PDF《P430的建筑 机械 微机 控制系统研 制》

控制系统文章编号:

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0 8 )

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0 2 基于 M S P

4 3 0的建筑机械微机控制系统研制 Re s e ar c h &

M anuf ac t ur e of t he Cons t r uc t i on M a c hi ne r y M i c r o-c ont r o l Sy s t em s Ba s e d on M SP4

3 0 (

1 .

山东理工大学 .

2 . 淄博实验中 学)王江红王志强 朱 丽君 WAN G J i a n g ・ - h o n g WA NG Z h i ・ - q i a n g Z H U L i - j u n 摘要: 微机控 制 螺旋 钢箍 机 所加 工成 型 的螺 旋形 钢箍 , 能 够提 高建 筑物 的 抗震 性能.文 中开 创性 的将 MS P

4 3 0用 于螺旋钢 箍 的微机 控制系统 中,设计 了基 于 高性 能单 片机 的 螺旋 钢 箍数 字控 制 系统 .该 系统 功能齐全 , 性 能先 进,具有动态显 示,语音提醒等功 能,经实践检 验,该系统 为钢 箍加 工 自动化 开创了先例 . 关键词 : 数宇控制;

螺旋钢箍控 制系统 ;

MS P

4 3

0 MC U;

建筑机械;

软件模拟 中图分类号: T P

3 1

1 文献标识码: B Ab s t r a c t : T h e h e l i x s t e e l h o o p ma d e b y t h e h e l i x s t e e

1 h o o p mi c r o ~ c o n t r o l s y s t e ms c a n b o o s t u p t h e c a p a b i l i t y w h i c h t h e b u i l d i n g r e s i s t s q u a k e . T h i s p a p e r i n a u g u r a t e s u s i n g MS P

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0 i n t h e h e l i x s t e e l h o o p mi c r o ― c o n t r o l s y s t e ms a n d d e s i g n s t h e h e l i x s t e e l h o o p mi c r o ―c o n t r ol s y s t e ms b a s e d o n t h e h i g h ― c a p a b i l i t y s i n g l e c h i D mi c r o c o mp u t e r .T h e f u n c t i o n o f t h e s y s t e ms i S we l

1 -f o u n d a n d i t s p e r - f o r ma n c e i S a d v a n c e d . I t h a s t h e f u n c t i o n o f d y n a mi c d i s p l a y a n d s o u n d wa r n i n g e t c . I t i s e x a mi n e d b y f u l f i l l me n t t h a t i t f o u n d t h e p r e c e d e n t f o r t h e s t e e l h o o p p r oc e s s e d a u t o ma t i z a t i o n . Ke y wo r d s : d i g i t a l c o n t r o l ;

t h e h e l i x s t e e l h o o p c o n t r o l s y s t e ms ;

M S P

4 3

0 M CU;

c o n s t r u c t i o n m a c ~ n e f f ;

s o f t wa r e s i m u l a t i o n 1引言 微型计算机 在工业过程控制 中的应用越来越 广泛 . 高性能 单 片机 的应用 , 近 年来 更是 一种趋 势,但用 于建筑 机械并 不多 见.而用于专门的钢箍成 型控制系统则是首创 . 抗震 能力是 建筑物 的一项 重要 指标 .并且要求 越来越高 . 不仅特殊建 筑如此 . 就 连普通建筑也有具 体 的指标 .钢箍是建 筑物混凝土浇筑 过梁 、 立柱 不可缺 少 的构 件,它起 到加 固的作 用,在任何 一项建筑 工程中 , 其用量都非 常大 .然而 , 迄今 为止 , 钢箍成 型的方法 基本 上是采用手 工弯 曲.这种方 法效率低 , 工 人劳动 强度 大,成品尺 寸误差 大,而且 只能弯 曲单 匝的平 面钢 箍,难以弯曲多边形立体 钢箍 .用单 匝平 面钢箍加 固的混凝土 梁、柱,其抗震性 能差 .我们研制 的螺旋钢箍成 型机 , 采 用微型 计算机控制 , 能够按 照操作员 的指令 自动 的、成批的弯 曲各 种 技术要求 的螺旋 型钢 箍,当然 加工平 面钢箍 就更简单 了.所谓螺旋型钢箍 , 它是 由若干 匝( 可根据具体要求加工 , 一般为

