基于單片機的折頁(yè)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(yè)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(dòng)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(kāi)發(fā)環(huán)境和WAVE6000。此系統代替原有PLC檢測系統。系統經(jīng)過(guò)測試，運行平穩，反應敏捷。達到設計要求。

　　關(guān)鍵詞：AT89C55  檢測    折頁(yè)機

一、引言

　　折頁(yè)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(jīng)常見(jiàn)到的

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

　　目前，國內折頁(yè)機卡紙系統的設計以PLC為核心控制得為主，PLC控制設計簡(jiǎn)單，穩定可靠，但PLC有許多不足之處。占用PLC I/O口數量過(guò)多，大約14之多。PLC的工作方式是每次掃描各個(gè)I/O口。根據每個(gè)I/O口的變化作出相應處理。占用I/O口過(guò)多就會(huì )增加PLC的處理時(shí)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(jìn)行更復雜得運算?？煽啃曰緷M(mǎn)足需求。

二、系統總體設計要求

　　系統用于檢測折頁(yè)機紙張的運行狀態(tài)，通過(guò)RS485與PLC通訊，在機器運轉時(shí)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(gè)輸入信號，都是NPN型，即有信號時(shí)是24v低電平，沒(méi)信號時(shí)是24v高電平。包括：一個(gè)來(lái)自光電開(kāi)關(guān)的脈沖信號。五個(gè)光電開(kāi)關(guān)信號。單張進(jìn)紙按鈕信號。連續進(jìn)紙按鈕信號。24v直流電源信號。兩個(gè)備用輸入端子。輸出信號包括：發(fā)生故障時(shí)輸出有開(kāi)點(diǎn)變?yōu)殚]點(diǎn)的繼電器信號。3個(gè)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(chǎn)品是原折頁(yè)機檢測系統的升級換代產(chǎn)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(yè)機運行狀態(tài)的PLC進(jìn)行通訊?？刂戚敵瞿K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(yè)機上一共設有5個(gè)傳感器加上一個(gè)時(shí)鐘信號，一共有由6個(gè)24v輸入信號。輸入有效信號是24v低電平，當紙張通過(guò)傳感器時(shí)，傳感器給出一個(gè)24v低電平。當沒(méi)有紙張通過(guò)傳感器時(shí)，傳感器給出24V高電平。所以正常工作時(shí)，傳感器輸出一個(gè)24v的寬脈沖信號。當有發(fā)生卡紙時(shí)，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(shí)是輸出24v低電平。當紙卡在兩個(gè)傳感器之間時(shí)是輸出24高電平。輸出一個(gè)控制信號根據廠(chǎng)家要求預留兩個(gè)控制線(xiàn)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(xiàn)路均用發(fā)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(dòng)模塊

　　繼電器控制端輸入低電平導通線(xiàn)圈，繼電器動(dòng)作停機。折頁(yè)機工作時(shí)，發(fā)生卡紙故障時(shí)，單片機向繼電器控制端輸出低電平，線(xiàn)圈通電導通，繼電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作。而在折頁(yè)機開(kāi)始工作時(shí)，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(dòng)作。這是不符合生產(chǎn)要求的。為消除繼電器誤動(dòng)，采用了GAL16VB門(mén)芯片。GAL輸入5個(gè)信號，邏輯代表5個(gè)傳感器的狀態(tài)，5個(gè)信號與門(mén)輸入。GAL芯片輸出控制繼電器。當有一個(gè)傳感器下發(fā)生卡紙時(shí)。相應改變GAL的一個(gè)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(gè)傳感器開(kāi)始狀態(tài)不變，所以繼電器不會(huì )發(fā)生誤動(dòng)作。

圖2   原理圖

3、存儲開(kāi)展模塊

　　在實(shí)際生產(chǎn)中，機器可能暫時(shí)停機。下次機器開(kāi)機時(shí)，運行的是同一批任務(wù)，這就要使用開(kāi)始時(shí)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(huì )全部丟失。如果放在ROM中，程序大小已經(jīng)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(xiě)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(wù)改變時(shí)，其值也將發(fā)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?？刹翆?xiě)一百萬(wàn)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(kāi)發(fā)環(huán)境

　　程序使用C51。開(kāi)始軟件模擬測試時(shí)，C51的開(kāi)發(fā)工具是使用現在最流行的KEIL 51和μVision2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。KEIL 51是德國KEIL公司開(kāi)發(fā)的單片機C語(yǔ)言編譯器，其前身是FRANKLIN C51，現在的最新版本V6功能已經(jīng)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(guān)的編譯特性，使得在8051系列單片機上的開(kāi)發(fā)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(huán)境，編譯環(huán)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(xiàn)調試時(shí)使用偉福自帶的開(kāi)發(fā)工具WAVE 6000。將源代碼拷貝到WAVE 6000下，采用WAVE自開(kāi)發(fā)的c編譯器comp51，作相應的改動(dòng)。進(jìn)行在線(xiàn)調試。WAVE 6000是南京偉福實(shí)業(yè)公司開(kāi)發(fā)的。支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，也具有強大的項目管理、變量觀(guān)察合編譯功能。

2、軟件設計思想

　　軟件主要采用輪詢(xún)的方法來(lái)檢測是否卡紙。首先進(jìn)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(xiě)子程序編寫(xiě)等等。單張走紙時(shí)記錄各種參數包括每張紙通過(guò)每個(gè)傳感器的時(shí)間即脈沖數，每張紙在每連個(gè)傳感器之間行走的時(shí)間。連續走紙時(shí)，也記錄每張紙的這些參數，然后采用輪詢(xún)的方法，對每張紙的參數與單張走紙時(shí)所記錄的參數進(jìn)行比較，如果在允許的范圍內，則說(shuō)明折頁(yè)機工作正常，反之則發(fā)出報警停機信號。

五、結束語(yǔ)

　　此檢測系統提高了折頁(yè)機的自動(dòng)控制水平。此系統經(jīng)過(guò)現場(chǎng)實(shí)驗，運行穩定可靠，達到了設計要求。目前該系統已做成產(chǎn)品應用于實(shí)際產(chǎn)品中。如果改進(jìn)軟件的設計思路和使用跟高速的MCU，會(huì )使系統進(jìn)一步優(yōu)化，達到更好的效果。

參考文獻

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