第十一章數據驅動關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造目錄CONTENTS11.1

單片機簡介11.1.1單片機的基本機構11.1.2單片機的開發11.1.3Arduino的簡介及構成11.1.4ArduinoIDM軟件的安裝與使用11.1.5Arduino代碼編寫11.2監測與控制模塊與接口設計11.3液壓支架虛擬監控案例第11章數據驅動關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3數據信息知識數字孿生采集、存儲和分析處理、整合構建、應用

數字孿生與數據驅動物理實體監測、優化第11章數據驅動關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3

數字孿生與數據驅動特性實時動態智能閉環實時動態實時動態實時動態優化系統性能數據采集與傳輸控制與反饋故障監測與預測第11章數據驅動關鍵技術11.1單片機簡介戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4單片機集成電路芯片第11章數據驅動關鍵技術11.1.1單片機的基本結構戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5第11章數據驅動關鍵技術11.1.2單片機的開發戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6編寫程序：使用C語言或匯編語言編寫程序代碼編譯和調試：使用編譯器將程序代碼編譯成機器碼，并在仿真器或開發板上進行調試燒錄程序：將編譯好的程序燒錄到單片機的程序存儲器中連接外部設備：通過I/O端口或通信接口將單片機與傳感器、顯示器、按鍵等外部設備連接運行和測試：啟動單片機，運行程序，并測試其功能是否符合預期32145第11章數據驅動關鍵技術11.1.3Arduino的簡介及構成戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7Arduino板開源硬件平臺單片機ArduinoUno微控制器：通常使用ATmega系列單片機，如ATmega328。數字I/O引腳：用于數字信號的輸入和輸出。模擬輸入引腳：用于模擬信號的輸入。電源引腳：提供電源輸入和輸出。串行通信接口：用于與計算機或其他設備進行串行通信。ATmega328第11章數據驅動關鍵技術11.1.3Arduino的簡介及構成戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8ArduinoIDE開源軟件平臺單片機ArduinoIDELinuxmacOSWindows硬件原理圖A電路圖BIDE軟件C核心庫文件D開源第11章數據驅動關鍵技術11.1.4ArduinoIDM軟件的安裝與使用戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9Arduino官方網站（https://www.arduino.cc/en/Main/Software）第11章數據驅動關鍵技術11.1.5Arduino代碼編寫戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造10setup()函數在程序啟動時只執行一次，用于初始化變量、設置引腳模式以及其他一次性的配置操作loop()函數會一直循環執行，直到程序停止運行。在這個函數中,您可以編寫控制邏輯和讀取/寫入引腳的代碼C/C++編程loop()函數setup()函數第11章數據驅動關鍵技術11.1.5Arduino代碼編寫戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造11LiquidCrystallcd(12,11,5,4,3,2);//初始化LCD顯示屏voidsetup(){lcd.begin(16,2);//設置LCD顯示屏的列數和行數lcd.print("Hello,world!");//在LCD顯示屏上顯示文本}voidloop(){lcd.setCursor(0,1);//在第二行顯示當前時間lcd.print(millis()/1000);//顯示程序運行時間(秒)delay(1000);//延遲1秒}在這個示例程序中，我們使用了LiquidCrystal庫來控制一個16x2字符的LCD顯示屏。在loop()函數中，我們使用lcd.setCursor()函數將光標移動到LCD顯示屏的第二行，然后使用lcd.print()函數顯示程序運行的時間(以秒為單位)。最后，我們使用delay(1000)函數暫停程序1秒鐘,以便觀察結果。在setup()函數中，我們初始化了LCD顯示屏，并在其上顯示了“Hello,world!”的文本。第11章數據驅動關鍵技術11.1.5Arduino代碼編寫戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造12讀取和控制數字/模擬引腳與各種傳感器通信控制步進電機和伺服電機與計算機或手機通過WiFi或藍牙模塊通信目錄CONTENTS11.2

控制和監測模塊與接口設計11.2.1動作控制系統11.2.2狀態監測系統11.2.3虛擬通道建立

11.1單片機簡介11.3液壓支架樣機的監測和控制實例第11章數據驅動關鍵技術11.2.1動作控制系統戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3第11章數據驅動關鍵技術11.2.1動作控制系統戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4電動推桿驅動邏輯控制表L289N直流電機驅動模塊digitalWrite(IN1,HIGH);digitalWrite(IN2,LOW);analogWrite(INl,per);digitalWrite(IN2,0);//數字命令直接控制第11章數據驅動關鍵技術11.2.1動作控制系統戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5直線舵機直線舵機指令包格式第2章題目11.2.2狀態監測系統戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6MISO（MastInSlaveOut）：主設備輸入/從設備輸出引腳。該引腳在從模式下發送數據，在主模式下接收數據。MOSI(MastOutSlaveIn)：

主設備輸出/從設備輸入引腳。該引腳在主模式下發送數據，在從模式下接收數據。SCLK(時鐘信號)：串行時鐘信號，由主設備產生。CS/SS：從設備片選信號，由主設備控制。第11章數據驅動關鍵技術11.2.2狀態監測系統

