淺析單片機的機械手控制系統(tǒng)

摘?要：工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。機械手技術涉機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計機技術等科學領域，是門跨學科綜合技術。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化保人身安全，因而廣泛應用機械制造、冶金、電子等部門。

關鍵詞：機械手;控制;單片機

機械手控制系統(tǒng)主要采用以下三種方式：一是傳統(tǒng)的繼電器控制，該方式控制系統(tǒng)裝置，因設計復雜、接線繁雜、易受干擾，從而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題已逐步被淘汰。二是采用可編程控制器PLC，該力式的控制系統(tǒng)運行可靠，使用維修力便，編程簡單，抗干擾性強?，但是PL成本較高。三是采用微機控制，該力式有較強的智能性，價格便宜，但也存在小足之處，既抗干擾性差，系統(tǒng)設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術。目前我國中小型企業(yè)發(fā)展迅猛，而該類企業(yè)需求價廉物美的生產設備，因此以單片機為控制核心的設備具有無可比擬的優(yōu)勢，基于單片機的機械手控制系統(tǒng)有著旺盛的生命力，關鍵是必須解決抗干擾問題。

1.取模機械手控制系統(tǒng)的要求

取模機械手控制系統(tǒng)的驅動采用氣動。氣動式速度快、成本低、結構相對簡單而且有較高的重復定位精度。控制系統(tǒng)對馭動系統(tǒng)進行控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照預定的要求而運動。控制系統(tǒng)包括位置檢測裝置和程序控制兩部分。

2.控制系統(tǒng)的硬件設計

通過對此取模機械手的動作要求、注塑機動作要求以及機械手運動位置的研究，機械手共需有10個輸出點和9個輸入點。控制簡單，因此選用單片機作為控制核心，且CPU具有ISP功能，負責從計算機上下載程序代碼到單片機中，方便調試和軟件升級。

硬件部分采用模塊化設計主要山5個模塊組成。①電源模塊：本控制系統(tǒng)采用AC220V/SOHZ電源供電，中繼級板對電源要求是DC+24V，控制板是DC+SV。②中繼板：負責把接收接近開關的信號和來自注塑機的控制信號傳輸到單片，檢測機械手的動作;把單片機的輸出控制信號傳輸給機械手產生相應動作、傳輸給注塑機，實現機械手和注塑機的動作配合。③鍵盤及狀態(tài)燈：相關功能設置和動作編輯等操作、示機械手和注塑機的關鍵信號。④液晶顯示模塊：顯示機械手位置狀態(tài)、動作、菜單顯示。⑤主控模塊：負載總體協(xié)調，控制功能。

硬件抗干擾設計：本控制系統(tǒng)傳感器全部采用接近開關，其工作電源為D24V，通過光電隔離電路把接近開關的輸出電壓轉化為TTL電平，實現與單片機的通訊、外部電路電源與控制電路電源的隔離、提高了抗干擾能力;系統(tǒng)控制輸出通道采用數字量輸出，經驅動放大控制光電隔離電路把TTL電平轉化為24V，以便控制繼電器的工作，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和驅動能力;主控板采用電磁屏蔽技術;根據不同的控制用繼電器之間的關系，構成互鎖，系統(tǒng)由防止于干擾誤動作;在繼電器和電磁閥電源線聯接續(xù)流二極管，防止通斷時對控制系統(tǒng)的干擾團;在數字芯片電源和地之間接去藕電容、旁路電容，提高了芯片抗干擾能力;在電源的輸入和輸出處，在電路上串接鐵養(yǎng)體磁珠，在這樣的應用中鐵心能夠抑制寄生振蕩和衰減感應或傳輸到元器件引線上或與之相連的電纜的高頻無用信號;主控制板有+24V和+5V兩個電壓值，采用多點接地可以減少接地阻抗、接地回路和信號環(huán)路。

3.控制系統(tǒng)軟件設計

軟件采用模塊化的設計，模塊化設計對于軟件程序的調試和可重用性都有非常大的好處。在本控制系統(tǒng)中，在軟件部分要完成的功能為：鍵盤掃描和鍵盤讀取;液晶菜單顯示;機械手動作控制;機械手狀態(tài)檢測;機械手動作示教;機械手緊急停止處理。其中機械手的操作程序和機械手的狀態(tài)檢測都放在了定時中斷0中;在不需要機械手工作時，為配合注塑機正常工作，需發(fā)送允許關模信號，允許關模信號的發(fā)送時間周期通過定時器1設置;機械手急停信號接到外部中斷。開啟CPU的低電平檢測中斷。提高系統(tǒng)的實時響應能力，和突發(fā)事件的處理、響應能力。

軟件抗干擾設計：主控制芯片內部有硬件看門狗，在程序中迸行響應的設置，就可以運用看門狗;在程序運行過程中，如果程序跑飛，看門狗復位，程序指釗指到OOOOH.在程序開頭編程序，完成程序的出錯處理，然后把系統(tǒng)引起正軌;輸入信號的干擾是疊加在有效電平信號上的系列離散尖脈沖，作用時間很短當控制系統(tǒng)存在輸入干擾，又不能用硬件加以有效抑制時，可以用軟件重復測試的力法，對接口中的輸入數據信息進行多次檢測，若檢測結果完全一致，則是真的輸入信號：相反，如果多次檢測的內容不一致，則是偽輸入信號;開關量輸出軟件抗干擾設計，主要是采取重復輸出的辦法，這是一種提高輸出接口抗干擾性能的有效措施，對于用鎖存器輸出的控制信號，這個力法很有必要在允許的情況下，輸出周期盡可能短，在輸出端口受到干擾而輸出錯誤信號后，外部執(zhí)行設備在還沒有來得及做出有效反應，正確的信息又輸出了，這就可以及時地防止錯誤動作的發(fā)生。

4.結束語

本控制系統(tǒng)采用單片機的直接控制結構，各模塊分工明確、整個系統(tǒng)安排合理、簡潔、功能明確、力便維修和故障處理;主控芯片具有ISP功能，方便程序調試和以后軟件升級;軟、硬件抗干擾措施并重的設計為機械手氏期穩(wěn)定工作提供了技術上的基本保障。即使是出現程序跑飛等問題，也能通過看門狗使程序運行重新恢復正常運行，并能防止死機造成的危險誤動作，提高汁塑生產的安全性。

參考文獻：

[1]易英欣.MCS-51系列單片機主動抗十擾技術[J]信息技術，2012，2：17-18.

[2]何立民.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計[M].北京：北京航空航人大學出版社

作者簡介：趙沖，男，碩士，廣東工業(yè)大學機電工程學院。