钢筋弯箍机控制系统的开发机械电子工程专业毕业设计毕业论文.doc

重庆大学本科学生毕业设计（论文）钢筋弯箍机控制系统的开发学 生：学 号：指导教师：专 业：机械电子工程重庆大学机械工程学院二O一二年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityReinforced bar hoop bending machine control system developmentSchool of mechanical engineeringChongqing UniversityJune 2012重庆大学本科学生毕业设计（论文） 摘要摘 要随着建筑行业和道路建设项目的快速发展，各种类型钢筋的供求量也变得较大，相应地对于钢筋进行弯箍加工的生产效率提出了更高的要求。钢筋弯箍机是钢筋生产加工必备的生产设备，其主要加工手段是将直杆状的钢筋进行各种角度的弯曲以满足不同的用途。现代钢筋砼结构中，小直径箍筋、长弯曲筋和定尺直条钢筋的加工量很大，尤其是箍筋和长弯曲筋，形状复杂，尺寸变化多且精度要求高。本次对于钢筋弯箍机控制系统的开发设计主要基于AT89C51系列单片机，通过编程实现相关功能应用。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。80C51系列单片机已有十多年的生命期，如今仍保持着上升的趋势。单片机以其一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。本设计是基于AT89C51钢筋弯箍机控制系统的开发，使用串口通信驱动数码管，显示实时温度采集和弯曲角度。参数设置采用BCD拨码开关调节，同时配备了相关LED指示灯，实时反映机器运行状态。系统具有急停、漏电保护、缺相保护、相序检测保护和极限保护功能，能充分保护操作人员与设备的安全。该系统能有效用于弯曲机的角度自动控制和自动归位，实现人员和设备的安全保护，提高机械生产效率，减轻工人劳动强度，确保钢筋加工角度精度。关键词： 钢筋弯箍机，AT89C51单片机，BCD拨码开关，串口通信，温度采集III重庆大学本科学生毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACTWith the rapid development of road construction projects and the construction industry , various types of steel supply and demand becomes larger, corresponding ground for steel bar hoop bending processing efficiency raised taller requirement.Reinforced bar hoop bending machine steel production and processing of the necessary production equipment, the main processing means is a straight rod reinforced in various angles of bend so as to meet different application.Modern reinforced concrete structure, small diameter, long curved reinforcement and stirrup length straight steel processing in large quantities, especially the stirrup and a long curved ribs, complex shapes, dimensions changes and high precision requirement. The time for reinforced bar hoop bending machine control system design based on AT89C51 MCU, through programming related function application.Also known as single-chip