掛蠟機(jī)控制器設(shè)計(jì)

摘要：介紹掛蠟機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方法，采用單片機(jī)控制，系統(tǒng)由鍵盤(pán)電路、單片機(jī)、A／D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示器、時(shí)間電路和驅(qū)動(dòng)電路等組成。根據(jù)系統(tǒng)要求，對(duì)單片機(jī)選擇、鍵盤(pán)接口、時(shí)間電路接口、液晶顯示電路接口、A／D轉(zhuǎn)換器接口和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)作了較詳細(xì)的介紹，并對(duì)電路的工作原理進(jìn)行了介紹。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；液晶顯示器；時(shí)間電路；A／D轉(zhuǎn)換器；溫度傳感器

1 控制器功能
    掛蠟機(jī)控制器是根據(jù)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的要求研發(fā)而成的。該產(chǎn)品是膛體在出廠、封存時(shí)，需要在膛體內(nèi)表面均勻涂一層防護(hù)蠟，采用人工操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要的勞動(dòng)力較多，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)?；诖?，掛蠟機(jī)運(yùn)用單片機(jī)控制技術(shù)，采用選擇性一鍵式操作，自動(dòng)完成蠟加溫、保溫、掛蠟全部過(guò)程。簡(jiǎn)單快捷完成掛蠟任務(wù)，解放了生產(chǎn)勞動(dòng)力，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 技術(shù)指標(biāo)
    ●蠟加溫的溫度：最高120℃；
    ●蠟保溫的溫度；95℃～100℃；
    ●膛體內(nèi)掛蠟厚度：1～2毫米；
    ●一鍵操作，整個(gè)掛蠟過(guò)程全部自動(dòng)完成；
    ●可對(duì)溫度和時(shí)間等進(jìn)行設(shè)定。

3 功能分析
    膛體的出廠、封存是與其它相關(guān)部分形成一套完整設(shè)備時(shí)，進(jìn)行出廠、封存，因此掛蠟任務(wù)必需在整套設(shè)備成品區(qū)完成；而蠟體在常溫常壓狀態(tài)下為固態(tài)，完成均勻掛蠟任務(wù)較困難。綜合分析，完成均勻掛蠟任務(wù)，必需對(duì)蠟體進(jìn)行解溶，將掛蠟機(jī)與膛體連接，形成一套完整的掛蠟系統(tǒng)，因此掛蠟機(jī)控制器必需具備以下功能：
    (1)蠟體和膛體加溫功能；
    (2)對(duì)儲(chǔ)蠟箱的溫度和膛體溫度進(jìn)行檢測(cè)功能；
    (3)自動(dòng)掛蠟功能；
    (4)對(duì)溫度和時(shí)間等進(jìn)行設(shè)定的功能。

4 設(shè)計(jì)方案
4．1 設(shè)計(jì)原則
    (1)可靠性、安全性要符合人性化設(shè)計(jì)原理；
    (2)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)控制技術(shù)，一鍵式操作，操作簡(jiǎn)單，操作、維護(hù)人員少。
4．2 加熱、恒溫系統(tǒng)
    加熱、恒溫的執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用電熱管，升溫并恒溫蠟，保持蠟為液態(tài)。本系統(tǒng)分為存儲(chǔ)箱加熱裝置和恒溫裝置兩個(gè)部分，用以保證掛蠟前蠟體為液態(tài)。
    加熱、恒溫系統(tǒng)完全自動(dòng)化控制，采用溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，用單片機(jī)控制加熱的時(shí)間與恒溫啟動(dòng)的時(shí)間。加熱溫度最高為120℃，恒溫溫度最高為95℃～100℃。
    存儲(chǔ)箱加熱、恒溫裝置安裝于箱體底部，溫控信號(hào)的輸入、輸出由單片機(jī)直接控制，控制器安裝于箱體外。
4．3 控制系統(tǒng)
    控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，硬件由單片機(jī)及接口電路、溫度傳感器、顯示電路、鍵盤(pán)電路和加溫驅(qū)動(dòng)電路等組成。軟件完成對(duì)以上各部分的控制，可完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制，整個(gè)設(shè)備中的加熱、恒溫、掛蠟等均由單片機(jī)控制，操作員只需在控制面板上選擇操作命令即可。

5 系統(tǒng)控制要求
    (1)對(duì)兩個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行采集：箱體溫度和膛體溫度(NTC電阻信號(hào)，4～20mA信號(hào))。
    (2)有二個(gè)輸出控制點(diǎn)：二個(gè)開(kāi)關(guān)輸出(給箱體和膛體加溫)。
    (3)控制要求：實(shí)測(cè)箱體溫度值與設(shè)定溫度值比較，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度低于設(shè)定的最低溫度值時(shí)，閉合1號(hào)開(kāi)關(guān)，給箱體加溫。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度高于設(shè)定的最高溫度值時(shí)，打開(kāi)1號(hào)開(kāi)關(guān)，停止箱體加溫。實(shí)測(cè)膛體溫度值與設(shè)定溫度值比較，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度低于設(shè)定的最低溫度值時(shí)，閉合2號(hào)開(kāi)關(guān)，給管腔加溫。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度高于設(shè)定的最高溫度值時(shí)，打開(kāi)2號(hào)開(kāi)關(guān)，停止管腔加溫。系統(tǒng)帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
    (4)顯示要求：液晶文本顯示，顯示兩個(gè)測(cè)量溫度，分別顯示加溫和保溫狀態(tài)，顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
    (5)設(shè)計(jì)一組鍵盤(pán)：對(duì)溫度的控制范圍等進(jìn)行設(shè)置和掛蠟的啟?？刂?。

