電磁閥計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃道燚 陳敏敏

（汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 汕尾 516600）

0 引言

電磁閥的廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的各個(gè)方面。本題目主要研究電磁閥在工件生產(chǎn)的控制，某些工件的生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境危險(xiǎn)或智能無人操作系統(tǒng)，例如高壓，有害輻射等，必須通過電磁閥進(jìn)行間接控制生產(chǎn)，導(dǎo)致在的及時(shí)清點(diǎn)工件數(shù)存困難。[1]本設(shè)計(jì)主要針對這個(gè)困難設(shè)計(jì)一個(gè)從電磁閥工作電路中提取信號(hào)，同時(shí)，通過單片機(jī)的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)工件數(shù)的清點(diǎn)，以及近期生產(chǎn)件的查詢。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

1.1 功能要求

（1）從電磁閥工作電路中提取信號(hào)，通過一定的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可接收的信號(hào)。（2）用單片機(jī)對接收到的信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的范圍為0～99999，并使它在LED顯示管顯示出來。（3）用按鍵對近5天的工作數(shù)進(jìn)行查詢，并在LED顯示管上顯示。

1.2 系統(tǒng)處理工作板塊

本設(shè)計(jì)的內(nèi)部處理板塊主要是由電磁閥工作的模擬模塊，信號(hào)的轉(zhuǎn)換模塊，總控制處理模塊組成。

首先，電磁閥工作的模擬模塊的工作主要是模擬電磁閥的工作，用直流來控制交流的工作，產(chǎn)生初始信號(hào)。主要是變壓器和繼電器，以及按鈕開關(guān)組成。

接著是信號(hào)的提取，信號(hào)的提取以及轉(zhuǎn)換模塊的工作主要是從電磁閥中提取初始信號(hào)，再通過電－光－電的轉(zhuǎn)換，最后通過整流，最后變?yōu)閱纹瑱C(jī)可以的接受信號(hào)。

最后，是總控制處理模塊的處理，總控制處理模塊核心是單片機(jī)芯片,它的主要工作就是，接受從轉(zhuǎn)換模塊中輸入的信號(hào)，對其行檢測判斷，最終對輸入信號(hào)的次數(shù)進(jìn)行累加，并把數(shù)據(jù)送到顯示模塊進(jìn)行顯示；對按鍵的閉合與否進(jìn)行檢測判斷，并對其進(jìn)行處理，完成今天數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以及把前幾天存儲(chǔ)數(shù)據(jù)送到顯示模塊按要求進(jìn)行顯示。

1.3 用戶面板

用戶面板，本設(shè)計(jì)的用戶面板由3個(gè)按鍵和5位的LED顯示器構(gòu)成，按鍵主要用于查詢計(jì)數(shù)，存儲(chǔ)，以及計(jì)數(shù)器的復(fù)位功能。LED﹑三極管﹑電阻構(gòu)成數(shù)碼顯示電路。LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示方式。

1.4 總控制模塊及電路

在本設(shè)計(jì)中，AT89C2051是總控制器，圖1它完成以下幾個(gè)方面的工作：

圖1 控制電路

首先，通過P1.7口檢測脈沖電路輸送進(jìn)來的電信號(hào)，并判斷其是否為干擾。當(dāng)確認(rèn)其為輸入信號(hào)之后，通過單片機(jī)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并存儲(chǔ)到一定的單元。然后，完成計(jì)數(shù)后把計(jì)數(shù)的結(jié)果發(fā)送到顯示管，對其進(jìn)行5位的LED管顯示。另一方面，在此同時(shí)，外接按鍵電路，通過P3.5口和P3.7口檢測按鍵電路是否由按鍵輸入，有就判斷那個(gè)鍵輸入，當(dāng)為查詢按鍵時(shí)，把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)送到5位的LED顯示管顯示。當(dāng)為結(jié)束按鍵時(shí)，則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)RESET鍵按下的時(shí)候復(fù)位計(jì)數(shù)器。

在LED管的顯示上，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，由P1.0-P1.6口輸出段碼：

P3.0-93.4口輸出位選碼。輸出時(shí)采用查表法，將數(shù)字對應(yīng)的段碼值送到P1.0-P1.6口，位選信號(hào)輸出，采用直接位尋址方式。在進(jìn)行LED顯示時(shí)，如果高位為零，則不顯示。

按鍵電路由開關(guān)按鍵和電阻組成，按鍵1和按鍵2分別連接到單片機(jī)的P3.5口與P3.7口，按鍵1用于工作人員對工件數(shù)的查詢，而按鍵2是今天工作的結(jié)束鍵，同時(shí)也對今天工件數(shù)量的存儲(chǔ)。

1.5 單脈沖輸入電路

本設(shè)計(jì)的單脈沖主要部分由一個(gè)光耦合元件和一個(gè)史密斯觸發(fā)器以及電阻和二極管，電容等構(gòu)成，圖2。主要完成這樣的幾個(gè)工作：

圖2 轉(zhuǎn)換電路圖

圖3 模擬電磁閥工作電路

首先，是從模擬電磁閥工作電路中提取信號(hào)。下一步是把信號(hào)送到單片機(jī)了計(jì)數(shù)，但是電磁閥電路中的電流并不適合直接送入單片機(jī)的計(jì)數(shù)，直接提取的信號(hào)存在電壓較高，容易產(chǎn)生干擾等問題，不能為單片機(jī)識(shí)別，所以在此中間，要使用4N33對其進(jìn)行電－光－電的轉(zhuǎn)換，隔斷信號(hào)電路和接受電路之間的電聯(lián)系，使之互相獨(dú)立，從而也隔斷了噪聲從一個(gè)電路進(jìn)入另一個(gè)電路的通路，不會(huì)形成干擾。

