【文章內(nèi)容簡介】 在線系統(tǒng)編程是通過一個單片機上的串口和計算機上的串口相連，運用SST單片機供應(yīng)商提供的下載軟件，把程序代碼下載到單片機中。計算機的串口用的是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是用正負電壓來表示邏輯，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。 單旋臂式注塑機取模機械手用于在注塑機完成注塑工件后，從模板中取出工件，機械手運動期間，注塑用機械手不能碰到模板，要按照既定的動作安排，安全可靠地運行，當注塑機取模機械手與注塑模板觸碰時，必然引起上位信號異常，使機械手和注塑機停止工作。在異常情況下，還可以通過控制盒上的急停按鈕使得機械手和注塑機停止工作。當按下機械手急停按鈕(此時Jl處無連接)，機械手會立即停止動作，然后給注塑機發(fā)機械手急停信號，使注塑機也停止工作。機械手急停按鈕接到CPU的外部中斷0，且在軟件上設(shè)置中斷級別最高，當急停按鈕彈起時(此時Jl處連接)，控制系統(tǒng)復(fù)位，機械手和注塑機可正常工作。其電路設(shè)計如圖： 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)字輸入量主要來自安裝在注塑機取模機械手和注塑機上的接近開關(guān)。對于數(shù)字輸入量，主要有兩種應(yīng)對方法:1. 非TTL電平信號:光電隔離—防抖—整形—單片機2 . TTL電平: 光電隔離—防抖—單片機在本控制系統(tǒng)中,使用的接近開關(guān)是陽明電機股份有限公司的PS05，最大檢測距離是5mm，NPN型，電源為+24V，當機械臂在5mm以外時，輸出為12v,當機械臂在5mm以內(nèi)時，輸出為0V，輸入通道電路設(shè)計如圖所示： 輸入通道設(shè)計 在圖中，74LS245為8總線接收/發(fā)送器，內(nèi)部有16個三態(tài)驅(qū)動器，每個方向有8個，可以雙向輸入、輸出。在控制端G（為低電平）有效時，由DIR控制驅(qū)動方向；DIR為“1”時方向從左到右（輸出允許），DIR為“0”時方向從右到左（輸入允許）， 74ls245 真值表傳送方向控制信號LLHDIRLHBAAB高阻 PC817為光電隔離器，在PC817的兩端無電路連接，各用獨立的電源和接地端，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 在光電隔離器的輸入端，通過電阻和接近開關(guān)相連，當接近開關(guān)接通時，PC817輸入端最大可承受IA電流，通常不會達到這么大的電流 在這里，取IOmA，這時光電管的壓降約為IV，可計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到，本控制系統(tǒng)中。在光電隔離器的輸出端，接上拉電阻，當有效信號來到時，輸出端電壓被拉低，輸出端集電極電流最大可達到50mA，通常不會有這么大電流，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，電路中電流不會損壞74LS245，在輸出低電平時，電流不會損壞光電隔離器中的光敏三極管。，這樣起到上來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?。輸入信號來源于安裝在機械手上的接近開關(guān)和注塑機上的相關(guān)信號，對于接近開關(guān)上的信號并不是理想的信號跳變，在有效信號來到之前，有一個信號抖動的過程，因此在輸入通道中，針對輸入信號的特殊性，要加入RC電路構(gòu)成一個低通濾波器，繼電器在閉合時會有信號抖動，通常這種抖動在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)計算，，此時的截至頻率為: 滿足設(shè)計要求。RC低通濾波器結(jié)構(gòu)簡單，當信號頻率趨于零時，電容的容抗趨于無窮大，這時通帶放大倍數(shù)趨于1。當頻率從零到無窮大時，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，主要負責(zé)控制機械手動作、向注塑機發(fā)出協(xié)調(diào)指示信號等。對于數(shù)字量輸出，可按它的流程進行設(shè)計。來自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)動電路電磁閥控制機械手 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C為 “1”時，鎖存器輸出通輸入狀態(tài)；當C 由“1”變?yōu)椤?”