電磁閥計數器的設計與實現

黃道燚 陳敏敏

（汕尾職業技術學院 廣東 汕尾 516600）

0 引言

電磁閥的廣泛應用于工業控制系統的各個方面。本題目主要研究電磁閥在工件生產的控制，某些工件的生產現場環境危險或智能無人操作系統，例如高壓，有害輻射等，必須通過電磁閥進行間接控制生產，導致在的及時清點工件數存困難。[1]本設計主要針對這個困難設計一個從電磁閥工作電路中提取信號，同時，通過單片機的計數實現工件數的清點，以及近期生產件的查詢。

1 系統總體構架

1.1 功能要求

（1）從電磁閥工作電路中提取信號，通過一定的轉換電路，轉化為單片機可接收的信號。（2）用單片機對接收到的信號進行脈沖計數，計數的范圍為0～99999，并使它在LED顯示管顯示出來。（3）用按鍵對近5天的工作數進行查詢，并在LED顯示管上顯示。

1.2 系統處理工作板塊

本設計的內部處理板塊主要是由電磁閥工作的模擬模塊，信號的轉換模塊，總控制處理模塊組成。

首先，電磁閥工作的模擬模塊的工作主要是模擬電磁閥的工作，用直流來控制交流的工作，產生初始信號。主要是變壓器和繼電器，以及按鈕開關組成。

接著是信號的提取，信號的提取以及轉換模塊的工作主要是從電磁閥中提取初始信號，再通過電－光－電的轉換，最后通過整流，最后變為單片機可以的接受信號。

最后，是總控制處理模塊的處理，總控制處理模塊核心是單片機芯片,它的主要工作就是，接受從轉換模塊中輸入的信號，對其行檢測判斷，最終對輸入信號的次數進行累加，并把數據送到顯示模塊進行顯示；對按鍵的閉合與否進行檢測判斷，并對其進行處理，完成今天數據的存儲，以及把前幾天存儲數據送到顯示模塊按要求進行顯示。

1.3 用戶面板

用戶面板，本設計的用戶面板由3個按鍵和5位的LED顯示器構成，按鍵主要用于查詢計數，存儲，以及計數器的復位功能。LED﹑三極管﹑電阻構成數碼顯示電路。LED顯示器動態顯示方式。

1.4 總控制模塊及電路

在本設計中，AT89C2051是總控制器，圖1它完成以下幾個方面的工作：

圖1 控制電路

首先，通過P1.7口檢測脈沖電路輸送進來的電信號，并判斷其是否為干擾。當確認其為輸入信號之后，通過單片機的軟件系統進行計數，并存儲到一定的單元。然后，完成計數后把計數的結果發送到顯示管，對其進行5位的LED管顯示。另一方面，在此同時，外接按鍵電路，通過P3.5口和P3.7口檢測按鍵電路是否由按鍵輸入，有就判斷那個鍵輸入，當為查詢按鍵時，把存儲的數據送到5位的LED顯示管顯示。當為結束按鍵時，則存儲數據。當RESET鍵按下的時候復位計數器。

在LED管的顯示上，本設計采用動態掃描顯示方式，由P1.0-P1.6口輸出段碼：

P3.0-93.4口輸出位選碼。輸出時采用查表法，將數字對應的段碼值送到P1.0-P1.6口，位選信號輸出，采用直接位尋址方式。在進行LED顯示時，如果高位為零，則不顯示。

按鍵電路由開關按鍵和電阻組成，按鍵1和按鍵2分別連接到單片機的P3.5口與P3.7口，按鍵1用于工作人員對工件數的查詢，而按鍵2是今天工作的結束鍵，同時也對今天工件數量的存儲。

1.5 單脈沖輸入電路

本設計的單脈沖主要部分由一個光耦合元件和一個史密斯觸發器以及電阻和二極管，電容等構成，圖2。主要完成這樣的幾個工作：

圖2 轉換電路圖

圖3 模擬電磁閥工作電路

首先，是從模擬電磁閥工作電路中提取信號。下一步是把信號送到單片機了計數，但是電磁閥電路中的電流并不適合直接送入單片機的計數，直接提取的信號存在電壓較高，容易產生干擾等問題，不能為單片機識別，所以在此中間，要使用4N33對其進行電－光－電的轉換，隔斷信號電路和接受電路之間的電聯系，使之互相獨立，從而也隔斷了噪聲從一個電路進入另一個電路的通路，不會形成干擾。

