淺析單片機的機械手控制系統(tǒng)

摘?要：工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。機械手技術涉機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計機技術等科學領域，是門跨學科綜合技術。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化保人身安全，因而廣泛應用機械制造、冶金、電子等部門。

關鍵詞：機械手;控制;單片機

機械手控制系統(tǒng)主要采用以下三種方式：一是傳統(tǒng)的繼電器控制，該方式控制系統(tǒng)裝置，因設計復雜、接線繁雜、易受干擾，從而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題已逐步被淘汰。二是采用可編程控制器PLC，該力式的控制系統(tǒng)運行可靠，使用維修力便，編程簡單，抗干擾性強?，但是PL成本較高。三是采用微機控制，該力式有較強的智能性，價格便宜，但也存在小足之處，既抗干擾性差，系統(tǒng)設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術。目前我國中小型企業(yè)發(fā)展迅猛，而該類企業(yè)需求價廉物美的生產設備，因此以單片機為控制核心的設備具有無可比擬的優(yōu)勢，基于單片機的機械手控制系統(tǒng)有著旺盛的生命力，關鍵是必須解決抗干擾問題。

1.取模機械手控制系統(tǒng)的要求

取模機械手控制系統(tǒng)的驅動采用氣動。氣動式速度快、成本低、結構相對簡單而且有較高的重復定位精度?？刂葡到y(tǒng)對馭動系統(tǒng)進行控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照預定的要求而運動?？刂葡到y(tǒng)包括位置檢測裝置和程序控制兩部分。

2.控制系統(tǒng)的硬件設計

通過對此取模機械手的動作要求、注塑機動作要求以及機械手運動位置的研究，機械手共需有10個輸出點和9個輸入點?？刂坪唵危虼诉x用單片機作為控制核心，且CPU具有ISP功能，負責從計算機上下載程序代碼到單片機中，方便調試和軟件升級。

硬件部分采用模塊化設計主要山5個模塊組成。①電源模塊：本控制系統(tǒng)采用AC220V/SOHZ電源供電，中繼級板對電源要求是DC+24V，控制板是DC+SV。②中繼板：負責把接收接近開關的信號和來自注塑機的控制信號傳輸?shù)絾纹?，檢測機械手的動作;把單片機的輸出控制信號傳輸給機械手產生相應動作、傳輸給注塑機，實現(xiàn)機械手和注塑機的動作配合。③鍵盤及狀態(tài)燈：相關功能設置和動作編輯等操作、示機械手和注塑機的關鍵信號。④液晶顯示模塊：顯示機械手位置狀態(tài)、動作、菜單顯示。⑤主控模塊：負載總體協(xié)調，控制功能。

硬件抗干擾設計：本控制系統(tǒng)傳感器全部采用接近開關，其工作電源為D24V，通過光電隔離電路把接近開關的輸出電壓轉化為TTL電平，實現(xiàn)與單片機的通訊、外部電路電源與控制電路電源的隔離、提高了抗干擾能力;系統(tǒng)控制輸出通道采用數(shù)字量輸出，經驅動放大控制光電隔離電路把TTL電平轉化為24V，以便控制繼電器的工作，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和驅動能力;主控板采用電磁屏蔽技術;根據(jù)不同的控制用繼電器之間的關系，構成互鎖，系統(tǒng)由防止于干擾誤動作;在繼電器和電磁閥電源線聯(lián)接續(xù)流二極管，防止通斷時對控制系統(tǒng)的干擾團;在數(shù)字芯片電源和地之間接去藕電容、旁路電容，提高了芯片抗干擾能力;在電源的輸入和輸出處，在電路上串接鐵養(yǎng)體磁珠，在這樣的應用中鐵心能夠抑制寄生振蕩和衰減感應或傳輸?shù)皆骷€上或與之相連的電纜的高頻無用信號;主控制板有+24V和+5V兩個電壓值，采用多點接地可以減少接地阻抗、接地回路和信號環(huán)路。

3.控制系統(tǒng)軟件設計

軟件采用模塊化的設計，模塊化設計對于軟件程序的調試和可重用性都有非常大的好處。在本控制系統(tǒng)中，在軟件部分要完成的功能為：鍵盤掃描和鍵盤讀取;液晶菜單顯示;機械手動作控制;機械手狀態(tài)檢測;機械手動作示教;機械手緊急停止處理。其中機械手的操作程序和機械手的狀態(tài)檢測都放在了定時中斷0中;在不需要機械手工作時，為配合注塑機正常工作，需發(fā)送允許關模信號，允許關模信號的發(fā)送時間周期通過定時器1設置;機械手急停信號接到外部中斷。開啟CPU的低電平檢測中斷。提高系統(tǒng)的實時響應能力，和突發(fā)事件的處理、響應能力。

軟件抗干擾設計：主控制芯片內部有硬件看門狗，在程序中迸行響應的設置，就可以運用看門狗;在程序運行過程中，如果程序跑飛，看門狗復位，程序指釗指到OOOOH.在程序開頭編程序，完成程序的出錯處理，然后把系統(tǒng)引起正軌;輸入信號的干擾是疊加在有效電平信號上的系列離散尖脈沖，作用時間很短當控制系統(tǒng)存在輸入干擾，又不能用硬件加以有效抑制時，可以用軟件重復測試的力法，對接口中的輸入數(shù)據(jù)信息進行多次檢測，若檢測結果完全一致，則是真的輸入信號：相反，如果多次檢測的內容不一致，則是偽輸入信號;開關量輸出軟件抗干擾設計，主要是采取重復輸出的辦法，這是一種提高輸出接口抗干擾性能的有效措施，對于用鎖存器輸出的控制信號，這個力法很有必要在允許的情況下，輸出周期盡可能短，在輸出端口受到干擾而輸出錯誤信號后，外部執(zhí)行設備在還沒有來得及做出有效反應，正確的信息又輸出了，這就可以及時地防止錯誤動作的發(fā)生。

4.結束語

本控制系統(tǒng)采用單片機的直接控制結構，各模塊分工明確、整個系統(tǒng)安排合理、簡潔、功能明確、力便維修和故障處理;主控芯片具有ISP功能，方便程序調試和以后軟件升級;軟、硬件抗干擾措施并重的設計為機械手氏期穩(wěn)定工作提供了技術上的基本保障。即使是出現(xiàn)程序跑飛等問題，也能通過看門狗使程序運行重新恢復正常運行，并能防止死機造成的危險誤動作，提高汁塑生產的安全性。

參考文獻：

[1]易英欣.MCS-51系列單片機主動抗十擾技術[J]信息技術，2012，2：17-18.

[2]何立民.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計[M].北京：北京航空航人大學出版社

作者簡介：趙沖，男，碩士，廣東工業(yè)大學機電工程學院。