基于單片機(jī)的裝模高度監(jiān)測(cè)控制器設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的裝模高度監(jiān)測(cè)控制器設(shè)計(jì)

0種基于承擔(dān)動(dòng)態(tài)控制的一種裝模高度監(jiān)測(cè)控制器沖孔是一種常見(jiàn)的機(jī)械工程設(shè)備。在沖床使用過(guò)程中,經(jīng)常需要根據(jù)加工的目的和工件的形狀更換模具并調(diào)整裝模高度,這一過(guò)程目前基本上都是通過(guò)人工完成。沖床的工作臺(tái)是固定的,滑塊可以上下移動(dòng),工作臺(tái)和滑塊之間的高度(也就是常稱的裝模高度)是通過(guò)調(diào)整蝸桿端部機(jī)械式數(shù)輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的,這種調(diào)整方法的結(jié)果與實(shí)際的直線距離誤差較大;且每次更換模具時(shí),費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率低下。即使是同一個(gè)模具,每次調(diào)整后的裝模高度也會(huì)有所不同,同一性較差,導(dǎo)致工件批次與批次間的質(zhì)量不同,次品率增加。為此,筆者設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的沖床裝模高度監(jiān)測(cè)控制器,該系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的模具自動(dòng)調(diào)整沖床的裝模高度。詳細(xì)介紹了該控制器的設(shè)計(jì)原理、組成結(jié)構(gòu)及其軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并通過(guò)實(shí)際運(yùn)行證明了其工程實(shí)用性。1動(dòng)態(tài)調(diào)整裝模高度本裝模高度監(jiān)測(cè)控制器系統(tǒng)主要由前端裝模高度測(cè)量的位移傳感器、PIC16F877單片機(jī)、固態(tài)繼電器控制電機(jī)以及單片機(jī)外圍基本存儲(chǔ)輸入和輸出部分組成,該系統(tǒng)的組成圖如圖1所示。系統(tǒng)的工作過(guò)程:單片機(jī)分別通過(guò)采集鍵盤輸入系統(tǒng)基本參數(shù)和RS-232串口中斷來(lái)采集位移傳感器測(cè)量的沖床裝模高度,對(duì)此,分析設(shè)置參數(shù)與檢測(cè)值的大小關(guān)系,通過(guò)LCD進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,并通過(guò)外擴(kuò)EEPROM進(jìn)行保存。由固態(tài)繼電器(SSR)控制單相交流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)調(diào)整沖床滑塊上、下移動(dòng)來(lái)調(diào)整裝模高度。系統(tǒng)中的單片機(jī)選用美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F877芯片,這是一種功能十分齊全的微控制器,可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程,且內(nèi)部帶有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器、8K×14位FLASH程序存儲(chǔ)器、368×8位RAM、256×8位EEPROM、14個(gè)中斷源和3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,同時(shí)集成了多達(dá)15個(gè)外圍設(shè)備模塊。PIC16F877單片機(jī)用于完成采集位移傳感器輸出的24位二進(jìn)制數(shù)字信息,以及處理鍵盤輸入、LCD顯示并根據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。2系統(tǒng)的外部接口電路2.1中央磁環(huán)快速響應(yīng)傳感及顯示準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地采集裝模高度數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵。系統(tǒng)采用了MK4S型傳感器,它是一種非接觸式磁致伸縮線性位移傳感器,它通過(guò)計(jì)算活動(dòng)磁鐵與固定磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)變脈沖信號(hào)、時(shí)間間隔,確定準(zhǔn)確的絕對(duì)位移信號(hào)量,其精度可達(dá)到2～4μm。使用起來(lái)更穩(wěn)定,更簡(jiǎn)單。其接口電路如圖2所示。傳感器磁環(huán)移動(dòng)所需要時(shí)間通過(guò)集成在傳感器中的計(jì)算單元轉(zhuǎn)換成24位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。