基于單片機(jī)的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 ：光機(jī)電一體化技術(shù)是由光學(xué)、光電子學(xué)、電子信息學(xué)、機(jī)械制造及相關(guān)技術(shù)交叉融合構(gòu)成的綜合性高科技技術(shù)。近些年，光機(jī)電一體化技術(shù)在職業(yè)院校開展起來，中高職院校急需相關(guān)設(shè)備幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、提高。光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)最常用控制器的是單片機(jī)和PLC，本文針對(duì)單片機(jī)展開討論。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；光機(jī)電一體化；實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

引言

光機(jī)電一體化技術(shù)是一門將眾多課程融合在一起的綜合技術(shù)。

一、單片機(jī)的簡單介紹

單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文選用AT89C52作為控制元件。

二、光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)工作原理

此實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)工作原理是按觸摸屏上啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)復(fù)位并啟動(dòng)供給系統(tǒng)對(duì)機(jī)構(gòu)供給物料，傳感器在出料口檢測(cè)物料供給情況，當(dāng)檢測(cè)到時(shí)，控制器控制機(jī)械手將物料抓取到傳送機(jī)構(gòu)上，啟動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)，機(jī)械手復(fù)位。傳送機(jī)構(gòu)傳送過程中對(duì)物料進(jìn)行分揀。本實(shí)訓(xùn)裝置的控制器為單片機(jī)。

三、變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)分為幾種情況：①控制面板調(diào)速。利用變頻器本身的控制面板進(jìn)行操作。變頻器已經(jīng)設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)變頻器的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、停止、調(diào)速等一些基本操作。②模擬量調(diào)速。變頻器本身的調(diào)速過于簡單，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而模擬量調(diào)速較之更加方便。這就需要控制器進(jìn)行模擬量輸出控制。③多段調(diào)速。部分變頻器外部端子調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)多段調(diào)速。④RS—485通訊調(diào)速。通訊調(diào)速不僅能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，靈活便利。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)RS—485通信具有抗干擾能力強(qiáng)，傳送速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，成本低等特點(diǎn)。

四、氣動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

氣動(dòng)系統(tǒng)由能源部件、輔助裝置、控制裝置、執(zhí)行元件四部分組成。能源部件主要指空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐，經(jīng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓能。輔助裝置指凈化、冷卻、潤滑裝置和管道。控制元件的作用是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向。主要指各種閥類。執(zhí)行元件為氣缸和馬達(dá)。

五、傳感器部分

傳感器能感受被測(cè)量物體，從而得到相關(guān)參數(shù)或者狀態(tài)。能感測(cè)眾多的人體本身無法感知的量。測(cè)量精度高，可靠性好。本裝置采用了光電傳感器、電感傳感器、光纖傳感器、磁性開關(guān)幾種傳感器。

光電傳感器檢測(cè)物料，采用的是光電漫反射型傳感器，料盤處物料輸出，有物料時(shí)為單片機(jī)提供一個(gè)輸入信號(hào)。SICK公司的產(chǎn)品MHT15-N2317型光電開關(guān)屬于漫反射光電接近開關(guān)，棕色線接“+”，藍(lán)色線接“-”，黑色線接輸出。

在物料分揀系統(tǒng)中采用了兩個(gè)光纖傳感器，用來檢測(cè)非金屬的白色物料。接線和光電漫反射型傳感器一樣。

檢測(cè)金屬工件采用的是電感式傳感器，檢測(cè)距離為2～5mm，接線注意棕色線接“+”，藍(lán)色線接“-”，黑色線接輸出。

磁性開關(guān)一般選用霍爾傳感器，磁性開關(guān)可以直接安裝在氣缸缸體上，當(dāng)帶有磁環(huán)的活塞移動(dòng)到磁性開關(guān)所在位置時(shí)，磁性開關(guān)作用，發(fā)出信號(hào)?；钊x開，信號(hào)切斷，在單片機(jī)控制的情況下，可以利用磁性開關(guān)判斷缸體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還所在位置，以確定是否被推出還是氣缸返回。

六、觸摸屏與單片機(jī)連接

觸摸屏選擇MT500的觸摸屏。MT500觸摸屏與AT89C52單片機(jī)一對(duì)一通信。把觸摸屏的PLC232 9針插座與帶有RS232接口的AT89C52單片機(jī)相連接。注意：通信電纜DB9是2-2、3—3、5-5。

這種接法的電纜也可用于與PC機(jī)通信或做通信摸擬。作PC機(jī)通信時(shí)在連接PC機(jī)端的DB9短接4—6、7—8。由于AT89C52單片機(jī)無RS232接口，因此需要擴(kuò)展一片MAx232，把RXD、T×D的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平。

打開觸摸屏組態(tài)軟件，從[編輯]下拉菜單中選[系統(tǒng)參數(shù)]，彈出如圖2所示參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。觸摸屏的系統(tǒng)參數(shù)中PLC類型設(shè)置成MODBUS RTU，通信參數(shù)設(shè)置必需與單片機(jī)通信參數(shù)設(shè)置一致。通信口類型設(shè)置成RS232，數(shù)據(jù)位設(shè)置成8位，1個(gè)停止位，波特率9600，校驗(yàn)位設(shè)置與單片機(jī)編程一致，PLC站號(hào)是單片機(jī)定義的站地址一樣，站號(hào)需從1開始。參數(shù)設(shè)置完成，按確定鍵。

結(jié)束語

通過各部分分析，得知利用單片機(jī)控制可以組建光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置。此類裝置性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉，適用于中高職院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)要求。我們可以在此基礎(chǔ)優(yōu)化控制程序，添加其他器件，拿獎(jiǎng)更加完美。

參考文獻(xiàn)：

[1] 譚娟，黃宏偉，彭夢(mèng)杰，方毅.基于PLC/單片機(jī)控制的光機(jī)電一體化系統(tǒng)的研究[J]；科技創(chuàng)業(yè)月刊，2015，18

[2]馮占營.論光機(jī)電一體化設(shè)備傳送帶編程技巧[J]；電子制作；2013年08期

[3]劉瑤.光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的探索[J]；科技風(fēng)；2015.23期

[4]李強(qiáng).光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置在教學(xué)中的應(yīng)用探討[J]；中國現(xiàn)代教育裝備；2016.11期

作者簡介：徐雙君（1984.07-），男，漢族，河北保定人，本科學(xué)士，主要從事機(jī)電專業(yè)教育研究。

（作者單位：冀中職業(yè)學(xué)院機(jī)電系）