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基于STC12C5410AD單片機的鑲嵌控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

作者: 時間:2011-09-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

近幾年以來,在浙江義烏、浦江一帶,水晶飾品行業(yè)的快速發(fā)展,引發(fā)了對水晶飾品工藝的各種改進(jìn),但由于過程的特殊性,目前主要采用人工方式,該工藝過程總的缺點是:成品率低,工人的勞動強度大。
本文針對鑲嵌過程的工作特點,開發(fā)了一種由為控制核心的自動化,從而提供一種光電感應(yīng)、磁動操作鑲嵌全過程自動控制的水晶飾品鑲嵌機,使飾品鑲嵌操作由最初的手工鑲嵌轉(zhuǎn)為自動化鑲嵌,最終達(dá)到降低工人的勞動強度、提高生產(chǎn)過程的成品率的目的。
1 水晶飾品鑲嵌機
水晶飾品鑲嵌機的工作原理是,放料槽中放入水晶后,按下控制面板上的控制按鈕,水晶在平動振動器的振動下,沿送料道向前送進(jìn),同時通過將鑲嵌鏈送到?jīng)_頭上方的指定位置,當(dāng)水晶送到位后,由光電感應(yīng)器發(fā)出信號,在系統(tǒng)的控制下,磁鐵通過電流產(chǎn)生沖力,完成鑲嵌,然后將沖壓好的鑲嵌鏈在系統(tǒng)的控制下送出,同時將下一節(jié)鑲嵌鏈送到指定位置。步進(jìn)送鏈的長度與時間由發(fā)出的脈沖數(shù)目的多少來控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)過的角度,鑲嵌夾緊力的大小根據(jù)水晶的尺寸由控制磁鐵的電流來
根據(jù)本次的實際需要、系統(tǒng)性能指標(biāo)、開發(fā)周期、資金成本等情況,選擇單片機控制人機界面的控制方式,系統(tǒng)控制方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150273.htm

整個主要由單片機控制單元、步進(jìn)電動機驅(qū)動、電磁鐵和人機界面等組成。其中單片機是控制系統(tǒng)的核心,通過單片機對整個鑲嵌機的自動控制。
2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1

單片機一方面要通過各種指令對整個鑲嵌水晶系統(tǒng)動作實施控制,另一方面通過人機界面與外界進(jìn)行通信,接受人的各種指令要求。單片機是整個控制系統(tǒng)的核心,選用適當(dāng)?shù)膯纹瑱C很重要。單片機選型的基本原則是在滿足基本控制功能和容量的前提下,盡量保證工作可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性價比?;静襟E是先根據(jù)工藝控制條件對I/O 點數(shù)(數(shù)字量及模擬量)進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計,在統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再增加10%~30%的余量來確定I/O總點數(shù),使得所設(shè)計的控制系統(tǒng)有一定的擴充性,同時方便調(diào)試階段臨時增加點數(shù)的需要。根據(jù)設(shè)計實際需要,選擇采用STMicroelectronics 公司生產(chǎn)STC系列單片機(),它屬于新一代高速MCU,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,4 路PWM,8 路高速10 bit A/D 轉(zhuǎn)換,針對電機控制,適用于強干擾場合[1]。
2.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
系統(tǒng)以STC微控器及其擴展存儲器構(gòu)成的最小系統(tǒng)為核心,包括數(shù)據(jù)采集、鍵盤與顯示、控制與執(zhí)行及供電電源等單元。
數(shù)據(jù)采集單元分為水晶位置檢測和水晶鑲嵌個數(shù)兩部分。
鍵盤與顯示單元包括以可編程鍵盤顯示專用接口芯片ZLG7290為核心的鍵盤輸入以及LED數(shù)碼管和指示燈顯示部分。
控制與執(zhí)行單元由光電耦合器件、功率器件、步進(jìn)電機及電磁鐵等組成。
硬件主要控制組成部分如下:
(1)最小系統(tǒng)電路設(shè)計:本設(shè)計充分利用了單片機的ADC、SPI、PWM、UART等內(nèi)部硬件資源,減小了系統(tǒng)體積,降低了系統(tǒng)成本,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。包括擴展了存儲器的STC12C5410AD微控器、時鐘電路、復(fù)位電路以及總線驅(qū)動電路等部分,其原理圖如圖2所示[2]。

(2)步進(jìn)電機控制電路設(shè)計:鑲嵌送鏈的平穩(wěn)程度直接影響鑲嵌質(zhì)量,而送鏈速度的平穩(wěn)程度取決于送鏈電機的轉(zhuǎn)速,因此設(shè)計鑲嵌控制系統(tǒng)時應(yīng)重點考慮以下兩個因素:①等速送鏈;②步進(jìn)電機的速度控制通過控制單片機發(fā)出的步進(jìn)脈沖頻率來實現(xiàn)。鑲嵌步進(jìn)電機控制原理框圖如圖3所示[3-4]。

(3)信號輸入電路設(shè)計:本電路要接收信號,其中STC單片機的P1.0~P1.3是采樣電壓信號,P1.4~P1.7是采樣電流信號,信號輸入電路原理圖如圖4所示。