存儲(chǔ)于位移寄存器,通過(guò)SSI接口以串行或并行的方式,在外部時(shí)鐘的同步下完成單片機(jī)和位移傳感器之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和顯示電路是該系統(tǒng)人機(jī)界面部分。鍵盤輸入部分是對(duì)系統(tǒng)的一些基本信息(如公司名稱、模具型號(hào)、實(shí)際測(cè)量高度等)和控制參數(shù)(系統(tǒng)容許誤差、編程高度、最大高度、最小高度等)提前輸入。系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤組成一個(gè)4×4的矩陣鍵盤。并與單片機(jī)的8個(gè)I/O接口組成系統(tǒng)的輸入模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字和字母等的組合功能。顯示電路是一個(gè)LCD顯示屏,主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入各種參數(shù)以及實(shí)際測(cè)量高度等基本參數(shù)的顯示。LCD集成模塊直接與單片機(jī)的8個(gè)I/O端口及相應(yīng)的控制端口相連接實(shí)現(xiàn)。對(duì)系統(tǒng)基本參數(shù)的存儲(chǔ)可以有效地減少人為的參數(shù)改變而輸入?yún)?shù)。本系統(tǒng)的存儲(chǔ)電路利用了一個(gè)外擴(kuò)的32KEEPROM,通過(guò)和單片機(jī)的串行外設(shè)通訊接口(SPI)相連接,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)百個(gè)沖床模具的各種參數(shù)鍵盤輸入內(nèi)容的永久存儲(chǔ)。2.3實(shí)時(shí)顯示、執(zhí)行結(jié)構(gòu)控制電路是本系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)節(jié),單片機(jī)采集到直線位移傳感器和鍵盤輸入以及從外擴(kuò)EEPROM的相應(yīng)數(shù)據(jù)后,經(jīng)過(guò)裝模高度調(diào)整超限、與測(cè)量高度比較等正確處理后,在實(shí)時(shí)顯示的同時(shí),啟動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)——固態(tài)繼電器來(lái)控制單相交流電機(jī),電機(jī)帶動(dòng)蝸桿來(lái)調(diào)整實(shí)際的裝模高度。3軟件設(shè)計(jì)3.1裝模高度調(diào)整本系統(tǒng)采用模塊化編程,主程序可以分為通訊模塊、鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊、以及存儲(chǔ)模塊4個(gè)子程序。當(dāng)控制器系統(tǒng)啟動(dòng)后,單片機(jī)首先掃描鍵盤子程序模塊,讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)并通過(guò)串口中斷方式將測(cè)量高度存儲(chǔ)于片內(nèi)寄存器,控制器對(duì)獲得的信息進(jìn)行比較處理,然后啟動(dòng)裝模高度調(diào)整電機(jī)。反復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程,直到測(cè)量高度達(dá)到輸入設(shè)置要求的高度,系統(tǒng)停止裝模高度調(diào)整工作過(guò)程,機(jī)器被切換進(jìn)入正常的工作狀態(tài),且保持并顯示最終的裝模高度值。其系統(tǒng)的主流程圖如圖3所示。3.2pic137節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中PIC16F877控制芯片對(duì)位移傳感器數(shù)據(jù)的通訊傳輸采用異步工作(UART)模式,即所謂的RS-232方式。PIC16F877單片機(jī)的異步工作模式中有接收狀態(tài)和控制寄存器(RCSTA)、發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器(TXSTA)。當(dāng)位移傳感器輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí),被單片機(jī)以串口中斷的方式自動(dòng)接收,并存儲(chǔ)于接收寄存器,當(dāng)接收完成時(shí),外部中斷寄存器的接收使能位(RCIF)被自動(dòng)置位,這樣PIC16F877單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)給CPU,單片機(jī)從接收寄存器中取走接收到的數(shù)據(jù)。單片機(jī)在處理采集信息之前,首先要進(jìn)行中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)(保存STATUS寄存器、W寄存器和PCLATH寄存器),然后再處理中斷子程序。中斷返回時(shí),先恢復(fù)相應(yīng)的寄存器。其流程如圖4所示。4礦床裝模高度自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)以PIC16F877