【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)進(jìn)入完全啟動狀態(tài)。關(guān)閉時 ,首先關(guān)閉料斗 ,10秒后關(guān)閉第一個直流電機(jī) ,然后每隔 15秒向程序的堆棧一樣 ,依次關(guān)閉剩下的直流電機(jī)。若是在發(fā)現(xiàn)異常狀況 ,系統(tǒng)還沒有完全啟動需緊急關(guān)閉系統(tǒng)時 ,系統(tǒng)應(yīng)該能夠判斷當(dāng)前已經(jīng)啟動的部分 ,不再繼續(xù)將未啟動的部分繼續(xù)啟動 ,轉(zhuǎn)而將已啟動的部分依次關(guān)閉。手動模式則是一個復(fù)位開關(guān)對應(yīng)一個直流電機(jī) ,方便查找故障。復(fù)位開關(guān)按下奇數(shù)次是啟動 ,偶數(shù)次是關(guān)閉。 (2)燈光報警功能 :當(dāng)限位開關(guān)檢測到位置變化 ,產(chǎn) 生的信號變化 ,被單片機(jī)獲取分析 ,驅(qū)動蜂鳴器和 LED燈對應(yīng)的單片機(jī)端口狀態(tài)改變 ,進(jìn)行燈光報警。同時應(yīng)該能夠檢測故障發(fā)生的位置 ,向異常關(guān)閉模式狀態(tài)時 ,有序的關(guān)閉系統(tǒng)。 (3)指示功能 :每個限位開關(guān)、電機(jī)和當(dāng)前的運(yùn)行模式都用相應(yīng)的 LED指示標(biāo)明 ,便于查錯。 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的電源模塊 本系統(tǒng)的主要目的是用單片機(jī)控制皮帶傳輸機(jī) ,首要功能就是能夠使皮帶傳輸機(jī)的電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,而單片機(jī)自身的供電系統(tǒng)遠(yuǎn)不能滿足電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的需要 ,所以需要在電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中外加電源。 因?yàn)殡姍C(jī)是作為皮帶傳輸機(jī)的動力裝置，只 需要能夠在負(fù)載下正常運(yùn)轉(zhuǎn)即可，對于轉(zhuǎn)速的變化等沒有要求，所以本設(shè)計中選用直流電機(jī)，用直流電為電機(jī)提供能量。我們正常使用的市電都是 220V的交流電，需要將其轉(zhuǎn)化為電機(jī)需要的直流電，如圖 的整流穩(wěn)壓電路很好的解決了這個問題，而且可以為單片機(jī)提供電源，僅僅只需在輸出端并接穩(wěn)壓二極管和負(fù)載即可。改變穩(wěn)壓二極管的耐壓值，就可以為負(fù)載提供不同的電位的直流電源。 5 圖 直流穩(wěn)壓電路 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)中使用的主要模塊有限位開關(guān)、單片機(jī)及其復(fù)位和晶振模塊、聲光報警電路、L298N電機(jī)驅(qū)動模塊 、按鍵控制模塊、 LED指示燈以及控制程序等。 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下： 單 片 機(jī) 按鍵模塊 晶振電路 復(fù)位電路 限位開關(guān) 聲光報警模塊 電機(jī)驅(qū)動模塊 LED 指示燈 6 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 總體電路 圖 基于單片機(jī)控制的皮帶傳 輸系統(tǒng)硬件電路圖 上圖是 Altium Designer軟件繪制的電路總體電路圖 ,包含了 1個主控電路、 2個電機(jī)驅(qū)動模塊和 4個直流電機(jī)、 8個帶獨(dú)立指示燈的限位開關(guān)、模式指示燈、 6個復(fù)位開關(guān)， 1個作手動開關(guān)，一個作關(guān)閉自動模式開關(guān)，剩下 4個對應(yīng)手動模式下的電機(jī)，其中 1個復(fù)用作自動模式開啟開關(guān)。 主控電路 本設(shè)計中共使用了 26個 I/O口，包括兩個中斷口 — 外部中斷 0和外部中斷 1，因此選用的微處理器的并行口必須要大于 20個，并具有中斷控制功能。