基于單片機的折頁機卡紙檢測系統(tǒng)的設(shè)計

　　摘要：文章介紹了一種基于單片機AT89C55的折頁機卡紙監(jiān)測控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括電平轉(zhuǎn)換模塊、防誤動模塊、報警停機模塊、通訊模塊、存儲擴(kuò)展模塊，軟件設(shè)計使用μVision2集成開發(fā)環(huán)境和WAVE6000。此系統(tǒng)代替原有PLC檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)過測試，運行平穩(wěn)，反應(yīng)敏捷。達(dá)到設(shè)計要求。

　　關(guān)鍵詞：AT89C55  檢測    折頁機

一、引言

　　折頁機是一種印后設(shè)備，它將每張很大的印刷紙折成適合平常裝訂得，人們經(jīng)常見到的

　　紙張的大小。分很多種類型。它可以將紙張四折、八折、十六折、三十二折當(dāng)在折紙的過程中，發(fā)生卡紙時，卡紙檢測系統(tǒng)自動發(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(nèi)折頁機卡紙系統(tǒng)的設(shè)計以PLC為核心控制得為主，PLC控制設(shè)計簡單，穩(wěn)定可靠，但PLC有許多不足之處。占用PLC I/O口數(shù)量過多，大約14之多。PLC的工作方式是每次掃描各個I/O口。根據(jù)每個I/O口的變化作出相應(yīng)處理。占用I/O口過多就會增加PLC的處理時間。增加主控PLC的負(fù)擔(dān)。國外如日本都是采用以單片機為核心的卡紙監(jiān)測系統(tǒng)。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(fù)雜得運算。可靠性基本滿足需求。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計要求

　　系統(tǒng)用于檢測折頁機紙張的運行狀態(tài)，通過RS485與PLC通訊，在機器運轉(zhuǎn)時如果檢測到紙張停留在機器中，系統(tǒng)立即輸出信號給PLC。系統(tǒng)的幾個輸入信號，都是NPN型，即有信號時是24v低電平，沒信號時是24v高電平。包括：一個來自光電開關(guān)的脈沖信號。五個光電開關(guān)信號。單張進(jìn)紙按鈕信號。連續(xù)進(jìn)紙按鈕信號。24v直流電源信號。兩個備用輸入端子。輸出信號包括：發(fā)生故障時輸出有開點變?yōu)殚]點的繼電器信號。3個備用輸出端子。

三、硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用AT89C55作為核心控制器，外擴(kuò)4K的RAM存儲24C01芯片。本產(chǎn)品是原折頁機檢測系統(tǒng)的升級換代產(chǎn)品，所以盡量采用原系統(tǒng)的通訊模式。采用M75176芯片，使用485通訊格式與控制顯示折頁機運行狀態(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(zhuǎn)換電路                                          

　　折頁機上一共設(shè)有5個傳感器加上一個時鐘信號，一共有由6個24v輸入信號。輸入有效信號是24v低電平，當(dāng)紙張通過傳感器時，傳感器給出一個24v低電平。當(dāng)沒有紙張通過傳感器時，傳感器給出24V高電平。所以正常工作時，傳感器輸出一個24v的寬脈沖信號。當(dāng)有發(fā)生卡紙時，傳感器將一直輸出24v高電平或者24v低電平。當(dāng)紙卡在傳感器下時是輸出24v低電平。當(dāng)紙卡在兩個傳感器之間時是輸出24高電平。輸出一個控制信號根據(jù)廠家要求預(yù)留兩個控制線路。因為單片機要求5v的TTL電平，因此必須設(shè)計相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換模塊。輸入輸出均用TLP521-4光隔將24v電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，或反之。每條輸入輸出線路均用發(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、防誤動模塊

　　繼電器控制端輸入低電平導(dǎo)通線圈，繼電器動作停機。折頁機工作時，發(fā)生卡紙故障時，單片機向繼電器控制端輸出低電平，線圈通電導(dǎo)通，繼電氣開關(guān)動作。而在折頁機開始工作時，電路設(shè)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，引起繼電器動作。這是不符合生產(chǎn)要求的。為消除繼電器誤動，采用了GAL16VB門芯片。GAL輸入5個信號，邏輯代表5個傳感器的狀態(tài)，5個信號與門輸入。GAL芯片輸出控制繼電器。當(dāng)有一個傳感器下發(fā)生卡紙時。相應(yīng)改變GAL的一個輸入信號。GAL芯片輸出改變，如后再導(dǎo)通繼電器停機，由于五個傳感器開始狀態(tài)不變，所以繼電器不會發(fā)生誤動作。

圖2   原理圖

3、存儲開展模塊

　　在實際生產(chǎn)中，機器可能暫時停機。下次機器開機時，運行的是同一批任務(wù)，這就要使用開始時的某些參數(shù)變量。而單片機的RAM存儲區(qū)在機器停機掉電后，其中的數(shù)據(jù)將會全部丟失。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(shù)據(jù)一旦寫入掉電不變化，一般存放程序數(shù)據(jù)。而這些參數(shù)變量在工作任務(wù)改變時，其值也將發(fā)生改變。這就需要外擴(kuò)ROM，24C01是一種EEPROM芯片，掉電還可保存數(shù)據(jù)，支持I2C?？刹翆懸话偃f次以上，能保存數(shù)據(jù)40年。24C01和AT89C55通訊的方式采用I2C模式。

四、軟件設(shè)計

1、軟件開發(fā)環(huán)境

　　程序使用C51。開始軟件模擬測試時，C51的開發(fā)工具是使用現(xiàn)在最流行的KEIL 51和μVision2集成開發(fā)環(huán)境。KEIL 51是德國KEIL公司開發(fā)的單片機C語言編譯器，其前身是FRANKLIN C51，現(xiàn)在的最新版本V6功能已經(jīng)相當(dāng)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系列單片機上的開發(fā)應(yīng)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(diào)試等多種功能。

在線調(diào)試時使用偉福自帶的開發(fā)工具WAVE 6000。將源代碼拷貝到WAVE 6000下，采用WAVE自開發(fā)的c編譯器comp51，作相應(yīng)的改動。進(jìn)行在線調(diào)試。WAVE 6000是南京偉福實業(yè)公司開發(fā)的。支持匯編語言和C語言，也具有強大的項目管理、變量觀察合編譯功能。

2、軟件設(shè)計思想

　　軟件主要采用輪詢的方法來檢測是否卡紙。首先進(jìn)行主控芯片AT89C55和擴(kuò)展存儲芯片24C01的初始化。主控芯片AT89C55包括Time方式設(shè)置、中斷使能等等。擴(kuò)展存儲芯片24C01的初始化包括讀寫子程序編寫等等。單張走紙時記錄各種參數(shù)包括每張紙通過每個傳感器的時間即脈沖數(shù)，每張紙在每連個傳感器之間行走的時間。連續(xù)走紙時，也記錄每張紙的這些參數(shù)，然后采用輪詢的方法，對每張紙的參數(shù)與單張走紙時所記錄的參數(shù)進(jìn)行比較，如果在允許的范圍內(nèi)，則說明折頁機工作正常，反之則發(fā)出報警停機信號。

五、結(jié)束語

　　此檢測系統(tǒng)提高了折頁機的自動控制水平。此系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場實驗，運行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計要求。目前該系統(tǒng)已做成產(chǎn)品應(yīng)用于實際產(chǎn)品中。如果改進(jìn)軟件的設(shè)計思路和使用跟高速的MCU，會使系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，達(dá)到更好的效果。

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