6 ~

1 O 匝施工较为方便 ) 单箍相 连而成 , 用一 条不间 断的钢筋 弯 曲而 成 .工地施工时首先套在 钢筋骨架 上,然后拉伸 开来成螺旋 状 绕于骨架之上 , 再 绑扎定位 , 使其成 为一 体.使建筑物 的抗震 性 能得到很大程度 的提高 . 本文简要介绍其微机控制 系统 的系统结构及 开发过程 . 2工 作流 程 在螺旋钢箍 成型机 的系统 中,钢筋行 进的轨道 上装 有测量 轮,并通过滚轴与 传感器相 连测 量其进 料长 度,当行进 到规定 王江红: 副教授 学士 长度(钢箍之 某边 长)时,断开快 、 慢 进料 电磁 离合 器,停止进 料.启动制 动离 合器 , 停O.5秒后 启动 弯 曲器 .因为弯 曲器在 压 弯钢 筋 的过程 中,钢筋会 向前 抽动 , 虽然 其 量很 小,也影响加工精度 . 另外 , 停 止进料 后,由于机 械传动机 构的原 因,有抖 动 现象 . 马上 弯 曲也 会造 成误 差,必须 有短 暂 的稳 定时 间,待稳定下来 之后 再行 弯曲动作 .因此在弯 曲过 程 中需保 持制动 状态,一直到 弯曲动作 完毕 . 弯 曲器 通过 与之相连 的滚轴与传 感 器相 连(见图1),当弯 到规定 角度(钢箍 的某 个 弯角 ) 时,断开弯曲 电磁 离合 器,再重新 进料 、 弯曲 .每次进料 的长 度就是 钢箍 的边长 , 弯曲 的角度是 钢箍 的角度 , 各 边长 和角度值 可以不同( 具 体数 据可根 据施 工要求确 定).当完成 由若干 匝所 构成的一 个螺 旋形 钢箍 时,断开进 料、弯曲离 合器,启动切 刀切 断 钢筋 . 到此 , 一个 螺旋形钢 箍完成 . 系统自动继续 做下一个 , 直 到该 批作 业全部完 成 .每批作 业 的数量 、 钢箍的形 状(钢箍 的边 数)、尺寸(各边 长可 任意 , 各 角度 可任 意)可由操 作人 员 通过控 制系统 的操作界 面输入 . 图13控 制 系统 结构本产 品其控制 系统 在设计 中选 用 了美 国德 州仪器 公司 生产的超 低 功耗

1 6位单片机MS P

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1 2

2 2作 为核 心处理器 . MS P

4 3 0系列微控制 器将大量 的外 围模块整合 到片 内.特别适 合于开发和设计单片机控制 系统.其总体性 能和内部及 外围模 @国自控局订阅号:82360元/年一51―维普资讯 http://www.cqvip.com 控制系统中文核心期刊 《 微计算机信息》 ( 测控自动化)

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0 8 年第

2 4 卷第

9 -

1 期 块都大大超过了M C S 一51等8位MCU.其在电池供电的低功耗 应用 中具有独特的优势.工作电压在

1 .

8 3 .

6 V之间.并且具有 非 常高的集成度 , 通常在单 个芯 片上 集成有 l 2位的 A

4 ) 、 比较 器、多个定 时器 、 片内 U S A R T 、 看 门狗 、 片 内振荡器 、 大量 的可 产生中断的 I , O端 口及 大容量 的片内存储器 ,一般单 片就可 以满 足大多数的应用 需要 . MS P

4 3

0 F

1 2

2 2本身具有三个

8 位的I/O即 P l 、 P

2 、 P

3 . 原则上,这三个 口均可用作并行 I , 0接口.但在本产 品中 . 由于螺旋 钢箍控制系统使 用 了较多 的I,0端 口作为控 制和信号传输 . 而 所需 的按键 和LED显示又 比较多 , 如采用 I / O端 口直接连接 的 形式将 导致 口线紧张 .所以,在此次设计 中我们采 用了 C H

4 5

2 接 口芯 片来扩展键盘 和显 示电路 . 目前 常用的键 盘LED接 口芷=片有并行和串行 两种.具体型号如:

8279、

7279、7289等 .其中,串行 接 口芯 片 目前 是 市场 主流,本 系统 选用 了南京 沁恒电子 公司的键盘 及LED接口芯 片CH452.该 芯 片最 大 的特 点是 采用Izc总 线,最低 只需 占用 2根I/O线 . I

2 C ( I n t e r ― I n t e g r a t e d C i r c u i t ) 总线 是一种 由PHI L I P S公 司开 发 的两线 式 串行总线 , 用于连 接微 控制 器及其外 围设 备.I z c 总 线产 生于

8 0年代 , 最初 为音 频和 视频 设备 开发 . 如今 已经 在Ic中广泛 使用 .I

2 C总 线最 主要 的优点是 其简单 性 和有 效性.由于接 口直 接在组 件之 上,因此 I

2 C总线占用 的空 间非 常小,减少 了电路 板 的复 杂度 和芯片管 脚 的数 量,降低 了开 发成本.总线 的长度 可 高达

2 5英尺,并且能够 以10Kbps的最 大传 输速 率支持

4 0个 组件 .目前 I

2 C总线实 际上 已经成 为一 个国际标准 ,在超 过100种 不 同的 I c上 实现 而且得 到超 过5O家公 司 的许 可认证 . C H

4 5 2内置时钟振荡 电路 , 可 以动态驱动

8 位 数码管或者

6 4 只LED,具有 B C D译码、 闪烁、 移位 、 段位寻址 、 光柱译码等 功能;

同时还可 以进 行64键 的键盘 扫描 ;

C H

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2 通 过可 以级联 的 4线 串行接 口或者 2线 串行接 口与单片机等交换数据 ;

并且 可 以对单 片机提 供上 电复位信号 .芯片支持

3 .