最后，才使用史密斯觸發(fā)器74LS14對從光耦合器中轉(zhuǎn)化出來的電信號(hào)進(jìn)行處理，增加驅(qū)動(dòng)能力和脈沖整形，同時(shí)也達(dá)到保護(hù)單片機(jī)的作用。

1.6 模擬電磁閥工作電路

本設(shè)計(jì)用簡單的電路模仿電磁閥的工作原理，圖3。

主要是采用元件有：220V~5V的變壓器一個(gè)，控制端為5V控制交流的電磁繼電器一個(gè)，以及開關(guān)一個(gè)。

2 硬件抗干擾設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的干擾

所謂干擾，一般是指有用信號(hào)以外的噪聲，在信號(hào)輸入、傳輸和輸出過程中出現(xiàn)的一些有害的電氣變化現(xiàn)象。這些變化迫使信號(hào)的傳輸值、指示值或輸出值出現(xiàn)誤差，出現(xiàn)假象。

2.2 硬件系統(tǒng)的抗干擾

在本設(shè)計(jì)中抗硬件干擾主要使用光電耦合器。

光電耦合器能夠起到:一是輸入輸出的隔離;二是消除和抑制噪聲。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖4-1 主程序的流程圖

3.1 程序流程

本系統(tǒng)軟件采用匯編語言，下面介紹程序的設(shè)計(jì)思想，主程序的流程圖如圖4-1所示。主程序負(fù)責(zé)對整個(gè)系統(tǒng)程序進(jìn)行有效的組織和管理，促使各模塊功能的實(shí)現(xiàn)。

主程序的功能如下（圖4-1）。

初始化：初始化工作，清零LED顯示管待顯示數(shù)值的空間，當(dāng)前計(jì)數(shù)值的存放空間，計(jì)數(shù)初值五位LED顯示管顯示為00000。

信號(hào)的檢測：對輸入口進(jìn)行檢測，檢測到信號(hào)就跳到加一程序進(jìn)行執(zhí)行，同時(shí)把計(jì)數(shù)值送到顯示地址中進(jìn)行顯示。

按鍵1檢測：沒檢測到信號(hào)跳到檢測按鍵執(zhí)行，如果檢測到1按鍵按下，則從特定地址讀取近幾天來的數(shù)據(jù)顯示。

按鍵2檢測：如果檢測到2鍵，表示今天的工作結(jié)束，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到特定的地址。

3.2 按鍵控制模塊

按鍵模塊包括按鍵的檢測模塊，和檢測到按鍵后的調(diào)用模塊。

檢測模塊，主要是對按鍵1和按鍵2的檢測，為了防止按鍵抖動(dòng)，本設(shè)計(jì)在中間加入了延時(shí)，來消除按鍵的抖動(dòng)。流程圖如圖4-2：

圖4-2 按鍵控制流程圖

RESET鍵：復(fù)位按鍵

按鍵1：查詢按鍵

按鍵2：停工按鍵

復(fù)位按鍵是對整個(gè)單片機(jī)的復(fù)位，也就是對計(jì)數(shù)器的復(fù)位。

3.3 軟件抗干擾設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，采用了連續(xù)兩次檢測輸入信號(hào)的方法。這種方法的使用，使計(jì)數(shù)器的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)等到保證。

PC受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤程序便會(huì)脫離正常軌道，出現(xiàn) “亂飛”，這樣就會(huì)出現(xiàn)把操作數(shù)當(dāng)作操作碼，或者把操作碼當(dāng)作操作數(shù)的情況。本設(shè)計(jì)采用軟件陷阱，亂飛的程序進(jìn)入非程序區(qū)的時(shí)候，就可設(shè)定軟件陷阱對亂飛的程序進(jìn)行攔截從而將程序引向一個(gè)固定的位置。這樣就可將捕獲的程序重新納入正軌。[4]

4 結(jié)語

本文在電磁閥控制生產(chǎn)工件系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上，對其電氣控制部分，用AT89C2051單片機(jī)結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)工件的計(jì)數(shù)即時(shí)顯示，近5天工件數(shù)值的存儲(chǔ)，按鍵查詢顯示。

4.1 整個(gè)系統(tǒng)軟、硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，對電磁閥生產(chǎn)工件進(jìn)行計(jì)數(shù)，存儲(chǔ)，顯示。各功能模塊相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，通用性強(qiáng)，調(diào)試方便，出現(xiàn)故障易排除。

4.2 硬件設(shè)計(jì)充分考慮到弱強(qiáng)電之間的干擾，采用光電耦合器隔離技術(shù)，軟件采用雙檢測輸入信號(hào)，使得系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。

［1］溫邦彥，孫麗麗.中國電磁閥技術(shù)的新發(fā)展[J].通用機(jī)械，2004，10；72－75.

［2］吳國經(jīng).單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2004，10；72－75.

［3］夏立賦，譚青.一種基于單片機(jī)的多位LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2005，18（7）：40－41.

［4］馬鴻文.基于單片機(jī)的電子計(jì)價(jià)枰的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微機(jī)算機(jī)信息，2005，25：96－98.