microcontroller, it is not the completion of a logic function of the chip, but a computer system integrated into a chip.80C51 Series MCU has been more than 10 years of life, still maintained a rising trend.Single chip microcomputer with a series of advantages, in recent years has been the rapid development and promotion of large-scale, widely used in industrial control systems, data acquisition system, intelligent instrumentation, and communications equipment, daily consumer products, toys. The design is based on the AT89C51 reinforced bar hoop bending machine control system development, the use of serial communication driver for digital tube display, real-time temperature acquisition and bending angle.Parameter set using BCD to dial the code switch adjustment, at the same time with the LED indicator light, reflect the machine running state.The system has a sudden stop, leakage protection, open-phase protection, phase sequence detection protection and limited protection functions, can fully protect the safety of operators and equipment.The system can be effectively used for bending angle automatic control and automatic reset, achieve the safety of personnel and equipment protection, improving the mechanical efficiency, reducing the labor intensity of workers, to ensure that the steel angle precision.Key words：Reinforced bar hoop bending machine, AT89C51 chip, BCD to dial the code switch, serial communication, temperature acquisition重庆大学本科学生毕业设计（论文） 目录目录摘 要I目录11 绪论11 任务说明12.1 方案设计12.1.1 参数设置12.1.2 显示功能12.1.3 实时温度采集23.1 系统保护23.1.1漏电保护23.1.2缺相保护，相序检测保护33.1.3极限保护44 电源电路42 原理图设计说明51 系统框图52.1 各原件原理及功能62.1.1按钮及开关设置62.1.2 系统急停功能的实现72.1.3 AT89C51串口通信实现I/O口扩展72.1.4发光二极管显示器的结构、工作原理、驱动方式及其接口电路82.2实时温度采集功能92.2.1 温度采集92.2.2 温度与角度参数显示互相切换102.3 系统漏电保护113 程序设计说明131 系统流程图132.1子程序流程图142.1.1 延时程序142.1.2 温度传感器142.1.3 74HC595串口通信152.1.4 数码管实时温度显示和角度参数显示162.1.5 BCD数字拨码开关162.1.6 继电器和按键扫描172.1.7 极限保护184 系统的安装调试说明194.1 软件调试194.2 软硬联调204.2.1 电机运转测试204.2.2 温度保护测试214.2.3 数码管温度档角度档切换功能测试214.2.4 电机急停功能测试214.2.5 系统漏电测试215 电路原理图225.1 控制电路225.2 漏电保护电路225.3 三相三线制电源相序、缺相保护电路235.4 电机复位246 总结25参考文献26附录：程序清单2743重庆大学本科学生毕业设计（论文） 绪论1 绪论1 任务说明1.