基于單片機(jī)的折頁機(jī)卡紙檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　摘要：文章介紹了一種基于單片機(jī)AT89C55的折頁機(jī)卡紙監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括電平轉(zhuǎn)換模塊、防誤動(dòng)模塊、報(bào)警停機(jī)模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)擴(kuò)展模塊,軟件設(shè)計(jì)使用μVision2集成開發(fā)環(huán)境和WAVE6000。此系統(tǒng)代替原有PLC檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)試,運(yùn)行平穩(wěn),反應(yīng)敏捷。達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

一、引言

　　折頁機(jī)是一種印后設(shè)備,它將每張很大的印刷紙折成適合平常裝訂得,人們經(jīng)常見到的

　　紙張的大小。分很多種類型。它可以將紙張四折、八折、十六折、三十二折當(dāng)在折紙的過程中,發(fā)生卡紙時(shí),卡紙檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出停機(jī)信號(hào)和報(bào)警信號(hào),并發(fā)出信息指示卡紙發(fā)生的位置。

　　目前,國內(nèi)折頁機(jī)卡紙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以PLC為核心控制得為主,PLC控制設(shè)計(jì)簡單,穩(wěn)定可靠,但PLC有許多不足之處。占用PLC I/O口數(shù)量過多,大約14之多。PLC的工作方式是每次掃描各個(gè)I/O口。根據(jù)每個(gè)I/O口的變化作出相應(yīng)處理。占用I/O口過多就會(huì)增加PLC的處理時(shí)間。增加主控PLC的負(fù)擔(dān)。國外如日本都是采用以單片機(jī)為核心的卡紙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。單片機(jī)體積小,運(yùn)算速度高,有豐富的各種資源,能進(jìn)行更復(fù)雜得運(yùn)算?？煽啃曰緷M足需求。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求

　　系統(tǒng)用于檢測(cè)折頁機(jī)紙張的運(yùn)行狀態(tài),通過RS485與PLC通訊,在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)如果檢測(cè)到紙張停留在機(jī)器中,系統(tǒng)立即輸出信號(hào)給PLC。系統(tǒng)的幾個(gè)輸入信號(hào),都是NPN型,即有信號(hào)時(shí)是24v低電平,沒信號(hào)時(shí)是24v高電平。包括：一個(gè)來自光電開關(guān)的脈沖信號(hào)。五個(gè)光電開關(guān)信號(hào)。單張進(jìn)紙按鈕信號(hào)。連續(xù)進(jìn)紙按鈕信號(hào)。24v直流電源信號(hào)。兩個(gè)備用輸入端子。輸出信號(hào)包括：發(fā)生故障時(shí)輸出有開點(diǎn)變?yōu)殚]點(diǎn)的繼電器信號(hào)。3個(gè)備用輸出端子。

三、硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用AT89C55作為核心控制器,外擴(kuò)4K的RAM存儲(chǔ)24C01芯片。本產(chǎn)品是原折頁機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)換代產(chǎn)品,所以盡量采用原系統(tǒng)的通訊模式。采用M75176芯片,使用485通訊格式與控制顯示折頁機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的PLC進(jìn)行通訊?？刂戚敵瞿K也就是報(bào)警停機(jī)模塊用AT89C55控制24v歐姆龍繼電器,輸出24v停機(jī)信號(hào)給主控PLC。

1、電平轉(zhuǎn)換電路                                          

　　折頁機(jī)上一共設(shè)有5個(gè)傳感器加上一個(gè)時(shí)鐘信號(hào),一共有由6個(gè)24v輸入信號(hào)。輸入有效信號(hào)是24v低電平,當(dāng)紙張通過傳感器時(shí),傳感器給出一個(gè)24v低電平。當(dāng)沒有紙張通過傳感器時(shí),傳感器給出24V高電平。所以正常工作時(shí),傳感器輸出一個(gè)24v的寬脈沖信號(hào)。當(dāng)有發(fā)生卡紙時(shí),傳感器將一直輸出24v高電平或者24v低電平。當(dāng)紙卡在傳感器下時(shí)是輸出24v低電平。當(dāng)紙卡在兩個(gè)傳感器之間時(shí)是輸出24高電平。輸出一個(gè)控制信號(hào)根據(jù)廠家要求預(yù)留兩個(gè)控制線路。因?yàn)閱纹瑱C(jī)要求5v的TTL電平,因此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換模塊。輸入輸出均用TLP521-4光隔將24v電平轉(zhuǎn)換成TTL電平,或反之。每條輸入輸出線路均用發(fā)光二極管指示。AT89C55是51系列單片機(jī)之一,port1口具有上拉電阻,所以選用port1作為輸入口。

