基于C8051F040的压力机控制系统设计

1、基于c8051f040的压力机控制系统设计压(拉)力机是用于检测建材及某种产品强度的机械。它按照工作方式分为压和拉两种，其工作力均由油泵产生，因此统称压力机。压力系统由机械结构和控制柜组成，工作时先安装试件，人工手动按下开头按钮，观看压力值，按照不同材料相应调整加压速度，使其到达额定压力，进而进入保压期，因为同时还需记录数据，因此要求娴熟人员操作。为了减轻操作人员的工作强度，提高试验精度，这里给出一种智能压力机控制系统设计计划。该系统工作时操作人员用鼠标挑选材料，并按下开头实验按钮，计算机则根据预定计划自动操作，操作完成后可打印出实验曲线和结论报表。2 控制器硬件组成该系统在原压力机的基础上增

2、强控制器和计算机，其组成l所示。该系统分为压力机(机构)、控制柜(强电控制)、控制器(弱电控制)和计算机(人机交互界面)等4部分。控制器处于计算机和控制柜之间，控制器和计算机之间采纳通讯，控制器接收计算机命令则控制各个开关和模拟信号，并同时采集油泵和油缸的压力和温度信号，将采集的压力值和计算机的压力阈值相比较，进而控制调整阀开度，采纳pid算法实现加压速度的自动调整，进入保压期后再控制调整阀使压力值达到恒定。按照控制器的功能要求，该控制器应具有计算能力、采集模拟量信号、控制开关量和模拟量信号并能通过usb和计算机通讯、该控制器组成模块为cpu、a/d转换、da转换，vi转换、阵列和rs232u

3、sb转换器，2所示。cpu采纳c8051f040，它具有高速8051微控制器内核，流水线命令结构；70命令执行时光为12个系统时钟周期，因此其运算速度较快；内部集成有13个，12位ad转换器，可将压力温度模拟信号转换为数字信号；2个12位da转换器，按照需要控制调整阀；2个uart串口，用于和计算机通讯；64个io端口，用于控制开关量信号；64 kb flash程序存储器，使系统在线编程；4 k ram可在编程。因此，c8051f040是一款功能强大的单片机,是该系统设计的核心。3 单元设计31 usb通讯电路设计因为单片机提供rs232通讯接口，而计算机采纳usb接口，因此需要usb和rs2

4、32接口转换电路,该系统设计采纳cp2101，它是silicon公司生产的高度集成的usb转uart桥接器，内置usb2.0全速功能控制器、usb、和带有调制解调器控制信号的异步串行数据总线(uart)，工作时无需其他外部元件。silicon提供免费的驱动程序，支持win98me2kxpce，mac os-9、mac 0s-x以及部分版本。便利地将一个基于cp2101的产品作为pc机的一个虚拟com端口，用法cp2101的uart接口处理全部的rs232信号，而无需更改现存的同件com端口。cp2101 uart接口包括txd(发送)和rxd(接收)数据信号以及rts，cts，dsr，dtr，

5、dcd和ri控制信号，uart支持rtscts，dsrdtr和x-onx-off握手，在pc机的com端口配置时，编程设置uart的数据格式和波特率。该系统设计采纳3线制串口，波特率192 kbs，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验位。图3为usb转rs232接口电路。图中rxd和txd衔接单片机串口，usb接口依次是+5 v、d-、d+和gnd，工作时衔接计算机随意usb接口。32 模拟量采集信号调理电路因为系统需采集15 v和4-20 ma的模拟信号，对于电流信号只要在电流环串联一只250 即可转换为05 v的电压信号，图4是任一路信号调理电路。该电路可输入电压信号或电流信号，输入

6、信号为4。adi4不接尺r204时，输入电压信号；接r204(250 )电阻时，则输入电流信号，u22b是电压尾随器，输出15 v，后接2只分压电阻r228和r232，可将信号转换为0525 v，r208和c204用于低通滤波，u21b为比例运放，因为运放单电源供电，所以设计为同相比例运算，r220和r224为分压电阻，按照实验确定阻值，vd24和vd28为庇护电路。33 开关量驱动电路因为该系统开关量控制信号较大，故采纳同态继电器和组合驱动，5所示。图中k1为同态继电器，com和do1为常开触点的2个接线端子；vd401为继电器线圈续流，vq1为npn三极管，工作在oc方式下。单片机控制vq

7、1以驱动继电器的线圈。34 模拟量输出电路利用模拟量控制调整阀，调整阀控制信号是420 ma电流信号，但下一代调整阀可能是15 v电压信号控制，为了便利互换，设计了电流输出和电压输出挑选跳线，6所示。单片机da转换器输出电压信号，经过同相比例运算信号为05 v，假如输出电压信号可用跳线将jp1的1和2短路，jp2输出电压信号；假如输出电流信号，可用跳线将jp1的2和3短路，信号输入至ad694电压电流转换器，则jp2输出电流信号。ad694供电电源电压范同宽，其范围为4536 v，按照不同连线方式可输入02 v、o25 v、010 v和0125 v，输出可选o20 ma和420 ma。该系统设计输入为025 v，输出420 ma。4 软件设计控制器是以单片机为核心，设计采纳编写，其流程图7所示。上电运行后先初始化，包括端口、定时器、串口和中断等初始化；初始化完成后等待上位机开头实验命令和压力阈值，收到命令后打开电源，按照压力阈值举行pid预算，利用运算结果控制调整器，实验结束后卸载油缸，然后断电停机。5 结论在分析现有的手动操作压力机缺点的基