本课题拟采用微处理器技术，检测技术及电力电子技术来设计新型自动控制系统。该系统能有效用于弯曲机的角度自动控制和自动归位，实现人员和设备的安全保护，提高机械生产效率，减轻工人劳动强度，确保钢筋加工角度精度。 2.系统具有漏电保护、缺相保护、相序检测保护和极限保护功能，能充分保护操作人员与设备的安全。3.采用三位拨码增减开关设置角度。 4.系统具有 “电源开关”、“急停”、 “启动”、“角度设置”及“漏电测试”按钮。5.系统是一款独立系统，用户只需外部接入三相电源(不用接入零线)及电机、安装连接好角度及零点检测传感器、相应的开关按钮即可运行。6.对控制系统进行总体设计、硬件设计和软件设计。 7.弯曲角度设置：15-200度2.1 方案设计2.1.1 参数设置根据设计任务书要求，本系统采用三位THUMBSWITCH-BCD型号的拨码增减开关设置角度。分别对应所设置角度的个位，十位，百位。系统参数要求范围为15-200度，当所设置角度超出要求范围以外时，1号指示灯亮，同时电机将无法启动，电机复位功能依然有效。若此时数码管显示为角度档，角度显示将变成FFFF，否则正常显示目前拨码开关对应角度参数。2.1.2 显示功能本系统采用74EG-MPX4-CA型号数码管，动态显示模式。显示内容分三种情况，分别为系统当前设置角度参数，系统当前实时温度，电机运转状态。1）当显示系统当前设置角度参数时，第一盏数码管保持熄灭状态，后三盏数码管依次对应当前设置角度参数的百位，十位，个位数值。当所设置角度超出系统要求范围以外时，数码管显示变为FFFF，参数调到范围以内则继续正常显示。 2）数码管显示调到温度档的时候，第一盏数码管显示F，后面三位数码管显示数值依次对应当前温度值的百位，十位，个位。系统安全运行的温度范围为100以内。当系统实时温度超过安全温度范围，3号指示灯亮，电机启动功能和复位功能失效，直到温度恢复到安全范围以内。以保护电机出现意外卡死时发热过高造成系统硬件损坏。3）当电机工作时，2号指示灯被点亮，无论弯转操作还是复位，数码管显示前三位熄灭，只显示第四位，保持上一位状态的末位值。电机停止运转时，数码管显示自动回恢复为角度档或者温度档。系统指示灯作用：指示灯号灯灭状态灯亮状态1系统当前角度参数符合规范系统当前角度参数超出要求范围2电机停止状态电机正在运行3系统当前温度安全系统当前温度超过安全范围4电机被急停电机待机5系统没有漏电系统漏电表1-1 系统指示灯作用2.1.3 实时温度采集由于钢筋硬度较大，电机克服巨大力矩对钢筋输出机械工。当负载过大等突发情况导致电机进入非正常工作状态，电机巨大的电能将转换成热能，为防止系统局部温度过高损伤机械硬件，本系统加入了实时温度采集功能。使用DS18B20型号的温度传感器对系统温度进行实时采集，并反馈给单片机。当检测到系统温度上升到电机安全工作温度范围以外时，3号指示灯将被点亮，同时无论当前系统处于何种状态，单片机都会向电机发送急停型号，4号指示灯熄灭。电机将急停，系统失去电机启动和电机复位功能。直到温度恢复到安全范围以内，4号指示灯重新被点亮，电机将恢复到待机状态，上一步命令中止执行，等待操作人员给出下一步执行命令。3.1 系统保护3.1.1漏电保护钢筋弯箍机机身几乎全部为金属，具有导电性。供电源为380V三相交流电源，对于人体所能承受的安全电压38V而言具有很大的危险性，为保护操作人员安全，系统具备相关漏电保护功能，并设置了手动漏电测试按钮。漏电电路基于NE55计时IC和电桥电路搭建，漏电系统双引线，1号引线接零点，2号线接钢筋弯箍机壳体。当系统漏电时，保险丝未来的及融掉的情况下，漏电保护电路将检测到钢筋弯箍机壳体出现的电压信号，并驱动继电器切断系统电源供给，同时5号指示灯被点亮。系统配备了一块380V量程的数字电压表。