2、防誤動(dòng)模塊

　　繼電器控制端輸入低電平導(dǎo)通線圈,繼電器動(dòng)作停機(jī)。折頁機(jī)工作時(shí),發(fā)生卡紙故障時(shí),單片機(jī)向繼電器控制端輸出低電平,線圈通電導(dǎo)通,繼電氣開關(guān)動(dòng)作。而在折頁機(jī)開始工作時(shí),電路設(shè)計(jì)先向單片機(jī)送電然后向繼電器送電,繼電器控制端有電平變化,引起繼電器動(dòng)作。這是不符合生產(chǎn)要求的。為消除繼電器誤動(dòng),采用了GAL16VB門芯片。GAL輸入5個(gè)信號(hào),邏輯代表5個(gè)傳感器的狀態(tài),5個(gè)信號(hào)與門輸入。GAL芯片輸出控制繼電器。當(dāng)有一個(gè)傳感器下發(fā)生卡紙時(shí)。相應(yīng)改變GAL的一個(gè)輸入信號(hào)。GAL芯片輸出改變,如后再導(dǎo)通繼電器停機(jī),由于五個(gè)傳感器開始狀態(tài)不變,所以繼電器不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。

圖2   原理圖

3、存儲(chǔ)開展模塊

　　在實(shí)際生產(chǎn)中,機(jī)器可能暫時(shí)停機(jī)。下次機(jī)器開機(jī)時(shí),運(yùn)行的是同一批任務(wù),這就要使用開始時(shí)的某些參數(shù)變量。而單片機(jī)的RAM存儲(chǔ)區(qū)在機(jī)器停機(jī)掉電后,其中的數(shù)據(jù)將會(huì)全部丟失。如果放在ROM中,程序大小已經(jīng)快接近AT89C55的容量,而且一般變量不存放在ROM中。ROM中的數(shù)據(jù)一旦寫入掉電不變化,一般存放程序數(shù)據(jù)。而這些參數(shù)變量在工作任務(wù)改變時(shí),其值也將發(fā)生改變。這就需要外擴(kuò)ROM,24C01是一種EEPROM芯片,掉電還可保存數(shù)據(jù),支持I2C。可擦寫一百萬次以上,能保存數(shù)據(jù)40年。24C01和AT89C55通訊的方式采用I2C模式。

四、軟件設(shè)計(jì)

1、軟件開發(fā)環(huán)境

　　程序使用C51。開始軟件模擬測(cè)試時(shí),C51的開發(fā)工具是使用現(xiàn)在最流行的KEIL 51和μVision2集成開發(fā)環(huán)境。KEIL 51是德國KEIL公司開發(fā)的單片機(jī)C語言編譯器,其前身是FRANKLIN C51,現(xiàn)在的最新版本V6功能已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò),特別是兼容ANSI C后又增加了很多與硬件密切相關(guān)的編譯特性,使得在8051系列單片機(jī)上的開發(fā)應(yīng)用程序更為方便和快捷。μVision2是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境,編譯環(huán)境使用KEIL 51,集成了文件編輯處理、編譯鏈接、項(xiàng)目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調(diào)試等多種功能。

  在線調(diào)試時(shí)使用偉福自帶的開發(fā)工具WAVE 6000。將源代碼拷貝到WAVE 6000下,采用WAVE自開發(fā)的c編譯器comp51,作相應(yīng)的改動(dòng)。進(jìn)行在線調(diào)試。WAVE 6000是南京偉福實(shí)業(yè)公司開發(fā)的。支持匯編語言和C語言,也具有強(qiáng)大的項(xiàng)目管理、變量觀察合編譯功能。

2、軟件設(shè)計(jì)思想

　　軟件主要采用輪詢的方法來檢測(cè)是否卡紙。首先進(jìn)行主控芯片AT89C55和擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片24C01的初始化。主控芯片AT89C55包括Time方式設(shè)置、中斷使能等等。擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片24C01的初始化包括讀寫子程序編寫等等。單張走紙時(shí)記錄各種參數(shù)包括每張紙通過每個(gè)傳感器的時(shí)間即脈沖數(shù),每張紙?jiān)诿窟B個(gè)傳感器之間行走的時(shí)間。連續(xù)走紙時(shí),也記錄每張紙的這些參數(shù),然后采用輪詢的方法,對(duì)每張紙的參數(shù)與單張走紙時(shí)所記錄的參數(shù)進(jìn)行比較,如果在允許的范圍內(nèi),則說明折頁機(jī)工作正常,反之則發(fā)出報(bào)警停機(jī)信號(hào)。

五、結(jié)束語

　　此檢測(cè)系統(tǒng)提高了折頁機(jī)的自動(dòng)控制水平。此系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn),運(yùn)行穩(wěn)定可靠,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。目前該系統(tǒng)已做成產(chǎn)品應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品中。如果改進(jìn)軟件的設(shè)計(jì)思路和使用跟高速的MCU,會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化,達(dá)到更好的效果。