基于STC單片機(jī)油路控制器的設(shè)計

宋春煥，楊雪芹，王麗娟

（1.西安工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2.西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710121）

基于STC單片機(jī)油路控制器的設(shè)計

宋春煥1，楊雪芹2，王麗娟1

（1.西安工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2.西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710121）

為了解決數(shù)控機(jī)床油路不暢等問題，提出并設(shè)計一種基于STC單片機(jī)的油路控制器。以STC11F04E芯片為核心，設(shè)計外圍電路有效提高工作效率和穩(wěn)定性，軟件采用狀態(tài)轉(zhuǎn)換法實現(xiàn)油路控制器的各種工作運(yùn)行狀態(tài)。實驗表明該油路控制器結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)，成本低，使用方便可靠，具有較好的應(yīng)用前景。

數(shù)控機(jī)床；STC單片機(jī)；油路控制器；狀態(tài)轉(zhuǎn)換

油路控制器作為數(shù)控機(jī)床油路系統(tǒng)中的核心部分，是為了擠出油路中出現(xiàn)的空氣而保證數(shù)控機(jī)床油路管道暢通而設(shè)計的核心部件。目前國內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)床普遍采用繼電器控制，存在可靠性差、故障率高等缺點(diǎn)，尤其是傳統(tǒng)機(jī)床的油路控制系統(tǒng)中，由于設(shè)備老化，密封性下降等原因，經(jīng)常會在油路管道中出現(xiàn)空氣，造成油路不暢等現(xiàn)象[1-4]。針對油路控制的缺點(diǎn)進(jìn)行研究和改進(jìn)，設(shè)計出了一種基于STC11F04E單片機(jī)[5-7]的油路控制器，旨在解決油路控制器的結(jié)構(gòu)和效率問題，以提高油路控制的穩(wěn)定性和利用率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

基于STC11F04E單片機(jī)的油路控制器設(shè)計主要由電源電路、顯示輸出電路、按鍵輸入電路、繼電器輸出電路和芯片外圍電路等構(gòu)成，其系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

油路控制器可以完成如下功能：①自動倒計時并控制繼電器開關(guān)，有3個LED數(shù)碼管顯示倒計時時間，一綠一紅2個發(fā)光二極管顯示油路控制器的4種狀態(tài)，綠燈亮，繼電器吸合，油路控制器處于工作狀態(tài)；紅燈亮，繼電器釋放，油路控制器處于停止?fàn)顟B(tài)；②繼電器吸合和釋放時間可設(shè)置，繼電器吸合時間設(shè)置范圍是0-999s，釋放時間設(shè)置范圍是0-999s，當(dāng)設(shè)置繼電器處于吸合時間狀態(tài)，綠燈亮；當(dāng)設(shè)置繼電器處于釋放時間狀態(tài)，紅燈亮。

2 系統(tǒng)單元電路設(shè)計

2.1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計

油路控制器所采用的STC11F04E芯片及其下載器電路所需的供電電壓是5 V。外接220 V交流電經(jīng)過變壓器變壓后得到10 V的交流電，10 V的交流電經(jīng)過交流橋整流后得到10 V的直流電，10V的直流電經(jīng)過電容濾波后，進(jìn)入LM7805的輸入端，經(jīng)過LM7805[8-9]的整流變換后，再經(jīng)過電容濾波輸出5 V穩(wěn)定直流電壓，供給需要5 V供電電壓的芯片使用。電路原理圖如圖2所示，LM7805兩端的二極管是為了防止輸入端斷開時電容C2從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電而燒壞穩(wěn)壓器。

圖2 電源電路原理圖

2.2 按鍵輸入電路設(shè)計

按鍵輸入電路設(shè)計了3個獨(dú)立按鍵，每個按鍵獨(dú)立占有一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其他I/O口線的狀態(tài)，每個I/O口線都接有上拉電阻，限制每根I/O口線在置空時的電流，使單片機(jī)穩(wěn)定工作。按鍵輸入電路原理圖如圖3所示。