系统出现漏电故障时，为了顺利的排除故障，当操作人员按下漏电测试按钮时，电压表将工作并显示钢筋弯箍机壳体当前电压，其他情况电压表停止工作。3.1.2缺相保护，相序检测保护 图 1-1 缺相保护，相序检测保护电路图当三相电路当中至少有一路断开时，我们就称之为缺相。一旦电源电路出现缺相情况的时候,就会造成相关设备的输出功率降低，无法正常稳定的运行，甚至会造成一定的安全事故。本次课题的钢筋弯箍机机体几乎全部为金属，功率达到4KW，电源电路必须实现缺相保护，以保证机器的稳定并且安全的运转。否则的话，在实际运行过程当中，一旦出现缺相的话，很有可能造成负序电流分量，三相电流的平衡性被破坏，引起电动机和控制电路的徐速烧毁。缺相保护电路的好处就在于可以在缺相情况发生的时候及时切断相关电路避免安全事故的发生。在实际运用当中，一般的电动机都会配有缺相保护模块。相序就是无刷电机线圈的排列顺序，就是相位的顺序，是交流电的瞬时值从负值向正值变化经过零值的依次顺序。交流电力系统中有三根导线，分为ABC三相，正常情况下三相电压、电流对称，相位相差120。但在系统出现故障时，ABC三相不再对称，为便于分析，可将电压、电流分解为正序、负序和零序三种分量。 电力系统中，相序主要影响电动机的运转，相序接反的话，电动机会反转。图1-1所示缺相保护电路当中，三相二重桥逆变输出的缺相和错相保护电路主要由两个TH221A组成。电路在运行过程当中，TH221A可以对电路的输出信号进行采样并逻辑鉴别是否正常。如果相序正确的话，相关判断电路和继电器都不工作，系统继续运行不执行任何指令。如果检测到相序发生错误的话，就会输出激励信号，信号经过放大电路调整后输出低电平，驱动继电器工作，并按照具体使用情况掐断相关电路的电源供电或者信号传输。从而进电路进行保护。如果发生缺相情况的话，取样电路的输出直流电压就会马上降到零伏，电压降会促使先关电路做出应激反应，外部直流继电器动作，按照具体使用情况掐断相关电流的电源或者信号源，以达到保护电路的作用。大的设计思维就在于先通过电压变化来判断是否发生缺相错相故障，发生故障的话激励直流继电器工作掐断相关电源输入或者信号输入，否则的话不会执行任何指令，电路继续保持原有状态。3.1.3极限保护 极限保护功能通过硬件软件共同实现。软件通过编程实现所控制角度范围限制在15200度之间，超过系统允许范围相应指示灯点亮，同时单片机向电机发送急停信号，电机将失去启动和复位功能，无法工作。硬件极限保护采用行程开关实现。在复位起点和行程终点设置行程开关，当意外故障导致电机转动角度超出系统贵度角度范围以外时，行程开关将切断电机电源，电机停止工作。4 电源电路三相三线采用星型接法，中间点为零点。取零点220V任意一相交流电接变压器转5V直流电源，用以驱动单片机和相关电路。电源电路三相电都要设置20A的可恢复保险丝，同时要连接文中所示保护电路。钢筋弯箍机机体几乎全部为金属，380V交流电源对于人体而言是非常危险的，必须确保漏电保护万无一失，以避免发生不必要的安全事故，威胁到操作员的人工安全。不仅如此，单片机电路电子元件比较多，一旦漏电的话极有可能击穿电子元件，烧坏控制电路硬件。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 原理图设计说明2 原理图设计说明1 系统框图电机驱动角度参数设置BCD拨码开关AT89C51角度参数显示温度采集单片机串口通信温度显示电机复位图 2-1 系统框图2.1 各原件原理及功能 2.1.1按钮及开关设置独立键盘通过P1口输入键值，电机启动按钮控制电机的启动，开始对钢筋做功，见图。电机复位按钮控制在电机待机状态时的复位，数码管显示切换功能可以方便的切换数码管显示状态，用以获取当前系统的实时温度或者角度参数设置状态。急停开关在系统出现以外状态时可以是电机瞬间停止工作，以免出现更严重的意外事故。急停时四号指示灯熄灭。图 2-2 按钮开关功能图2.1.2 系统急停功能的实现在实际运行过程当中，由于钢筋弯曲力很大，如若发生意外故障很容易造成设备硬件的损伤，于是需要对系统设置急停功能。如按钮功能图所示，急停开关使用单刀双掷开关实现。正常运转时处于常闭状态。当急停开关被按下去时，P16口断开，电机运行指示灯熄灭，电机待机指示灯熄灭。同时电机供给电路被切断，单片机停止向电机输送脉冲信号，在钢筋的阻力作用下，电机将停止转动。