3 V和5v供 电,有28脚和

2 4脚两种封装形式 . 引脚说 明见参考文献 中.显示器 采用 8位高 亮红 色LED数码管 组成 ,除 了显 示0―9十 个数 字外.我 们用 显示n代 表个 数,;

代 表 匝数 , L n 代 表边 数,L1代表 第一 边,n代表第 一 夹角 , 等等 .从 而在 设定工作额定值时, 有形象的显示提示 , 方便工人操作.输入输出硬件 结构 如图2所 示.图24系统 工作 模式该系统具有 自动和手动 两种工作模式 . 在 自动模式 下,系统 根据输入 的数据 自动成 批的完成螺旋 形钢箍 、 多边形 平面钢箍 的加工控制. 手动模 式主要 完成对 钢筋 ( 盘圆)的矫 直和 弯 曲特殊 要求 的异形 钢箍 , 进料 长度 、 弯 曲的角度 由操作员 通过按 键手动控 制 .矫直 钢筋 时,达到长度要求 , 单 片机发 出指令 , 启动切刀将 钢筋切断 , 继续矫直下一 条.每条钢筋 的长度 和每批作业 的条 数可 由操 作人员通过控制系统的操作界面输入完成 . 显示器显示输 入的数据 ,在运行期 间即时显示工作状 态.已经完成的个数 、 匝数及边数等 .作业完成则 显示 E N D表示结 束 .如图 3所示 . 数 匝数 边数 . . ]L _ I 口5口|E几b 图3不论在 哪种模式 下,若在运 行期 间出现机 械故障 ( 如 钢筋 卡住 、 主动力问题等 ) 及电源问题都会报警 , 操作人员 可按暂停 键停 机,待排除故障后按工作键 继续运行 , 完成没做完 的任务 . 或复位重新开始 . 另外 , 软件 对输人数 据进行 安全检 查,对错误 数据也 提供 语音 报警 提示 . 5软件 结构 及设计5.1控制软件结 构 设进料长度为 l , 弯 曲角度为

0 , 计数脉冲个数为 n , 有如下关系: , =O .

6 1

4 X n ( r am) (

1 )

0 =0 .

3 6 x n ( 度) (

2 ) 对于设定钢箍边长为 L , 弯 曲角度为 @, 计数脉 冲数分别为 : , ( 个) (

3 ) Ⅳ2 个(4)式中的系数是 由驱动轮直径决定 的常数 .每个 螺旋 钢箍 都 有若干 匝多边形 钢箍构成 , 每一 匝可为等 边或不 等边 , 各角度 相等或不 等,一批作 业钢箍 的个数 可 由操作 员设定 , 完成一个 后启动切 刀切 断钢筋接着做下一个 ,直到全部完成本批 作业 , 软件主要结构框 图如 图 4所示 . 整个 软件采用 了模 块化结构设 计,结构 紧凑 , 运行速度快 , 可 扩充性 强.

5 . 2输入输 出软件结构 MS P

4 3 0系列中 F

1 5 X / F

1 6 X集 成了 I

2 C模块,其 他型 号没 有集成 . 但 由于 I

2 C总线协议非常简单 , 因此可 以通过 软件来模 拟.具体方法可参考文 中. C H

4 5 2定义 了加 载字 数据 、读取按键代 码等

1 6 条操作命 令.均为

1 2 位, M S P

4 3

0 单片机通过 I / O口 线模拟 I

2 C通信协议 串行发送

1 2 位命令字.L E D显示时, 单片机首先在总线上送出 3位数据指定数据寄存器的地址然后再发送

8 位显 示码 .键盘 扫描和去抖动 由CH452自动进行 , 当有键按下 时,MS P

4 3 0单片机在 S D A上检测 到下 降沿 中断请求 .中断后 , 单片机发 出读 取 按键代码命令 , 并从 S D A接受按键代 码.C H

4 5 2所 提供 的按键 代码 为7位.位2~位0是列 扫描 码,位5~位3是行扫描码 , 位6是状态码( 键按下为

1 , 键释放为0 ) . ( _ F 转第2 ,

6 5 页) 一52―3

6 0 元/年邮局订 阅号 :

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