文章介紹了一種基于單片機AT89C55的折頁機卡紙監(jiān)測控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件設計包括電平轉換模塊、防誤動模塊、報警停機模塊、通訊模塊、存儲擴展模塊，軟件設計使用μVision2集成開發(fā)環(huán)境和WAVE6000。
此系統(tǒng)代替原有PLC檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)經過測試，運行平穩(wěn)，反應敏捷。達到設計要求。
一、引言
折頁機是一種印后設備，它將每張很大的印刷紙折成適合平常裝訂得，人們經常見到的紙張的大小。分很多種類型。它可以將紙張四折、八折、十六折、三十二折當在折紙的過程中，發(fā)生卡紙時，卡紙檢測系統(tǒng)自動發(fā)出停機信號和報警信號，并發(fā)出信息指示卡紙發(fā)生的位置。
目前，國內折頁機卡紙系統(tǒng)的設計以PLC為核心控制得為主，PLC控制設計簡單，穩(wěn)定可靠，但PLC有許多不足之處。占用PLC I/O口數(shù)量過多，大約14之多。PLC的工作方式是每次掃描各個I/O口。根據(jù)每個I/O口的變化作出相應處理。占用I/O口過多就會增加PLC的處理時間。增加主控PLC的負擔。國外如日本都是采用以單片機為核心的卡紙監(jiān)測系統(tǒng)。單片機體積小，運算速度高，有豐富的各種資源，能進行更復雜得運算。可靠性基本滿足需求。
二、系統(tǒng)總體設計要求
系統(tǒng)用于檢測折頁機紙張的運行狀態(tài)，通過RS485與PLC通訊，在機器運轉時如果檢測到紙張停留在機器中，系統(tǒng)立即輸出信號給PLC。系統(tǒng)的幾個輸入信號，都是NPN型，即有信號時是24v低電平，沒信號時是24v高電平。包括：一個來自光電開關的脈沖信號。五個光電開關信號。單張進紙按鈕信號。連續(xù)進紙按鈕信號。24v直流電源信號。兩個備用輸入端子。輸出信號包括：發(fā)生故障時輸出有開點變?yōu)殚]點的繼電器信號。3個備用輸出端子。
三、硬件設計
圖1 系統(tǒng)設計圖
本系統(tǒng)采用AT89C55作為核心控制器，外擴4K的RAM存儲24C01芯片。本產品是原折頁機檢測系統(tǒng)的升級換代產品，所以盡量采用原系統(tǒng)的通訊模式。采用M75176芯片，使用485通訊格式與控制顯示折頁機運行狀態(tài)的PLC進行通訊。控制輸出模塊也就是報警停機模塊用AT89C55控制24v歐姆龍繼電器，輸出24v停機信號給主控PLC。
1、電平轉換電路
折頁機上一共設有5個傳感器加上一個時鐘信號，一共有由6個24v輸入信號。輸入有效信號是24v低電平，當紙張通過傳感器時，傳感器給出一個24v低電平。當沒有紙張通過傳感器時，傳感器給出24V高電平。所以正常工作時，傳感器輸出一個24v的寬脈沖信號。當有發(fā)生卡紙時，傳感器將一直輸出24v高電平或者24v低電平。當紙卡在傳感器下時是輸出24v低電平。當紙卡在兩個傳感器之間時是輸出24高電平。輸出一個控制信號根據(jù)廠家要求預留兩個控制線路。因為單片機要求5v的TTL電平，因此必須設計相應的電平轉換模塊。輸入輸出均用TLP521-4光隔將24v電平轉換成TTL電平，或反之。每條輸入輸出線路均用發(fā)光二極管指示。AT89C55是51系列單片機之一，port1口具有上拉電阻，所以選用port1作為輸入口。
2、防誤動模塊