2.1.3 AT89C51串口通信实现I/O口扩展图 2-3串口通信I/O口扩展图示51系列单片机的串口有4个模式，可分别用作串并转换、并串转换、异步串行通信（2种模式）。异步串行通信中，有1+8+1和1+8+1+1两种帧格式，多机通信是特殊的通信方式。基本原理是两组移位寄存器。将并行通信转换成串行通信模式（发送部分），或反之（接收部分）。可全双工运行。速度通过移位脉冲决定。具体一般通过定时器1的自动装载模式产生的溢出脉冲给出。电平上采用的是CMOS逻辑。以上是物理层和数据链路层的单片机串口模块的约定，其他层需要软件人员根据需要自行把握。另外，电平需要根据实际通信环境做变换，如232、485或红外等。AT89C51单片机有四个I/O口，每个I/O口具有8跟接线，其中P0口没有内置上拉电阻。由于本次设计中采用了三位THUMBSWITCH-BCD型号的拨码增减开关设置角度，共占用了12位I/O口接线，即便采用了地址位屏蔽技术最大程度上利用了I/O口资源，32位接口依然无法满足系统设计需要。于是本次设计采用了串口通信I/O口扩展技术，以增加I/O口数量，满足系统设计需求。串口通信基于74HC595芯片实现。74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SHcp的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。本次设计将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，控制一个4位数码管，不会有闪烁。2.1.4发光二极管显示器的结构、工作原理、驱动方式及其接口电路下图为数码管接线图：图 2-4 74EG-MPX4-CA型数码管接线电路如图2-4所示，LED显示器由8个发光二极管组成，LED显示器又称为数码管。中7个长条形的发光管排列成“日”字形，还有一个点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LEDD显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。本次设计采用74EG-MPX4-CA型号数码管，共阳极。另外一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制，其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。本次设计中，由74H595串口通信芯片并行输出段码，并驱动数码管，P34,P35, P36,P37四位接口控制输出口。数码管地址代码对应表：显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC087FH80H106HF996FH90H25BHA4A77H88H34FHB0B7CH83H466H99HC39HC656DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8F71H8EH表 2-1 数码管地址代码2.2实时温度采集功能2.2.1 温度采集由于钢筋硬度较大，电机克服巨大力矩对钢筋输出机械工。当负载过大等突发情况导致电机进入非正常工作状态，电机巨大的电能将转换成热能，为防止系统局部温度过高损伤机械硬件，本系统加入了实时温度采集功能。使用DS18B20型号的温度传感器对系统温度进行实时采集，并反馈给单片机。当系统温度超出安全温度范围时，电机将急停，系统终止执行命令。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。本次设计利用P17接口读取传感器信号，并反馈给单片机控制系统，对系统进行温度保护。当DS18B20数字温度传感器检测到系统温度超出系统安全温度范围时，单片机将驱动继电器切断电机电源电路，单片机停止向电机输送脉冲信号，在钢筋阻力作用下电机瞬间停止工作，处于急停状态，终止当前命令。直到解决故障系统温度恢复正常。DS18B20数字温度传感器接线图：图 2-5 DS18B20数字温度传感器接线图2.2.2 温度与角度参数显示互相切换一般情况下钢筋弯箍机寿命比较长，而且工作坏境恶劣，粉尘较重。年深日久BCD拨码开关上刻度极易模糊，不利于观察。于是本次系统设计过程中最大程度上利用数码管的显示功能，数码管显示可以在实时温度和系统当前参数设置之间进行切换。切换开关为1号开关。