圖3 按鍵輸入電路原理圖

2.3 繼電器輸出電路設(shè)計

繼電器[10-12]輸出電路原理圖如圖4所示，當(dāng)開關(guān)量 P3.5輸出高電平時，NPN三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使繼電器K1線圈通電，繼電器觸點(diǎn)接通，從而使交流電機(jī)與220 V交流電源接通，交流電機(jī)打開油路管道閥門，使油路管道供油。反之，油路管道停止供油。但當(dāng)獨(dú)立按鍵S4閉合時，不管P3.5是高電平還是低電平，都能使繼電器線圈通電，觸點(diǎn)接通使交流電機(jī)與220 V交流電源接通，使管道供油。圖中電阻R1和R2為限流電阻，加入二極管D后，當(dāng)繼電器通電時能防止繼電器反接，但繼電器斷電時，由于繼電器線圈存在電感，會在電感的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，次電壓的極性是上負(fù)下正，加入二極管D后，繼電器線圈的感應(yīng)電流從二極管D流過，從而使繼電器線圈得到保護(hù)。

圖4 繼電器輸出電路原理圖

2.4 輸出顯示電路設(shè)計

輸出顯示電路主要包括LED數(shù)碼管動態(tài)顯示電路[13-14]和二極管狀態(tài)顯示電路的設(shè)計。由于I/O口不夠，所以需采用分時控制。LED數(shù)碼管動態(tài)顯示電路中P1.0-P1.6口線輸出顯示碼，P1.7，P3.0，P3.1分別輸出數(shù)碼管的百位，十位和個位。當(dāng)P1.7，P3.0，P3.1輸入低電平，三極管導(dǎo)通，LED數(shù)碼管的位選端為高電平，數(shù)碼管被選中，數(shù)碼管打開，然后再由P1.0-P1.6輸入顯示數(shù)字。其動態(tài)顯示實現(xiàn)過程：初始化單片機(jī)，取出一位顯示數(shù)（十六進(jìn)制數(shù)），求出待顯示數(shù)所對應(yīng)的7段顯示碼，然后由P1.0-P1.6輸出到顯示器數(shù)據(jù)總線，數(shù)碼管顯示選擇取決于位選信號。位選信號為高電平時，對應(yīng)LED數(shù)碼管發(fā)光，若將個位從左到右依次顯示，每個數(shù)碼管連續(xù)顯示1mS，顯示完最后一位數(shù)后，再重復(fù)上述過程，因此會看到3位數(shù)“同時”顯示。

二極管狀態(tài)顯示電路原理圖如圖5所示，當(dāng)P3.7口輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，即發(fā)光二極管正極加上了5V的電源，此時，只要P1.0-P1.3口輸出低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，反之，發(fā)光二極管不亮。

圖5 二極管狀態(tài)顯示電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括總程序流程圖、初始化程序流程圖、狀態(tài)子程序流程圖、按鍵動態(tài)掃描子程序流程圖，系統(tǒng)顯示子程序流程圖和閃爍子程序流程圖等。由于油路控制器需實現(xiàn)工作狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)、工作時間設(shè)置和停止時間設(shè)置四種狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換，因此其主程序流程圖采用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖方式，如圖6所示，其中狀態(tài)0表示工作狀態(tài)，狀態(tài)1表示停止?fàn)顟B(tài)，狀態(tài)2表示工作時間設(shè)置狀態(tài)，狀態(tài)3表示停止時間設(shè)置狀態(tài)。

圖6 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

系統(tǒng)的總初始化要完成的工作有看門狗初始化，I/O端口配置，系統(tǒng)時鐘初始化，中斷初始化，定時器初始化，工作狀態(tài)初始化，繼電器初始化和工作狀態(tài)初值初始化。其部分程序源代碼如下：