繼電器控制端輸入低電平導通線圈，繼電器動作停機。折頁機工作時，發(fā)生卡紙故障時，單片機向繼電器控制端輸出低電平，線圈通電導通，繼電氣開關動作。而在折頁機開始工作時，電路設計先向單片機送電然后向繼電器送電，繼電器控制端有電平變化，引起繼電器動作。這是不符合生產要求的。為消除繼電器誤動，采用了 GAL16VB門芯片。GAL輸入5個信號，邏輯代表5個傳感器的狀態(tài)，5個信號與門輸入。GAL芯片輸出控制繼電器。當有一個傳感器下發(fā)生卡紙時。相應改變GAL的一個輸入信號。GAL芯片輸出改變，如后再導通繼電器停機，由于五個傳感器開始狀態(tài)不變，所以繼電器不會發(fā)生誤動作。
圖2 原理圖
3、存儲開展模塊
在實際生產中，機器可能暫時停機。下次機器開機時，運行的是同一批任務，這就要使用開始時的某些參數(shù)變量。而單片機的RAM存儲區(qū)在機器停機掉電后，其中的數(shù)據(jù)將會全部丟失。如果放在ROM中，程序大小已經快接近AT89C55的容量，而且一般變量不存放在ROM中。ROM中的數(shù)據(jù)一旦寫入掉電不變化，一般存放程序數(shù)據(jù)。而這些參數(shù)變量在工作任務改變時，其值也將發(fā)生改變。這就需要外擴ROM，24C01是一種EEPROM芯片，掉電還可保存數(shù)據(jù)，支持I2C。可擦寫一百萬次以上，能保存數(shù)據(jù)40年。24C01和AT89C55通訊的方式采用I2C模式。
四、軟件設計
1、 軟件開發(fā)環(huán)境
程序使用C51。開始軟件模擬測試時，C51的開發(fā)工具是使用現(xiàn)在最流行的KEIL 51和μVision2集成開發(fā)環(huán)境。KEIL 51是德國KEIL公司開發(fā)的單片機C語言編譯器，其前身是FRANKLIN C51，現(xiàn)在的最新版本V6功能已經相當不錯，特別是兼容ANSI C后又增加了很多與硬件密切相關的編譯特性，使得在8051系列單片機上的開發(fā)應用程序更為方便和快捷。μVision2是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境，編譯環(huán)境使用KEIL 51，集成了文件編輯處理、編譯鏈接、項目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調試等多種功能。
在線調試時使用偉福自帶的開發(fā)工具WAVE 6000。將源代碼拷貝到WAVE 6000下，采用WAVE自開發(fā)的c編譯器comp51，作相應的改動。進行在線調試。WAVE 6000是南京偉福實業(yè)公司開發(fā)的。支持匯編語言和C語言，也具有強大的項目管理、變量觀察合編譯功能。
2、 軟件設計思想
軟件主要采用輪詢的方法來檢測是否卡紙。首先進行主控芯片AT89C55和擴展存儲芯片24C01的初始化。主控芯片AT89C55包括Time方式設置、中斷使能等等。擴展存儲芯片24C01的初始化包括讀寫子程序編寫等等。單張走紙時記錄各種參數(shù)包括每張紙通過每個傳感器的時間即脈沖數(shù)，每張紙在每連個傳感器之間行走的時間。連續(xù)走紙時，也記錄每張紙的這些參數(shù)，然后采用輪詢的方法，對每張紙的參數(shù)與單張走紙時所記錄的參數(shù)進行比較，如果在允許的范圍內，則說明折頁機工作正常，反之則發(fā)出報警停機信號。
五、結束語
此檢測系統(tǒng)提高了折頁機的自動控制水平。此系統(tǒng)經過現(xiàn)場實驗，運行穩(wěn)定可靠，達到了設計要求。目前該系統(tǒng)已做成產品應用于實際產品中。如果改進軟件的設計思路和使用跟高速的MCU，會使系統(tǒng)進一步優(yōu)化，達到更好的效果。
參考文獻
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