自动剥线机控制面板设计
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1 控制面板硬件电路设计
图1为控制面板硬件电路图。单片机ATmega32识别每个键动作,将矩阵按键的每个键动作编成码(0x01~0x90),并将编码信息输给PLC。由于编码信息为0 V,5 V,而PLC能识别的电平信号为0 V,24 V,所以用OC门7407芯片将编码信息(0 V,5 V)转换为PLC能识别的信号(0 V,24 V),PLC读取编码信息,执行剥皮、扭线、裁线等相关动作,并将自动裁线剥皮扭线机工作状态信息(0000~1111,每个编码对应一种工作状态信息)上传到ATmega32。根据PLC输出口内部电路结构的特点如图2所示,PLC输出口是集电极开路电路,必须外接上拉电阻才能有高电平输出,否则ATmega32无法检测到PLC输出口信息(高、低电平)的变化情况。SSC2AC40液晶在ATmega32控制下显示编码控制电路上的人工干预信息、错误提示信息、自动裁线剥皮扭线机工作状态信息等,完成人机交互工作。
1.1 ATmega32单片机
ATmega32是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器,以Atmel公司的高密度非易失性存储器技术生成,支持片内调试与编程,内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有寄存器都直接与运算逻辑单元(ALU)相连接,1条指令可以在1个时钟周期内同时访问2个独立的寄存器,因此大大提高了指令操作码效率,其数据吞吐率大约是普通CISC微控制器的10倍。8位RISC CPU与系统内可编程的FLASH集成在1个芯片内,使得ATmega32成为一个功能强大的单片机,为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案.
作为通用数字I/O使用时,所有AVR I/o端口都具有真正的读一修改一写功能。每个端口都有3个I/0存储器地址(数据寄存器PORTx、数据方向寄存器DDRx和端口输入引脚PINx)。PA口定义为输出,DDRA=0xff,将指令信息、错误提示信息、自动裁线剥皮扭线机工作状态信息等输送到SSC2AC40液晶显示屏数据口DB0~DB7,PB口定义为输入,DDRB=0x00,读取矩阵键盘动态信息。PC口高3位设为输出,分别接SSC2AC40液晶显示屏的RS,R/W,E,输出正确的时序,使液晶屏有效显示相关信息。
PD口的PDO~PD2设为输入,DDRD=DDRD&0x07,接收PLC上传的自动裁线剥皮扭线机工作状态信息等。PD El的PD3~PI)6设为输出,DDRD=DDRD&0x78,将矩阵键盘编码信息发送给PLC。
掉电后有关数据信息保存在ATmega 32内部的1024 B E2PROM,下次再工作时,无需再另行输入,直接调出原来的数据即可,大大节省调机时间。ATmega 32内部的1 024 B E2PROM数据存储器是一个独立的数据空间,可以按字节读写,访问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定,至少能擦除100 000次。
avr-libc对E2PROM存储器读写API定义在eeprom.h中,包含形式如下:
这样就可以实现掉电后设定好的相关参数得以保存,开机后显示关机前设定的参数。
1.2 SSC2AC40液晶显示器
SSC2AC40是40×2字符点阵式液晶显示器,逻辑工作电压4.5~5.5 V,驱动电压3.O~5.0 V,工作电流(背光除外)2.5 mA,常温下工作温度O~50℃/宽温下工作温度一20~+70℃,典型的16脚接El、带有LED边光/底光,温度范围较广,属宽温型,具有工作电压低,微功耗,显示信息量大和接El方便应用等优点。现在已被广泛应用于工业控制面板显示和数字式仪表等领域,成为测试结果显示和人机交互的重要工具。
SSC2AC40数据El DB0~DB7接ATmega32的PA口,并行接收ATmega32发送的相关数据信息,RS,R/W,E分别接ATmega32的PC5~PC7,得到正确的时序,实时显示有效信息,实现人机交互。
2 软件设计
图3为控制面板程序流程图。开机后显示上一次关机前的信息,ATmega32读取矩阵键盘,判断键动作信息,执行相关参数设定;设定无误,按开始键,剥线机执行进行剥皮、扭线、裁线等工作;工作过程中PLC将信息上传给ATmega32,通过SSC2AC40显示。
编程语言以C为主,利用系统体积小,简单易学,语法着色,多文档,错误跟踪好,界面友好的GCC的AVR c/c++编译器和广州天河双龙电子有限公司的下载器SLISP作为开发工具,进行代码生成、软件测试和维护,开发一个操作方便、简单易用、稳定可靠且易于修改扩充的软件系统。经反复调试优化,程序在样机的使用中运行良好,显示稳定可靠,满足系统要求。程序稍作修改便可移植到其他类型的单片机,有利于产品硬件更换,缩短产品开发周期。
3 调 试
(1)ATmega32 JTAG接口的TMS,TCK,TDO。TDl分别对应PC口的PC3~PC5;而在该设计中没有用到JTAG接口,所以配置熔丝时要禁止使用JTAG接口功能,以免JTAG接口的TMS,TCK,TD0,TDI与PC3~PC5冲突。
(2)由于使用机械开关按键,在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保证对键动作的准确识别,采用软件延时缓冲按键动作时的抖动,待信号稳定后再进行键扫描,延迟时间大于10~20 ms即可。
(3)液晶显示屏置于控制面板上,工作环境的电磁干扰对显示屏的工作有一定的影响,故该系统采取的主要抗干扰措施如下:设计LCD模块的接口时,在VSS和VDD之间接入0.1μF的去耦电容,并接入10 μF或20μF的电源滤波电容,提高电源输入的稳定性。LCD模块的工作电流仅为几毫安,但其背光部分所需要的电流远大于其工作电流,因此需将工作电源和背光电源分别布线。为避免其他可能的干扰源对液晶显示过程的影响,采用软件定时复位液晶屏,屏蔽异常显示。
(4)在编码信息与PLC之间的电平转换电路中,PLC的电源与7407输出端的上拉电源一定要共负极。否则由于参考电压不同,PLC输入端获取的电平不正常,无法有效识别编码信息。
4 结 语
该文研制的控制面板电路简洁实用,编程灵活,成本低,抗干扰能力强,性能可靠,在反复测试中矩阵键盘工作正常;液晶屏有效屏蔽干扰源,显示稳定可靠,完成人机交互工作,适合用户需求,具有广泛的应用前景,对其他工业设备操作面板的研制有一定的参考价值。