掛蠟機(jī)控制器設(shè)計(jì)

郭成林，郭文杰

(太原理工大學(xué)輕紡工程與美術(shù)學(xué)院，山西晉中030600)

1 控制器功能

掛蠟機(jī)控制器是根據(jù)用戶對系統(tǒng)的要求研發(fā)而成的。該產(chǎn)品是膛體在出廠、封存時，需要在膛體內(nèi)表面均勻涂一層防護(hù)蠟，采用人工操作費(fèi)時費(fèi)力，需要的勞動力較多，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)?；诖?，掛蠟機(jī)運(yùn)用單片機(jī)控制技術(shù)，采用選擇性一鍵式操作，自動完成蠟加溫、保溫、掛蠟全部過程。簡單快捷完成掛蠟任務(wù)，解放了生產(chǎn)勞動力，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 技術(shù)指標(biāo)

●蠟加溫的溫度:最高120℃;

●蠟保溫的溫度;95℃ ～100℃;

●膛體內(nèi)掛蠟厚度:1～2毫米;

●一鍵操作，整個掛蠟過程全部自動完成;

●可對溫度和時間等進(jìn)行設(shè)定。

3 功能分析

膛體的出廠、封存是與其它相關(guān)部分形成一套完整設(shè)備時，進(jìn)行出廠、封存，因此掛蠟任務(wù)必需在整套設(shè)備成品區(qū)完成;而蠟體在常溫常壓狀態(tài)下為固態(tài)，完成均勻掛蠟任務(wù)較困難。綜合分析，完成均勻掛蠟任務(wù)，必需對蠟體進(jìn)行解溶，將掛蠟機(jī)與膛體連接，形成一套完整的掛蠟系統(tǒng)，因此掛蠟機(jī)控制器必需具備以下功能:

(1)蠟體和膛體加溫功能;

(2)對儲蠟箱的溫度和膛體溫度進(jìn)行檢測功能;

(3)自動掛蠟功能;

(4)對溫度和時間等進(jìn)行設(shè)定的功能。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 設(shè)計(jì)原則

(1)可靠性、安全性要符合人性化設(shè)計(jì)原理;

(2)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)控制技術(shù)，一鍵式操作，操作簡單，操作、維護(hù)人員少。

4.2 加熱、恒溫系統(tǒng)

加熱、恒溫的執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用電熱管，升溫并恒溫蠟，保持蠟為液態(tài)。本系統(tǒng)分為存儲箱加熱裝置和恒溫裝置兩個部分，用以保證掛蠟前蠟體為液態(tài)。

加熱、恒溫系統(tǒng)完全自動化控制，采用溫度傳感器來監(jiān)測溫度，用單片機(jī)控制加熱的時間與恒溫啟動的時間。加熱溫度最高為120℃，恒溫溫度最高為95℃ ～100℃。

存儲箱加熱、恒溫裝置安裝于箱體底部，溫控信號的輸入、輸出由單片機(jī)直接控制，控制器安裝于箱體外。

4.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，硬件由單片機(jī)及接口電路、溫度傳感器、顯示電路、鍵盤電路和加溫驅(qū)動電路等組成。軟件完成對以上各部分的控制，可完成對整個系統(tǒng)控制，整個設(shè)備中的加熱、恒溫、掛蠟等均由單片機(jī)控制，操作員只需在控制面板上選擇操作命令即可。

5 系統(tǒng)控制要求

(1)對兩個模擬信號進(jìn)行采集:箱體溫度和膛體溫度(NTC電阻信號，4～20 mA信號)。

(2)有二個輸出控制點(diǎn):二個開關(guān)輸出(給箱體和膛體加溫)。

(3)控制要求:實(shí)測箱體溫度值與設(shè)定溫度值比較，當(dāng)實(shí)測溫度低于設(shè)定的最低溫度值時，閉合1號開關(guān)，給箱體加溫。當(dāng)實(shí)測溫度高于設(shè)定的最高溫度值時，打開1號開關(guān)，停止箱體加溫。實(shí)測膛體溫度值與設(shè)定溫度值比較，當(dāng)實(shí)測溫度低于設(shè)定的最低溫度值時，閉合2號開關(guān)，給管腔加溫。當(dāng)實(shí)測溫度高于設(shè)定的最高溫度值時，打開2號開關(guān)，停止管腔加溫。系統(tǒng)帶實(shí)時時鐘。

(4)顯示要求:液晶文本顯示，顯示兩個測量溫度，分別顯示加溫和保溫狀態(tài)，顯示實(shí)時時鐘。

(5)設(shè)計(jì)一組鍵盤:對溫度的控制范圍等進(jìn)行設(shè)置和掛蠟的啟?？刂啤?/p>

6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.1 系統(tǒng)框圖

根據(jù)系統(tǒng)要求所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)如圖1所示，其由9部分組成，各部分的作用如下:

(1)鍵盤電路:對系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置和對系統(tǒng)進(jìn)行控制，共設(shè)6個鍵。

(2)時間電路:產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時間，如產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒，并對這些參數(shù)進(jìn)行存儲。

