基于單片機的折頁機卡紙檢測系統的設計

　摘要：文章介紹了一種基于單片機AT89C55的折頁機卡紙監測控制系統。系統的硬件設計包括電平轉換模塊、防誤動模塊、報警停機模塊、通訊模塊、存儲擴展模塊,軟件設計使用μVision2集成開發環境和WAVE6000。此系統代替原有PLC檢測系統。系統經過測試,運行平穩,反應敏捷。達到設計要求。

一、引言

　　折頁機是一種印后設備,它將每張很大的印刷紙折成適合平常裝訂得,人們經常見到的

　　紙張的大小。分很多種類型。它可以將紙張四折、八折、十六折、三十二折當在折紙的過程中,發生卡紙時,卡紙檢測系統自動發出停機信號和報警信號,并發出信息指示卡紙發生的位置。

　　目前,國內折頁機卡紙系統的設計以PLC為核心控制得為主,PLC控制設計簡單,穩定可靠,但PLC有許多不足之處。占用PLC I/O口數量過多,大約14之多。PLC的工作方式是每次掃描各個I/O口。根據每個I/O口的變化作出相應處理。占用I/O口過多就會增加PLC的處理時間。增加主控PLC的負擔。國外如日本都是采用以單片機為核心的卡紙監測系統。單片機體積小,運算速度高,有豐富的各種資源,能進行更復雜得運算。可靠性基本滿足需求。

二、系統總體設計要求

　　系統用于檢測折頁機紙張的運行狀態,通過RS485與PLC通訊,在機器運轉時如果檢測到紙張停留在機器中,系統立即輸出信號給PLC。系統的幾個輸入信號,都是NPN型,即有信號時是24v低電平,沒信號時是24v高電平。包括：一個來自光電開關的脈沖信號。五個光電開關信號。單張進紙按鈕信號。連續進紙按鈕信號。24v直流電源信號。兩個備用輸入端子。輸出信號包括：發生故障時輸出有開點變為閉點的繼電器信號。3個備用輸出端子。

三、硬件設計

　　本系統采用AT89C55作為核心控制器,外擴4K的RAM存儲24C01芯片。本產品是原折頁機檢測系統的升級換代產品,所以盡量采用原系統的通訊模式。采用M75176芯片,使用485通訊格式與控制顯示折頁機運行狀態的PLC進行通訊。控制輸出模塊也就是報警停機模塊用AT89C55控制24v歐姆龍繼電器,輸出24v停機信號給主控PLC。

1、電平轉換電路??????????????????????????????????????????

　　折頁機上一共設有5個傳感器加上一個時鐘信號,一共有由6個24v輸入信號。輸入有效信號是24v低電平,當紙張通過傳感器時,傳感器給出一個24v低電平。當沒有紙張通過傳感器時,傳感器給出24V高電平。所以正常工作時,傳感器輸出一個24v的寬脈沖信號。當有發生卡紙時,傳感器將一直輸出24v高電平或者24v低電平。當紙卡在傳感器下時是輸出24v低電平。當紙卡在兩個傳感器之間時是輸出24高電平。輸出一個控制信號根據廠家要求預留兩個控制線路。因為單片機要求5v的TTL電平,因此必須設計相應的電平轉換模塊。輸入輸出均用TLP521-4光隔將24v電平轉換成TTL電平,或反之。每條輸入輸出線路均用發光二極管指示。AT89C55是51系列單片機之一,port1口具有上拉電阻,所以選用port1作為輸入口。

2、防誤動模塊

　　繼電器控制端輸入低電平導通線圈,繼電器動作停機。折頁機工作時,發生卡紙故障時,單片機向繼電器控制端輸出低電平,線圈通電導通,繼電氣開關動作。而在折頁機開始工作時,電路設計先向單片機送電然后向繼電器送電,繼電器控制端有電平變化,引起繼電器動作。這是不符合生產要求的。為消除繼電器誤動,采用了GAL16VB門芯片。GAL輸入5個信號,邏輯代表5個傳感器的狀態,5個信號與門輸入。GAL芯片輸出控制繼電器。當有一個傳感器下發生卡紙時。相應改變GAL的一個輸入信號。GAL芯片輸出改變,如后再導通繼電器停機,由于五個傳感器開始狀態不變,所以繼電器不會發生誤動作。

圖2?? 原理圖

3、存儲開展模塊

　　在實際生產中,機器可能暫時停機。下次機器開機時,運行的是同一批任務,這就要使用開始時的某些參數變量。而單片機的RAM存儲區在機器停機掉電后,其中的數據將會全部丟失。如果放在ROM中,程序大小已經快接近AT89C55的容量,而且一般變量不存放在ROM中。ROM中的數據一旦寫入掉電不變化,一般存放程序數據。而這些參數變量在工作任務改變時,其值也將發生改變。這就需要外擴ROM,24C01是一種EEPROM芯片,掉電還可保存數據,支持I2C。可擦寫一百萬次以上,能保存數據40年。24C01和AT89C55通訊的方式采用I2C模式。

四、軟件設計

1、軟件開發環境

　　程序使用C51。開始軟件模擬測試時,C51的開發工具是使用現在最流行的KEIL 51和μVision2集成開發環境。KEIL 51是德國KEIL公司開發的單片機C語言編譯器,其前身是FRANKLIN C51,現在的最新版本V6功能已經相當不錯,特別是兼容ANSI C后又增加了很多與硬件密切相關的編譯特性,使得在8051系列單片機上的開發應用程序更為方便和快捷。μVision2是一種集成化的文件管理編譯環境,編譯環境使用KEIL 51,集成了文件編輯處理、編譯鏈接、項目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調試等多種功能。

? 在線調試時使用偉福自帶的開發工具WAVE 6000。將源代碼拷貝到WAVE 6000下,采用WAVE自開發的c編譯器comp51,作相應的改動。進行在線調試。WAVE 6000是南京偉福實業公司開發的。支持匯編語言和C語言,也具有強大的項目管理、變量觀察合編譯功能。

2、軟件設計思想

　　軟件主要采用輪詢的方法來檢測是否卡紙。首先進行主控芯片AT89C55和擴展存儲芯片24C01的初始化。主控芯片AT89C55包括Time方式設置、中斷使能等等。擴展存儲芯片24C01的初始化包括讀寫子程序編寫等等。單張走紙時記錄各種參數包括每張紙通過每個傳感器的時間即脈沖數,每張紙在每連個傳感器之間行走的時間。連續走紙時,也記錄每張紙的這些參數,然后采用輪詢的方法,對每張紙的參數與單張走紙時所記錄的參數進行比較,如果在允許的范圍內,則說明折頁機工作正常,反之則發出報警停機信號。

五、結束語

　　此檢測系統提高了折頁機的自動控制水平。此系統經過現場實驗,運行穩定可靠,達到了設計要求。目前該系統已做成產品應用于實際產品中。如果改進軟件的設計思路和使用跟高速的MCU,會使系統進一步優化,達到更好的效果。