工作狀態(tài)初始化，繼電器初始化和工作狀態(tài)初值初始化程序如下：

按鍵動態(tài)掃描和消抖的子程序流程圖如圖7所示。

圖7 按鍵動態(tài)掃描子程序

LED數(shù)碼管動態(tài)顯示子程序流程圖如圖8所示。

圖8 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示子程序流程圖

數(shù)碼管和二極管狀態(tài)指示燈閃爍子程序流程圖如圖9所示。

圖9 閃爍子程序流程圖

4結(jié) 論

基于STC11F04E單片機(jī)為控制核心的油路控制器，實現(xiàn)了機(jī)床在預(yù)工作時間里自動定時供油的功能，有效解決了機(jī)床因設(shè)備老化導(dǎo)致的供油不暢等現(xiàn)象，同時該油路控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、低功耗和性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。試驗表明，該油路控制器工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、操作方便，從而驗證該油路控制器的合理性與正確性，具有廣闊應(yīng)用前景。

[1]魯方霞，鄧朝暉.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢及國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀[J].工具技術(shù)，2006（3）:44-48.

[2]汪淑珍，賈輝.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r與應(yīng)對政策[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2012（1）:94-97.

[3]唐克巖.我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)床與液壓，2012（5）:145-147.

[4]邱紹虎，吳必才，蘇春.國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床可靠性現(xiàn)狀及其改善對策研究[J].中國制造業(yè)信息化，2009（13）:1-4+8.

[5]范江波，楊麗.基于STC11F04E的智能限電器設(shè)計[J].三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012（2）:112-114.

[6]詹艷艷.基于STC11F02E的立體旋轉(zhuǎn)LED設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)，2012（4）:56-57+55.

[7]胡立群，陳敦軍.基于STC10F04EX的多串口數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（22）:199-202.

[8]羅國穎，鄢峰，張遷，盧超.數(shù)控開關(guān)電壓源的設(shè)計與制作[J].中國集成電路，2010（3）:79-83.

[9]劉洪濤.獨(dú)立集成穩(wěn)壓電源的功能擴(kuò)展[J].電子制作，2008（9）:56-58.

[10]吳鵬，潘興隆，徐國印.基于數(shù)字電路模型的繼電器控制電路測試技術(shù)研究[J].船電技術(shù)，2010（4）:20-23，33.

[11]李剛峰，張林，王國章.淺談時間繼電器在電動機(jī)控制電路中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2010（5）:182-183，191.

[12]鄭劍鋒.一種實用的繼電器安全控制電路[J].電子制作，2015（8）:3.

[13]巢時斌，丘東元，張波.LED驅(qū)動方式分析及性能比較[J].電氣應(yīng)用，2011（14）:40-44，62.

[14]林繼鋼，俞安琪.LED驅(qū)動電路簡介[J].中國照明電器，2007（9）:10-13.

[15]柳建光，李德峰.51單片機(jī)幾種實用的復(fù)位電路設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（3）:129-130.

[16]胥開芳，蔡志濤.基于單片機(jī)的日歷時鐘設(shè)計[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012（5）:31-32，45.

[17]劉國勇.MAX232/MAX232A收發(fā)器及其應(yīng)用[J].國外電子元器件，1997（3）:28-29.

[18]梁天太，周英杰，張澤，等.基于MAX232實現(xiàn)PC機(jī)與CPU通信[J].新技術(shù)新工藝，2015（8）:34-36.

Design of oil circuit controller based on STC microcontroller

SONG Chun-huan1，YANG Xue-qin2，WANG Li-juan3
（1.Electronic Information Engineering College，Xi'an University of Technology，Xi'an 710021，China；2.School of Telecommunication and Information Engineering，Xi'an University of Posts&Telecommunications，Xi'an 710121，China）

In order to solve the problem of poor oil circuit of numerical control machine tool，the design of an oil circuit controller based on STC MCU is presented.Taking the STC11F04E chip as the core，the design of peripheral circuit can effectively improve the work efficiency and stability.Besides，the software uses the state transition method to realize the operation state of the oil circuit controller.The experimental results show that the structure of the circuit is compact，it has strong function.So it has good application prospect because the use is convenient and reliable and the cost is lower.

Numerical control machine tool；STC microcontroller；circuit controller；state transition

TN702

A

1674－6236（2016）18-0152-03

2016-01-28 稿件編號：201601272

陜西省工業(yè)科技攻關(guān)項目(2014K06-31)

宋春煥（1979—），男，四川南充人，碩士，講師。研究方向：計算機(jī)控制及嵌入式系統(tǒng)。