單片機(jī)在玻璃管加熱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯單片機(jī)在玻璃管加熱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用1引言

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置，是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖對應(yīng)的增量驅(qū)動元件，具有快速啟動和停止的能力。但大多數(shù)設(shè)計(jì)人員常常習(xí)慣于用邏輯電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的步進(jìn)電機(jī)的控制，雖然已經(jīng)取得很大成效，但實(shí)現(xiàn)起來成本高、費(fèi)時多，而且一旦組成了電路，就很難再改動，因此不得不完全重新設(shè)計(jì)控制器。微處理器與微計(jì)算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)和低廉的價格，給步進(jìn)電機(jī)的控制開創(chuàng)了一個新的局面[1]。人們完全可以借助于軟件來對步進(jìn)電機(jī)實(shí)施控制，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而成本又不高的控制系統(tǒng)，同時還可以很靈活地通過改變程序來改變控制方案。為此，我們基于89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)控制器用于玻璃管加熱系統(tǒng)。該控制器具有線路簡潔、性能良好、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果。

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1玻璃管加熱器的原理

直徑400mm的圓盤上每隔15°有1個固定器，用于安放直徑3mm，長度50mm-70mm的玻璃管，圓盤上方有一個火焰噴頭，用于對玻璃管進(jìn)行加熱。先在圓盤上裝上24個玻璃管，開機(jī)定位后開始工作，步進(jìn)電動機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)每轉(zhuǎn)過15°時，延時T秒(T的大小可以設(shè)定為3，4，5三種狀態(tài)，本系統(tǒng)的默認(rèn)值為3，通過軟件控制可以使時間偏差小于0.1秒)當(dāng)一個玻璃管加熱完畢后，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動移動到下一個玻璃管，所用時間為1秒，通過軟件可以使定位偏差小于0.1mm，后重復(fù)上一步工作。機(jī)械傳動原理圖主視圖如圖1所示，俯視圖如圖2所示。

圖1機(jī)械傳動原理圖主視圖

圖2機(jī)械傳動原理圖俯視圖

2.2單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)控制器的采用89C51單片機(jī)，具有4K的可擦除程序存儲器，易于系統(tǒng)的擴(kuò)展和程序的改進(jìn)。采用P1口的四位作為鍵盤輸入控制，用K1，K2，K3控制延時狀態(tài)，K1按下延時3秒，K2按下延時4秒，K3按下延時5秒。K4控制運(yùn)行方向選擇，在順時針和逆時針之間進(jìn)行切換。數(shù)碼管采用串行顯示方式，對運(yùn)行狀態(tài)給以顯示，LED1顯示顯示方向選擇，“－”表示順時針旋轉(zhuǎn)，“|”表示逆時針旋轉(zhuǎn)。LED2顯示的是延時時間，可顯示3，4，5三種狀態(tài)。參見圖3電氣控制框圖。

圖3電氣控制框圖

3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件實(shí)現(xiàn)的功能分析

控制系統(tǒng)可以按要求來設(shè)定方向選擇，延時時間等，操作者可以方便的觀察控制系統(tǒng)的工作情況。(1)步進(jìn)電動機(jī)的步距角為1.5°，每轉(zhuǎn)的步數(shù)為240步/轉(zhuǎn);(2)圓盤上15°一個固定器，一共可以安放24個玻璃管;(3)圓盤轉(zhuǎn)過15°的時間為1秒;(4)數(shù)字顯示部分為延時時間(可以設(shè)置為3，4，5秒);(5)噴頭與圓盤保持垂直以減少誤差。

3.2控制系統(tǒng)的主程序流程圖

根據(jù)系統(tǒng)所應(yīng)完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4所示:

圖4主程序流程圖

圖4中:左1:走一步延時10ms用來尋找定位點(diǎn)，找到定位點(diǎn)后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài);左2:置數(shù)，用于設(shè)置10步一停，240步一判斷;左3:正常運(yùn)行狀態(tài)，走1步延時0.1s，10步一停，延時T(T＝3，4，5);左4:240步為一周，旋轉(zhuǎn)一周后判斷是否有干擾丟步，若有，重新尋找定位點(diǎn)。系統(tǒng)啟動后，首先對端口及顯示進(jìn)行初始化，顯示清零，步進(jìn)電動機(jī)三相繞組處于失電狀態(tài)，然后對數(shù)字鍵和功能鍵的掃描。當(dāng)操作通過數(shù)字鍵的一個設(shè)定值后，設(shè)定值以十六進(jìn)制存入RAM單元，再以十進(jìn)制通過動態(tài)LED顯示出來;操作者確認(rèn)后，按下左(或右)行功能鍵，步進(jìn)電動機(jī)就會帶動圓盤轉(zhuǎn)動，延遲的時間通過靜態(tài)LED顯示出來。

3.3步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動子程序的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所選用的步進(jìn)電動機(jī)為110BF3-15型，它有三相繞組，向三相繞組輸入脈沖輸入脈沖的順序有三種，分別為單三拍、雙三拍、三相六拍。本系統(tǒng)選擇雙三拍輸入方式。輸入方式是靠軟件來控制的。雙三拍控制軟件是簡單的軟接口之一。首先要以8255A的PA口為輸出口，接著把控制信息送到PA0~PA2中，對應(yīng)的I/O線為“1”(高電平有效)，則步進(jìn)電動機(jī)相應(yīng)的相繞組通電，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動。要求轉(zhuǎn)子以不同的方向轉(zhuǎn)動，三相繞組的通電順序就不同，則相應(yīng)的控制字也就不一樣，雙三拍繞組通電控制信息表如表1[2]。

由表1可知，正反轉(zhuǎn)所需要的信息串為03H→06H→05H→03H，這時按AB→BC→CA→AB順序通電。反轉(zhuǎn)時所需的信息串為05H→06H→03H→05H，這是按照順序CA→BC→AB→CA通電。表2為步進(jìn)電動機(jī)不同步相控制方式的控制字(十六進(jìn)制，下同)。表1步進(jìn)電動機(jī)相繞組通電控制信息表

表2不同步相控制方式的控制字

考慮步進(jìn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)之后，雙三拍控制軟件清單如下[3]:DS:MOVA,#00H;初始化使PA0～PA2為輸出MOVDPTR,#0C000H;MO@DPTR,A;MOVDPTR,#0C000H;為AB相通電MOVA,#03HMO@DPTR,ALCALLDELY;調(diào)延時MOVDPTR,#0C000H;為BC相通電MOVA,#06HMO@DPTR,ALCALLDELY;調(diào)延時MOVDPTR,#0C000H;為CA相通電MOVA,#05HMO@DPTR,ALCALLDELY;調(diào)延時DELY:MOV0CH,#0FH;延時子程序RET以上是步進(jìn)電動機(jī)三相繞組正向通電子程序，反向通電子程序類似，若要改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，只要改變MOV0CH，＃0FH指令中的立即數(shù)的值即可。圖5為步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動子程序流程圖:

圖5正反轉(zhuǎn)驅(qū)