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单片机的自动螺丝机控制器的设计与应用


本文介绍了一种用单片机仿真PLC控制的方法,设计适合刚性离合器自动螺丝机控制器,介绍了用光电隔离的输入输出电路的基本构成和工作原理,重点介绍了内部键盘显示电路的设计思想,同时给出了自动螺丝机控制的电器原理图。


系统硬件配置以单片机为核心。是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4Kb ISPIn-system programmable)可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,内置看门狗(WDT)电路。
功能强大的可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。采用该单片机设计的自动螺丝机控制器,具有以下几个特点:

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1 控制器的硬件结构框图


控制器采用PLC设计的理念,可靠性高,抗干扰能力强。
面板上6位七段LED显示,既可以用来调节参数,工作时也可以显示计数值。
模块化设计,体积小巧,便于安装。
利用具有ISP的功能,可现场下载程序以实现可编程控制器的功能。

硬件设计


控制器的硬件结构如图1所示,主要有键盘显示电路、EEPROM电路、掉电检测、程序下载接口、光电隔离输入输出等模块组成。电源模块是用TOP220Y设计的具有+24V+5V输出的开关电源。当系统断电瞬间掉电检测电路发信号给,系统立即把参数和计数值存放到EEPROM电路中。


键盘显示电路如图2所示,为了节省I/O口线,这里复用了P0口的低3位。下面介绍该电路的工作原理:显示时,先置P3.3P0.0P0.5为高电平,再依次将显示内容所对应的编码经串入并出的移位寄存器74HC164输出到共阴极数码管,然后把要显示的位选置低,延时1ms,再把该显示的位选置高。只要这种动态扫描的频率足够高,本控制器采用80Hz,由于人眼的视觉暂留特性,就可以实现显示的功能,并没有闪烁的现象。扫描键盘时,把P3.3置为低电平,这时74HC164的输出均为低电平,这样就防止了在扫描键盘时干扰显示。当没有键按下时,读出的P0.0 P0.2均为低电平,当有键盘按下时,相应输入会读出为高电平,再经延时去抖动法可判断出是哪个键被按下,再转到相应键的功能程序。本控制器的显示扫描、键盘扫描、键的去抖动都是放在定时器中断中完成的。

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2 键盘显示电路结构原理图


光电隔离输入电路如图3所示,输入端子和COM端子之间用无电压接点或NPN开集电极晶体管连接,为了可靠起见,输入电流为7mA,则输入为ON。当输入电流低于1.5mA则输入为OFF。输出电路采用光电隔离的继电器输出,将控制器内部电路与外部电路进行电气隔离,防止外部的干扰。

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3 光电隔离输入输出电路

 

具体应用


自动螺丝机控制接线如图4所示,工作时,面板上的6位数码管显示计数值,当需要设置参数时,按下功能建5秒后,可依次设定单次动作持续时间、需润滑的工作次数、润滑持续时间等参数。


转动选择开关到单次行程位置,滑块处于上死点范围内时,左手右手按钮同时按下,则双联阀得电,滑块往复运动一次,当凸轮转到制动位置时,控制器使双联阀失电,使滑块停在上死点的位置。

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4 自动螺丝机控制接线图


当选择开关置于寸动位置时,同时按下左、右手按钮,控制器使双联阀得电,可使滑块动作,松开按钮,控制器使双联阀失电,滑块随即停止。

总结


本文所述的用单片机设计的自动螺丝机控制器,经试验运行,该控制器的运行可靠、抗干扰能力强,与软件算法设计以及光电保护的配合,可有效防止自动螺丝机的连冲,保障了操作人员的安全。另外,单片机因其指令系统丰富、小巧、低价、灵活易扩展等独特的优点,在所设计的自动螺丝机控制器使整个系统的性价比得以大幅度的提高。

 


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