淺談基于單片機的機電控制實訓平臺設計

譚贊賢

摘 要：基于單片機視角，加強機電控制實訓平臺設計是至關重要的，帶有一定的自主研制性質，該平臺的構成主要包括單片機主控單元和多個獨立的功能模塊單元，各個功能設計是相對獨立的，并通過杜邦線進行組合、并連接在一起，可以充分彰顯出單片機基本控制功能和典型機電控制功能，對實際教學產生了極其深遠的影響，教學效果顯著。本文主要針對基于單片機的機電控制實訓平臺設計展開深入研究，希望對相關行業人士提供些許幫助。

關鍵詞：單片機；機電控制；實訓平臺設計

在高等學校人才培養過程中，極大地促進了實踐教學的開展。對于單片機來說，屬于比較完善的微型計算機系統，在諸多領域中得到了廣泛的應用，比如智能儀器、網絡通信以及工業控制等方面。因此，在實際教學中，必須要基于單片機，加強機電控制實訓平臺設計，將教學內容拓展開來，引導學生樹立高度的創新意識，并不斷提高自身的工程實踐能力，將機電控制領域的應用提升至全新的高度和深度。

1 基于單片機的機電控制實訓平臺設計的必要性分析

針對工程訓練中心開設的電工電子實訓，必須要高度重視機類和近機類電工電子實訓教學的開展，然而卻缺少較為廣泛的單片機實驗臺，所以一定程度上影響到基于單片機應用的機電控制實踐教學。現階段，在諸多大賽中，都與單片機控制技術的應用之間有著緊密的聯系。所以必須要積極培養學生單片機控制技術的實踐應用能力，集中整合好機械設計和控制技術，促進教學目標的實現，確保學生實踐應用能力的穩步提升。

基于單片機，加強機電控制實訓平臺設計，要求要將單片機基本控制功能充分體現出來，實現典型的機電控制功能，屬于具有綜合性和全面性的實訓平臺，進一步拓展了實訓教學內容，實驗條件也得到了改善。在該實訓平臺學習的影響下，學生可以對單片機基本原理進行充分掌握，不斷提高學生機電結合的綜合運用能力和創新實踐能力，成立一名優秀的復合型機電人才。

2 基于單片機的機電控制實訓平臺設計

2.1 整體功能設計

1）系統功能需求

該實訓平臺的構成主要包括主控制單元和多個獨立的功能單元模塊，其中，包括51和AVR單片機等主控單元，還包括電控制單元和實時時鐘單元等。

2）單元模塊設計

在設計過程中，各個模塊的設計都是比較獨立化的。首先，在基本輸入、輸出單元方面。一般來說，鍵盤單元和無線遙控接收單元等是基本輸入單元的重要構成。獨立按鍵模塊監控得到按鍵要4個，并且具有一定的獨立性，其顯示主要借助LED來完成[1]。而對于無線遙控模塊來說，借助連接在單片機的無線遙控接收端，監控無線遙控器上的按鍵狀態有4個，編碼芯片主要對PT2262/2272等進行了應用。

在基本輸出單元中，LED顯示單元和LCD顯示單元等屬于重要的構成內容，以便于學生對不同顯示方法和效果進行充分了解。其中，電磁繼電器模塊通過無線遙控器的4個按鍵，對4個電磁繼電器線圈進行有效控制，每一個繼電器開觸點對一個LED燈回路進行控制。

其次，在機電控制單元方面。第一，直流電機模塊。電機的調速和正反轉控制成為了可能，并且在直流電機的轉軸中，還裝設了光電旋轉碼盤，為轉速測定直流電機提供一定的便利。對于直流電機的控制，其完成主要借助獨立按鍵模塊。第二，微型步進電機模塊。對于步進電機來說，主要是指將電脈沖信號進行轉變，具體為角位移或線位移的開環控制元件。對28BYJ-48微型步進電機進行應用，與無線遙控模塊整合在一起。第三，舵機模塊。舵機，屬于位置伺服的驅動器之一。在機器人機電控制系統中，舵機控制效果是性能的重要影響因素之一，舵機可以作為基本輸出執行機構，對微機電系統和舵模等產生了極大的影響，其簡單的控制和輸出，可以為單片機系統的接口提供極大的便利。，平臺主要選擇輝盛SG5010舵機，借助一個按鍵點，以此來對舵機的角度定位進行控制，并在數碼管上進行顯示。該模塊可以有效控制舵機的角度定位，通過一個按鍵點控制舵機在諸多位置循環定位，比如0°、45°以及90°[2]。

