基于PIC單片機(jī)的粉料物料運(yùn)輸車自動(dòng)卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁茂紅 謝榮芳 歐笛聲

(1.廣西科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，廣西 柳州 545006)

隨著科技進(jìn)步，機(jī)械自動(dòng)化水平不斷提高。當(dāng)前人力資源匱乏，企業(yè)被要求改善工作環(huán)境的背景下，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)化改造勢(shì)在必行。本文的研究解決的問(wèn)題就是為了減輕傳統(tǒng)粉粒物料運(yùn)輸車在卸料過(guò)程中對(duì)人工操作的過(guò)分依賴。同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸料后可以減輕粉塵對(duì)操作工身體的傷害。

PIC單片機(jī)具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電流，處理數(shù)據(jù)速度較快。內(nèi)部整合了多個(gè)模塊，可以降低外圍電路的開發(fā)難度。

1 電路設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)器模型

根據(jù)卸料的步驟，在Proteus里設(shè)計(jì)完成相應(yīng)動(dòng)作的硬件電路。為減小電磁驅(qū)動(dòng)器對(duì)PIC單片機(jī)干擾，這里采用光電耦合元件PC827進(jìn)行強(qiáng)弱信號(hào)隔離。利用小信號(hào)放大管BC184與中功率放大管TIP31、TIP32構(gòu)成H橋直流電磁驅(qū)動(dòng)電路[1]，如圖1。

圖1 H橋直流電磁驅(qū)動(dòng)器電路

柳州運(yùn)力雙倉(cāng)粉粒物料運(yùn)輸車的卸料流程圖[2]為：

圖2 粉粒物料運(yùn)輸車卸料流程圖

上圖通過(guò)控制信號(hào)端口M3與M4，其組合有以下三種[3]：

（1）M3:M4=01時(shí)的工作原理為：

M3端口為低電平時(shí)Q13、Q10截止，Q15、Q9導(dǎo)通，電磁驅(qū)動(dòng)器左端為高電平。M4端口為高電平時(shí)Q11、Q16截止，Q12、Q14導(dǎo)通，電磁驅(qū)動(dòng)器右端為低電平。此時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)器推動(dòng)閥門開啟。

（2）M3:M4=10時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)器拉動(dòng)閥門關(guān)閉。

（3）M3:M4=00或者11時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)器停止工作。

電磁驅(qū)動(dòng)器利用線圈導(dǎo)電產(chǎn)生電磁力推動(dòng)動(dòng)鐵芯進(jìn)行閥門的開關(guān)，電磁驅(qū)動(dòng)器模型[4]如圖3。

圖3 電磁驅(qū)動(dòng)器模型

根據(jù)圖2控制流程圖，通過(guò)Proteus設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制電路。圖中將AN2作為A/D輸入端口,共陽(yáng)極LED屏顯示實(shí)時(shí)罐體的氣壓值，PIC單片機(jī)通過(guò)光電耦合元件PC827與驅(qū)動(dòng)電路隔離。卸料系統(tǒng)電路如圖4。

2 PIC單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)

當(dāng)前設(shè)置輸入PIC單片機(jī)A/D端口的模擬電壓為0～5V,罐體內(nèi)最大氣壓為0.2MPa。在MPLAB平臺(tái)上利用HI-TECH PICC編寫C語(yǔ)言程序[4]。

利用C語(yǔ)言10個(gè)常用的函數(shù)，可以編寫出大部分復(fù)雜PIC單片機(jī)控制程序，使控制程序可讀性較強(qiáng)，移植性較好，并且縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。

將以上完整程序進(jìn)行編譯燒寫入單片機(jī)內(nèi)，在Proteus虛擬環(huán)境中可以模擬卸料的基本動(dòng)作。由于實(shí)際中使用的是電磁驅(qū)動(dòng)器，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單須利用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行限位,從而到達(dá)預(yù)期的閥門開度。

3 控制系統(tǒng)的改進(jìn)

以上控制電路只是實(shí)現(xiàn)了閥門開關(guān)的基本動(dòng)作。從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看，需要添加一些附加功能，才能投入實(shí)際應(yīng)用中。

圖4 自動(dòng)卸料系統(tǒng)電路圖

在本系統(tǒng)是一個(gè)可擴(kuò)展控制的電路，在RD的I/O口有多余的引腳,因此對(duì)于三倉(cāng)的粉粒物料運(yùn)輸車，僅僅需要在RD引腳增加2對(duì)控制端口。對(duì)于不同卸料高度，對(duì)管道內(nèi)二相流體流動(dòng)性有不同的影響。因此可以根據(jù)流體出口的密度，利用PIC單片機(jī)控制助風(fēng)閥的開度，對(duì)管道內(nèi)二相流體流動(dòng)性進(jìn)行控制，提高卸料的效率，同時(shí)便于粉粒物料運(yùn)輸車的卸料系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。

4 結(jié)論

PIC單片機(jī)高速度、低電壓、低功耗、大電流，減少硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。圖4所示為卸料系統(tǒng)的基本硬件電路，利用PIC單片機(jī)可以很好的對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，增強(qiáng)電路的可控性。

利用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)編程，可以降低系統(tǒng)的開發(fā)難度。開發(fā)者不必過(guò)多的了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需要了解某些外設(shè)特殊寄存器相關(guān)位的設(shè)置。而且C語(yǔ)言比匯編語(yǔ)言可讀性較強(qiáng)，能夠更好地發(fā)現(xiàn)編程的邏輯錯(cuò)誤。在MPLAB平臺(tái)上利用HI-TECH PICC編譯器，可以對(duì)所編寫程序進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，使程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制時(shí)更加的精煉，減少占用內(nèi)部存儲(chǔ)空間。同時(shí)PICC編譯器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分頁(yè)，編程者不用過(guò)多考慮PIC單片機(jī)分頁(yè)問(wèn)題。對(duì)具有基本C語(yǔ)言能力的編程者，也能較快編寫所需的控制程序。利用PIC單片機(jī)與C語(yǔ)言結(jié)合進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)，將極大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)的效率。

［1］韓軍，周鏡平.基于PIC單片機(jī)的直流電機(jī)控制器研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，1(33):147-149.

［2］劉麗，蔣存波，王聰.粉狀物料運(yùn)輸車智能卸料控制器的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2008，8(23):6372-6374.

［3］彭偉.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例[M].電子工業(yè)出版社，2011.

［4］Peiman Naseradinmousavi，C.Nataraj.Nonlinear mathematical modeling of butterfly valves driven by solenoid actuators[J].Applied Mathematical Modelling,2011,35:2324-2335.