步进电机控制系统开发

摘要

　　近几十年来,随着各国学者对文检技术的研究,文检技术得到了很大提高,但由于文件制成时间检验受到多方面因素的影响,文检技术仍然具有很多难点。文检技术在各种案件纠纷中发挥着重要作用,用于文件制成时间检验的文件制成时间检验仪,简称文检仪,也得到了广泛的应用。

　　通过在要检验文件的文字上添加一定量的化学试剂,通过化学反应,再进行相应的分析,可以实现文件时间检验。本文设计的基于单片机的步进电机控制系统,可以应用在文检仪中。步进电机将接收到的数字脉冲信号转换成线位移或者角位移,具有很好的定位精度;釆用单片机实现对电机的控制,具有输出脉冲准确、实时性强和功能灵活等优点,并且简化了硬件线路,降低了成本,提高了系统的可靠性。从而将该步进电机控制系统应用在文检仪中,可以实现注液器的准确定位和注液量的精确控制,以及物镜、转台等的精确调节。.通过该步进电机控制系统,可以准确地实现在文件的检测位置上精确添加一定量的化学试剂。

　　本文系统地介绍了步进电机控制系统,包括各功能模块的选择方案论证、设计和调试。该系统主要由上位机人机交互界面模块,串口通信模块,主控模块,6个被控模块以及6个电机驱动模块构成。

　　上位机人机交互界面是通过使用VC++ 6.0软件完成设计的。主控模块选择Philips公司推出的单片机P89C669作为微处理器完成设计,通过硬件电路的设计和软件部分的设计实现指令的接收,分析和发送等功能。被控模块选择Philips公司推出的单片机P89LPC922作为微处理器完成设计,实现了与主控模块之间的通信、指令的接收和发送等功能。串口通信模块采用集成芯片MAX232设计,实现TTL标准电平与EIA标准电平的转换。电机驱动模块则采用芯片L289N实现电路设计,接收被控模块的控制脉冲,并驱动步进电机的运行。

　　最后通过对各功能模块的调试及功能模块之间数据通信的调试,验证了该系统能够实现对电机运行状态的精确控制,从而确保文检仪能够实现注液、物镜、转台等的精确调节。

　　关键词:文检仪;步进电机;P89C669; P89LPC922;控制系统

ABSTRACT

　　With the scholars' study of document detection technology in recent years, this technology has been improved greatly, but the document made time detection is influenced by many factors, so this technology still has a lot of difficulties. This technology plays an important role in a variety of disputes. The document made time detector which is used for the document made time detection and is called document detector for short, has been widely used.

　　The document made time can be detected by adding a certain amount of chemical reagent to the document and analyzing the phenomenon after the reaction. In this paper, the step motor control system based on single chip microcomputer can be used in the liquid injection control system of the document detector. The step motor can transform the received digital pulse signal into linear displacement or angular displacement, and it has good positioning accuracy. On the other side, there are many advantages to control the step motor by the single chip icrocomputer, such as accurate output pulse, real-time and flexible function, and it can also simplify the hardware circuit, reduce the

　　cost and improve the reliability of the system. Thus when the step motor control system is used in the document detector, it can realize the precise control of the amount of the chemical reagent, the accurate location of the liquid injection device as well as the exact adjustment of the objective and the turntable.

　　This paper introduces the step motor control system systematically, including the selection scheme demonstration, the design and the debugging of all the modules. The system is mainly composed of man-machine interface module, serial communication module, main control module, six controlled modules, six drive modules and six motors. It can add a certain amount of chemical reagent to the detection position of the document accurately by the step motor control system.

　　The man-machine interface is designed by the VC++ 6.0 software. The main control module selects the P89C669, which is made by Philips Company, as the microcontroller, and it realizes the receiving, analysis and sending of the instructions by the design of the hardware and software. The controlled module chooses the P89LPC922 made by Philips Company as the microprocessor, and it realizes the communication with the main control module and the receiving and sending of the instruction. The serial communication module is designed by the MAX232 chip, realizing the conversion of the TTL standard level and the EIA standard level. The motor drive module is designed with the L289N chip, receiving the control pulse of the controlled module and driving the step motor running.

　　Finally, through debugging function modules and the data communication between function modules, it proves that the system can control the motor running state precisely, so as to ensure that the document detector can adjust injection, objection and turntable accurately.