2.2 實訓平臺組裝

要想為功能組合和擴展提供一定的便利，并以模塊為單位為實訓平臺進行局部檢修和替換提供便利，實訓平臺基于各個功能單元，對獨立的PCB板進行設計，每塊PCB板都設置了針式連接端子，在單元模塊之間，對杜邦線進行了大量應用，以此來進行組合連接，實驗時，選擇的功能單元通過連接電源轉接單元，以此來實現供電。對于主要單元的PCB板[3]，借助螺絲可以在同一底板上進行固定，底板材料對環氧樹脂和有機玻璃進行了廣泛的應用，有著良好的絕緣性能。

2.3 光電編碼器原理和測量演示實驗

光電編碼器在A/B兩相輸出信號線上，會出現相位差值為90°的脈沖方波。該方波的個數與轉動角度、編碼器內部結構之間的關系是緊密聯系、密不可分的。比如：在機電器件控制實驗教學平臺中，對600線編碼器進行了廣泛應用，即將轉軸轉動360°均勻分成了600等份。如果對A相和B相的上升沿進行共同檢測，可以視為轉軸每轉動一周要，就會出現1200個脈沖或上升沿。

此外，在外部中斷配置方面。要想對脈沖邊沿信號進行有效檢測，必須要加強單片機的外部中斷檢測進行應用。配置TCON寄存器中的相應位，加強邊沿檢測方式的應用，每產生一個邊沿信號都會出現中斷提示。在外部中斷服務程序中，對邊沿進行計數，根據進入中斷的次數[4]，可以確保光電編碼器的轉動角度進行準確計算。而且在單片機進入外部中斷服務程序或累計計數次進入以后，可以讀出該自由運行的定時器的計數器值，從而對轉動相應角度所經過的時間進行簡易計算，以便于及時、有效地獲取該段角位移的平均速度。

2.4 系統測試

在反復修改和設計以后，設計并完成了機電器件控制實訓平臺的全部設計。在綜合測試部分，設計并完成了一個綜合性測試與演示程序，可以對平臺全部器件進行驗證。該演示程序主要借助液晶顯示屏，以此來菜單選項進行顯示，對板上的所有資源進行一一列舉，借助按鈕來對演示功能進行選擇。由單片機控制直流減速電機轉動，轉動通過皮帶傳送至光電編碼器。通過按鍵選擇可以對直流減速電機的轉動方向和速度進行實時調整，光電編碼器可以對轉動方向和速度進行有效測量，并顯示到液晶顯示屏之中。

經過反復測試和驗證，機電控制實訓平臺設計實現了設計目標，平臺設計科學、合理，而且操作起來極其簡單、便利，深受廣大學生一致好評和認可，對電子類和機電類相關專業學生的學習和使用提供了極大的便捷。

3 結束語

基于單片機的機電控制實訓平臺設計勢在必行，可以促進機電類實踐教學的順利開展，并不斷提高學生的實踐操作能力和創新能力，實現了多學科的融合，從而確保應用型人才培養水平的穩步提升。

參考文獻

[1]張興宇，韓策，曹雷天，付利榮.基于串口觸摸屏在機電控制系統中的應用[J].科技經濟導刊，2018，26（18）：46+49.

[2]張興魯，燕道芬，唐洋洋.貝類海產品味覺檢測裝置機電控制部分設計[J].黑龍江科技信息，2016（33）：94.

[3]付饒.機械類專業機電控制技術實訓分級式教學模式的創建分析[J].化工管理，2015（34）：109-110.

[4]許焰，龐佑霞，陳國強，唐蒲華，楊興發.機械類專業機電控制技術實訓分級式教學模式的創建[J].湖南工程學院學報（社會科學版），2014，24（01）：101-103.