時，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，三態(tài)門打開；OE=1三態(tài)門關(guān)閉，輸出曾高阻。一般在進行控制操作時，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，控制機械手的動作運行。74LS373對輸出信號進行鎖存。 74LS373輸出內(nèi)部寄存器DLE輸入信號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TIP122，是NPN型達林頓管，截室電壓為100v，電流為SA，總功耗為65W，用來驅(qū)動后續(xù)的繼電器電路。接入注塑機的信號都要經(jīng)過繼電器，控制機械手的信號經(jīng)過電磁換向閥，控制氣路的流向，以達到控制機械手的目的。、鍵盤端口和狀態(tài)燈及其電路設(shè)計、狀態(tài)燈及其電路設(shè)計 在旋臂式注塑用機械手控制系統(tǒng)中，采用了動態(tài)菜單導(dǎo)航操作，鍵盤在這種人機交互過程中起著很重要的作用。同時，對機械手的動作示教、動作設(shè)置、動作監(jiān)督等都離不開鍵盤，根據(jù)機械手的功能要求，將鍵盤的按鍵規(guī)劃為以下幾個部分: 操作鍵:操作鍵包括確定鍵、復(fù)位鍵、返回鍵和翻屏鍵，其中確定鍵用于對所設(shè)置的參數(shù)進行確定操作，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，翻屏鍵用于在動作示教、參數(shù)設(shè)置時，一屏無法顯示全部內(nèi)容，采用翻屏的方式顯示下面的內(nèi)容。 動作鍵:8個動作鍵對應(yīng)于單旋臂式注塑機取模機械手的8個基本動作，在有些情況下，這8個鍵還對應(yīng)于0～7的8個數(shù)字按鍵。 方向鍵:4個方向鍵用于控制光標移動，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。本控制系統(tǒng)中，有些信號是關(guān)系到機械手安全工作的重要信號，這些信號不僅在液晶中顯示這些信號的狀態(tài)，在鍵盤板中，設(shè)計LED燈顯示這些關(guān)鍵信號的狀態(tài)，在液晶損壞的情況下，這些關(guān)鍵信號可以通過鍵盤板上LED燈的亮滅來反應(yīng)關(guān)鍵信號的變化。這些關(guān)鍵信號包括: 夾檢測:表示機械手夾取工件時，檢測是否夾住工件 開模完:檢測注塑機開模是否完成 可關(guān)模:由單片機告訴注塑機，可以進行關(guān)模動作 安全門:檢測注塑機的安全門是否關(guān)閉 可頂出:由單片機告訴注塑機頂針，可以頂出工件 在這些信號當中，夾檢測是在機械手每次完成取模動作后，機械手運行到上行位置時才檢測，如果沒有檢測到吸有效或夾有效，則注塑機和機械手必須停止工作，找到未取出的注塑工件。 開模完和允許關(guān)模信號是完成機械手和注塑機配合工作的關(guān)鍵信號，如果這些信號出現(xiàn)問題而又沒有在軟件和硬件上又相應(yīng)的措施，機械手有可能和注塑機模板的碰撞，造成事故發(fā)生。 安全門信號關(guān)系到工作人員的安全，當工作人員打開注塑機安全門，注塑機和機械手必須停止工作，否則會危害人身安全。 可頂出信號是在吸取注塑工件前，頂針頂出工件，然后吸盤吸住工件，完成取工件的動作。如果工件沒有順利頂出，會影響后面的注塑工作，這時，必須停機檢查故障原因。 在鍵盤板安裝這5個LED顯示關(guān)鍵信號，方便檢修。 針對鍵盤板，有專門的鍵盤接口，完成鍵盤掃描、鍵值讀取和狀態(tài)燈顯示。鍵盤接口部分的電路如圖： 鍵盤接口如圖所示，用AT89S51的并行口P2接44矩陣鍵盤，－，－；其中的每個按鍵代表“0－F”序號。對應(yīng)的按鍵的序號排列如圖所示 0上行1下2旋入3旋出4進5退6夾7吸89ABCDEF其中的每個鍵值代表一種輸入狀態(tài)，本系統(tǒng)有九個輸入點，分別對應(yīng)鍵值0到9，其余幾個為備用鍵值，在本系統(tǒng)板中暫用不到。行列式鍵盤要注意一個問題就是多鍵按下時的鍵值處理問題，在本控統(tǒng)中，不需要同時按下多個按鍵的操作。按行列式鍵盤理論，如果進行了誤操作，有可能出現(xiàn)鍵值誤判，這個問題本系統(tǒng)由軟件處理來解決而沒有硬件方式。軟件處理的主要思路是:按鍵放開時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，可顯示4行，每行顯示8個漢字或16個字母，液晶接口的引腳3要外接一個20K的電阻，通過這個電阻可以調(diào)節(jié)液晶的對比度。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。引腳6下降沿是信號使能有效。兩個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3~4歐姆的限流電阻。