采用單片機控制下的機床超聲檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：機床自動超聲檢測系統(tǒng)能夠?qū)C床上生產(chǎn)的零件進行在線檢測，提高了機床生產(chǎn)零件的良品率以及效率。本文通過對機床自動超聲檢測系統(tǒng)進行分析，采用單片機對機床超聲檢測控制系統(tǒng)進行控制。通過硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計，實現(xiàn)了單片機控制下的機床超聲檢測控制系統(tǒng)的開發(fā)。通過所開發(fā)的機床超聲檢測控制系統(tǒng)，能夠便捷準確的對零件進行在線檢測。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.052

0 前言

機床生產(chǎn)的大量零配件，以及機床生產(chǎn)過程中的惡劣環(huán)境下，靠人工對機床所生產(chǎn)零配件的優(yōu)良程度進行檢測是不可取的。因此，隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，人們開始利用機床自動超聲檢測系統(tǒng)對機床所生產(chǎn)的零配件進行優(yōu)良程度的檢測。本文通過對機床自動超聲檢測系統(tǒng)進行研究，通過硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，開發(fā)了一種單片機控制下的機床超聲檢測控制系統(tǒng)。通過本文所設(shè)計系統(tǒng)能夠?qū)C床自動超聲檢測進行良好的控制。

1 機床自動超聲檢測系統(tǒng)分析

機床自動超聲檢測系統(tǒng)為一個復(fù)雜的、多組織的高度集成化系統(tǒng)。機床自動超聲檢測系統(tǒng)將超聲組件、計算機以及機床等集合成一體。機床自動超聲檢測系統(tǒng)利用控制系統(tǒng)，將整個檢測系統(tǒng)中的各個功能部分進行耦合，通過協(xié)調(diào)各個獨立的功能模塊來完成超聲檢測。在不影響機床生產(chǎn)的前提下，通過控制超聲波以實現(xiàn)對機床所生產(chǎn)的零配件進行在線檢測。這樣就可以兼顧高效生產(chǎn)的同時還能穩(wěn)定的檢測生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 超聲檢測控制系統(tǒng)設(shè)計

（1）硬件設(shè)計。機床超聲檢測控制系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)上主要由自動控制系統(tǒng)、超聲波控制及處理系統(tǒng)以及通信接口系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

在整個硬件系統(tǒng)中，自動控制系統(tǒng)負責(zé)協(xié)調(diào)外圍各個子系統(tǒng)。使得各個子系統(tǒng)按要求獨立動作，相互配合完成工作要求。由此，自動控制系統(tǒng)中的主控器需要具備響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性能好的特點。本文選用STC系列的IAP15W4K58S4型單片機做為主控器。其是一款8位的單片機，具有運算速度快、穩(wěn)定性能好等特點。能夠通過內(nèi)部集成的PWM、AD＼DA、UART等端口和功能與外圍器件以及設(shè)備進行通信，實現(xiàn)控制命令的傳輸，對各個子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)處理。

在整個硬件系統(tǒng)中，超聲波控制及處理子系統(tǒng)起到了傳感器的作用。該子系統(tǒng)在超聲探傷儀的基礎(chǔ)上進行設(shè)計開發(fā)，其包含了自動掃描與自動檢測模塊。通過單片機發(fā)出的脈沖控制信號來出發(fā)超聲波的發(fā)送。

在通信接口上，本文系統(tǒng)設(shè)計了RS-485以及以太網(wǎng)接口，以便適應(yīng)多種需求的通信連接。同時本文在通信接口系統(tǒng)中，還設(shè)計了光電耦合電路，將通信信號進行保護，以杜絕機床工作過程中產(chǎn)生的干擾信號對通信信號進行破壞。本文所設(shè)計的RS-485接口是基于ADM2587E芯片實現(xiàn)的，該芯片構(gòu)成的電路中集成了RS-485收發(fā)單元、DC-DC電源部分等，有半雙工與全雙工兩種工作方式以供選擇。能夠較靈活的實現(xiàn)與多種通信設(shè)備的連接。

另外，本文所設(shè)計系統(tǒng)還包含了聲控報警電路。該電路通過對超聲回波信號進行處理，并將處理后信號送入上位機系統(tǒng)。上位機系統(tǒng)通過對該信號進行處理與判斷。若該信號為缺陷檢測信號，則通過總線向單片機發(fā)送控制信號。單片機根據(jù)上位機發(fā)出的控制信號，對系統(tǒng)的警報喇叭進行發(fā)聲控制。

（2）軟件設(shè)計。本文所設(shè)計系統(tǒng)中的軟件部分與硬件系統(tǒng)相對應(yīng)，可劃分為觸發(fā)脈沖控制程序、上位機通信程序、警報觸發(fā)程序以及超聲波檢測程序等。其程序設(shè)計流程圖如圖2所示。

從圖2可見，本文軟件控制流程較多。本文在KEIL C51軟件上采用C語言，分為多.C文件來實現(xiàn)軟件的控制。

3 結(jié)論

機床自動超聲檢測系統(tǒng)是機床生產(chǎn)零配件過程中，控制零配件優(yōu)良率的有效輔助設(shè)備。本文通過對機床自動超聲檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及作用等方面進行分析后，從硬件系統(tǒng)設(shè)計與軟件設(shè)計出發(fā)，研究了采用單片機控制下的機床自動超聲檢測控制系統(tǒng)。從功能的需求出發(fā)，通過自動控制系統(tǒng)、超聲波控制及處理系統(tǒng)以及通信接口系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成了本文所設(shè)計超聲檢測控制系統(tǒng)的硬件部分。根據(jù)硬件的組成以及功能的需求，利用模塊化的思想，設(shè)計了本文超聲檢測控制系統(tǒng)的軟件，并通過多.C文件的形式來實現(xiàn)軟件的控制。本文所設(shè)計的機床自動超聲檢測控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機床超聲對機床產(chǎn)品的優(yōu)良情況檢測，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品優(yōu)良率的控制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

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作者簡介：孟淑麗（1971-），女，河北石家莊人，碩士，講師，研究方向：電氣自動化。