CSM100/200/300液压扣压机数控系统设计与实现

2000毕业设计

关键字：AT89C ，ADC0831/0832 ，Delphi5

（一） 问题定义

现生产的手控液压扣压机不便操作，压管效率和质量（尤其是一致性差）不能满足要求。欲采用数控机制改进产品，提高其科技含量和实用性。

（二） 可行性研究

通过了解原机的工作原理，获知解决问题的关键所在是行程的传感和控制。由于压管抱模移动由活塞前后直线运动变换而成，抱模位移 = 活塞位移 * tg15 。固可对活塞进行直线位移传感，作输入信号，而活塞直接由油压控制，固可取电磁油阀作为受控部件。其中模具计算由软件完成，并自动适应。

（三） 需求分析

1． 系统须达到所要求的精度和分辨率，（精度不低于0.1mm，分辨率150级）。

2． 系统造价不高于500元。

3． 系统能够根据输入的压管值自动折合模具。

4． 系统应易于安装和维护，方便使用，并便于以后升级。

5． 系统（传感器）寿命不低于三年。

（四） 总体设计

（五） 详细设计

（1） 核心控制器选型

在纯模拟电路实现、GAL器件实现、单片机实现的比较中，考虑到系统的开方性和可扩展性，决定采用单片机实现。当前流行的MCS51系列和PIC系列中，Atmel公司的AT89C**内部含Flash ROM，价廉物美。实验样机采用一片AT89C52作为中央控制器。基于设计时的特色，实际产品可考虑使用AT89C2051，在需要实时设定模具值并具有非易失性时，可另加片外串行EEPROM如AT24C**及AT93C**。

（2） 前向通道设计

1． 传感器设计和选型

传感器设计和选型对本系统的实现关系重大，现今的位移传感器成品价格都在一千元左右，鉴于精度要求和造价，决定定制传感器。先后自制了电阻式、电感变频式、红外线脉冲式传感器。考虑到调试的方便，样机中采用了直线电阻式传感器。

2． A/D采样设计

采用电阻式传感器或购买现成传感器都必须设计A/D电路，考虑到与CPU的接口尽量简单、占用I/O口要少，采用了8 DIP 封装的串行8位A/D芯片ADC0831。(或ADC0832)用软件模拟串行信号来实现与CPU的通信。

（3） 后向通道设计

本系统的功率接口负载为电磁阀，感性，Imax=3A，220V/380V。出于稳定性的考虑，要求无触点过零关断，因而不能单纯采用电磁继电器接口，而使用可控硅又难以与高压隔离，使用光电藕时电路复杂，考虑到不要求开关速度，实际设计时采用开关管驱动继电器，再由继电器驱动可控硅的方法，此种设计具有长寿命和好的稳定性。实际投产时也可采用价格较贵的固态继电器。

（4） 人机接口

1． 显示设计

由总体设计可知，需要显示的有模具大小（2位）和输入压管值（3位）。考虑到显示部分的独立性和模块化，以便日后改进主机时不受影响，采用了由74LS164等组成的串行静态显示部分，它与CPU接口仅两条线，便于分离安装。同时LED具有较高的亮度，且74LS164能独立锁存显示数据，程序也不必为刷新显示而中断，节省了CPU资源。

2． 键盘设计

本着精简的原则，将键盘直接安排在CPU的P1口，无需任何中间接口，键盘扫描、键位识别及去抖动都由程序完成。样机由4*4只微动开关排成行列式，实际产品应定制薄膜密封式导电橡胶键盘。

（5） 系统抗干扰措施

由于后向接口采用无触点过零关断，而油泵电机为持续运行。估计外界电干扰不大，但仍采取了下列抗干扰措施。

1． 看门狗（WatchDog）：为不增加硬件复杂性，只安排了软件看门狗，祥见指令编码。

2． 指令陷阱：在没有程序的ROM区，均设置跳转指令“00 00 20 00”。

3． 阻容滤波：根据传感信号无高频分量的特点，在A/D采样前跨接滤波电容到地，组成低通滤波。

4． 数字滤波：根据传感信号变化缓慢的特点，在程序中比较前后采样值，以是否超出允许范围来判别干扰。

（六） 硬件实现（详见Protel99 SCH图和PCB图）

（七） 软件模拟

本软件模拟程序旨在无实际液压机时，模拟系统功能实现。软件由优秀的RAD开发工具Delphi5.0在Windows98下开发完成，软件包内容如下：

1. CSM数控模拟.EXE; // 主程序的执行版本。

2. *.BMP; //模拟LED用到的Windows图元文件。

3. *.WAV; //配合系统动作的声音，（请将多媒体音箱打开）。

图中的LED和键盘与样机实物一一对应，其中红色LED显示压管值（黄色位为小数位），绿色LED显示当前使用的模具。红灯亮为压程指示其右的绿灯亮为回程指示。CLOSE为关机按钮，RESET为复位按钮。“15：12”为当前时间显示。动画演示区域中，黄色为被压管，白色为被压层，红色为抱模剖面（模具），绿色为圆筒形活塞剖面，褐色为油缸液体。

（八） 指令编码（截止2000/4/20，仅供参考）

(略)

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参考资料

1．《Atmel系列Flash单片机原理与应用》 电子工业出版社

2．《实用微机与单片机控制技术》 电子科技大学出版社

3．《MCS51系列单片机原理与应用》 高等教育出版社

4．《电子设计自动化（EDA）》 电子科技大学出版社

5．《Delphi 4.0/5.0类参考详解》 清华大学出版社

6．《DELPHI 从入门到精通》 电子工业出版社

7．《新编Windows API 参考大全》 电子工业出版社

8．《程序员开发大本营》(www.csdn.net) 北京银冠电子科技公司

9．武汉力源网站：http://www.p8s.com

2000/4/15

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