車床卡盤扳手安全防砸傷報警器

馬堯 陳俊言 崔庭高

摘 要：闡述了為普通車床設(shè)置安全保護(hù)裝置的必要性，并進(jìn)一步分析了卡盤扳手造成的安全事故的主觀和客觀因素。該設(shè)備通過金屬觸摸傳感器檢測車床夾頭。當(dāng)該模塊與三爪卡盤接觸時，信號被傳送到Arduino的單片機(jī)發(fā)出警報。詳細(xì)介紹了安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：卡盤扳手；KY18金屬傳感器；微型計(jì)算機(jī)；WAV播放器；SD卡讀??；CATIA三維模型

中圖分類號：TS914.512 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0102-02

Abstract： In this paper， the necessity of setting up safety protection device for common lathe is expounded， and the subjective and objective factors of safety accident caused by chuck wrench are further analyzed. The device detects the lathe chuck through a metal touch sensor. When the module is in contact with the three-claw chuck， the signal is transmitted to the Arduino microcontroller to issue an alarm. The working principle and structure of the safety protection system design are introduced in detail.

Keywords： chuck wrench； KY18 metal sensor； microcomputer； WAV player； SD card reading； CATIA 3D model

據(jù)統(tǒng)計(jì)，各企事業(yè)單位、使用車床的學(xué)校、因?yàn)榭ūP扳手傷人事件。所以，通過加強(qiáng)安全教育，加強(qiáng)安全管理，提供先進(jìn)技術(shù)，提高車床加工機(jī)械化程度，是預(yù)防和消除事故的長期任務(wù)。

1 設(shè)計(jì)抗碰撞報警器的必要性

摘要在車床加工過程中，由于各種原因頻繁發(fā)生事故，對機(jī)械加工行業(yè)產(chǎn)生了很大的影響。一般來說，剛進(jìn)入實(shí)習(xí)工廠的經(jīng)驗(yàn)不足的操作員或大學(xué)生是最脆弱的群體。由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對車床加工的認(rèn)識尚處于起步階段。因此，查克扳手經(jīng)常出現(xiàn)在安全事故中。每一次發(fā)生的安全事故都會對企業(yè)和學(xué)校產(chǎn)生負(fù)面影響，并對經(jīng)營者造成身體和心理上的傷害。這將對設(shè)備造成損害，并給操作人員造成心理陰影。為了避免悲劇的發(fā)生，有必要設(shè)計(jì)合理的防撞報警器。

2 卡盤扳手報警器的設(shè)計(jì)原理

車床卡盤扳手安全防砸傷報警器的控制部分主要由三部分組成：

（1）Arduino R3改進(jìn)板1，R3 I/o擴(kuò)展板1

（2）SD卡閱讀模塊1，揚(yáng)聲器 1

（3）KY18金屬傳感器1

3 卡盤扳手保護(hù)裝置的電子原理圖

通過設(shè)計(jì)，車床卡盤扳手傷害預(yù)防報警系統(tǒng)，總共需要15I/O端口，通過網(wǎng)絡(luò)購買Arduino R3 SCM，但由于需要更多的針可以輸出PWM波，Arduino R3單片機(jī)，發(fā)現(xiàn)只有8針嘴可以輸出PWM信號，所以Arduino R3微控制器的基礎(chǔ)上，然后買了R3開發(fā)板，通過擴(kuò)展板，擴(kuò)展了單片機(jī)I/O端口，最終能夠完成模塊和模塊之間的通信。

由于該設(shè)備的報警功能是為了提高用戶的警惕性，通過討論，我們決定在互聯(lián)網(wǎng)上使用現(xiàn)有的SD卡閱讀模塊。SD卡的SPI通信接口使它能夠通過SPI通道讀取和寫入數(shù)據(jù)。從應(yīng)用的角度來看，使用SPI接口的優(yōu)點(diǎn)是：許多單片機(jī)內(nèi)部SPI控制器不僅為開發(fā)帶來了方便，而且降低了開發(fā)成本。然而，它也有一些缺點(diǎn)，如失去SD卡的性能優(yōu)勢，解決這個問題，有必要使用SD模式，因?yàn)樗峁┝烁嗟目偩€數(shù)據(jù)帶寬。SPI接口的選擇是在第一個命令第一次寫入時完成的。下面是SD卡的驅(qū)動方法，它只能在一個簡單的扇區(qū)中讀取和寫入。

SD卡中讀取、工作過程完成后將依照程序框圖如圖3所示，閱讀KY18金屬傳感器，為了使Arduino知道，當(dāng)檢測到三爪卡盤，播放事先錄制的WAV文件，因此您需要連接I/O，KY18金屬傳感器口輸出，當(dāng)KY18金屬傳感器檢測（三爪卡盤），讀的程序，它會給單片機(jī)數(shù)字信號“1”，反映的是單片機(jī)的數(shù)字信號，在程序流程圖“KY18金屬傳感器檢測三爪卡盤？”為了能夠及時地反映信號，在編寫程序的過程中，通過兩種方法來達(dá)到這個控制方法，第一個是IF判斷語句，第二個是通過外部中斷。

這一次主要是通過外部中斷檢測的方法，在KY18金屬傳感器檢測到三爪卡盤后，WAV播放器開始并停止程序的實(shí)現(xiàn)。

將之前編寫的程序燒錄到Arduino R3擴(kuò)展板上。當(dāng)RX和TX燈閃爍時，程序會成功燃燒。在成功安裝報警裝置后，在圖2和圖3中，金屬傳感器檢測到車床夾頭。當(dāng)檢測到三爪卡盤時，信號被傳送到Arduino R3控制器。通過放大揚(yáng)聲器內(nèi)的電路和電、電轉(zhuǎn)換的數(shù)量，將信號的點(diǎn)轉(zhuǎn)換成聲音信號，在揚(yáng)聲器的作用下，將會發(fā)出“通知，查克扳手沒有起飛！”鬧鐘的聲音?？梢蕴嵝巡僮魅藛T拆卸車床夾鉗，以避免卡盤扳手從三爪卡上飛出，造成事故。

步驟5：由于在Arduino MCU的庫文件中沒有我們需要的WAV播放器的庫文件，所以我們需要向Arduino中文社區(qū)提供下載WAV播放器的庫文件。最后將下載好的庫文件拷貝到你的Arduino IDE庫文件目錄，在拷貝成功之后，你可以調(diào)用WAV庫文件，這樣，就可以更方便地實(shí)現(xiàn)播放WAV的音樂文件。

步驟6：用USB連接線將主板連接到電腦上，Arduino單片機(jī)需要超過5 V或5 V電壓才能寫入單片機(jī)內(nèi)的ROM單元，進(jìn)行程序的寫入，我們不需要擔(dān)心，電壓太大，連接到Arduino單片機(jī)，這些問題導(dǎo)致Arduino單片機(jī)將在網(wǎng)上購買很多燒壞Arduino單片機(jī)，其電源接口（通過普通安卓線）和AVR的最小控制系統(tǒng)之間的連接（Arduino）有一個二極管，它可以是電源輸入到輸出的最小電壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)在3.3V，所以Arduino直接連接到電腦，不必?fù)?dān)心這個問題。

4 結(jié)束語

通過改變車床的電氣控制，實(shí)現(xiàn)了一些現(xiàn)有的車床安全生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)型的代價是很難推廣的。相比之下，該設(shè)備相對簡單、安全可靠、重量輕、安裝方便、價格低廉，適用于高等院校、高等職業(yè)院校和職業(yè)學(xué)校的大規(guī)模推廣。

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