基于全國中職技能大賽單片機項目設計的生產線加熱控制系統

郝赫

[摘要] 基于YL-236單片機控制裝置模擬實現生產線加熱系統，以89S52為核心，設計出模擬生產線上料、傳輸、控溫加熱和卸料生產過程的控制系統。

[關鍵詞] 技能大賽;單片機;生產線加熱系統

1、引言

目前，以全國職業技能大賽推動的教學改革正在各地深化實施，將技能大賽成果內化融入教育教學，從而實現職業教育的五對接，切實貫徹落實三教改革，是職教工作者面對的新課題。筆者基于單片機技能大賽控制系統，設計了生產線加熱控制系統，并結合單片機課程改革，對大賽成果內化后的一體化教學進行了探索與實踐。

2、系統控制功能說明

（1）鍵盤采用3*3鍵盤設計，設計有溫度上限、溫度下限、啟動/暫停、設定溫度、確認等按鍵。

（2）LCD顯示器（12864）顯示工作過程中的參數。LED八位數碼管實現不同顯示功能。

（3）“物料個數”的設定由可調直流電壓代替，電壓和數量成線性比例關系。輸入0-5V表示00-10個，用AD模塊將采樣的電壓值裝換成“物料個數”值。

（4）“設定溫度”的輸入也由可調直流電壓代替，電壓和溫度成線性比例關系。輸入0-5V表示20-40度，用AD模塊將采樣的電壓值裝換成“設定溫度”值。

3、系統控制要求

（1）初始狀態。系統通電后開始工作，直流電機停止，步進電機復位于0厘米處。LCD顯示初始化界面如圖2所示。LED8位全滅。

（2）系統運行

①上料狀態

開啟控制開關后，LCD保留初始化界面2秒，自動進入上料界面如圖1所示。“物料個數”范圍00-10個，調好之后按“確認”鍵存儲數量值，同時直流電機開始順時旋轉模擬加料，旋轉一圈為加一個物料，且要與LCD第三行實時保持同步。當上料完成后，LCD界面保留2秒后自動進入傳輸狀態如圖2所示。

②傳輸狀態。傳輸狀態中，系統要控制步進電機以1厘米/秒的速度從初始點移動到4厘米處，傳輸過程中LCD第二行要實時顯示傳輸距離。

③加熱狀態。

a.當步進電機把物料傳輸到4厘米位置后，按“確認”鍵進入加熱狀態。LCD如圖3所示。

b.按下“溫度上限”鍵，設置“設定溫度”上限，LED的最左邊一位顯示“1”，LED的最右邊3位顯示“00.0”（范圍00.0-99.9），其余LED全滅，其中LED右數第三位閃爍，閃爍亮滅時間均為0.5秒。按“↑”鍵， 閃爍位加1，按“↓”鍵，閃爍位減1，按“→”鍵，閃爍位右移一位，按“←”鍵，閃爍位左移一位。按“確認”鍵，LED顯示不變。

c.按下“溫度下限”鍵，設置溫度下限，LED的最左邊一位顯示“2”，其余方法同2。

d.按下“設定溫度”鍵，設置加熱標準溫度。LED的最左邊一位顯示“3”，右邊三位用AD采樣電壓值模擬，設置范圍20.0-40.0。最后按“確認”鍵存儲數值。LCD如圖4所示。

e.三種溫度參數調節好后按“啟動”鍵，LED8位全滅，前三行顯示調節好的參數，第四行顯示當前實時溫度。

f.如“設定溫度”不在“上限溫度”與“下限溫度”之間或“設定溫度”低于“當前溫度”，數碼管左邊三位顯示報警提示“Err”，并以亮0.5秒，滅0.5秒的頻率閃爍報警。若出現報警提示，要通過按“上限溫度”、“下限溫度”及“設定溫度”鍵重新調節溫度參數，使“設定溫度”符合要求。若在按“啟動”鍵后，沒有出現報警提示系統自動對物料進行加熱操作。

④恒溫傳輸狀態。當物料升溫至“設定溫度”后，界面保留2秒，系統自動進入恒溫傳輸狀態，即把物料傳輸到指定卸料地點。LCD如圖5。

此狀態中步進電機標尺在4厘米處以1厘米/秒的速度帶動物料傳輸至8厘米處，LCD第四行實時顯示傳輸距離，且在傳輸過程中要保持物料的恒溫，即LCD第三行顯示溫度要控制在“設定溫度”值±1℃。

⑤卸料狀態。當步進電機把物料傳送至指定地點后，按“確認”鍵，卸料開始，每次直流電機逆時針旋轉一周，表示卸料完成一個，LCD第三行實時顯示卸料個數變化如圖6所示。

⑥復位狀態。當卸料個數與物料個數相等時卸料完成。按“確認”鍵步進電機以2厘米/秒的速度復位于0厘米處。步進電機復位完成后，開始新一輪的操作。

（3）暫停功能

按“啟動/暫停”鍵可使正在運行的直流電機、步進電機暫停運行，再次按此鍵可恢復運行。

4、軟件設計

編程軟件選用的是Keilc、萬利仿真軟件MedwinV3.0，使用C51作為編程語言。主程序設計主要采用的是循環結構，主要包含有系統初始化、掃描鍵盤、LCD顯示、數據采樣、控制輸出等幾個模塊組成。

5、抗干擾設計

單片機控制裝置在硬件上有一定的抗干擾功能，在軟件設計中采用的抗干擾措施有系統上電復位后，自用調用自檢子程序;設置必要的軟件陷阱，防止程序跑飛。

6、采用一體化教學模式開展大賽指導培訓。

一體化教學把理論教學和實訓操作作為一個整體設置，充分采用現代化的教 育技術，將授課、聽講和實際技能操作三者進行一體化實施，將實訓室和教室等 教學設備一體化配置，把知識學習、技能操作與素質培養等職業要求進行一體化 訓練，從而形成融合傳授知識、培養能力、素質提升為一體的一體化教學新模式。

把傳統的課堂教學搬到實訓室，將理論與實操融為一體，通過教師的講授、操作演示、個別輔導等教學手段，讓學生通過視覺的聽、眼睛的觀察、動手操作等全方位調動學習動機，學生迅速掌握新知識和技能。一體化教學目標主要培養學生的綜合素養和職業操作能力，達到“教、學、做”的融通合一。一體化教學模式融入到技能大賽培訓當中來從2010年開始，筆者帶領團隊指導單片機技能大賽控制裝置安裝與調試項目獲一等獎1名，二等獎7名，三等獎6名的成績。

6、結論

本系統以AT89S52作為核心控制系統，將YL-236單片機控制裝置相關硬件模塊與軟件設計相結合的形式實現生產線加熱裝置的基本控制功能。將技能大賽任務結合教學知識點與技能點實現了一體化教學改革的有效實踐。

參考文獻：

【1】葛金印，商聯紅，單片機控制項目訓練教程，北京：高等教育出版社，2010