权系数，经过多次训练后得出交界区的最优参考电压。得出参考电压后，与寻边器采集的电压信号相比较，判断得出是否已经到达交界处。
    为了避免以上人为因素，达到自动计算最优交界区闸值，快速准确找到零点为目的，本设计采用了MSP430F147单片机为核心的控制系统，并采用了一些自动算法，加入了神经网络算法，并外接了LCD数显系统来显示自动计算出的坐标，以及在PC上设计与下位机通信的读入输出神经网络信号的软件。在此给出此寻边器的下位机设计。

2 系统总体设计方案
    结合所需功能，系统总体设计方案如图2所示。

    本系统由几个模块组成：单片机、键盘、显示、模拟电压比较、USART通讯、JTAG仿真、CLOCK时钟、电源。
    单片机上，本系统采用TI公司最新推出的16位超低功耗处理器MSP430F147；
    模拟电压比较模块，本系统采用了数控电位器X9318，用于确定参考电压，传感器传来的电压与之比较后，判断是否到达交界区；
    USART模块，本系统采用了ICL232，实现与上位PC机的RS-232通讯；
    JTAG仿真，本系统采用利尔达公司的14插针仿真器；
    CLOCK时钟，本系统采用的是8M无源晶振；
    电源，本系统使用5 V外接电源。
    系统下位机的设计总框图如图3所示。

3 单片机MSP430F147
    本设计采用TI公司最新推出的16位超低功耗处理器MSP430F147。该微处理器通过16位RISC系统16位CPU集成寄存器和常量发生器来获得最大代码效率。MSP430的16位定时器是应用于工业控制如纹波计数器、数字化电机控制、电表和手持式仪表等的理想配置。它的硬件乘法器大大加强了其功能并提供了软硬件相兼容的范围，提高了数据处理的能力。MSP430F1xx系列具有FLASH存储器，不同型号单片机的存储器容量和外围模块各不相同，使用者可以根据需要具体选择。适应工业级应用环境一MSP430的运行环境温度范围为-40～+85℃，所设计的产品适合运行于工业环境下。
    MSP430F147的芯片引脚如图4所示。

    本系统的单片机接口如图5所示。

4 下位机实物图
    本系统实物如图6所示。

     图7为电路板各模块示意图，共两块板，通过2个20针的接头连接，其中，蓝色箭头指示下边那块板，红色箭头指示上边那块板。

5 结束语
    自动寻边器用于对形状复杂的冲压件，齿轮、凸轮、螺纹及样板进行轮廓比较、自动测量时，明显具有使用方便、效率高的特点，是～种常用的计量光学仪器。进入20世纪90年代后，在测量技术中引入人工智能以提高测量系统的精度和智能化水平已经成为一个重要的发展趋势，本设计只给出下位机电路的设计方案。