單片機鋼纖維排序設備控制電路設計

摘 要： 設計了一種以MCS?51單片機為控制核心的鋼纖維排序設備控制電路，利用單片機產生PWM控制信號，根據進料的多少，來控制排序磁場的大小，有效地解決了鋼釬排序電路效率低、發熱大的問題，實現了勵磁磁場與進料速度的智能控制，實現了系統的高可靠性，大大地提高了鋼纖維的排序包裝效率。

關鍵詞： AT89C51； 鋼纖維； PWM控制； 鋼釬排序電路

中圖分類號： TN911?34； TM42 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）14?0149?03

Design of microcontroller?based control circuit for steel fiber sorting device

HUANG Jie

（Hunan Railway Professional Technology College， Zhuzhou 412005， China）

Abstract： A control circuit of steel fiber sorting device taking MCS?51 microcontroller as control core was designed. It generates a PWM control signal by microcontroller to control the size of the sort magnetic field according to the feed quantity. The problems of low efficiency and heating generation of the steel sorting circuit were solved effectively. The intelligent control of the magnetic field and feed speed， and high reliability of the system were realized. The control circuit designed in this paper improved the efficiency of steel fiber sorting packing.

Keywords： AT89C51； steel fiber； PWM control； steel sortingcircuit

0 引 言

鋼纖維是混凝土理想的增強材料，在混凝土中均勻地按比例摻入鋼纖維，可以使混凝土在抗拉、抗沖擊、抗裂、抗剪、抗耐磨、抗疲勞強度、抗凍融性能上比普通混凝土有很大提高。國外有研究表明，在混凝土中加入0.75%～1%的鋼纖維，可以大大提高高強度混凝土柱的彈性和延展性[1]。

國內外對鋼纖維在混凝土制作方面的應用研究較多[1?2]，但是在鋼纖維的包裝技術方面的研究基本還是空白。鋼纖維的有序包裝不只是影響到鋼纖維的運輸，還直接影響到鋼纖維的使用效果。采用人工排序的方式效率很低，自動化的鋼纖維排序設備研究具有重要的意義。本文設計的鋼纖維排序設備利用單片機進行智能控制，采用電磁排序法進行鋼纖維排序。

1 系統總體方案設計

電磁排序法的工作原理是在同一表面內設計有平行磁力線N、S極，同時設計有垂直N、S極磁力線。紙箱坐落在電磁鐵中心，通電后被磁力線包圍，采用圓筒振動篩均勻布料，鋼纖維在從振動篩落入包裝箱的過程中，受到磁力線的作用，從而依據磁力線方向，在箱內直接有序排列。系統控制電路結構如圖1所示。

圖1 鋼纖維排序設備控制電路結構圖

來料速度檢測模塊采用無接觸式速度傳感器檢測振動篩電機的轉速，從而得到振動篩的振動速度和振動篩的給料速度。

根據給料速度的大小，單片機控制排序勵磁電路勵磁電流的大小，從而控制排序磁場強度的大小，使得排序整齊而電流不過大，限制電路發熱量。料滿檢測模塊采用紅外傳感器，檢測包裝箱內裝料的量，當裝料快滿的時候，發出料滿信號，溢料保護模塊發出報警信號，如果包裝箱一直沒有更換，則當料滿以后，系統停止工作，防止溢料。系統啟動以后，散熱控制模塊啟動散熱裝置，當過熱保護模塊的溫度傳感器檢測溫度高于設定的安全溫度時，系統停機。

2 系統硬件設計

2.1 MSC?51單片機控制模塊設計

AT89C51是一種帶4 KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器（Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，FPEROM）的低電壓，8位高性能CMOS微處理器。該器件采用Atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS?51指令集和輸出管腳相兼容[3]。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，Atmel的AT89C51是一種高效微控制器。

單片機的P1.0～P1.4作為來料速度數據輸入口，過熱信號、料滿信號通過中斷0和中斷1，即P3.2，P3.3口輸入，P2.0～P2.4分別為排序勵磁PWM控制信號、退磁控制信號、過熱報警控制信號、料滿報警控制信號輸出口。

2.2 排序勵磁驅動與保護電路

排序勵磁開關管的驅動與保護電路如圖2所示，單片機輸出的PWM信號從P2.0引出后，經過74LS08整形，消除信號抖動造成的干擾。然后通過光耦TLP250進行隔離，將鋼釬排序設備的控制電路與主電路隔離，避免主電路對控制信號的干擾。

圖2 排序勵磁驅動與保護電路原理圖

勵磁電路開關管驅動選用專用驅動芯片IR2113進行驅動，IR2113是高可靠性、大電壓、高速、兩路觸發的大功率MOSFET或IGBT的驅動器[4?6]。

內部電路如圖3所示。其控制輸入信號使相應輸出端有觸發信號輸出。低壓側輸出（L0）取決于VCC，高壓側輸出（H0）取決于浮點值VBS。兩路輸出間的耐壓值為500 V。低壓側輸出和高壓側輸出與對應輸入信號同步，兩路輸出都受SD控制。高電平時無輸出，只有SD為低電平時，輸入信號的上升沿才能觸發輸出。圖3 IR2113內部結構圖

IR2113可以輸出兩路輸出，但是本設計主電路只有1個開關管，只用L0單獨輸出。從TLP250引入的PWM信號與IR2113D的LIN端子相連，LO與主電路開關管的控制極相連，COM端與開關管的陰極相連。

電路過熱信號與SD端子相連，當主電路過熱后，通過SD關閉開關管出發信號輸出，從而使主電路斷電起到保護的作用。VZ1為穩壓二極管，防止電壓過大損壞開關管。

3 系統軟件設計

主電路中采用直流斬波技術來調節勵磁電流的大小，利用單片機內部定時器功能產生PWM控制信號來控制斬波電路開關管，控制系統的控制流程圖如圖4所示。

圖4 控制系統工作流程圖

系統啟動后，首先開啟散熱風機，然后檢測包裝箱是否已經裝滿，裝滿的話開啟溢料保護，輸出溢料報警，等待更換包裝箱。沒裝滿的話則檢測系統是否過熱，過熱的話則啟動過熱保護，正常的話則讀取振動篩速度，根據振動篩速度，決定輸出勵磁PWM信號的占空比，從而控制主電路中直流斬波電路輸出電壓的大小，進而控制排序電磁力的大小。

當包裝箱即將裝滿時，輸出退磁信號，對箱內鋼纖維進行一次性整體退磁。包裝箱沒滿的話，繼續檢測振動篩速度，根據振動篩速度實時調整勵磁控制信號。實現排序電磁里的足夠大，同時避免磁場的過度飽和而嚴重發熱。

4 結 語

本文設計的鋼釬排序設備主電路采用直流斬波器調節排序勵磁的大小，控制線路以MCS?51單片機為控制核心進行設計，系統成本大大降低，降低成本的同時，實現了勵磁磁場與進料速度的智能控制，同時，提供了溢料保護，過熱保護，實現了系統的高可靠性。該系統成本低，智能化，大大的提高了鋼纖維的排序包裝效率。

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