【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在線系統(tǒng)編程是通過(guò)一個(gè)單片機(jī)上的串口和計(jì)算機(jī)上的串口相連，運(yùn)用SST單片機(jī)供應(yīng)商提供的下載軟件，把程序代碼下載到單片機(jī)中。計(jì)算機(jī)的串口用的是RS232 ，RS232C在邏輯電平上做了規(guī)定:邏輯1 5~15邏輯0 +5~+15顯然，RS232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同，所以在圖中，MAX232用于串口RS232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。 單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手用于在注塑機(jī)完成注塑工件后，從模板中取出工件，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)期間，注塑用機(jī)械手不能碰到模板，要按照既定的動(dòng)作安排，安全可靠地運(yùn)行，當(dāng)注塑機(jī)取模機(jī)械手與注塑模板觸碰時(shí)，必然引起上位信號(hào)異常，使機(jī)械手和注塑機(jī)停止工作。在異常情況下，還可以通過(guò)控制盒上的急停按鈕使得機(jī)械手和注塑機(jī)停止工作。當(dāng)按下機(jī)械手急停按鈕(此時(shí)Jl處無(wú)連接)，機(jī)械手會(huì)立即停止動(dòng)作，然后給注塑機(jī)發(fā)機(jī)械手急停信號(hào)，使注塑機(jī)也停止工作。機(jī)械手急停按鈕接到CPU的外部中斷0，且在軟件上設(shè)置中斷級(jí)別最高，當(dāng)急停按鈕彈起時(shí)(此時(shí)Jl處連接)，控制系統(tǒng)復(fù)位，機(jī)械手和注塑機(jī)可正常工作。其電路設(shè)計(jì)如圖： 緊急停止回路 本控制系統(tǒng)的輸入量全是數(shù)字量輸入，外部的數(shù)字輸入量主要來(lái)自安裝在注塑機(jī)取模機(jī)械手和注塑機(jī)上的接近開(kāi)關(guān)。對(duì)于數(shù)字輸入量，主要有兩種應(yīng)對(duì)方法:1. 非TTL電平信號(hào):光電隔離—防抖—整形—單片機(jī)2 . TTL電平: 光電隔離—防抖—單片機(jī)在本控制系統(tǒng)中,使用的接近開(kāi)關(guān)是陽(yáng)明電機(jī)股份有限公司的PS05，最大檢測(cè)距離是5mm，NPN型，電源為+24V，當(dāng)機(jī)械臂在5mm以外時(shí)，輸出為12v,當(dāng)機(jī)械臂在5mm以內(nèi)時(shí)，輸出為0V，輸入通道電路設(shè)計(jì)如圖所示： 輸入通道設(shè)計(jì) 在圖中，74LS245為8總線接收/發(fā)送器，內(nèi)部有16個(gè)三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)方向有8個(gè)，可以雙向輸入、輸出。在控制端G（為低電平）有效時(shí)，由DIR控制驅(qū)動(dòng)方向；DIR為“1”時(shí)方向從左到右（輸出允許），DIR為“0”時(shí)方向從右到左（輸入允許）， 74ls245 真值表傳送方向控制信號(hào)LLHDIRLHBAAB高阻 PC817為光電隔離器，在PC817的兩端無(wú)電路連接，各用獨(dú)立的電源和接地端，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 在光電隔離器的輸入端，通過(guò)電阻和接近開(kāi)關(guān)相連，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)接通時(shí)，PC817輸入端最大可承受IA電流，通常不會(huì)達(dá)到這么大的電流 在這里，取IOmA，這時(shí)光電管的壓降約為IV，可計(jì)算出輸入端的電阻為:，考慮到并不是任何一種阻值的電阻都能方便買(mǎi)到，本控制系統(tǒng)中。