基于51单片机的折页机卡纸检测系统的设计

一、引言

　　折页机是一种印后设备,它将每张很大的印刷纸折成适合平常装订得,人们经常见到的

　　纸张的大小。分很多种类型。它可以将纸张四折、八折、十六折、三十二折当在折纸的过程中,发生卡纸时,卡纸检测系统自动发出停机信号和报警信号,并发出信息指示卡纸发生的位置。

　　目前,国内折页机卡纸系统的设计以PLC为核心控制得为主,PLC控制设计简单,稳定可靠,但PLC有许多不足之处。占用PLC I/O口数量过多,大约14之多。PLC的工作方式是每次扫描各个I/O口。根据每个I/O口的变化作出相应处理。占用I/O口过多就会增加PLC的处理时间。增加主控PLC的负担。国外如日本都是采用以单片机为核心的卡纸监测系统。单片机体积小,运算速度高,有丰富的各种资源,能进行更复杂得运算。可靠性基本满足需求。

二、系统总体设计要求

　　系统用于检测折页机纸张的运行状态,通过RS485与PLC通讯,在机器运转时如果检测到纸张停留在机器中,系统立即输出信号给PLC。系统的几个输入信号,都是NPN型,即有信号时是24v低电平,没信号时是24v高电平。包括：一个来自光电开关的脉冲信号。五个光电开关信号。单张进纸按钮信号。连续进纸按钮信号。24v直流电源信号。两个备用输入端子。输出信号包括：发生故障时输出有开点变为闭点的继电器信号。3个备用输出端子。

三、硬件设计

　　本系统采用AT89C55作为核心控制器,外扩4K的RAM存储24C01芯片。本产品是原折页机检测系统的升级换代产品,所以尽量采用原系统的通讯模式。采用M75176芯片,使用485通讯格式与控制显示折页机运行状态的PLC进行通讯。控制输出模块也就是报警停机模块用AT89C55控制24v欧姆龙继电器,输出24v停机信号给主控PLC。

1、电平转换电路

　　折页机上一共设有5个传感器加上一个时钟信号,一共有由6个24v输入信号。输入有效信号是24v低电平,当纸张通过传感器时,传感器给出一个24v低电平。当没有纸张通过传感器时,传感器给出24V高电平。所以正常工作时,传感器输出一个24v的宽脉冲信号。当有发生卡纸时,传感器将一直输出24v高电平或者24v低电平。当纸卡在传感器下时是输出24v低电平。当纸卡在两个传感器之间时是输出24高电平。输出一个控制信号根据厂家要求预留两个控制线路。因为单片机要求5v的TTL电平,因此必须设计相应的电平转换模块。输入输出均用TLP521-4光隔将24v电平转换成TTL电平,或反之。每条输入输出线路均用发光二极管指示。AT89C55是51系列单片机之一,port1口具有上拉电阻,所以选用port1作为输入口。

2、防误动模块

　　继电器控制端输入低电平导通线圈,继电器动作停机。折页机工作时,发生卡纸故障时,单片机向继电器控制端输出低电平,线圈通电导通,继电气开关动作。而在折页机开始工作时,电路设计先向单片机送电然后向继电器送电,继电器控制端有电平变化,引起继电器动作。这是不符合生产要求的。为消除继电器误动,采用了GAL16VB门芯片。GAL输入5个信号,逻辑代表5个传感器的状态,5个信号与门输入。GAL芯片输出控制继电器。当有一个传感器下发生卡纸时。相应改变GAL的一个输入信号。GAL芯片输出改变,如后再导通继电器停机,由于五个传感器开始状态不变,所以继电器不会发生误动作。

图2 原理图

3、存储开展模块

　　在实际生产中,机器可能暂时停机。下次机器开机时,运行的是同一批任务,这就要使用开始时的某些参数变量。而单片机的RAM存储区在机器停机掉电后,其中的数据将会全部丢失。如果放在ROM中,程序大小已经快接近AT89C55的容量,而且一般变量不存放在ROM中。ROM中的数据一旦写入掉电不变化,一般存放程序数据。而这些参数变量在工作任务改变时,其值也将发生改变。这就需要外扩ROM,24C01是一种EEPROM芯片,掉电还可保存数据,支持I2C。可擦写一百万次以上,能保存数据40年。24C01和AT89C55通讯的方式采用I2C模式。

四、软件设计

1、软件开发环境

　　程序使用C51。开始软件模拟测试时,C51的开发工具是使用现在最流行的KEIL 51和μVision2集成开发环境。KEIL 51是德国KEIL公司开发的单片机C语言编译器,其前身是FRANKLIN C51,现在的最新版本V6功能已经相当不错,特别是兼容ANSI C后又增加了很多与硬件密切相关的编译特性,使得在8051系列单片机上的开发应用程序更为方便和快捷。μVision2是一种集成化的文件管理编译环境,编译环境使用KEIL 51,集成了文件编辑处理、编译链接、项目管理、窗口、工具引用和软件仿真调试等多种功能。

在线调试时使用伟福自带的开发工具WAVE 6000。将源代码拷贝到WAVE 6000下,采用WAVE自开发的c编译器comp51,作相应的改动。进行在线调试。WAVE 6000是南京