基于stm32的冲床自动出料分拣控制器设计

摘要：文章描述了如何应用意法公司的stm32f103c8t6片上系统来实现一款冲床出料自动化控制器的设计。系统能够接受光电传感器输入信号，按键输入信号，控制气动电磁阀进行可靠工作。能够实现密封圈产品制造过程中成品和废料的可靠分离。
关键词：冲床；自动化；控制器

0 引言
    冲压自动化技术和信息技术一样，目前还有很多工厂的冲压废料清除方式都是最原始的人工清扫，机箱装载。手工生产线需停机清扫，自动生产线虽不停机，但清扫时极不安全。同时手工清扫废料及目前废料收集方式使整个生产现场显得零乱。废料满地散落，场地不清洁，人工清除废料势必停机作业，影响生产效率。在冲压作业中，冲压机械设备、模具、作业方式对安全影响很大。实现冲压机械化和废料收集自动化，能大幅度提高冲压设备的利用率和劳动生产率，并保证人身安全。但是，冲压作业的动作频率高，又多数是薄板加工，所以保证冲压机械化和废料收集自动化的可靠性在技术上实现的难度较大。冲压废料的收集常常需要停机工作，既影响生产，又极不安全。目前，国内、外研究的输送装置往往只针对一种冲压产品，当遇到模具垫脚高度、间距及位置不一，夹模器的干涉等问题时，从模下自动清除废料非常困难，本文涉及了一种冲压自动出料分拣控制器的设计，在实际应用中有显著效果。

1 系统硬件构成
1．1 气动电磁阀选择
    出料分拣采用气动技术，通过不同方向的压缩空气分拣成品和废料。气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，以气动元件与机械、电气、电子等部分或全部综合构成的控制回路，使气动元件按生产工艺的需要，自动按设定的顺序或条件动作的一种自动化技术。用气动控制技术实现生产过程自动化，是工业自动化的一种重要技术手段，也是一种低成本的自动化技术。本文采用了Festo公司的先导式电磁换向阀进行气压换向。先导式电磁换向阀则是由直动式电磁阀和大型气控换向阀二部分组成。其中直动式电磁阀部分又称为电磁先导阀。先导式电磁换向阀是利用电磁先导阀线圈得电后，输出的先导气压来推动大型气控换向阀(主阀)阀芯动作实现换向的。

1．2 光电传感器选择
    位置检测元件采用电气行程开关或接近开关。接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件，本文采用Omron公司的漫反射光电传感器3个，分别装在凸轮的相对位置上。漫反射式光电传感器对物体进行检测时，发射器能发出一束可调制的不可见红外光，当被测物体经过光束时，光线被物体表面反射回接收器，传感器便有信号输出。
1．3 stm32综述
    本文采用了ST公司的stm32f103c8t6作为核心控制器。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Co rtex-M3内核。一流的外设1 μs的双12位ADC、4Mb／s的UART、18Mb／s的SPI、18MHz的I／O翻转速度。低功耗在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态)，待机时下降到2 μA，最大的集成度复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等。标准的STM32外设(包括一个PWM定时器)，高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU，这些特牲使开发人员可以在设备上(如家电、楼宇或工业自动化)整合多种功能，如马达控制、用户界面控制和设备互连功能。其它目标应用包括需要联网、数据记录或USB外设扩展功能的系统。
1．4 系统主电路设计

1．5 电磁阀驱动电路设计

1．6 传感器输入信号调理电路

2 软件系统设计
    本系统在微控制器上内嵌μC／OS-III操作系统。
2．1 μC／OS-Ⅲ介绍
    μC／OS-III是一种可移植的、可植入ROM的、可裁剪的、抢占式的、实时多任务操作系统内核。它是micrium公司推出的第三代RTOS，提供了别的RTOS所不具备的特点。比如支持无限个任务，可以在任务运行时测试其性能，直接发信号量或者消息给任务。
    本文的软件开发环境是IAR Embedded Workbench forARM 6．21。
2．2 系统移植
    μC／OS-Ⅲ可以移植到很多处理器上，和处理器相关的代码用汇编和C混合编程来实现。只要处理器满足下面几个条件。
    ·处理器必须要有ANSI C编译器和可重入代码
    ·处理器要支持中断
    ·中断可以被使能或者禁止操作
    ·处理器要有一个硬件堆栈
    ·处理器有足够RAM给μC／OS-Ⅲ系统和任务存放变量和数据结构
    ·编译器要支持32位数据类型，有些编译器应该支持64位数据类型
    ·处理器有相关指令能够保存堆栈指针和处理器相关的寄存器
    本文采用stm32f103c8t6这款芯片满足上述要求。

    根据μC／OS-Ⅲ结构，只要修改和处理器相关的4个文件：os_cpu．h、os_cpu_a．asm、os_cpu_a．inc和os_cpu_c．co。
2．3 应用层程序架构设计
    把软件系统划分成4个任务，一个任务即一个线程，每个任务内构建立信号量，任务和中断间通讯可以通过信号量进行通讯，通过信号量，能把每个任务打包成基于信号量的简单干净API。
    App_TaskStart任务：此任务负责初始化、按键检测处理、任务建立、信号量建立。
   
   
    传感器触发事件任务，此任务等待传感器输入信号，然后控制电磁阀进行工作。
   

3 结语
    根据本方案设计出的冲床出料自动分拣控制器具有很高的性价比，在密封圈行业能产生极大的经济效益，具有很高的市场应用价值。