基于單片機的裝模高度監(jiān)測控制器設(shè)計

基于單片機的裝模高度監(jiān)測控制器設(shè)計

0種基于承擔(dān)動態(tài)控制的一種裝模高度監(jiān)測控制器沖孔是一種常見的機械工程設(shè)備。在沖床使用過程中,經(jīng)常需要根據(jù)加工的目的和工件的形狀更換模具并調(diào)整裝模高度,這一過程目前基本上都是通過人工完成。沖床的工作臺是固定的,滑塊可以上下移動,工作臺和滑塊之間的高度(也就是常稱的裝模高度)是通過調(diào)整蝸桿端部機械式數(shù)輪來實現(xiàn)的,這種調(diào)整方法的結(jié)果與實際的直線距離誤差較大;且每次更換模具時,費時費力,效率低下。即使是同一個模具,每次調(diào)整后的裝模高度也會有所不同,同一性較差,導(dǎo)致工件批次與批次間的質(zhì)量不同,次品率增加。為此,筆者設(shè)計了一種基于單片機的沖床裝模高度監(jiān)測控制器,該系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的模具自動調(diào)整沖床的裝模高度。詳細介紹了該控制器的設(shè)計原理、組成結(jié)構(gòu)及其軟件實現(xiàn)過程,并通過實際運行證明了其工程實用性。1動態(tài)調(diào)整裝模高度本裝模高度監(jiān)測控制器系統(tǒng)主要由前端裝模高度測量的位移傳感器、PIC16F877單片機、固態(tài)繼電器控制電機以及單片機外圍基本存儲輸入和輸出部分組成,該系統(tǒng)的組成圖如圖1所示。系統(tǒng)的工作過程:單片機分別通過采集鍵盤輸入系統(tǒng)基本參數(shù)和RS-232串口中斷來采集位移傳感器測量的沖床裝模高度,對此,分析設(shè)置參數(shù)與檢測值的大小關(guān)系,通過LCD進行實時顯示,并通過外擴EEPROM進行保存。由固態(tài)繼電器(SSR)控制單相交流電機的正、反轉(zhuǎn)調(diào)整沖床滑塊上、下移動來調(diào)整裝模高度。系統(tǒng)中的單片機選用美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F877芯片,這是一種功能十分齊全的微控制器,可以實現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程,且內(nèi)部帶有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器、8K×14位FLASH程序存儲器、368×8位RAM、256×8位EEPROM、14個中斷源和3個定時/計數(shù)器,同時集成了多達15個外圍設(shè)備模塊。PIC16F877單片機用于完成采集位移傳感器輸出的24位二進制數(shù)字信息,以及處理鍵盤輸入、LCD顯示并根據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生電機驅(qū)動信號。2系統(tǒng)的外部接口電路2.1中央磁環(huán)快速響應(yīng)傳感及顯示準確實時地采集裝模高度數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵。系統(tǒng)采用了MK4S型傳感器,它是一種非接觸式磁致伸縮線性位移傳感器,它通過計算活動磁鐵與固定磁鐵相對運動所產(chǎn)生的應(yīng)變脈沖信號、時間間隔,確定準確的絕對位移信號量,其精度可達到2～4μm。使用起來更穩(wěn)定,更簡單。其接口電路如圖2所示。傳感器磁環(huán)移動所需要時間通過集成在傳感器中的計算單元轉(zhuǎn)換成24位二進制數(shù)字信號。存儲于位移寄存器,通過SSI接口以串行或并行的方式,在外部時鐘的同步下完成單片機和位移傳感器之間的數(shù)據(jù)實時交換。2.2系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)鍵盤輸入和顯示電路是該系統(tǒng)人機界面部分。鍵盤輸入部分是對系統(tǒng)的一些基本信息(如公司名稱、模具型號、實際測量高度等)和控制參數(shù)(系統(tǒng)容許誤差、編程高度、最大高度、最小高度等)提前輸入。系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤組成一個4×4的矩陣鍵盤。并與單片機的8個I/O接口組成系統(tǒng)的輸入模塊實現(xiàn)數(shù)字和字母等的組合功能。顯示電路是一個LCD顯示屏,主要實現(xiàn)對輸入各種參數(shù)以及實際測量高度等基本參數(shù)的顯示。LCD集成模塊直接與單片機的8個I/O端口及相應(yīng)的控制端口相連接實現(xiàn)。對系統(tǒng)基本參數(shù)的存儲可以有效地減少人為的參數(shù)改變而輸入?yún)?shù)。本系統(tǒng)的存儲電路利用了一個外擴的32KEEPROM,通過和單片機的串行外設(shè)通訊接口(SPI)相連接,來實現(xiàn)對數(shù)百個沖床模具的各種參數(shù)鍵盤輸入內(nèi)容的永久存儲。2.3實時顯示、執(zhí)行結(jié)構(gòu)控制電路是本系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)節(jié),單片機采集到直線位移傳感器和鍵盤輸入以及從外擴EEPROM的相應(yīng)數(shù)據(jù)后,經(jīng)過裝模高度調(diào)整超限、與測量高度比較等正確處理后,在實時顯示的同時,啟動系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)——固態(tài)繼電器來控制單相交流電機,電機帶動蝸桿來調(diào)整實際的裝模高度。3軟件設(shè)計3.1裝模高度調(diào)整本系統(tǒng)采用模塊化編程,主程序可以分為通訊模塊、鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊、以及存儲模塊4個子程序。當(dāng)控制器系統(tǒng)啟動后,單片機首先掃描鍵盤子程序模塊,讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)并通過串口中斷方式將測量高度存儲于片內(nèi)寄存器,控制器對獲得的信息進行比較處理,然后啟動裝模高度調(diào)整電機。反復(fù)進行這一過程,直到測量高度達到輸入設(shè)置要求的高度,系統(tǒng)停止裝模高度調(diào)整工作過程,機器被切換進入正常的工作狀態(tài),且保持并顯示最終的裝模高度值。其系統(tǒng)的主流程圖如圖3所示。3.2pic137節(jié)點系統(tǒng)中PIC16F877控制芯片對位移傳感器數(shù)據(jù)的通訊傳輸采用異步工作(UART)模式,即所謂的RS-232方式。PIC16F877單片機的異步工作模式中有接收狀態(tài)和控制寄存器(RCSTA)、發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器(TXSTA)。當(dāng)位移傳感器輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時,被單片機以串口中斷的方式自動接收,并存儲于接收寄存器,當(dāng)接收完成時,外部中斷寄存器的接收使能位(RCIF)被自動置位,這樣PIC16F877單片機內(nèi)部產(chǎn)生一個中斷信號給CPU,單片機從接收寄存器中取走接收到的數(shù)據(jù)。單片機在處理采集信息之前,首先要進行中斷現(xiàn)場保護(保存STATUS寄存器、W寄存器和PCLATH寄存器),然后再處理中斷子程序。中斷返回時,先恢復(fù)相應(yīng)的寄存器。其流程如圖4所示。4礦床裝模高度自動控制系統(tǒng)通過以PIC16F877