在光電隔離器的輸出端，接上拉電阻，當(dāng)有效信號(hào)來(lái)到時(shí)，輸出端電壓被拉低，輸出端集電極電流最大可達(dá)到50mA，通常不會(huì)有這么大電流，輸出端接RC濾波器后，接入74LS245，74LS245輸入高電平電流為20mA，上拉電阻要保證在光電隔離器輸出高電平時(shí)，電路中電流不會(huì)損壞74LS245，在輸出低電平時(shí)，電流不會(huì)損壞光電隔離器中的光敏三極管。，這樣起到上來(lái)電阻作用和限流作用，則上拉電阻阻值為: ，本控制系統(tǒng)中，取10k?。輸入信號(hào)來(lái)源于安裝在機(jī)械手上的接近開(kāi)關(guān)和注塑機(jī)上的相關(guān)信號(hào)，對(duì)于接近開(kāi)關(guān)上的信號(hào)并不是理想的信號(hào)跳變，在有效信號(hào)來(lái)到之前，有一個(gè)信號(hào)抖動(dòng)的過(guò)程，因此在輸入通道中，針對(duì)輸入信號(hào)的特殊性，要加入RC電路構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，繼電器在閉合時(shí)會(huì)有信號(hào)抖動(dòng)，通常這種抖動(dòng)在50Hz以上，在這里，取低通濾波器的截至頻率為50HZ，電阻為20OK，則電容為: 根據(jù)計(jì)算，，此時(shí)的截至頻率為: 滿足設(shè)計(jì)要求。RC低通濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)信號(hào)頻率趨于零時(shí)，電容的容抗趨于無(wú)窮大，這時(shí)通帶放大倍數(shù)趨于1。當(dāng)頻率從零到無(wú)窮大時(shí)，電壓放大為 本控制系統(tǒng)的各輸出通道均為數(shù)字量輸出，主要負(fù)責(zé)控制機(jī)械手動(dòng)作、向注塑機(jī)發(fā)出協(xié)調(diào)指示信號(hào)等。對(duì)于數(shù)字量輸出，可按它的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。來(lái)自CPU的數(shù)據(jù)總線輸出鎖存器數(shù)字光電隔離電路輸出驅(qū)動(dòng)電路電磁閥控制機(jī)械手 輸出通道流程 上圖為輸出信道的電路原理圖。其中，AT89C51的P23接到74LS373的輸出允許端口(OC)，接到74LS373的鎖存端。74Ls373是8路鎖存器，C為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)C為 “1”時(shí)，鎖存器輸出通輸入狀態(tài)；當(dāng)C 由“1”變?yōu)椤?”時(shí)，數(shù)據(jù)打入鎖存器中。OE為輸出允許端，低電平有效：OE=0時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)；OE=1三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出曾高阻。一般在進(jìn)行控制操作時(shí)，控制狀態(tài)需要鎖存，直到下次狀態(tài)給出新的值為止。在Jl處接上電磁轉(zhuǎn)向閥，控制機(jī)械手的動(dòng)作運(yùn)行。74LS373對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行鎖存。 74LS373輸出內(nèi)部寄存器DLE輸入信號(hào)工作方式鎖存寄存器并禁止輸出鎖存并讀寄存器使能并讀寄存器HLLLLLLHLHLLHLLHLHHL/H高阻H H Q1為T(mén)IP122，是NPN型達(dá)林頓管，截室電壓為100v，電流為SA，總功耗為65W，用來(lái)驅(qū)動(dòng)后續(xù)的繼電器電路。接入注塑機(jī)的信號(hào)都要經(jīng)過(guò)繼電器，控制機(jī)械手的信號(hào)經(jīng)過(guò)電磁換向閥，控制氣路的流向，以達(dá)到控制機(jī)械手的目的。、鍵盤(pán)端口和狀態(tài)燈及其電路設(shè)計(jì)、狀態(tài)燈及其電路設(shè)計(jì) 在旋臂式注塑用機(jī)械手控制系統(tǒng)中，采用了動(dòng)態(tài)菜單導(dǎo)航操作，鍵盤(pán)在這種人機(jī)交互過(guò)程中起著很重要的作用。