基于AT89C51单片机备料机械手单步控制系统的硬件设计

64工业仪表与自动化装置2012年第5期基于AT89C51单片机备料机械手单步控制系统的硬件设计李祥阳，陈万强，曹海泉，郭文君西安航空学院军工装备研究所，西安710077摘要西安航空学院柔性制造教学生产线的备料机械手通过PLC程序实现控制，此控制方式不利于学生的观察、学习；为了丰富实验内容及便于学生观察，在此基础上开发了基于AT89C51单片机的备料机械手单步控制系统，经过实践、应用，达到了预期的效果。关键词单片机；备料机械手；单步控制；系统设计中图分类号TP3681文献标志码A文章编号10000682201205006403SINGLESTEPPREPARATIONROBOTCONTROLSYSTEMHARDWAREDESIGNBASEDONAT89C51MICROCONTROLLERLIXIANGYANG，CHENWANQIANG，CAOHAIQUAN，GUOWENJUNMILITARYEQUIPMENTRESEARCHINSTITUTE，XIANAEROTECHNICALCOLLEGE，XI“AN710077，CHINAABSTRACTTHEPREPARATIONMECHANICALHANDOFXIANAVIATIONACADEMYPRODUCTIONLINEOFFLEXIBLEMANUFACTURINGTEACHINGPREPARATIONISOBSERVEDTHROUGHTHEPLCPROGRAMCONTRO1THISCONTROLMETHODISNOTCONDUCIVETOSTUDENTSLEARNINGORDERTOENRICHTHEEXPERIMENTANDCONVENIENTFORSTUDENTSTOOBSERVE，ONTHISBASIS，SINGLESTEPPREPARATIONROBOTCONTROLSYSTEMDESIGNBASEDONAT89C51MICROCONTROLLERWASDEVELOPEDAFTERPRACTICEANDAPPLICATION，THEDESIREDEFFECTAREACHIEVEDKEYWORDSMICROCONTROLLER；PREPARATIONMECHANICALHAND；SINGLESTEPCONTROL；SYSTEMDESIGN0引言西安航空学院于2003年购置的柔性制造教学生产线是一套完整、灵活、模块化易扩展的教学实训系统。该系统主要采用PLC控制技术，展现了实际生产中的传感器检测、电气控制、组态控制、工业总线控制等。此控制技术不利于学生的观察、学习。在此基础上开发了基于AT89C51单片机的备料机械手单步控制系统，这对学生学习单片机系统的设计、综合分析与故障诊断等应用技术有较大的促进作用。1柔性制造教学生产线上的备料机械手柔性制造教学生产线上的备料机械手的主要功能是根据不同的控制要求，从料槽中抓取装配主体送人数控铣床单元，或将铣床单元加工后的产品转送下一个单元。备料单元外形如图1所示，包括扬臂同步带传动机构，旋转行星齿轮传动机构，水收稿日期20120410作者简介李祥阳，男，河南洛阳人，西安航空学院军械装备研究所机电一体化专业，硕士，讲师，研究方向为机械设计与制造。平移动支架及其齿轮齿条传动机构，托盘直线传送单元，托盘转向从动单元，轨道等。图1备料单元外形图2AT89C51控制系统原理图21设计方案从IO接口表可知，该备料机械手的输入为11点，输出为9点，所以要求系统扩展一片8255，定义PA、PB口为输入，PC为输出，并利用了P10作为输出指示灯接口；考虑到上位机控制的需要，设计了由MAX232组成的串行通讯电路61；AT89C51内部有8KB的ROM地址范围为0000H1FFFH，2012年第5期工业仪表与自动化装置65可实现在线烧结编程，使用方便。AT89C51控制系统电路原理如图2所示。5V图2AT89C51控制系统电路原理图22系统IO接口电路的设计输K输出接口电路如图3所示，采用光电隔离器件TLP5214，将机械手侧的24V转换为单片机需要的1VRL电平。输人的LED指示灯电路，用来检测故障。