基于STC89C52單片機(jī)的礦山升降機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭俊俊，肖楚杰，張可兒

（1.隴東學(xué)院 信息工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.隴東學(xué)院 電氣工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦山工程的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，礦山升降機(jī)在礦井進(jìn)出工作中占有舉足輕重的位置，對于規(guī)模較大的礦山工程，升降機(jī)與運(yùn)輸機(jī)是保證礦山安全生產(chǎn)的主要運(yùn)行工具。升降機(jī)是機(jī)電一體化設(shè)備，其控制系統(tǒng)決定了升降機(jī)的運(yùn)行效率[1，2]。目前我國大部分礦山的升降設(shè)備采用繼電器、可編程邏輯控制器和單片機(jī)控制方式。繼電器控制方式觸點(diǎn)多、連線復(fù)雜、速度慢、精度低、靈活性差、可靠性低；可編程邏輯控制器控制方式連線少、速度快、可擴(kuò)展性好、可靠性高，但成本高；單片機(jī)控制方式具有可編程邏輯控制器的優(yōu)點(diǎn)，同時成本低、效益高[3]。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，單片機(jī)控制方式在升降設(shè)備的智能化方面具有很大的優(yōu)勢。

本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為控制器實(shí)現(xiàn)了礦山升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)響應(yīng)速度快、處理能力強(qiáng)，提高了升降機(jī)的使用性能。

1 概述

設(shè)計(jì)的礦山升降機(jī)控制系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵電路、運(yùn)動控制電路、顯示電路、報(bào)警電路和電源電路等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，按鍵電路產(chǎn)生呼叫信號作為單片機(jī)的輸入，單片機(jī)輸出信號到運(yùn)動控制電路、顯示電路和報(bào)警電路，控制升降機(jī)的運(yùn)行速度并顯示運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 礦山升降設(shè)備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)包括STC89C52單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路和單片機(jī)電源電路。STC89C52具有8位處理器、8KFlash用于存儲程序，4KEEPROM用于存儲升降機(jī)當(dāng)前停留位置信息，32個雙向IO口用于連接輸入輸出信號。

2.2 運(yùn)動控制電路

礦山升降機(jī)的上下運(yùn)動以及設(shè)備的開關(guān)都采用步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，它能把電脈沖信號轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)角度位移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，所以通過控制電脈沖的頻率和數(shù)量就可以精確控制升降設(shè)備電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角度位移。步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用1相勵磁法，即按A、B、C、D順序輪流導(dǎo)通四個線圈可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，按D、C、B、A順序輪流導(dǎo)通四個線圈可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。由于單片機(jī)IO輸出的脈沖信號電流較小，需要加步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。

圖2 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.3 顯示電路

顯示電路主要用于顯示升降機(jī)當(dāng)前所在位置、按鍵狀態(tài)等信息。當(dāng)前設(shè)備所在位置采用LED數(shù)碼管顯示。每個按鍵的狀態(tài)都用LED燈顯示，當(dāng)按鍵按下時，LED燈亮，等相關(guān)功能操作結(jié)束后，按鍵燈將自動熄滅。

2.4 報(bào)警電路

報(bào)警電路通過蜂鳴器產(chǎn)生特定的提示音表示礦山升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，比如設(shè)備到達(dá)呼叫位置即將開門或關(guān)門以及發(fā)生異常等。

3 軟件設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖3所示，系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化，獲取并顯示礦山升降機(jī)當(dāng)前所在位置信息，然后等待按鍵電路輸入信號，當(dāng)有按鍵按下時，點(diǎn)亮相應(yīng)按鍵燈，控制升降設(shè)備向呼叫位置運(yùn)動，運(yùn)動過程中LED數(shù)碼管實(shí)時顯示當(dāng)前所在位置信息，當(dāng)?shù)竭_(dá)呼叫位置時，熄滅相應(yīng)按鍵燈，將所在位置信息寫入EEPROM，產(chǎn)生提示音，設(shè)備門打開并保持30秒，再產(chǎn)生提示音，門關(guān)閉，最后返回到等待按鍵電路輸入信號的狀態(tài)。

圖3 系統(tǒng)流程圖

4 系統(tǒng)測試

根據(jù)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)所上傳的數(shù)據(jù)類型，在礦井處布設(shè)系統(tǒng)測試節(jié)點(diǎn)，將設(shè)計(jì)的升降機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于井下各個位置并進(jìn)行測試，升降設(shè)備上下行、開關(guān)門、所停位置選擇和聲音提示等功能都可以正常運(yùn)行，上下行運(yùn)動時間均小于5秒。

5 結(jié)論

基于STC89C52單片機(jī)的礦山升降機(jī)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了升降機(jī)上下行、開關(guān)門和聲音報(bào)警等基本功能，具有一定的使用價值。