小型冲床控制系统设计方案 - 基于AT89S51单片机 - 常规

小型冲床控制系统设计方案 - 基于AT89S51单片机

本设计方案旨在改造一个小型冲床控制电路，以实现对冲床的控制和操作。使用AT89S51单片机作为控制核心，通过与各种硬件设备的连接和控制，实现冲床的上行、下行、保持和停止等功能。

1. 系统概述

2. 硬件设计

2.1 电源: 使用24V开关电源为整个系统提供电源。
2.2 电机: 使用24V的SIMOTICS S-1FL6电机作为冲床的驱动电机。
2.3 驱动器: 使用TB6560步进电机驱动板将控制信号转化为电机驱动信号。
2.4 控制器: 使用MC-10步进电机控制板作为单片机与驱动器之间的接口。
2.5 行程开关: 使用LXW5-11N1行程开关作为行程检测装置，用于检测冲床的行程位置。
2.6 按钮开关: 使用NP4-11BNZS平头按钮开关作为手动操作开关，用于控制冲床的上行、下行和停止。
2.7 拨动开关: 使用TEN1021 E 摇臂开关作为模式选择开关，用于选择手动或自动模式。
2.8 调速开关: 使用HW-A-1010B2.0调速器作为冲床的调速装置，用于调节冲床的行程速度。

3. 电路连接

3.1 将24V开关电源的正极连接到整个系统的电源输入端，负极连接到地。
3.2 将SIMOTICS S-1FL6电机的正极和驱动器的VCC连接，负极和驱动器的GND连接。
3.3 将TB6560步进电机驱动板的驱动端口与SIMOTICS S-1FL6电机的A+, A-, B+, B-连接。
3.4 将TB6560步进电机驱动板的控制端口与MC-10步进电机控制板的IN1, IN2, IN3, IN4连接。
3.5 将LXW5-11N1行程开关的COM接地，NO接MC-10步进电机控制板的行程检测输入端口。
3.6 将NP4-11BNZS平头按钮开关的NO接MC-10步进电机控制板的手动操作输入端口。
3.7 将TEN1021 E 摇臂开关的COM接地，NC接MC-10步进电机控制板的模式选择输入端口。
3.8 将HW-A-1010B2.0调速器的输出接MC-10步进电机控制板的调速输入端口。

4. 程序设计

4.1 定义引脚: 根据实际连接情况，定义51单片机的引脚，包括驱动器控制信号输出引脚、行程开关输入引脚、按钮开关输入引脚、拨动开关输入引脚和调速开关输入引脚。
4.2 初始化设置: 设置引脚的输入输出模式，初始化各个硬件设备。
4.3 主循环: 在主循环中，检测行程开关的状态，判断冲床的行程位置。根据拨动开关的状态，切换手动或自动模式。在手动模式下，根据按钮开关的状态，控制冲床的上行、下行和停止。在自动模式下，根据设定的上行时间、下行时间和保持时间，自动控制冲床的运行。
4.4 控制信号输出: 根据冲床的运行状态和模式选择，生成相应的控制信号，通过驱动器控制引脚输出给TB6560步进电机驱动板，实现对冲床驱动电机的控制。

5. 仿真电路说明

使用Protues进行仿真，根据实际的硬件连接情况，搭建相应的电路图，并设置相应的元件参数。通过仿真，验证电路的正确性和稳定性。

6. 相关程序清单

#include <reg51.h>

// 定义引脚
sbit drvCtrlPin = P1^0; // 驱动器控制信号输出引脚
sbit limitSwitchPin = P1^1; // 行程开关输入引脚
sbit buttonPin = P1^2; // 按钮开关输入引脚
sbit toggleSwitchPin = P1^3; // 拨动开关输入引脚
sbit speedControlPin = P1^4; // 调速开关输入引脚

// 初始化设置
void init() {
    // 设置引脚的输入输出模式
    drvCtrlPin = 0; // 驱动器控制信号输出引脚为输出模式
    limitSwitchPin = 1; // 行程开关输入引脚为输入模式
    buttonPin = 1; // 按钮开关输入引脚为输入模式
    toggleSwitchPin = 1; // 拨动开关输入引脚为输入模式
    speedControlPin = 1; // 调速开关输入引脚为输入模式
}

// 控制信号输出
void controlOutput(int controlSignal) {
    drvCtrlPin = controlSignal; // 控制信号输出给驱动器
}

// 主循环
void main() {
    init(); // 初始化设置
    
    while(1) {
        if (limitSwitchPin == 0) {
            // 行程开关触发，冲床到达行程位置
            controlOutput(0); // 停止冲床运行
        }
        
        if (toggleSwitchPin == 0) {
            // 手动模式
            if (buttonPin == 0) {
                // 上行按钮按下
                controlOutput(1); // 冲床上行
            } else if (buttonPin == 1) {
                // 下行按钮按下
                controlOutput(2); // 冲床下行
            } else {
                // 停止按钮按下
                controlOutput(0); // 停止冲床运行
            }
        } else {
            // 自动模式
            int upTime = 3000; // 上行时间3秒
            int downTime = 2000; // 下行时间2秒
            int holdTime = 1000; // 保持时间1秒
            
            controlOutput(1); // 冲床上行
            delay(upTime); // 上行时间
            controlOutput(0); // 停止冲床运行
            delay(holdTime); // 保持时间
            controlOutput(2); // 冲床下行
            delay(downTime); // 下行时间
            controlOutput(0); // 停止冲床运行
            delay(holdTime); // 保持时间
        }
    }
}

设计总结

在这个设计过程中，我学到了如何使用单片机来控制和操作冲床。通过与各种硬件设备的连接和控制，实现了冲床的上行、下行、保持和停止等功能。

在硬件设计中，我选择了适合的电源、电机、驱动器、控制器、行程开关、按钮开关、拨动开关和调速开关，这些设备的选择和连接对于整个系统的正常运行起到了重要的作用。

在程序设计中，我首先定义了引脚，然后进行了初始化设置，包括设置引脚的输入输出模式和初始化各个硬件设备。接着在主循环中，根据行程开关的状态和拨动开关的状态，切换手动或自动模式，并根据按钮开关的状态控制冲床的上行、下行和停止。在自动模式下，根据设定的上行时间、下行时间和保持时间，自动控制冲床的运行。最后，根据冲床的运行状态和模式选择，生成相应的控制信号，通过驱动器控制引脚输出给步进电机驱动板，实现对冲床驱动电机的控制。

通过这个设计，我不仅学到了如何使用单片机进行控制和操作，还学到了如何选择和连接各种硬件设备，并且熟悉了程序的编写和调试过程。这个设计对于我提高硬件设计和程序开发的能力有很大的帮助，也增加了我对自动控制系统的理解和应用能力。