基于單片機的光機電一體化實訓系統設計

摘要 ：光機電一體化技術是由光學、光電子學、電子信息學、機械制造及相關技術交叉融合構成的綜合性高科技技術。近些年，光機電一體化技術在職業院校開展起來，中高職院校急需相關設備幫助學生學習、提高。光機電一體化實訓系統最常用控制器的是單片機和PLC，本文針對單片機展開討論。

關鍵詞：單片機；光機電一體化；實訓系統

引言

光機電一體化技術是一門將眾多課程融合在一起的綜合技術。

一、單片機的簡單介紹

單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發展到現在的300M的高速單片機。在工業控制領域廣泛應用。本文選用AT89C52作為控制元件。

二、光機電一體化實訓系統工作原理

此實訓系統工作原理是按觸摸屏上啟動按鈕，系統復位并啟動供給系統對機構供給物料，傳感器在出料口檢測物料供給情況，當檢測到時，控制器控制機械手將物料抓取到傳送機構上，啟動傳送機構，機械手復位。傳送機構傳送過程中對物料進行分揀。本實訓裝置的控制器為單片機。

三、變頻調速系統

變頻調速系統分為幾種情況：①控制面板調速。利用變頻器本身的控制面板進行操作。變頻器已經設置好相關參數，這些參數可以實現變頻器的啟動、正反轉、點動、停止、調速等一些基本操作。②模擬量調速。變頻器本身的調速過于簡單，不易實現自動控制，而模擬量調速較之更加方便。這就需要控制器進行模擬量輸出控制。③多段調速。部分變頻器外部端子調速可以實現多段調速。④RS—485通訊調速。通訊調速不僅能實現無級調速，還能實現自動控制，靈活便利。利用單片機實現RS—485通信具有抗干擾能力強，傳送速度快，傳輸距離遠，成本低等特點。

四、氣動系統構成

氣動系統由能源部件、輔助裝置、控制裝置、執行元件四部分組成。能源部件主要指空氣壓縮機和儲氣罐，經機械能轉換為氣體的壓能。輔助裝置指凈化、冷卻、潤滑裝置和管道。控制元件的作用是控制和調節壓縮空氣的壓力、流量和流動方向。主要指各種閥類。執行元件為氣缸和馬達。

五、傳感器部分

傳感器能感受被測量物體，從而得到相關參數或者狀態。能感測眾多的人體本身無法感知的量。測量精度高，可靠性好。本裝置采用了光電傳感器、電感傳感器、光纖傳感器、磁性開關幾種傳感器。

光電傳感器檢測物料，采用的是光電漫反射型傳感器，料盤處物料輸出，有物料時為單片機提供一個輸入信號。SICK公司的產品MHT15-N2317型光電開關屬于漫反射光電接近開關，棕色線接“+”，藍色線接“-”，黑色線接輸出。

在物料分揀系統中采用了兩個光纖傳感器，用來檢測非金屬的白色物料。接線和光電漫反射型傳感器一樣。

檢測金屬工件采用的是電感式傳感器，檢測距離為2～5mm，接線注意棕色線接“+”，藍色線接“-”，黑色線接輸出。

磁性開關一般選用霍爾傳感器，磁性開關可以直接安裝在氣缸缸體上，當帶有磁環的活塞移動到磁性開關所在位置時，磁性開關作用，發出信號。活塞離開，信號切斷，在單片機控制的情況下，可以利用磁性開關判斷缸體的運動狀態還所在位置，以確定是否被推出還是氣缸返回。

六、觸摸屏與單片機連接

觸摸屏選擇MT500的觸摸屏。MT500觸摸屏與AT89C52單片機一對一通信。把觸摸屏的PLC232 9針插座與帶有RS232接口的AT89C52單片機相連接。注意：通信電纜DB9是2-2、3—3、5-5。

這種接法的電纜也可用于與PC機通信或做通信摸擬。作PC機通信時在連接PC機端的DB9短接4—6、7—8。由于AT89C52單片機無RS232接口，因此需要擴展一片MAx232，把RXD、T×D的TTL電平轉換成RS232電平。

打開觸摸屏組態軟件，從[編輯]下拉菜單中選[系統參數]，彈出如圖2所示參數設置對話框。觸摸屏的系統參數中PLC類型設置成MODBUS RTU，通信參數設置必需與單片機通信參數設置一致。通信口類型設置成RS232，數據位設置成8位，1個停止位，波特率9600，校驗位設置與單片機編程一致，PLC站號是單片機定義的站地址一樣，站號需從1開始。參數設置完成，按確定鍵。

結束語

通過各部分分析，得知利用單片機控制可以組建光機電一體化實訓裝置。此類裝置性能穩定、價格低廉，適用于中高職院校相關專業學生實訓要求。我們可以在此基礎優化控制程序，添加其他器件，拿獎更加完美。

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作者簡介：徐雙君（1984.07-），男，漢族，河北保定人，本科學士，主要從事機電專業教育研究。

（作者單位：冀中職業學院機電系）