　　KEYWORDS:Document Detector; Step Motor; P89C669; P89LPC922; Control System

　　文件制成时间的鉴别一直是国际法庭科学的难点⑴,虽然近几十年来,各国学者对文件制成时间鉴别做了很多研究和尝试,并总结和制定出了很多方法供相关部门使用,但由于文件的制成时间受很多因素的影响,所以文件制成时间的鉴定仍然是法庭科学面对的难题之一。

　　文件的制成时间⑴,指的是从内容和形式等方面来看,文件制成的时间的范围,主要包括形成文件本身的物质材料的生产时间、书写在文件上的各种字迹的形成时间、文件装订完成的时间、文件发行时间和文件使用时间,同时也包括在文件的使用和保存过程中,因为其它因素部分内容发生变更的时间或者是增加附加痕迹和标注的时间等。文件制成时间的检验在金融、公安、法院、检察院、海关、边防及司法等部门都起到了重要的作用[2],文件的制成时间一般是文件的落款时间,但是在现实生活中,一些违法犯罪分子通过伪造早期的重要文件,达到牟取私利的目的,导致他人利益遭受损失;有的则篡改已失效或早期的文件的内容或其有效日期;有的则利用早期的或已经失效的文件添加、改写成有效的日期或内容,以掩盖犯罪分子的犯罪事实和真相。在债权债务纠纷、家庭财产继承纠纷、合同纠纷以及诈骗、保险理赔、渎职、盗窃、贪污等很多案件中[2],为了查明案件的真相,通常需要对案件参与者提供的合同等书面的证明材料进行制成时间的鉴定,实质就是为了鉴定证明材料的真伪。

　　文件制成时间检验仪,即文检仪,是一种利用不同书写材料在近红外波段不同焚光、吸收特性或墨水字迹在物理、化学等方面的特性的变化,或者其它方法,从而对文件的制成时间进行检验的仪器。文检仪是目前文件和物证实验室的常用设备。文检技术人员、司法鉴定中心鉴定人员、拍卖评估人员、银行柜台、基层反假工作者在进行现场鉴别与培训、宣传、数据采集时都需要用到文检仪。

　　随着科学技术的发展,计算机科学技术和电子技术也逐渐应用到文件制成时间检测中,基于单片机控制的步进电机系统的文检仪的产生提高了文件检测技术,随着近年来科学技术、永磁材料及数控技术的发展,步进电机在仪器制造、工业制造等领域的应用也越来越广泛[3]。基于单片机的步进电机控制系统具有输出脉冲准确、实时性强和功能灵活等特点,通过设计软件能够实现各种较为复杂的控制功能,能实现对电机的精确控制和准确定位,系统成本较低[4]。

　　检测文字墨迹是检验文件制成时间的常用方法。在纸张上的墨迹,由于改变了原有的存在状态并且在空气中暴露,随着时间不断的增长,墨迹本身会逐渐地发生化学或物理变化。由于受到空气中各种化学物质及光线作用的影响,书写在纸张上的墨迹的一些成分的结构会发生变化,导致墨迹的组成成分、外观等也随之发生变化。如果通过某种方法能测试出墨迹发生的变化与书写的时间之间的关系,就能够测定出文件制成时间。

步进电机控制系统开发：

系统调试实物图

串口调试助手界面

连接成功后的界面

发送电机转动指令

电机转动实物图

发送电机停止指令

目录

　　摘要
　　ABSTRACT
　　1 绪论
　　　　1.1 课题研究背景
　　　　1.2 文检技术的发展
　　　　1.3 步进电机控制技术及发展状况
　　　　1.4 本文的研究意义和主要内容
　　　　1.5 本文主要工作
　　2 总体设计及各模块方案论证
　　　　2.1 需求分析二
　　　　2.2 系统总体结构设计
　　　　2.3 总体功能设计
　　　　2.4 微处理器选择方案论证
　　　　2.5 电机驱动模块的选择方案论证
　　　　2.6 步进电机的选择方案论证
　　　　2.7 串口通信选择方案论证
　　　　2.8 本章小结
　　3 系统硬件模块电路设计
　　　　3.1 控制模块电路设计
　　　　　　3.1.1 主控模块电路设计
　　　　　　3.1.2 被控模块电路设计
　　　　3.2 电机驱动模块电路设计
　　　　3.3 串口通信模块电路设计
　　　　3.4 本章小结
　　4 控制系统软件设计
　　　　4.1 控制软件的总体设计
　　　　4.2 P89C669主控模块软件设计
　　　　　　4.2.1 主控模块主程序分析
　　　　　　4.2.2 主控模块与上位机通信软件设计
　　　　　　4.2.3 主控模块与被控模块通信软件设计
　　　　4.3 P89LPG922被控模块软件设计
　　　　　　4.3.1 被控模块主程序分析
　　　　　　4.3.2 被控模块I2C中断程序设计
　　　　4.4 操作界面的软件设计
　　　　　　4.4.1 与下位机之间的通信协议
　　　　　　4.4.2 操作界面的使用说明
　　　　4.5 本章小结
　　5 步进电机控制系统的调试
　　　　5.1 功能模块的调试
　　　　5.2 各功能模块之间通信的调试
　　　　5.3 系统的调试结果及评价
　　　　5.4 本章小结
　　6 总结
　　参考文献
　　作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
　　独创性声明
　　学位论文数据集