基于AT89S51单片机的冲床控制器的设计与应用

本文介绍了一种用Atmel89S51单片机仿真PLC控制的方法，设计适合刚性离合器冲床的控制器，介绍了用光电隔离的输入输出电路的基本构成和工作原理，重点介绍了内部键盘显示电路的设计思想，同时给出了冲床控制的电器原理图。

系统硬件配置以AT89S51单片机为核心。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含４Kb ISP（In-system programmable）可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，内置看门狗（WDT）电路。

功能强大的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。采用该单片机设计的冲床控制器，具有以下几个特点：



图1 控制器的硬件结构框图

● 控制器采用PLC设计的理念，可靠性高，抗干扰能力强。
● 面板上6位七段LED显示，既可以用来调节参数，工作时也可以显示计数值。
● 模块化设计，体积小巧，便于安装。
● 利用AT89S51具有ISP的功能，可现场下载程序以实现可编程控制器的功能。

硬件设计

控制器的硬件结构如图1所示，主要有键盘显示电路、EEPROM电路、掉电检测、程序下载接口、光电隔离输入输出等模块组成。电源模块是用TOP220Y设计的具有+24V和+5V输出的开关电源。当系统断电瞬间掉电检测电路发信号给AT89S51,系统立即把参数和计数值存放到EEPROM电路中。

键盘显示电路如图2所示，为了节省I/O口线，这里复用了P0口的低3位。下面介绍该电路的工作原理：显示时，先置P3.3，P0.0～P0.5为高电平，再依次将显示内容所对应的编码经串入并出的移位寄存器74HC164输出到共阴极数码管，然后把要显示的位选置低，延时1ms，再把该显示的位选置高。只要这种动态扫描的频率足够高，本控制器采用80Hz，由于人眼的视觉暂留特性，就可以实现显示的功能，并没有闪烁的现象。扫描键盘时，把P3.3置为低电平，这时74HC164的输出均为低电平，这样就防止了在扫描键盘时干扰显示。当没有键按下时，读出的P0.0～ P0.2均为低电平，当有键盘按下时，相应输入会读出为高电平，再经延时去抖动法可判断出是哪个键被按下，再转到相应键的功能程序。本控制器的显示扫描、键盘扫描、键的去抖动都是放在定时器中断中完成的。



图2 键盘显示电路结构原理图

光电隔离输入电路如图3所示，输入端子和COM端子之间用无电压接点或NPN开集电极晶体管连接，为了可靠起见，输入电流为7mA，则输入为ON。当输入电流低于1.5mA则输入为OFF。输出电路采用光电隔离的继电器输出，将控制器内部电路与外部电路进行电气隔离，防止外部的干扰。



图3 光电隔离输入输出电路

具体应用

冲床控制接线如图4所示，工作时，面板上的6位数码管显示计数值，当需要设置参数时，按下功能建5秒后，可依次设定单次动作持续时间、需润滑的工作次数、润滑持续时间等参数。

转动选择开关到单次行程位置，滑块处于上死点范围内时，左手右手按钮同时按下，则双联阀得电，滑块往复运动一次，当凸轮转到制动位置时，控制器使双联阀失电，使滑块停在上死点的位置。



图4 冲床控制接线图

当选择开关置于寸动位置时，同时按下左、右手按钮，控制器使双联阀得电，可使滑块动作，松开按钮，控制器使双联阀失电，滑块随即停止。

总结

本文所述的用AT89S51单片机设计的冲床控制器，经试验运行，该控制器的运行可靠、抗干扰能力强，与软件算法设计以及光电保护的配合，可有效防止冲床的连冲，保障了操作人员的安全。另外，AT89S51单片机因其指令系统丰富、小巧、低价、灵活易扩展等独特的优点，在所设计的冲床控制器使整个系统的性价比得以大幅度的提高。