当开关闭合时，数码管显示系统当前参数设置。如若参数设计范围超出了系统允许的范围，数码管显示FFFF，同时电机失去启动功能，1号指示灯被点亮，直到参数设置正确。当开关处于常开状态时，数码管显示系统当前实时温度。为了区别开角度参数和实时温度，显示温度时数码管第一位显示F，显示角度参数时，第一位数码管熄灭。也就是说，数码管显示会有四种状态。分别为实时温度显示，角度参数显示，错误角度提示，电机正在运行。如下图所示： 显示角度 角度设置超出范围 显示实时温度图 2-6 数码管显示2.3 系统漏电保护漏电保护电路：图 2-7 漏电保护电路图示漏电电路基于NE555计时IC和电桥电路搭建，NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。利用B80C1000电桥电路将漏电壳体的交流信号过滤为直流信号,再经过7805三极管放大，传送给NE555处理。当系统漏电时，钢筋弯箍机壳体具有电动势，此时电路检测到壳体信号并驱动继电器工作切断相关电路，电机瞬即处于断电状态，5号指示灯将被点亮，以保护操作人员安全。实现对系统进行实时漏电保护。漏电测试开关即是电压表工作开关，当出现漏电情况后，为方便操作人员排除故障，系统设置了漏电检测按钮，手动检测系统漏电情况，作为排除故障的参考。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 程序设计说明3 程序设计说明1 系统流程图1号2号指示灯和继电器置零读取当前温度判断温度是否合理并标记读取拨码开关角度参数判断角度设置是否合理并标记?开始行程开关触发电机停止置零显示角度参数获取角度参数驱动电机电机完成角度运转电机急停显示角度显示温度否否是是是是否开关1常开?启动按钮?复位按钮温度安全?否图 3-1 系统流程图2.1子程序流程图2.1.1 延时程序延时子程序就是通过执行一些没用但又占用时间的指令的集合。这个子程序可以用于很多延时的地方因为它延时的时间可以通过赋值进行改变，所以通用性好，可以将几个延时子程序合为一个，只用在调用前给函数变量赋值，即可根据用户的需要延时，流程图见下图。 给R6放初值执行三条空指令返回R6-1，判断R6是否为0R7-1，判断R7是否为0图 3-2 延时程序流程图2.1.2 温度传感器温度传感器基于DS18B20芯片建立，先将传感器初始化，即单片机将传感器DQ位拉低，然后通过脉冲信号读取传感器信息，通过内部存储器的序列号温度转换确定读取温度寄存器（共可读9个寄存器） 前个数值，就是系统所测定的最终温度。开始传感器初始化读取温度寄存器内容温度转换温度值返回结束图 3-3 温度读取函数流程图2.1.3 74HC595串口通信初始化单片机输出数码管片选地址把每一位数据依次移入寄存器同时输出8位数据到数码管结束图 3-4 74HC595串口通信程序流程图74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，数据在SHcp的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp的上升沿输入到存储寄存器中去，当OE端为低电平时，存储寄存器的数据输出到总线。即实现了串口输入，输入内容存储，一次性并行输出的过程。2.1.4 数码管实时温度显示和角度参数显示本次设计数码管采用动态显示方式。片选信号由74HC595输出，位选信号由单片机通过I/O口直接控制。开始空指令赋予FFFF第一位熄灭第一位赋予F动态扫描依次输出段选信号是是否否Key1=0?角度大小合理?图 3-5 数码管显示流程图2.1.5 BCD数字拨码开关拨码开关(也叫DIP开关，拨动开关,超频开关，地址开关，拨拉开关，数码开关，指拨开关)是一款用来操作各种各样的拨码开关。控制的地址开关，采用的是0/1的二进制编码原理。通俗的说也就是一款能用手拨动的微型的开关，所以也通常叫指拨开关的也很多。单片机本身是不会处理十进制数的，所有电脑能识别十进制数都必须有一个操作系统（也就是有一个底层的管理软件），但BCD不存在与单片机的双向交互，无法对单片机信号作出反应，因为其资源太少转不过来。因此我们需要将BCD拨码开关的二进制读取到单片机并转化为十进制数，反馈给单片机控制系统。二进制读取和转化通过编程实现。利用一个数的转换方法来实现一个最基础的答复。