基于單片機的轉載機三級傳送控制系統設計

王松林 （安徽商貿職業技術學院電子信息工程系，安徽 蕪湖241002）

轉載機在實際生產工作中有著十分廣泛應用領域，如煤炭傳輸等。轉載機性能的好壞對生產加工效率起著決定性的作用，尤其對其多級傳送系統而言，其中任意一級傳送系統發生故障，如果不及時采取處理措施，都會造成物料堆積在生產線上，進而可能會導致整條生產線的癱瘓，最終帶來巨大經濟損失。為此，筆者設計了基于單片機的轉載機三級傳送控制系統?2011年安徽商貿職業技術學院院級質量工程項目 （ZL201103）。

1 設計要求

轉載機正常啟動時，為了防止物料在傳輸過程中堆積在生產線上，要求第1級皮帶運轉一定時間后給第2級皮帶一個信號，等第2級皮帶運轉一定時間后再給第3級皮帶一個信號，推動第3級皮帶開始運轉。轉載機正常停止時，為了保證皮帶上的物料能順利運輸完畢，要求第3級皮帶首先停止，過一段時間后才讓第2級皮帶停止運轉，再過一段時間后讓第1級皮帶停止運轉。

當轉載機發生故障時，如果第3級皮帶發生故障，應保證第2級皮帶正常運轉一定時間后停止，并且應等待第2級皮帶停止運轉一段時間后，再停止第1級皮帶的運轉；如果第2級皮帶發生故障，首先應讓第3級皮帶停止運轉，讓其停止一段時間后，再停止第1級皮帶的運轉；如果第1級皮帶發生故障，則要求立刻同時停止第2級和第3級皮帶的運轉。此外，任何一級皮帶發生故障時，報警器電路都要發出報警信號。

2 系統設計方案

轉載機三級傳送控制系統主要由主控系統、檢測系統、警示系統和驅動系統組成，其中主控系統以STC89C52單片機為核心［1］。系統通電后，當激光傳感器檢測到皮帶上有物料時，檢測系統立即發出信號給主控系統，主控系統對接收到的信號經過分析處理后，發出相應的指示命令給驅動系統和警示系統，此時各級電機均能夠正常啟動，每級電機所對應的指示燈被點亮，系統處于正常啟動工作狀態；若激光傳感器沒有檢測到物料時，各級電機均能夠正常停止，每級電機所對應的指示燈熄滅，系統處于正常停止工作狀態；當系統在正常工作過程中突然發生故障時，對應的限位開關將會被立即觸發，檢測系統同時發出相應信號給主控系統，主控系統按照接收到的故障類別及時發出相應指令，各級皮帶對應的電機會及時響應接收的信號并處于工作狀態，同時主控系統給警示系統發出信號，報警器發出報警聲，提醒操作人員及時進行維修，由此避免事故的發生。系統設計方案圖如圖1所示。

3 系統硬件設計

整個系統硬件主要包括1塊主控板和3塊電路驅動板，主控系統、檢測系統和警示系統都集中在主控板上，3塊電路驅動板分別為帶動三級皮帶工作的相應電機提供驅動。

圖1 系統設計方案圖

3.1 主控系統

主控系統是整個系統的核心部分，由單片機最小系統、供電電路單元、串口通信模塊和故障消除按鍵模塊組成，主要負責對相關命令的發送和相應數據的處理。當主控系統接收到檢測系統發送來的相應信號，經過處理后發送指定命令給警示系統和驅動系統，使之能夠按照系統的功能要求進行工作。主控系統的電路原理圖如圖2所示。單片機最小系統電路主要由STC89C52、復位電路和時鐘電路3部分組成［2］；電源模塊為單片機和激光傳感器提供工作時所需的5V電壓；串行通信模塊采用MAX232實現RS232與TTL之間的電平轉換；故障消除按鍵用于消除模擬的電機故障；PCF8591接口用來實現單片機與電機驅動模塊中PCF8591芯片之間的相互通信。

圖2 主控系統電路原理圖

3.2 檢測系統

檢測系統是整個系統的數據采集端，由激光傳感器和限位開關組成。激光傳感器的主要功能是檢測有無物料，當皮帶上無物料時，P33口為低電平，當激光傳感器檢測到皮帶上有物料擋住激光時，發光二極管導通，P33口為高電平 （見圖3）。限位開關共有3個，用來模擬三級電機的故障狀態，當故障發生時，相應的限位開關被按下，對應的端口（P34－P36）會變為低電平 （見圖4）。

圖3 激光傳感器原理圖

圖4 限位開關原理圖

3.3 警示系統

警示系統由指示燈和報警器組成，主要通過外部的聲光設備來監控整個系統，利于操作人員對整個工作過程的把握，一旦系統發生故障能夠及時有效地處理，有利于安全生產。警示系統原理圖如圖5所示。系統中指示燈共有3個，分別用來表示三級電機的工作狀態，單片機的P20－P22口給三極管Q24－Q26的基極送低電平，對應的三極管便能導通，發光二極管中有電流流過，指示燈發光，表明相應的電機處于正常工作狀態；反之，指示燈熄滅，表明相應的電機處于非正常工作狀態。報警器的額定電壓為12V，通過單片機控制一個單刀雙擲繼電器開關來控制報警器。當任意一級電機發生故障時，單片機控制端P27口給三極管的基極送低電平，三極管Q23會因此導通，繼電器線圈中有電流流過，使得繼電器吸合，報警器接通電源發出報警信號［3－4］。

圖5 警示系統原理圖

圖6 算法流程圖

4 系統軟件設計

系統軟件部分主要由主程序和PCF8591子程序組成，主程序通過主函數完成系統初始化及三級電機運轉功能，同時利用定時器中斷實時監測皮帶上的物料和電機故障情況，最終完成系統要求的實現。系統的算法流程圖如圖6所示。

5 結 語

為了有效提高轉載機的安全性能，設計并實現了轉載機三級傳送控制系統，該系統能夠實現多級傳送過程中的相互協調，同時具有自檢功能。此外，該系統還具有控制過程簡單、操作方便、成本低廉等優點。因此，在提高轉載機的工作效率和安全性能方面起著十分重要的作用。

［1］郭天祥 .新概念51單片機C語言教程：入門、提高、開發、拓展全攻略 ［M］.北京：電子工業出版社，2009.

［2］唐宇 .基于STC89C52單片機的無線超聲波霧化系統的設計 ［J］.農機化研究，2012（9）：146－149.

［3］陳廷俠 .基于89C51單片機控制放大增益的設計 ［J］.新鄉學院學報 （自然科學版），2012，29（4）：313－315.

［4］吳鎮平 .基于ARM7嵌入式系統的電動機保護裝置研究 ［J］.長江大學學報 （自科版），2011，8（12）：97－98.