同時(shí)，對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作示教、動(dòng)作設(shè)置、動(dòng)作監(jiān)督等都離不開(kāi)鍵盤(pán)，根據(jù)機(jī)械手的功能要求，將鍵盤(pán)的按鍵規(guī)劃為以下幾個(gè)部分: 操作鍵:操作鍵包括確定鍵、復(fù)位鍵、返回鍵和翻屏鍵，其中確定鍵用于對(duì)所設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行確定操作，復(fù)位鍵用于控制系統(tǒng)軟件復(fù)位，返回鍵用于菜單返回，翻屏鍵用于在動(dòng)作示教、參數(shù)設(shè)置時(shí)，一屏無(wú)法顯示全部?jī)?nèi)容，采用翻屏的方式顯示下面的內(nèi)容。 動(dòng)作鍵:8個(gè)動(dòng)作鍵對(duì)應(yīng)于單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手的8個(gè)基本動(dòng)作，在有些情況下，這8個(gè)鍵還對(duì)應(yīng)于0～7的8個(gè)數(shù)字按鍵。 方向鍵:4個(gè)方向鍵用于控制光標(biāo)移動(dòng)，完成相關(guān)設(shè)置和選擇功能。綜上所述，系統(tǒng)共使用了16個(gè)按鍵，完成控制系統(tǒng)中所有的設(shè)置和選擇。 由于按鍵數(shù)量較多，選擇了4行4列的行列式鍵盤(pán)。本控制系統(tǒng)中，有些信號(hào)是關(guān)系到機(jī)械手安全工作的重要信號(hào)，這些信號(hào)不僅在液晶中顯示這些信號(hào)的狀態(tài)，在鍵盤(pán)板中，設(shè)計(jì)LED燈顯示這些關(guān)鍵信號(hào)的狀態(tài)，在液晶損壞的情況下，這些關(guān)鍵信號(hào)可以通過(guò)鍵盤(pán)板上LED燈的亮滅來(lái)反應(yīng)關(guān)鍵信號(hào)的變化。這些關(guān)鍵信號(hào)包括: 夾檢測(cè):表示機(jī)械手夾取工件時(shí)，檢測(cè)是否夾住工件 開(kāi)模完:檢測(cè)注塑機(jī)開(kāi)模是否完成 可關(guān)模:由單片機(jī)告訴注塑機(jī)，可以進(jìn)行關(guān)模動(dòng)作 安全門(mén):檢測(cè)注塑機(jī)的安全門(mén)是否關(guān)閉 可頂出:由單片機(jī)告訴注塑機(jī)頂針，可以頂出工件 在這些信號(hào)當(dāng)中，夾檢測(cè)是在機(jī)械手每次完成取模動(dòng)作后，機(jī)械手運(yùn)行到上行位置時(shí)才檢測(cè)，如果沒(méi)有檢測(cè)到吸有效或夾有效，則注塑機(jī)和機(jī)械手必須停止工作，找到未取出的注塑工件。 開(kāi)模完和允許關(guān)模信號(hào)是完成機(jī)械手和注塑機(jī)配合工作的關(guān)鍵信號(hào)，如果這些信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題而又沒(méi)有在軟件和硬件上又相應(yīng)的措施，機(jī)械手有可能和注塑機(jī)模板的碰撞，造成事故發(fā)生。 安全門(mén)信號(hào)關(guān)系到工作人員的安全，當(dāng)工作人員打開(kāi)注塑機(jī)安全門(mén)，注塑機(jī)和機(jī)械手必須停止工作，否則會(huì)危害人身安全。 可頂出信號(hào)是在吸取注塑工件前，頂針頂出工件，然后吸盤(pán)吸住工件，完成取工件的動(dòng)作。如果工件沒(méi)有順利頂出，會(huì)影響后面的注塑工作，這時(shí)，必須停機(jī)檢查故障原因。 在鍵盤(pán)板安裝這5個(gè)LED顯示關(guān)鍵信號(hào)，方便檢修。 針對(duì)鍵盤(pán)板，有專門(mén)的鍵盤(pán)接口，完成鍵盤(pán)掃描、鍵值讀取和狀態(tài)燈顯示。鍵盤(pán)接口部分的電路如圖： 鍵盤(pán)接口如圖所示，用AT89S51的并行口P2接44矩陣鍵盤(pán)，－，－；其中的每個(gè)按鍵代表“0－F”序號(hào)。對(duì)應(yīng)的按鍵的序號(hào)排列如圖所示 0上行1下2旋入3旋出4進(jìn)5退6夾7吸89ABCDEF其中的每個(gè)鍵值代表一種輸入狀態(tài)，本系統(tǒng)有九個(gè)輸入點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)鍵值0到9，其余幾個(gè)為備用鍵值，在本系統(tǒng)板中暫用不到。