(3)單片機(jī):是系統(tǒng)的核心，用它對系統(tǒng)各部分進(jìn)行管理控制［1］。

(4)電源電路:對220 V交流電壓進(jìn)行變壓、穩(wěn)壓，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種電壓。

(5)顯示電路:用來顯示系統(tǒng)的工作情況，如溫度、日期和時間。

(6)A/D轉(zhuǎn)換電路:將溫度傳感器檢測到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)。

(7)溫度傳感器:將測試點(diǎn)溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流送A/D轉(zhuǎn)換器。

(8)驅(qū)動電路:將單片機(jī)輸出的控制信號變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需功率的驅(qū)動信號送執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

(9)執(zhí)行機(jī)構(gòu):在驅(qū)動信號的作用下，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

各部分電路設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)要求和以上系統(tǒng)框圖1進(jìn)行了電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，下面就各電路芯片的選擇和電路設(shè)計(jì)作一介紹，電路原理圖如圖2所示［2］。

圖2 系統(tǒng)電路原理圖

6.2.1 鍵盤電路設(shè)計(jì)

該部分的功能是對系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置和對系統(tǒng)進(jìn)行控制。參數(shù)設(shè)置主要包括對箱體和膛體的溫度值進(jìn)行設(shè)定，另一就是對日期和時間進(jìn)行設(shè)置?？刂浦饕▎印⑼Ｖ购透鞣N參數(shù)的選擇等。由于系統(tǒng)要求功能不多，所以共設(shè)置了6個鍵，這6個鍵與單片機(jī)的P20～P25相連，由于單片機(jī)的引腳目前還夠用，所以采用最簡單的連接方式。

6.2.2 時間電路

系統(tǒng)要求顯示日期和時間，單片機(jī)雖然可以產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時間，一但系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，日期和時間將無法統(tǒng)計(jì)，所以選擇了時間電路DS1302。此電路可自動對日期和時間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒，并對這些參數(shù)進(jìn)行存儲。當(dāng)需要顯示日期和時間時，單片機(jī)直接從DS1302讀取，經(jīng)處理后送液晶顯示器。

6.2.3 單片機(jī)的選擇

單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，用它對系統(tǒng)各部分進(jìn)行管理控制。根據(jù)系統(tǒng)要求選擇了AT89C52［3］，AT89C52有4個8位的并口，8KB閃存等，完全可以滿足系統(tǒng)要求。單片機(jī)與其它各部分的連接全部采用直接連接方式，這樣可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用器件少，成本低等優(yōu)點(diǎn)。

6.2.4 電源電路設(shè)計(jì)

電源電路采用變壓器對220 V交流變壓，變成12 V經(jīng)整流器整流濾波，供繼電器使用，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后產(chǎn)生+5 V后供單片機(jī)和其它需+5 V的電路使用。+5 V的另一路就是對可充電電池充電，供DS1302使用。

6.2.5 顯示電路設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)要求顯示漢字，行數(shù)為4行。所以選擇了OCMJ4X8C-8點(diǎn)陣式液晶屏［4］，其內(nèi)部有顯示 RAM，字型產(chǎn)生器，內(nèi)置2M位中文字型ROM，總共提供8192中文字型(16×16點(diǎn)陣)，16K位半寬字型ROM，總共提供126個(16×8點(diǎn)陣)，點(diǎn)陣數(shù)為128×64，共可顯示4行，每行8個漢字。單片機(jī)通過P0口傳輸信息，用P1口的對應(yīng)位傳輸控制信號。我們用此顯示屏來顯示系統(tǒng)的工作情況:如設(shè)置溫度、壓力，實(shí)測溫度和壓力，日期和時間等。

6.2.6 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

要求能對兩路模擬電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將溫度和壓力傳感器檢測到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)。這里選用了8路模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809，電路通過 P0口輸入數(shù)據(jù)，通過P15、P16和P17對其進(jìn)行控制。

6.2.7 溫度傳感器選擇

對膛體、箱體的溫度進(jìn)行測試，將測試點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流送A/D轉(zhuǎn)換器。供單片機(jī)分析判斷。

6.2.8 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

其驅(qū)動電路的作用是將單片機(jī)輸出的控制信號變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需功率的驅(qū)動信號送執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于被控對象要求采用220 V交流電，因此采用了分立元件和繼電器電路，由單片機(jī)的P33、P34共兩路輸出，經(jīng)三極管驅(qū)動后使繼電器吸合，接通220 V給執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電。

6.2.9 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖中末畫出此部分電路圖，單片機(jī)經(jīng)驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換將TTL電平轉(zhuǎn)換成220 V交流電壓，送到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如加溫的電熱管等，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。

7 結(jié)論

根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)了圖2所示電路，此電路采用了較先進(jìn)的單片機(jī)、點(diǎn)陣式液晶顯示器和時間電路等，電路結(jié)構(gòu)簡單。電路經(jīng)組裝、調(diào)試和運(yùn)行，電路工作穩(wěn)定可靠，完全符合設(shè)計(jì)要求。

［1］胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1996.

［2］何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1996.

［3］AT89系列單片機(jī)技術(shù)手冊［S］.北京威立姆電子技術(shù)有限公司，1997.

［4］OCMJ4X8C-8 使用說明書［S/OL］.www.GPT.COM.CN.