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本文介紹了一種用Atmel89S51單片機仿真PLC控制的方法,設計適合剛性離合器沖床的控制器,介紹了用光電隔離的輸入輸出電路的基本構成和工作原理,重點介紹了內(nèi)部鍵盤顯示電路的設計思想,同時給出了沖床控制的電器原理圖。


系統(tǒng)硬件配置以AT89S51單片機為核心。AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含4Kb ISP(In-system programmable)可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構,內(nèi)置看門狗(WDT)電路。
功能強大的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。采用該單片機設計的沖床控制器,具有以下幾個特點:

圖1 控制器的硬件結構框圖


● 控制器采用PLC設計的理念,可靠性高,抗干擾能力強。
● 面板上6位七段LED顯示,既可以用來調(diào)節(jié)參數(shù),工作時也可以顯示計數(shù)值。
● 模塊化設計,體積小巧,便于安裝。
● 利用AT89S51具有ISP的功能,可現(xiàn)場下載程序以實現(xiàn)可編程控制器的功能。

硬件設計


控制器的硬件結構如圖1所示,主要有鍵盤顯示電路、EEPROM電路、掉電檢測、程序下載接口、光電隔離輸入輸出等模塊組成。電源模塊是用TOP220Y設計的具有+24V和+5V輸出的開關電源。當系統(tǒng)斷電瞬間掉電檢測電路發(fā)信號給AT89S51,系統(tǒng)立即把參數(shù)和計數(shù)值存放到EEPROM電路中。


鍵盤顯示電路如圖2所示,為了節(jié)省I/O口線,這里復用了P0口的低3位。下面介紹該電路的工作原理:顯示時,先置P3.3,P0.0~P0.5為高電平,再依次將顯示內(nèi)容所對應的編碼經(jīng)串入并出的移位寄存器74HC164輸出到共陰極數(shù)碼管,然后把要顯示的位選置低,延時1ms,再把該顯示的位選置高。只要這種動態(tài)掃描的頻率足夠高,本控制器采用80Hz,由于人眼的視覺暫留特性,就可以實現(xiàn)顯示的功能,并沒有閃爍的現(xiàn)象。掃描鍵盤時,把P3.3置為低電平,這時74HC164的輸出均為低電平,這樣就防止了在掃描鍵盤時干擾顯示。當沒有鍵按下時,讀出的P0.0~ P0.2均為低電平,當有鍵盤按下時,相應輸入會讀出為高電平,再經(jīng)延時去抖動法可判斷出是哪個鍵被按下,再轉到相應鍵的功能程序。本控制器的顯示掃描、鍵盤掃描、鍵的去抖動都是放在定時器中斷中完成的。

圖2 鍵盤顯示電路結構原理圖


光電隔離輸入電路如圖3所示,輸入端子和COM端子之間用無電壓接點或NPN開集電極晶體管連接,為了可靠起見,輸入電流為7mA,則輸入為ON。當輸入電流低于1.5mA則輸入為OFF。輸出電路采用光電隔離的繼電器輸出,將控制器內(nèi)部電路與外部電路進行電氣隔離,防止外部的干擾。

圖3 光電隔離輸入輸出電路

 

具體應用


沖床控制接線如圖4所示,工作時,面板上的6位數(shù)碼管顯示計數(shù)值,當需要設置參數(shù)時,按下功能建5秒后,可依次設定單次動作持續(xù)時間、需潤滑的工作次數(shù)、潤滑持續(xù)時間等參數(shù)。


轉動選擇開關到單次行程位置,滑塊處于上死點范圍內(nèi)時,左手右手按鈕同時按下,則雙聯(lián)閥得電,滑塊往復運動一次,當凸輪轉到制動位置時,控制器使雙聯(lián)閥失電,使滑塊停在上死點的位置。

圖4 沖床控制接線圖


當選擇開關置于寸動位置時,同時按下左、右手按鈕,控制器使雙聯(lián)閥得電,可使滑塊動作,松開按鈕,控制器使雙聯(lián)閥失電,滑塊隨即停止。

總結


本文所述的用AT89S51單片機設計的沖床控制器,經(jīng)試驗運行,該控制器的運行可靠、抗干擾能力強,與軟件算法設計以及光電保護的配合,可有效防止沖床的連沖,保障了操作人員的安全。另外,AT89S51單片機因其指令系統(tǒng)豐富、小巧、低價、靈活易擴展等獨特的優(yōu)點,在所設計的沖床控制器使整個系統(tǒng)的性價比得以大幅度的提高。

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