行列式鍵盤(pán)要注意一個(gè)問(wèn)題就是多鍵按下時(shí)的鍵值處理問(wèn)題，在本控統(tǒng)中，不需要同時(shí)按下多個(gè)按鍵的操作。按行列式鍵盤(pán)理論，如果進(jìn)行了誤操作，有可能出現(xiàn)鍵值誤判，這個(gè)問(wèn)題本系統(tǒng)由軟件處理來(lái)解決而沒(méi)有硬件方式。軟件處理的主要思路是:按鍵放開(kāi)時(shí)有效忽略多鍵輸入操作 此控制系統(tǒng)的液晶顯示部分采用的COMMAX公司的液晶屏，并行接口，液晶屏幕為的128x64，不帶中文字庫(kù)，可顯示4行，每行顯示8個(gè)漢字或16個(gè)字母，液晶接口的引腳3要外接一個(gè)20K的電阻，通過(guò)這個(gè)電阻可以調(diào)節(jié)液晶的對(duì)比度。引腳4的低電平表示輸入的是命令，高電平表示輸入的是數(shù)據(jù)。引腳5高電平表示數(shù)據(jù)讀，低電平表示數(shù)據(jù)寫(xiě)。引腳6下降沿是信號(hào)使能有效。兩個(gè)片選端都是高電平有效。復(fù)位端低電平有效。背光電源要串連一個(gè)3~4歐姆的限流電阻。JP3接上一個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，液晶屏背光被關(guān)閉，同時(shí)通過(guò)74LS14觸發(fā)外部中斷l(xiāng)，由于外部中斷1的中斷級(jí)別低，所以不影響中斷級(jí)別比它高的定時(shí)中斷0和定時(shí)中斷1，也就不影響機(jī)械手的動(dòng)作。這樣設(shè)計(jì)的目的主要是在機(jī)械手正常運(yùn)作時(shí)，不需要時(shí)刻查看液晶屏，當(dāng)不需查看液晶屏?xí)r，關(guān)閉液晶背光，降低功耗。 夜晶接口說(shuō)明引腳 名稱 方向 說(shuō)明 引腳 名稱 方向 說(shuō)明12345678910VssVddV0D/IR/WEDB0DB1DB2DB3IIIIIIIIII 地電源（+5v）夜晶對(duì)比度調(diào)節(jié)命令數(shù)據(jù)選擇位讀寫(xiě)選擇位信號(hào)使能位數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)311121314151617181920DB4DB5DB6DB7CS1CS2RESVEEAKIIIIOIIIIII IIIIIIII數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)5數(shù)據(jù)6數(shù)據(jù)7片選1片選2復(fù)位對(duì)比度電源背光電源背光地根據(jù)這塊液晶屏的資料提供的端口標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了液晶的接口模塊如圖 液晶接口電路圖中74LS245用于擴(kuò)展一個(gè)輸出口，該端口要傳輸指令和需要顯示的數(shù)據(jù)，只寫(xiě)，74LS245被CPU的F0口直接選定，(低)時(shí)，CPU才能訪問(wèn)液晶顯示模塊，DIR表示數(shù)據(jù)傳輸方向。 通常在設(shè)置好機(jī)械手的動(dòng)作模式、每個(gè)動(dòng)作的延遲時(shí)間和運(yùn)動(dòng)次數(shù)等參數(shù)后，啟動(dòng)機(jī)械手，開(kāi)始正常工作，控制盒就不被操作了，這時(shí)候，就可以關(guān)掉液晶屏，減少功耗，關(guān)掉液晶屏有以下幾個(gè)要求:機(jī)械手己經(jīng)設(shè)置好，機(jī)械手開(kāi)始正常工作。關(guān)掉液晶屏，不影響機(jī)械手正常工作，當(dāng)有報(bào)警時(shí)，會(huì)正常報(bào)警。當(dāng)開(kāi)啟液晶屏后，會(huì)回到剛才關(guān)掉的那個(gè)頁(yè)面。關(guān)掉液晶屏的時(shí)候，鍵盤(pán)也被鎖住。關(guān)掉液晶屏只是關(guān)掉顯示，對(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制和位置檢測(cè)仍然在正常進(jìn)行，只是沒(méi)有顯示出來(lái)。