基于单片机的装模高度监测控制器设计

基于单片机的装模高度监测控制器设计

0种基于承担动态控制的一种装模高度监测控制器冲孔是一种常见的机械工程设备。在冲床使用过程中,经常需要根据加工的目的和工件的形状更换模具并调整装模高度,这一过程目前基本上都是通过人工完成。冲床的工作台是固定的,滑块可以上下移动,工作台和滑块之间的高度(也就是常称的装模高度)是通过调整蜗杆端部机械式数轮来实现的,这种调整方法的结果与实际的直线距离误差较大;且每次更换模具时,费时费力,效率低下。即使是同一个模具,每次调整后的装模高度也会有所不同,同一性较差,导致工件批次与批次间的质量不同,次品率增加。为此,笔者设计了一种基于单片机的冲床装模高度监测控制器,该系统能够根据不同的模具自动调整冲床的装模高度。详细介绍了该控制器的设计原理、组成结构及其软件实现过程,并通过实际运行证明了其工程实用性。1动态调整装模高度本装模高度监测控制器系统主要由前端装模高度测量的位移传感器、PIC16F877单片机、固态继电器控制电机以及单片机外围基本存储输入和输出部分组成,该系统的组成图如图1所示。系统的工作过程:单片机分别通过采集键盘输入系统基本参数和RS-232串口中断来采集位移传感器测量的冲床装模高度,对此,分析设置参数与检测值的大小关系,通过LCD进行实时显示,并通过外扩EEPROM进行保存。由固态继电器(SSR)控制单相交流电机的正、反转调整冲床滑块上、下移动来调整装模高度。系统中的单片机选用美国Microchip公司生产的PIC16F877芯片,这是一种功能十分齐全的微控制器,可以实现在线调试和在线编程,且内部带有8路10位A/D转换器、8K×14位FLASH程序存储器、368×8位RAM、256×8位EEPROM、14个中断源和3个定时/计数器,同时集成了多达15个外围设备模块。PIC16F877单片机用于完成采集位移传感器输出的24位二进制数字信息,以及处理键盘输入、LCD显示并根据处理结果产生电机驱动信号。2系统的外部接口电路2.1中央磁环快速响应传感及显示准确实时地采集装模高度数据是本系统设计的技术关键。系统采用了MK4S型传感器,它是一种非接触式磁致伸缩线性位移传感器,它通过计算活动磁铁与固定磁铁相对运动所产生的应变脉冲信号、时间间隔,确定准确的绝对位移信号量,其精度可达到2～4μm。使用起来更稳定,更简单。其接口电路如图2所示。传感器磁环移动所需要时间通过集成在传感器中的计算单元转换成24位二进制数字信号。存储于位移寄存器,通过SSI接口以串行或并行的方式,在外部时钟的同步下完成单片机和位移传感器之间的数据实时交换。2.2系统的设计和实现键盘输入和显示电路是该系统人机界面部分。键盘输入部分是对系统的一些基本信息(如公司名称、模具型号、实际测量高度等)和控制参数(系统容许误差、编程高度、最大高度、最小高度等)提前输入。系统采用矩阵式键盘组成一个4×4的矩阵键盘。并与单片机的8个I/O接口组成系统的输入模块实现数字和字母等的组合功能。显示电路是一个LCD显示屏,主要实现对输入各种参数以及实际测量高度等基本参数的显示。LCD集成模块直接与单片机的8个I/O端口及相应的控制端口相连接实现。对系统基本参数的存储可以有效地减少人为的参数改变而输入参数。本系统的存储电路利用了一个外扩的32KEEPROM,通过和单片机的串行外设通讯接口(SPI)相连接,来实现对数百个冲床模具的各种参数键盘输入内容的永久存储。2.3实时显示、执行结构控制电路是本系统的执行环节,单片机采集到直线位移传感器和键盘输入以及从外扩EEPROM的相应数据后,经过装模高度调整超限、与测量高度比较等正确处理后,在实时显示的同时,启动系统的执行结构——固态继电器来控制单相交流电机,电机带动蜗杆来调整实际的装模高度。3软件设计3.1装模高度调整本系统采用模块化编程,主程序可以分为通讯模块、键盘输入模块、LCD显示模块、以及存储模块4个子程序。当控制器系统启动后,单片机首先扫描键盘子程序模块,读取键盘输入数据并通过串口中断方式将测量高度存储于片内寄存器,控制器对获得的信息进行比较处理,然后启动装模高度调整电机。反复进行这一过程,直到测量高度达到输入设置要求的高度,系统停止装模高度调整工作过程,机器被切换进入正常的工作状态,且保持并显示最终的装模高度值。其系统的主流程图如图3所示。3.2pic137节点系统中PIC16F877控制芯片对位移传感器数据的通讯传输采用异步工作(UART)模式,即所谓的RS-232方式。PIC16F877单片机的异步工作模式中有接收状态和控制寄存器(RCSTA)、发送状态和控制寄存器(TXSTA)。当位移传感器输出转换数据时,被单片机以串口中断的方式自动接收,并存储于接收寄存器,当接收完成时,外部中断寄存器的接收使能位(RCIF)被自动置位,这样PIC16F877单片机内部产生一个中断信号给CPU,单片机从接收寄存器中取走接收到的数据。单片机在处理采集信息之前,首先要进行中断现场保护(保存STATUS寄存器、W寄存器和PCLATH寄存器),然后再处理中断子程序。中断返回时,先恢复相应的寄存器。其流程如图4所示。4矿床装模高度自动控制系统通过以PIC16F877