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7ADXL345傳感器ADXL345是一款小而薄的低功耗三軸加速度計，可通過SPI或IIC數字接口訪問。引腳說明第11章數據驅動關鍵技術11.2.2狀態監測系統

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8ADXL345傳感器連接對應

digitalWrite(CS,LOW);//選中片選信號

SPI.transfer(address);//發送地址

for(inti=0;i<numBytes;i++)//從address開始讀取數據

{

values[i]=SPI.transfer(0x00);

}

digitalWrite(CS,HIGH);//釋放片選引腳主要功能代碼：SPI通訊方式第11章數據驅動關鍵技術11.2.2狀態監測系統

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9JY901（九軸）姿態角度傳感器引腳說明第11章數據驅動關鍵技術11.2.2狀態監測系統

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造10IIC通訊方式JY901——ArduinoUNO；VCC——VCC；SCL——SCL；SDA——SDA；GND——GND。連接對應主要功能代碼JY901.GetAngle();

//JY901獲取角度

Serial.print((float)JY901.stcAngle.Angle[0]/32768*180);

//在串口X軸偏轉角度

Serial.print((float)JY901.stcAngle.Angle[1]/32768*180);

//在串口Y軸偏轉角度

Serial.print((float)JY901.stcAngle.Angle[2]/32768*180);

//在串口軸偏轉角度

delay(50);

//打印間隔50ms第11章數據驅動關鍵技術11.2.2狀態監測系統

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造11分體式紅外對射開關工作原理1）發射器發射一束紅外光束，該光束通常是一個窄的、集中的光束。2）接收器接收紅外光束，并通過內部的光電二極管檢測光束的狀態。3）當紅外光束被阻擋或中斷時，接收器會產生一個信號，表示開關狀態為"開"。4）當紅外光束不被阻擋或中斷時，接收器不會產生信號，表示開關狀態為"關"。第11章數據驅動關鍵技術11.2.2狀態監測系統

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造12使用方法：根據其原理，只需判斷其輸出高低的狀態，高低狀態通過串口打印0/1判斷。voidhongwai_Sent(){

Serial.print(digitalRead(hongwai),BIN);

//讀取紅外對射輸出引腳的電平高低狀態

if(digitalRead(hongwai)==LOW)

{

Serial.print("0");

//表示接收端不在發射端的對射范圍

}

else

{

Serial.print("1");

//表示接收端在發射端的對射范圍

}}代碼實現：第11章數據驅動關鍵技術

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造111.2.3通道建立方法1.在Unity3D中選擇“AssetStore”2.搜索框中輸入“Ardity”，下載安裝第11章數據驅動關鍵技術

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1交互方法連接方式：Arduino開發板與上位機之間通過USB通信線纜連接Unity3D與開發板通過Ardity進行通信。在虛擬監控系統中根據需要通信的串口個數，利用Ardity中的預制體建立多個串口通信對象，對每個串口對象進行配置，包括串口編號PortName以及波特率BaudRate。目錄CONTENTS11.1

單片機簡介11.2

監測與控制模塊與接口設計11.3

液壓支架樣機監測與控制實例11.3.1單機運動控制11.3.2液壓支架虛擬檢測11.3.3運動方式與控制方法第11章數據驅動關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1液壓支架樣機組成以控制邏輯第11章數據驅動關鍵技術11.3.1單機運動控制戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1模型導入父子關系設置第11章數據驅動關鍵技11.3.1單機運動控制戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1第11章數據驅動關鍵技11.3.1單機運動控制戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1部分程序如下：1)voidHuBangBanFunction(floatHuBangBanRotAngle){XiaoZhou_DingLiang_HuBangBan.localRotation=newQuaternion(0,0,Mathf.Sin((HuBangBanRotAngle-HuBangBanOriginalAngle)*Mathf.PI/360),Mathf.Cos((HuBangBanRotAngle-HuBangBanOriginalAngle)*Mathf.PI/360));}2)voidTuiYiYouGangShenChangFunction(floatTuiYiDistance){TuiYiYouGangDing.localPosition=newVector3(-100f+TuiYiDistance,0f,0f);}3)voidYiJiaFunction(floatDiZuoQianYi){this.transform.position=newVector3((oldx+DiZuoQianYi),oldy,oldz);TuiYiYouGangDing.localPosition=newVector3(-55f-DiZuoQianYi,0f,0f);}4)voidSiLianGanLianDong(floatHouLianGanRotAngle){HouLianGanRotAngle=HouLianGanQingAngle-HouLianGanOriginalAngle;QianLianGanRotAngle=QianLianGanQingAngle-QianLianGanOriginalAngle;LeftLiZhuDing.localPosition=newVector3(0f,0f,-DiZuoLiZhuShenChang-169.5f);RightLiZhuDing.localPosition=newVector3(0f,0f,-DiZuoLiZhuShenChang-169.5f);}5)voidDingLiangCeHuFounction(floa