系统流程图如下所示：开始获取I/O口地址转化为8位2进制数屏蔽低四位地址屏蔽高四位地址转化为十进制转化为十进制返回图 3-6 拨码开关流程图2.1.6 继电器和按键扫描P14置高继电器工作结束否是开始温度安全？图 3-7 继电器工作流程图继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器当有电流通过时，线圈产生磁力触发开关跳变，实现相关电路的导通或者切断。由于设计中按钮个数并不多，在I/O口足够的前提下，按键采用直接接地的方式，不必采用矩阵式键盘接法。系统初始化将按键对应I/O口拉高，当按钮按下时，I/O口跳变为低电平，单片机获取到信号并作出相关判断。为了防止误判或者误操作，要求按键按下时的低电平维持很短的一定时间才能生效，引用延时函数进行二次判断即可。2.1.7 极限保护极限保护包含了软件保护和硬件保护两个过程。软件通过编程实现所控制角度范围限制在15200度之间，超过系统允许范围相应指示灯点亮，同时单片机向电机发送急停信号，电机将失去启动和复位功能，无法工作。硬件极限保护采用行程开关实现。在复位起点和行程终点设置行程开关，当意外故障导致电机转动角度超出系统贵度角度范围以外时，行程开关将切断电机电源，电机停止工作。开始电机电源断开结束否是否是行程开关触发角度大小合理？图 3-8 极限保护流程图重庆大学本科学生毕业设计（论文） 系统的安装调试说明4 系统的安装调试说明4.1 软件调试软件部分包括keil和protues软件的联合使用和仿真调试。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。本次课题设计采用的是基于AT89C51单片机的C语言编程控制，变采用keil软件进行编程调试。图 4-1 Keil调式界面截图Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译。本次课题设计采用protues软件进行仿真调试。上电前对系统中各部分进行模拟仿真检测是单片机使用中的一个良好设计。在硬件设计时也应该细细考虑将各个使用到的芯片、接口设计成容易使用软件进行测试的模式。很多有经验的单片机设计者都会在系统上电时（特别是第一次上电时）进行全面的检测，或者更进一步，将系统的运行状态中分为测试模式和正常运行模式，通过加入测试模式对系统进行详细的检测，使得系统的批量检测更为方便容易。另外要注意的是，一个简单明了的故障显示界面也是颇要费得心思的。比如：系统的外部RAM（数据存储器）是单片机系统中常用的器件。外部RAM 如果存在问题，程序通常都会成为无法控制。因此，程序在启动时（至少在第一次上电启动时）一定要对外部RAM 进行检测。另外，在仿真前要做好充分的准备。单片机硬件仿真器给单片机开发者带来了极大的方便，同时也很容易造成人的依赖性。很多时候，没有仿真器却能促使工程师写出更高质量的程序。在硬件仿真调试之前，下面准备工作将是必要的：（1）程序编完后，对代码仔细逐行检查。检查代码的错误，建立自己的代码检查表，对经常易错的地方进行检查。检查代码是否符合编程规范。（2）对各个子程序进行测试。测试的方法：用程序测试程序，编制一个调用该子程序的代码，建立要测试子程序的入口条件，再看看它是否按预期输出结果。如果代码有修改，再次对代码进行检查。4.2 软硬联调Keil uVision4运行没有错误之后，系统将生成hex文件。将hex文件加载到单片机进行软硬联调，以确定编程有没有算法错误，施法达到了系统所需要的要求和规范。常规单片机的应用当中，都是编程后利用Keil uVision4来进行编译，再生成的HEX文件装入芯片中，采用proteus软件来仿真，检验功能是否能够正常实现。仿真成功后，焊接硬件电路，通过ISP下载器将hex文件烧制到单片机。4.2.1 电机运转测试 通电后，保持1号开关常闭，4号LED指示灯亮，数码管显示“120”，第一位数码管熄灭。调节BCD数字拨码开关到15到200之间，观察数码管显示。发现数码管显示数值与BCD拨码开关所在数值相对应，调节BCD拨码开关，观察到同步显示功能正常。调节BCD拨码开关数值到15到200之外，发现数码管显示跳变为“FFFF”，同时1号指示灯被点亮，按下按钮1，电机无反应。调节BCD数字拨码开关回到15到200之间，数码管恢复同步显示，1号指示灯熄灭。分别将BCD拨码开关调节到30，90，120，180，按下按钮1启动电机，观察到电机所转过角度与所设置参数相对应。