在控制盒的側(cè)面安裝了一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，液晶屏的背光被關(guān)掉，鍵盤(pán)被鎖住。在圖中，標(biāo)號(hào)NODIS和標(biāo)號(hào)KEYEN進(jìn)行或運(yùn)算，兩個(gè)信號(hào)只要有一個(gè)出現(xiàn)高電平，鍵盤(pán)就不被選中，達(dá)到鎖鍵盤(pán)的目的。在單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用關(guān)閉顯示器的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)在于:減少功耗減少電磁輻射鎖住鍵盤(pán)，避免觸碰鍵盤(pán)而引起的誤操作第四章 注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 旋臂式注塑用機(jī)械手控制系統(tǒng)除了硬件部分外，軟件部分是整個(gè)控制系統(tǒng)的又一個(gè)重要的組成部分，軟件設(shè)計(jì)是否良好，在很大程度上影響著機(jī)械手的穩(wěn)定運(yùn)行。作為此控制系統(tǒng)，最重要的就是機(jī)械手能夠穩(wěn)定運(yùn)行，因此，軟件部分除了要完成功能設(shè)計(jì)外，還要有容錯(cuò)設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，程序設(shè)計(jì)主要包括功能性設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理設(shè)計(jì)。 功能性設(shè)計(jì)是應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的主干內(nèi)容，是滿足應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行功能的程序設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括運(yùn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和任務(wù)模塊設(shè)計(jì)。在運(yùn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要保證在充分滿足系統(tǒng)功能要求下，有最簡(jiǎn)單、最快捷、最可靠的運(yùn)行路徑，通過(guò)功能操作來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)劃分，明晰不同任務(wù)的邊界條件。在滿足功能要求的任務(wù)模塊設(shè)計(jì)中，子程序要合理劃分，盡量占用較少的資源，保證任務(wù)交接界面簡(jiǎn)單、清晰、規(guī)范、操作類型盡量集中。 可靠性設(shè)計(jì)在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中是非常重要的一部分，可靠性設(shè)計(jì)盡量減少程序中的錯(cuò)誤，要有足夠的時(shí)序余度，足夠的容錯(cuò)設(shè)計(jì)?？煽啃钥刂圃O(shè)計(jì)包括程序失控回復(fù)管理。系統(tǒng)安全、保護(hù)，自檢和修復(fù)。系統(tǒng)的冗余容錯(cuò)技術(shù)等。 運(yùn)行管理設(shè)計(jì)主要是指用于某些非系統(tǒng)功能要求的特殊操作。比如低功耗管理、ISP管理、固化軟件管理等，隨著CPU技術(shù)的發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)許多新的運(yùn)行管理要求。、編程語(yǔ)言 在當(dāng)今軟件開(kāi)發(fā)中，模塊化的設(shè)計(jì)已經(jīng)很常用了，模塊化設(shè)計(jì)對(duì)于軟件程序的調(diào)試和可重用性都有非常大的好處。在本控制系統(tǒng)中，在軟件部分要完成的功能為:鍵盤(pán)掃描和鍵盤(pán)讀取液晶菜單顯示機(jī)械手動(dòng)作控制機(jī)械手狀態(tài)檢測(cè)機(jī)械手動(dòng)作示教機(jī)械手緊急停止處理低電