單片機控制的椰子上料機設(shè)計分析論文
0引言
椰子的再生產(chǎn)時間和椰子的利用率是很重要的，所以椰子產(chǎn)品的后期加工過程與椰子殼去除過程以及效率有著密切的聯(lián)系，從而最終影響其經(jīng)濟效益和市場價格。以低成本獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品是椰子各種產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必須重視和考慮的問題。現(xiàn)在，海南許多椰子產(chǎn)品的加工都是采用傳統(tǒng)的手工或者半手工的方式，存在勞動強度大、安全性差、效率低的問題，容易導(dǎo)致綜合成本的升高。為方便椰子的再加工，筆者設(shè)計了一套全自動的椰子上料機，為椰子再加工生產(chǎn)效率及安全性的提高奠定了基礎(chǔ)。
1送料機構(gòu)設(shè)計
上料機主要由步進電機系統(tǒng)、進料系統(tǒng)、轉(zhuǎn)移系統(tǒng)組成。通過轉(zhuǎn)移裝置與步進電機的配合，使得椰子的上料過程實現(xiàn)了全自動:步進電機控制椰子運送到規(guī)定的地點;轉(zhuǎn)移裝置將步進電機送來的椰子轉(zhuǎn)移到規(guī)定的生產(chǎn)臺上，并且通過傳感器發(fā)來的信號，機械手自動恢復(fù)到初始的位置，以便進行下一個循環(huán)。
自動椰子上料機的原理結(jié)構(gòu)圖其工作流程如下:①人工操作向儲椰箱裝入原料。②打開總電源，機械工作部分回到最初狀態(tài)。③進料。傳感器檢測料斗無料，儲椰箱起動向料斗送料。④運料。料斗向傳送帶上送入椰子，步進電機啟動，傳送帶前進送料。⑤轉(zhuǎn)移。當原料送到指定位置時，步進電機停轉(zhuǎn)，機械手轉(zhuǎn)移原料到工作臺上。⑥自動停止。當料斗中長時間無料進入時，設(shè)備也就長時間處于停止工作狀態(tài)，即停止工作。上述過程在人工裝料的配合下，重復(fù)自動地進行。
1.1轉(zhuǎn)移系統(tǒng)
轉(zhuǎn)移裝置主要由電機與液壓部分組成。當步進電機停轉(zhuǎn)時，液壓缸下降到指定的位置。此時機械手開始工作，當將原料夾住后，轉(zhuǎn)移裝置自動地完成液壓上升、電機轉(zhuǎn)向過程;待工作臺上檢測到壓力時，轉(zhuǎn)移裝置斷電，機械手松開，轉(zhuǎn)移裝置自動恢復(fù)初始狀態(tài);待工作臺無壓力后，轉(zhuǎn)移裝置通電，即開始工作，并且轉(zhuǎn)移裝置重復(fù)上述過程，直至送料帶上無原料送入。
1.2程序流程圖
全自動椰子上料機在人工裝入大量的原料后，系統(tǒng)經(jīng)過分析與執(zhí)行，將原料送至工作臺，此過程不需要人工看管，通過人機界面直接監(jiān)視與控制裝置的運作。
本系統(tǒng)由3部分組成，在送料系統(tǒng)完成送料以后，步進電機系統(tǒng)才能檢測到信號，否則就無法工作;當步進電機系統(tǒng)將原料送到指定位置時，電機系統(tǒng)才會有信號得以工作。
2控制方法及其實現(xiàn)
2.1步進電機系統(tǒng)
步進電機是將得到的電信號脈沖轉(zhuǎn)換為角位移信號，即得到1個脈沖、前進1個角度。電機停止的位置、轉(zhuǎn)動的速度取決于脈沖信號的脈沖數(shù)和頻率，負載對其不產(chǎn)生影響。當有脈沖信號傳來的時候，步進電機轉(zhuǎn)子便前進一個角度，稱為“步距角”，因此控制步進電機的轉(zhuǎn)動就是控制脈沖的數(shù)量;同時，配合頻率的改變來控制步進電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。
在本自動系統(tǒng)中，單片機發(fā)出控制脈沖以控制芯片ULA2803，啟動步進電機完成送料過程;單片機接收傳感器發(fā)來的信號，不斷地向步進電機發(fā)出脈沖;步進電機接收脈沖并運轉(zhuǎn)，運送椰子到達指定位置后，步進電機停止轉(zhuǎn)動;同時，機械手將指定位置上的原料轉(zhuǎn)移，單片機再次發(fā)出信號，步進電機重復(fù)以上工作。
2.2單片機控制系統(tǒng)
單片機系統(tǒng)是以單片機芯片為中心而組建的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，而單片機本身由CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、特殊功能寄存器、程序存儲器ROM、定時器/計數(shù)器及中斷系統(tǒng)等功能部件組成。也就是說，單片機組成的系統(tǒng)具有分析計算的功能，能夠?qū)邮盏男畔⑦M行處理并且能控制下一個動作的執(zhí)行。
基于單片機的自動系統(tǒng)由芯片STC89 C51、芯片ULA2803調(diào)控，合理地調(diào)試步進電機、送料機、轉(zhuǎn)移裝置的先后運行。
2.3控制輸入I/O接線
本系統(tǒng)的啟動和運作大多都是通過傳感器發(fā)出信號，由單片機分析并執(zhí)行信號，所以信號與操作之間是一一對應(yīng)的�？刂扑土涎b置的送料后，其自動完成整個的送料過程，不受其它條件的影響;步進電機接收信號來確定它是否轉(zhuǎn)動，而步進電機的轉(zhuǎn)動與否又與轉(zhuǎn)移裝置的工作有關(guān);當轉(zhuǎn)移裝置開始工作后，期間接收信號并完成相應(yīng)的工作，主要由工作臺發(fā)出的'信號決定裝置是否通電，在此前提下轉(zhuǎn)移裝置才能完成其它的工作。
3控制要求及效果
自動椰子上料機的控制部分是基于單片機和ULA2803芯片的功能而設(shè)計的，所以步進電機以及整個上料機構(gòu)中其它的電機都是按照設(shè)計的程序進行的。步進電機的控制主要運用中斷方式，使上料機在運行時可以隨時改變步進電機的運行方式。步進電機從啟動到停止這一過程是一個先加速、后減速的過程，并且加速度越小沖擊越小、動作運行越小，且越平穩(wěn)。因此，步進電機的工作一般要經(jīng)歷以下的運動過程:加速-恒速(高速)-減速-恒速(低速)-停止。對于系統(tǒng)的信號傳遞與控制，都是按照送料機構(gòu)運行的先后順序進行的，電源開關(guān)打開即自動過程開始進行，只有當料斗里面有原料向傳送帶傳輸?shù)臅r候，步進電機才能夠不停地運轉(zhuǎn)。當剝椰臺沒有壓力的時候，才能由傳感器傳遞信號控制機械手運作。在傳送帶上指定位置，若沒有原料時，步進電機才能運動，此信號優(yōu)先于擋板處傳感器傳遞的信號。只有滿足上述要求，才能保證上料機構(gòu)安全、自動地運行。
4結(jié)語
基于海南椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，設(shè)計了一種新型全自動椰子上料機，以及上料機的控制系統(tǒng)、主要結(jié)構(gòu)和步進電機系統(tǒng)。從椰子投料到椰子送上工作臺，實現(xiàn)了全自動的控制，不僅節(jié)省勞動力、縮短勞動時間，而且解決了人工操作存在的問題，進一步提高了生產(chǎn)效率，從而為提高椰子利用率、擴大經(jīng)濟效益和促進椰子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
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