[实用新型]基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于单片机的备料机械手控制系统。属于机电一体化领域。

背景技术

备料机械手系统是机电一体化自动装配教学生产线的一个单元。该机械手的功能是：将放在工件平台上的工件主体搬运到下料单元的料斗中，运动包括：机械手臂的上下（用上下动作的双作用气缸）；工件的吸放（气缸杆顶端装有电磁铁）；机械手回转90°（直流电机经减速机构内齿轮传动机构带动机械手回转）；机械手臂的抬起和降落（直流电机经减速机构后驱动齿条和齿轮机构经杠杆机构抬起工件）；工件的前进和后退（右移和左移也是直流电机经减速机构后经过齿轮齿条使整个机械手移动），该系统的控制使用西门子S7-200PLC驱动六个继电器（实现三个直流电机的正、反转控制），驱动电磁阀控制双作用气缸和直流电磁铁实现上述运动的控制，位置的检测用到了微动开关、舌黄继电器、光电检测开关。该单元的控制台可以进行手动、自动、急停等功能控制。该系统通过PLC完成控制，可靠性很高，但是由于整个控制过程经历的时间比较短，不便于学生的观察、研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对在实验教学环境下，备料机械手系统工作过程时间短、不便于观察和研究的情况，开发基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统，通过按钮控制，实现备料机械手的单步、间歇运行，满足实验及观察要求。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是根据备料机械手单元的PLC-I/O接口与AT89C51控制系统的输入输出映像关系表（见表1）以及备料机械手单元与AT89C51控制系统的电气接口关系（备料机械手单元与AT89C51控制系统的电气接口关系图如图1所示）。设计出AT89C51控制系统的硬件结构及完成AT89C51控制程序，实现其控制过程。

本实用新型的系统原理是由I/O接口表（见表1）可知：备料机械手的输入11点，输出9点；系统扩展一片8255，定义PA、PB口为输入，PC为输出，并利用了P1.0作为输出接口作为输出指示灯，考虑上位机控制的需要，设计了由MAX232组成的串行通讯电路，AT89C51内部有8KB的ROM，地址范围由0000H~1FFFH，以满足控制的需要。

所述备料机械手单元的AT89C51控制系统主要包括：电源部分、接口转换及驱动部分、AT89C51系统。

所述电源部分：为了实现对备料机械手单元的控制，需要通过电气接口向备料机械手单元提供直流24V电源，同时备料机械手单元的输入输出I/O口也为DC24V。另外，AT89C51的工作电压为DC5V，因此还需提供DC5V电源。电源部分选用交直流电源转换模块，输入交流220V，输出直流24V和5V。

所述接口转换及驱动部分：由于AT89C51的IO口输出为5V，为了控制备料机械手单元必须有5V转24V的电平转换及驱动接口。电平转换及驱动接口设计为：①5V与24V之间采用光电隔离，保证控制系统的安全工作；②采用三极管电路提高接口驱动能力。输出电平转换及驱动接口电路图如图2所示。图2中：光电隔离选用TLP521光耦，R为限流电阻，黄色LED为输出指示灯。选用8050三极管提高输出驱动能力，1N4148和1N4007为反向保护二极管。输入电平转换接口电路图如图3所示。图3中：光电隔离也是选用TLP521光耦，R为限流电阻，绿色LED为输入指示灯。备料机械手单元输出为高电平（24V）时，AT89C51的IO口输入为低电平，反之，为高电平。

所述AT89C51系统部分：由I/O接口表（见表1）可知：备料机械手的输入11点，输出9点；因此AT89C51的IO口数量可以满足需要。AT89C51控制系统主电路图如图4所示。图4中：AT89C51控制系统中晶振选用11.0592MHz。由于P0口是漏极开路输出，需要接上拉电阻，AT89C51控制系统的复位选用RC复位电路，S1为复位按钮。D1为LED灯，用于故障指示。MAX232为RS232串口芯片，用于与上位机进行串行通信。

本实用新型的有益效果是本发明针对备料机械手系统由PLC完成控制，其整个控制过程经历的时间比较短，不便于学生的观察、研究的特点，基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统应孕而生。该种设备体积小巧，布置灵活，专用于实验、研究场合，价格低易安装，通过按钮控制，实现备料机械手的单步、间歇运行，满足实验及观察要求，且可靠性高、控制灵活。

附图说明

图1是备料机械手单元与AT89C51控制系统的电气接口关系图

图2是输出电平转换及驱动接口电路图