JP3接上一個撥動開關(guān)，當斷開開關(guān)時，液晶屏背光被關(guān)閉，同時通過74LS14觸發(fā)外部中斷l(xiāng)，由于外部中斷1的中斷級別低，所以不影響中斷級別比它高的定時中斷0和定時中斷1，也就不影響機械手的動作。這樣設(shè)計的目的主要是在機械手正常運作時，不需要時刻查看液晶屏，當不需查看液晶屏?xí)r，關(guān)閉液晶背光，降低功耗。 夜晶接口說明引腳 名稱 方向 說明 引腳 名稱 方向 說明12345678910VssVddV0D/IR/WEDB0DB1DB2DB3IIIIIIIIII 地電源（+5v）夜晶對比度調(diào)節(jié)命令數(shù)據(jù)選擇位讀寫選擇位信號使能位數(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準，設(shè)計了液晶的接口模塊如圖 液晶接口電路圖中74LS245用于擴展一個輸出口，該端口要傳輸指令和需要顯示的數(shù)據(jù)，只寫，74LS245被CPU的F0口直接選定，(低)時，CPU才能訪問液晶顯示模塊，DIR表示數(shù)據(jù)傳輸方向。 通常在設(shè)置好機械手的動作模式、每個動作的延遲時間和運動次數(shù)等參數(shù)后，啟動機械手，開始正常工作，控制盒就不被操作了，這時候，就可以關(guān)掉液晶屏，減少功耗，關(guān)掉液晶屏有以下幾個要求:機械手己經(jīng)設(shè)置好，機械手開始正常工作。關(guān)掉液晶屏，不影響機械手正常工作，當有報警時，會正常報警。當開啟液晶屏后，會回到剛才關(guān)掉的那個頁面。關(guān)掉液晶屏的時候，鍵盤也被鎖住。關(guān)掉液晶屏只是關(guān)掉顯示，對于機械手的運動控制和位置檢測仍然在正常進行，只是沒有顯示出來。在控制盒的側(cè)面安裝了一個開關(guān)，當撥動開關(guān)時，液晶屏的背光被關(guān)掉，鍵盤被鎖住。在圖中，標號NODIS和標號KEYEN進行或運算，兩個信號只要有一個出現(xiàn)高電平，鍵盤就不被選中，達到鎖鍵盤的目的。在單旋臂式注塑機取模機械手控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用關(guān)閉顯示器的設(shè)計方案的優(yōu)點在于:減少功耗減少電磁輻射鎖住鍵盤，避免觸碰鍵盤而引起的誤操作第四章 注塑機取模機械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 旋臂式注塑用機械手控制系統(tǒng)除了硬件部分外，軟件部分是整個控制系統(tǒng)的又一個重要的組成部分，軟件設(shè)計是否良好，在很大程度上影響著機械手的穩(wěn)定運行。作為此控制系統(tǒng)，最重要的就是機械手能夠穩(wěn)定運行，因此，軟件部分除了要完成功能設(shè)計外，還要有容錯設(shè)計和抗干擾設(shè)計。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，程序設(shè)計主要包括功能性設(shè)計、可靠性設(shè)計和運行管理設(shè)計。 功能性設(shè)計是應(yīng)用程序設(shè)計的主干內(nèi)容，是滿足應(yīng)用系統(tǒng)運行功能的程序設(shè)計內(nèi)容，包括運行結(jié)構(gòu)設(shè)計和任務(wù)模塊設(shè)計。在運行結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要保證在充分滿足系統(tǒng)功能要求下，有最簡單、最快捷、最可靠的運行路徑，通過功能操作來實現(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)交接界面簡單、清晰、規(guī)范、操作類型盡量集中。 可靠性設(shè)計在應(yīng)用程序設(shè)計中是非常重要的一部分，可靠性設(shè)計盡量減少程序中的錯誤，要有足夠的時序余度，足夠的容錯設(shè)計?？煽啃钥刂圃O(shè)計包括程序失控回復(fù)管理。系統(tǒng)安全、保護，自檢和修復(fù)。系統(tǒng)的冗余容錯技術(shù)等。 運行管理設(shè)計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，會出現(xiàn)許多新的運行管理要求。、編程語言 在當今軟件開發(fā)中，模塊化的設(shè)計已經(jīng)很常用了，模塊化設(shè)計對于軟件程序的調(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:鍵盤掃描和鍵盤讀取液晶菜單顯示機械手動作控制機械手狀態(tài)檢測機械手動作示教機械手緊急停止處理低電