(4)信號輸出電路設(shè)計:本電路要輸出4個信號,分別控制步進(jìn)電機、電磁鐵、光電檢測、送料機構(gòu),這些信號通過繼電器控制電機的運轉(zhuǎn),來實現(xiàn)鑲嵌機的自動化控制。信號輸出電路原理圖如圖5所示。

(5)顯示面板電路設(shè)計:本電路用STC單片機的一個引腳來接二極管顯示器的公共端,控制其顯示。其原理如圖6所示。

3 微機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
鑲嵌工藝流程是編寫程序的依據(jù),本控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖7所示。

根據(jù)控制任務(wù),鑲嵌控制程序編寫如下:
系統(tǒng)內(nèi)存分配(30H~6FH)
XRUH EQU 10H ;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)高字節(jié)
XRUL EQU 11H ;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)低字節(jié)
XRDH EQU 12H ;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)高字節(jié)
XRDL EQU 13H ;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)低字節(jié)
XRNH EQU 14H ;步進(jìn)電機運行勻速步數(shù)高字節(jié)
XRNL EQU 15H ;步進(jìn)電機運行勻速步數(shù)低字節(jié)
XNNT EQU 16H ;步進(jìn)電機每走一步PCA2中斷次數(shù)
XBNT EQU 17H ;步進(jìn)電機每走一步PCA2中斷次數(shù)
ZRUH EQU 18H ;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)高字節(jié)
ZRUL EQU 19H ;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)低字節(jié)
ZRDH EQU 1AH;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)高字節(jié)
ZRDL EQU 1BH;步進(jìn)電機運行加減速步數(shù)低字節(jié)
ZRNH EQU 1CH ;步進(jìn)電機運行勻速步數(shù)高字節(jié)
ZRNL EQU 1DH;步進(jìn)電機運行勻速步數(shù)低字節(jié)
ZNNT EQU 1EH ;步進(jìn)電機每走一步PCA2中斷次數(shù)
ZBNT EQU 1FH ;步進(jìn)電機每走一步PCA2中斷次數(shù)
KD EQU 38H ;開關(guān)量緩沖地址
步進(jìn)電機控制(部分)
ACP BIT P1.5 ;水晶輸送
ACW BIT T0 ;A軸正反轉(zhuǎn)控制
……
I0 BIT 78H ;送鏈正轉(zhuǎn)點動
I1 BIT 79H ;送鏈反轉(zhuǎn)點動
I2 BIT 7AH ;送鏈分度
I3 BIT 7BH ;嵌珠點動
I4 BIT 7CH ;嵌珠控制
I5 BIT 7DH ;送料控制
I6 BIT 7EH ;運行控制
I7 BIT 7FH ;珠到檢測
平行振動器開關(guān)控制(部分)
……
IQ0 EQU 0D800H ;開關(guān)量輸入輸出端口0地址
IQ1 EQU 0D900H ;開關(guān)量輸入輸出端口1地址
X0AD EQU 0D900H ;開關(guān)量輸入輸出端口1地址
XQAD EQU 0DA00H;0D900H
;開關(guān)量輸入輸出端口1地址
IQ2 EQU 0DA00H ;開關(guān)量輸入輸出端口2地址
IQ3 EQU 0DB00H ;開關(guān)量輸入輸出端口1地址
ZQAD EQU 0DB00H ;開關(guān)量輸入輸出端口1地址
IN0 EQU 2FH ;開關(guān)量輸入端口0緩沖地址
IN1 EQU 2EH ;開關(guān)量輸入端口1緩沖地址
IN2 EQU 2DH ;開關(guān)量輸入端口2緩沖地址
IN3 EQU 2CH ;開關(guān)量輸入端口3緩沖地址
OUT0 EQU 2BH ;開關(guān)量輸出端口0緩沖地址
X0OUT EQU 2AH ;開關(guān)量輸出端口1緩沖地址
XOUT EQU 29H;2AH;開關(guān)量輸出端口1緩沖地址
OUT2 EQU 29H ;開關(guān)量輸出端口2緩沖地址
ZOUT EQU 28H ;開關(guān)量輸出端口3緩沖地址
最終完成控制系統(tǒng)接線圖。
水晶鑲嵌控制系統(tǒng)采用STC12C5410AD單片機控制技術(shù)為核心,利用步進(jìn)電機驅(qū)動、電磁鐵沖壓鑲嵌技術(shù),實現(xiàn)了對水晶的快速可靠鑲嵌。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,適合中小企業(yè)應(yīng)用,在工廠經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試,性能穩(wěn)定,運行良好,鑲嵌成品率由原來的手工鑲嵌80%左右提高到95%以上,鑲嵌效率是手工的8~10倍,大大提高了生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)率。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐瑞華,劉雪春,盛國.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[2] 馮良波,宋戰(zhàn)勝,王斌.STC單片機的車輛實時檢測系統(tǒng)[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報,2008,32(1):66~69.
[3] 高改會,于紅星,胡瑞玲.單片機的鍋爐液位自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].機械工程師,2008,2,32(1):129-130.
[4] 陳石龍.單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)[J].寧德師專學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,21(1):16-20.



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