按下按钮2，电机开始反转。表明电机运转功能正常，软件极限保护功能正常。4.2.2 温度保护测试通电后，保持1号开关常开，4号LED指示灯亮，数码管显示“F099”。既系统当前温度为99度，观察下方DS18B20数字温度传感器示数，与数码管示数相吻合。调节DS18B20数字温度传感器参数，发现数码管同步显示正常。发现继电器跳变，3号LED指示灯被点亮，4号LED指示灯熄灭，按下1号按钮，电机无反应，按下2号按钮，电机无反应，表明系统处于温度保护状态，电机停止待机状态。调节DS18B20数字温度传感器参数到100度以内，继电器回复初始状态，3号LED指示灯熄灭，4号LED指示灯被点亮。按下按钮1，电机开始运转，2号指示灯被点亮。重复测试，按下按钮2，电机反转。测试项目全部正常。4.2.3 数码管温度档角度档切换功能测试通电后，保持1号开关常开，4号LED指示灯亮，数码管显示“F099”。与温度传感器示数相对应。按下1号开关，数码管显示跳变为“120”，与BCD数字拨码开关参数相对应。再按一次1号开关，数码管显示跳变回“F099”，与温度差un干起示数相对应。表明数码管温度档角度档切换功能正常。4.2.4 电机急停功能测试通电后，保持1号开关常开，4号LED指示灯亮，数码管显示“F099”。调节BCD拨码开关到15到200之间，按下按钮1启动电机，2号LED指示灯被点亮，电机运转过程中按下2号开关，观察到电机停止运行，2号LED指示灯和4号LED指示灯同时熄灭。再按下2号开关，电机已然停止状态，4号LED被点亮。按下2号按钮，电机开始复位。2号LED指示灯被点亮。复位过程中按下1号开关，观察到电机停止运行，2号LED指示灯和4号LED指示灯同时熄灭。再按下2号开关，电机已然停止状态，4号LED被点亮。表明电机急停功能正常。4.2.5 系统漏电测试打开漏电电路proteus仿真，通电后，保持开关常开，读取电压表示数为0V，对应未漏电状态。按下开关使开关处于常闭状态，读取电压表示数为218V,对应漏电状态。表明漏电电路正常工作，能准确监测到电路漏电状态。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 电路原理图5 电路原理图5.1 控制电路图 5-1 基于AT89C51单片机搭建的控制电路根据设计任务书要求，本次课题设计基于AT89C51单片机设计，人机交互采用三位THUMBSWITCH-BCD型号的拨码增减开关设置角度。分别对应所设置角度的个位，十位，百位。显示部分采用了四位数码管实时显示系统当前温度或者系统当前角度参数设置，可以通过开关进行切换。同时还设置了四个指示灯分别显示角度参数设置情况、电机运行情况、温度情况、急停状态。温度采集通过DS18B20传感器实现，系统具备电机复位功能。5.2 漏电保护电路钢筋弯箍机机身几乎全部为金属，具有导电性。供电源为380V三相交流电源，对于人体所能承受的安全电压38V而言具有很大的危险性，为保护操作人员安全，系统具备相关漏电保护功能，并设置了手动漏电测试按钮。漏电电路基于NE55计时IC和电桥电路搭建，漏电系统双引线，1号引线接零点，2号线接钢筋弯箍机壳体。当系统漏电时，保险丝未来的及融掉的情况下，漏电保护电路将检测到钢筋弯箍机壳体出现的电压信号，并驱动继电器切断系统电源供给，同时5号指示灯被点亮。图 5-2 基于NE555计时IC和电桥电路搭建的漏电保护电路5.3 三相三线制电源相序、缺相保护电路图 5-3 基于TH221A搭建的三相三线制电源相序、缺相保护电路当三相电路当中至少有一路断开时，我们就称之为缺相。一旦电源电路出现缺相情况的时候,就会造成相关设备的输出功率降低，无法正常稳定的运行，甚至会造成一定的安全事故。本次课题的钢筋弯箍机机体几乎全部为金属，功率达到4KW，电源电路必须实现缺相保护，以保证机器的稳定并且安全的运转。否则的话，在实际运行过程当中，一旦出现缺相的话，很有可能造成负序电流分量，三相电流的平衡性被破坏，引起电动机和控制电路的徐速烧毁。缺相保护电路的好处就在于可以在缺相情况发生的时候及时切断相关电路避免安全事故的发生。在实际运用当中，一般的电动机都会配有缺相保护模块。5.4 电机复位钢筋弯箍机对钢筋的弯曲角度是以原点为参考系的，因此每一次弯曲过后，都要求对点击进行复位，点击复位到原点之后才能进行下一次的弯曲操作。电机复位功能主要是通过软件控制和行程开关来实现。按下