6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6．1 系統(tǒng)框圖
    根據(jù)系統(tǒng)要求所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)如圖1所示，其由9部分組成，各部分的作用如下：

    (1)鍵盤(pán)電路：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，共設(shè)6個(gè)鍵。
    (2)時(shí)間電路：產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時(shí)間，如產(chǎn)生年、月、日、時(shí)、分、秒，并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
    (3)單片機(jī)：是系統(tǒng)的核心，用它對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行管理控制。
    (4)電源電路：對(duì)220 V交流電壓進(jìn)行變壓、穩(wěn)壓，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種電壓。
    (5)顯示電路：用來(lái)顯示系統(tǒng)的工作情況，如溫度、日期和時(shí)間。
    (6)A／D轉(zhuǎn)換電路：將溫度傳感器檢測(cè)到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)。
    (7)溫度傳感器：將測(cè)試點(diǎn)溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流送A／D轉(zhuǎn)換器。
    (8)驅(qū)動(dòng)電路：將單片機(jī)輸出的控制信號(hào)變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
    (9)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。
6．2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
    各部分電路設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)要求和以上系統(tǒng)框圖1進(jìn)行了電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，下面就各電路芯片的選擇和電路設(shè)計(jì)作一介紹，電路原理圖如圖2所示。

6．2．1 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)
    該部分的功能是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。參數(shù)設(shè)置主要包括對(duì)箱體和膛體的溫度值進(jìn)行設(shè)定，另一就是對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。控制主要包括啟動(dòng)、停止和各種參數(shù)的選擇等。由于系統(tǒng)要求功能不多，所以共設(shè)置了6個(gè)鍵，這6個(gè)鍵與單片機(jī)的P20～P25相連，由于單片機(jī)的引腳目前還夠用，所以采用最簡(jiǎn)單的連接方式。
6．2．2 時(shí)間電路
    系統(tǒng)要求顯示日期和時(shí)間，單片機(jī)雖然可以產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時(shí)間，一但系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，日期和時(shí)間將無(wú)法統(tǒng)計(jì)，所以選擇了時(shí)間電路DS1302。此電路可自動(dòng)對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如產(chǎn)生年、月、日、時(shí)、分、秒，并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)需要顯示日期和時(shí)間時(shí)，單片機(jī)直接從DS1302讀取，經(jīng)處理后送液晶顯示器。
6．2．3 單片機(jī)的選擇
    單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，用它對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行管理控制。根據(jù)系統(tǒng)要求選擇了AT89C52，AT89C52有4個(gè)8位的并口，8KB閃存等，完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。單片機(jī)與其它各部分的連接全部采用直接連接方式，這樣可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用器件少，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
6．2．4 電源電路設(shè)計(jì)
    電源電路采用變壓器對(duì)220 V交流變壓，變成12 V經(jīng)整流器整流濾波，供繼電器使用，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后產(chǎn)生+5 V后供單片機(jī)和其它需+5 V的電路使用。+5 V的另一路就是對(duì)可充電電池充電，供DS1302使用。
6．2．5 顯示電路設(shè)計(jì)
    由于系統(tǒng)要求顯示漢字，行數(shù)為4行。所以選擇了OCMJ4X8C-8點(diǎn)陣式液晶屏，其內(nèi)部有顯示RAM，字型產(chǎn)生器，內(nèi)置2M位中文字型ROM，總共提供8192中文字型(16 x16點(diǎn)陣)，16K位半寬字型ROM，總共提供126個(gè)(16×8點(diǎn)陣)，點(diǎn)陣數(shù)為128 x 64，共可顯示4行，每行8個(gè)漢字。單片機(jī)通過(guò)P0口傳輸信息，用P1口的對(duì)應(yīng)位傳輸控制信號(hào)。我們用此顯示屏來(lái)顯示系統(tǒng)的工作情況：如設(shè)置溫度、壓力，實(shí)測(cè)溫度和壓力，日期和時(shí)間等。
6．2．6 A／D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
    要求能對(duì)兩路模擬電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將溫度和壓力傳感器檢測(cè)到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)。這里選用了8路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，電路通過(guò)P0口輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)P15、P16和P17對(duì)其進(jìn)行控制。
6．2．7 溫度傳感器選擇
    對(duì)膛體、箱體的溫度進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流送A／D轉(zhuǎn)換器。供單片機(jī)分析判斷。
6．2．8 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
    其驅(qū)動(dòng)電路的作用是將單片機(jī)輸出的控制信號(hào)變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于被控對(duì)象要求采用220 V交流電，因此采用了分立元件和繼電器電路，由單片機(jī)的P33、P34共兩路輸出，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)后使繼電器吸合，接通220 V給執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電。
6．2．9 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
    圖中末畫(huà)出此部分電路圖，單片機(jī)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換將TTL電平轉(zhuǎn)換成220 V交流電壓，送到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如加溫的電熱管等，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。

7 結(jié)論
    根據(jù)用戶(hù)的要求設(shè)計(jì)了圖2所示電路，此電路采用了較先進(jìn)的單片機(jī)、點(diǎn)陣式液晶顯示器和時(shí)間電路等，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。電路經(jīng)組裝、調(diào)試和運(yùn)行，電路工作穩(wěn)定可靠，完全符合設(shè)計(jì)要求。