GREEN3,3酎KQI”KLGREEN33I”IIGREEN33KFFLL”KIGREEN33静KQI”KLGREEN33暂I”KL105DGREEN3,3GREEN33菌ILLGREEN3,3L”LIGREEN3,3酊KILL”KLGREEN33KQLKLOREE33I”KL输出接口电路用于功率驱动和电平转换，由TLP5214进行光电隔离，将计算机与机械手电路侧隔离防止干扰，功率驱动集成电路ULN2003A和另一达林顿晶体管，分别驱动继电器或指示灯，实现对机械手动作的控制。HC1213456；789L031123F3J4QIO，】516QIOQO7I7L8Q07QO6I920QO6QO51L22Q05QO42324QO4Q032526QO3QO2，2728；QO2QOI，2930QOII3200Q0O3334IIL3536”3839404L424344454647484950L075152103，5354555610157585960J2TJ24RV1QIILP521L”。M8050LR【JLQ一5V露U接24V1奎OO一5V露,2裔4VI奎OO5V簪建V4VI奎5V熏U,I24VI甄本螨24VI奎图3输A输出接口电路原理图66工业仪表与自动化装置2012年第5期3直流电机驱动电路的设计直流电机的工作电流比较大，输出接口电路不能直接驱动，所以要先驱动继电器线圈，由继电器触点来实现24V电压给电机供电。由于采用永磁式直流电机，所以利用改变电枢绕组的电流方向实现电机的正、反转和停机的控制，如机械手上升，KA0通电、KA1断电，这时24V通过KA0常闭节点驱动电机电枢绕组。机械手下降时KA0断电，KA1通电过程同机械手上升。直流电机的驱动电路设计如图4所示。电枢回路串联了2个方向的超程限位开关，当由于软件或其他故障引起限位开关动作时，将切断电枢回路电源，电机停止运行，起到保护作用。4结论该设计为机械手的控制、机电一体化和电气自动化专业学生的综合教学实训建立又一平台。通过教学实训检验，系统运行可靠、安全。参考文献1张明峰PLC单片机人门与实战M北京北京航空航天大学出版社，20042刘和平PIC18FXXX单片机程序设计与应用M北京北京航空航天大学出版社，20053王佳庆，王富东一种通用机器人单片机控制器J苏州丝绸工学院学报，2001240454公茂法，马宝甫单片机人机接口实例集M北京北京航空航天大学出版社，2000机械手上下控制机械手左右控制。A美J77广与FKA2RFKALL1一一RKA1I卜上一L_LIVI24VGD24VGND24VKKA6KA5_KA4_。I。_J24VGNDF机械手正、反型控制止动缸直流电磁铁图4直流电机的驱动电路设计5黄海松基于单片机的物料搬运机械手的控制系统研究FJ机电控制技术，20071134366康华光电子技术基础M北京高等教育出版社，20067韩志军，沈晋源，王振波单片机应用系统设计入向导与设计实例M北京机械工业出版社，20058阎石数字电子技术基础M北京高等教育出版社2006上接第63页377的DE口，作为气路放大器2625的输入信号，控制2625输出到汽缸10601执行机构下腔的压力；这时汽缸活塞上部的压力大于下部的压力，活塞向下运动，阀门开度减小；反之，控制信号减小，定位器A口输出减小，B口输出增大；这时由于有快排阀和气路放大器2625的作用，活塞快速往上运动，阀门实现快开。当电磁阀失电，对三通电磁阀，1和3通，两通电磁阀1和2通；这时，377SUP口的压力经三通电磁阀3口卸掉，377在内部弹簧的作用下，气路发生转换，B口和C口通，E口和F口通；储气罐的气加上气源的气经377FE口后作为气路放大器2625的控制信号，由于这时储气罐的气压很高等于减压阀出口压力，使2625全开，储气罐里的气和气源的气以最大流量经2625进入汽缸下腔，上腔的气经快排阀、两通电磁阀快速排向大气，阀门快速打开。当失气时，由于有单向阀的存在，使得储气罐的压缩空气不致倒流；整个原理同失电一样，只是使阀门快开的是储气罐里的压缩空气。4结束语电磁阀形式、种类、规格繁多，该文仅以电磁阀在FISHER防喘振阀中的应用为例，来说明电磁阀虽小，却能组成各种符合生产控制