最后，才使用史密斯觸發器74LS14對從光耦合器中轉化出來的電信號進行處理，增加驅動能力和脈沖整形，同時也達到保護單片機的作用。

1.6 模擬電磁閥工作電路

本設計用簡單的電路模仿電磁閥的工作原理，圖3。

主要是采用元件有：220V~5V的變壓器一個，控制端為5V控制交流的電磁繼電器一個，以及開關一個。

2 硬件抗干擾設計

2.1 系統的干擾

所謂干擾，一般是指有用信號以外的噪聲，在信號輸入、傳輸和輸出過程中出現的一些有害的電氣變化現象。這些變化迫使信號的傳輸值、指示值或輸出值出現誤差，出現假象。

2.2 硬件系統的抗干擾

在本設計中抗硬件干擾主要使用光電耦合器。

光電耦合器能夠起到:一是輸入輸出的隔離;二是消除和抑制噪聲。

3 系統軟件設計與實現

圖4-1 主程序的流程圖

3.1 程序流程

本系統軟件采用匯編語言，下面介紹程序的設計思想，主程序的流程圖如圖4-1所示。主程序負責對整個系統程序進行有效的組織和管理，促使各模塊功能的實現。

主程序的功能如下（圖4-1）。

初始化：初始化工作，清零LED顯示管待顯示數值的空間，當前計數值的存放空間，計數初值五位LED顯示管顯示為00000。

信號的檢測：對輸入口進行檢測，檢測到信號就跳到加一程序進行執行，同時把計數值送到顯示地址中進行顯示。

按鍵1檢測：沒檢測到信號跳到檢測按鍵執行，如果檢測到1按鍵按下，則從特定地址讀取近幾天來的數據顯示。

按鍵2檢測：如果檢測到2鍵，表示今天的工作結束，把數據存儲到特定的地址。

3.2 按鍵控制模塊

按鍵模塊包括按鍵的檢測模塊，和檢測到按鍵后的調用模塊。

檢測模塊，主要是對按鍵1和按鍵2的檢測，為了防止按鍵抖動，本設計在中間加入了延時，來消除按鍵的抖動。流程圖如圖4-2：

圖4-2 按鍵控制流程圖

RESET鍵：復位按鍵

按鍵1：查詢按鍵

按鍵2：停工按鍵

復位按鍵是對整個單片機的復位，也就是對計數器的復位。

3.3 軟件抗干擾設計

在本設計中，為了實現計數器的準確計數，采用了連續兩次檢測輸入信號的方法。這種方法的使用，使計數器的準確計數等到保證。

PC受干擾出現錯誤程序便會脫離正常軌道，出現 “亂飛”，這樣就會出現把操作數當作操作碼，或者把操作碼當作操作數的情況。本設計采用軟件陷阱，亂飛的程序進入非程序區的時候，就可設定軟件陷阱對亂飛的程序進行攔截從而將程序引向一個固定的位置。這樣就可將捕獲的程序重新納入正軌。[4]

4 結語

本文在電磁閥控制生產工件系統的技術基礎上，對其電氣控制部分，用AT89C2051單片機結合自動控制技術、電子技術進行技術改造，實現對生產工件的計數即時顯示，近5天工件數值的存儲，按鍵查詢顯示。

4.1 整個系統軟、硬件采用模塊化設計，對電磁閥生產工件進行計數，存儲，顯示。各功能模塊相互獨立又相互聯系，通用性強，調試方便，出現故障易排除。

4.2 硬件設計充分考慮到弱強電之間的干擾，采用光電耦合器隔離技術，軟件采用雙檢測輸入信號，使得系統抗干擾能力較強，計數準確。

［1］溫邦彥，孫麗麗.中國電磁閥技術的新發展[J].通用機械，2004，10；72－75.

［2］吳國經.單片機應用技術[M].中國電力出版社，2004，10；72－75.

［3］夏立賦，譚青.一種基于單片機的多位LED顯示系統的設計[J].電腦開發與應用，2005，18（7）：40－41.

［4］馬鴻文.基于單片機的電子計價枰的設計與實現[J].微機算機信息，2005，25：96－98.