其產(chǎn)量應(yīng)該高，這樣價格低，被大眾熟悉，穩(wěn)定性有保障，便于大規(guī)模生產(chǎn) 、維護(hù)，成本低。因此，選用 STC89C52單片機(jī)最合適不過。 STC89C52作為一種功耗低、性能高的 CMOS8位單片機(jī) ,采用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核。STC公司在 MCS51內(nèi)核的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化加強(qiáng)，使得 STC89C52芯片的功能得到進(jìn)一步的延伸，有著比 MCS51更多的功能。表 1列舉了兩款微處理器的區(qū)別。 7 表 31:STC89C52和 MCS51微處理器參數(shù) 微處理器型號 STC89C52 MCS51 程序存儲器 8KB 4KB 數(shù)據(jù)存儲器 512B 128B 輸入輸出口 32個 32個 看門 狗 有 無 EEPROM 4KB 無 定時計數(shù)器 3個 2個 外部中斷 4個 2個 中斷結(jié)構(gòu) 7向量 4級（兼容 51的） 5向量 2級 全雙工串行口 有 有 并行口 P0~P3 接口的功能 如下 :[5] STC89C52單片機(jī)共有 32根輸入輸出口 ,分為 P0、 P P P3，共 4組，每組 8根。 P0口 —— 具有雙重功能 :一、 8位雙向 I/O口 ,此時帶負(fù)載能力較弱 ,通常在外部另接一組上拉電阻解決此問題 。二、還能作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)總線的接口連接外接存儲器。 P1口 —— 單一接口功能， 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P2口 —— 具有雙重功能 :一、 8位準(zhǔn)雙向 I/O口 。二、作為單片機(jī)高 8位地址的地址總線接口連接外接存儲器 ,與 P0口的低 8位地址總線一起組成 16位地址總線。 P3口 —— 雙重功能：一、 8位準(zhǔn)雙向 I/O口；二、作為第二功能使用，每一位功能定義如表 32所示。 表 32： P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（低電平有效，外部中斷 0） INT1（低電平有效，外部中斷 1） T0（定時器 0/外部計數(shù)器） T1（定時器 1/外部計數(shù)器） WR（低電平有效，外部數(shù)據(jù)存取器寫選通信號） RD（低電平有效，外部數(shù)據(jù)存取器讀選通信號） 8 E A /V P31X119X218R E S E T9P 3 7 / R D17P 3 6 W R16P 3 2 / IN T 012P 3 3 / IN T 113P 3 4 / T014P 3 5 / T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E/ P30P 3 1 / TX D11P 3 0 / R X D10GND20V C C40U1S TC 8 9 C 5 2 圖 STC89C52 DIP 封裝圖 STC89C52的中斷技術(shù)概述 :中斷技術(shù)主要用于實(shí)時監(jiān)測與控制 ,要求單片機(jī)能及時地 響應(yīng)中斷請求源提出的服務(wù)請求 ,并作出快速響應(yīng)、及時處理 [6]。 單片機(jī)的中斷分為外外部中斷和內(nèi)部中斷兩種，外部 中斷通常需要與單片機(jī)的外部中斷口相配合，內(nèi)部中斷由單片機(jī)的定時計數(shù)器產(chǎn)生。當(dāng)微處理器檢測到中斷信號產(chǎn)生 ,會判斷是否滿足中斷要求，一切條件都滿足時，單片機(jī)就暫時中止當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù) ,跳入中斷服務(wù)程序處理中斷服務(wù)請求 [7]。 在中斷服務(wù)任務(wù)執(zhí)行完畢后 ,再跳回原來任務(wù)的終止處 ,繼續(xù)執(zhí)行原來未執(zhí)行完的任務(wù)。中斷也有中斷優(yōu)先級之分 ,外部中斷 0 定時計數(shù)器 0 外部中斷 1定時 /計數(shù)器 1串行中斷。 圖 中斷的響應(yīng) 和處理過程 9 中斷技術(shù)極大地提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時性，去除了單片機(jī)在查詢方式中的等待現(xiàn)象，是單片機(jī)在進(jìn)行多線程任務(wù)時經(jīng)常使用的方式。 限位開關(guān)電路的設(shè)計 圖 限位 開關(guān)電路 如圖 ，在這個電路中，不僅僅有限位開關(guān)，還有 LED指示燈。在傳輸節(jié)的每節(jié)傳送帶上都配兩個限位開關(guān)，一個檢測皮帶的跑偏，另一個檢測皮帶的斷裂。每個限位開關(guān)都可以單獨(dú)工作，一旦開關(guān)閉合，即表示皮帶發(fā)生故障，此時電路導(dǎo)通，對應(yīng)限位開關(guān)的 LED指示燈開始發(fā)光，這樣便于查找故障，節(jié)省時間。 限位開關(guān) 限位開關(guān)又稱行程開關(guān) ,可以安裝在靜止或運(yùn)動的物體上。與繼電器的工作方式類似，當(dāng)運(yùn)動的物體靠近靜止的物體時 ,開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)將原本閉合的開關(guān)打開或?qū)⒋蜷_的開關(guān)閉合，改變電路的導(dǎo)通狀態(tài)去控制 電路 [8]。 如圖 所示 圖 限位開關(guān) 10 限位開關(guān)按接觸方式分為接觸式和非接觸式兩種。和字面意思一樣，接觸式就是限位開關(guān)與物體有著直接的接觸，通過碰觸改變限位開關(guān)的狀態(tài)，達(dá)到控制的目的。非接觸式就是借助各種不需接觸就能傳遞信號的物質(zhì)改變當(dāng)前的限位開關(guān)電路的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)開關(guān)開閉的功能，比如能夠被感應(yīng)的射頻，半導(dǎo)體的光電效應(yīng)等。在本設(shè)計中選用接觸式的限位開關(guān) ,因?yàn)槠鋬r格更低 ,精度更高 ,不容易出現(xiàn)故障。 限位開關(guān)按照 開關(guān)觸點(diǎn)閉合和斷開頻率的不同 ,分為以下 2種 [9]。 (1)緩動開關(guān) :此類開關(guān)的閉合和斷開運(yùn)轉(zhuǎn)切換的時間與開關(guān)的操作頻率有關(guān) ,操作的頻率越快 ,開關(guān)的切換也越快，靈敏度高。 (2)速度開關(guān) :此類開關(guān)的閉合和斷開的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換的時間為一常數(shù)，它與開關(guān)被操作的頻率無關(guān) ,只要開關(guān)觸點(diǎn)移動到一定位置時 ,開關(guān)就會閉合或斷開 ,此過程耗費(fèi)的時間一般為彈簧彈跳所必須的時間。 此設(shè)計中選用速度開關(guān)，因?yàn)榇嗽O(shè)計中并沒有對開關(guān)的操作頻率有要求，只有皮帶出現(xiàn)故障的時候才要求限位開關(guān)閉合，符合速度型限位開關(guān)的要求。 由于限位開關(guān)的復(fù)雜特性，電路圖中選用閉合開關(guān)代替限位開關(guān)。 74LS08 與門 圖 74LS08連接成的與邏輯門電路。 圖 與門邏輯電路 與門的邏輯值如表 3所示。 表 33：與門的邏輯值 11 A B Q 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 任意一個限位開關(guān)閉合后，端口電壓即置低，結(jié)合上表可知，輸出端 K也隨之置低。輸出端 K與外部中斷 1口連接，當(dāng)端口信號為低時，中斷程序啟動，運(yùn)行聲光報警模塊，啟動聲光報警器，完成報警功能。 電機(jī)驅(qū)動模塊電路設(shè)計及電機(jī)電路 電機(jī)驅(qū)動模塊介紹 本設(shè)計中，電機(jī)驅(qū)動模 塊是以 2塊 L298N芯片為核心，每個芯片配備 8個 IN4007二極管構(gòu)成的保護(hù)電路共同組成，能夠驅(qū)動 100W以下的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動電路如圖 圖 L298N電機(jī)驅(qū)動模塊 L298N是 SGS公司的產(chǎn)品 ,內(nèi)部包含 4通道邏輯驅(qū)動電路 ,可以根據(jù)需要兩兩組合，驅(qū) 12 動兩個直流電機(jī)。直接調(diào)節(jié)電源 VSS端口的電壓值就可改變輸出電壓值，輸出最高可達(dá)50V。L298N芯片的 輸入口可直接連接單片機(jī)輸入輸出口 。輸出端接上