微控制器控制的椰子上料機設計分析論文
微控制器控制的椰子上料機設計分析論文
0引言
椰子的再生產時間和椰子的利用率是很重要的，所以椰子產品的後期加工過程與椰子殼去除過程以及效率有著密切的聯絡，從而最終影響其經濟效益和市場價格。以低成本獲得高質量的產品是椰子各種產品生產環節中必須重視和考慮的問題。現在，海南許多椰子產品的加工都是採用傳統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，容易導致綜合成本的升高。為方便椰子的再加工，筆者設計了一套全自動的椰子上料機，為椰子再加工生產效率及安全性的提高奠定了基礎。
1送料機構設計
上料機主要由步進電機系統、進料系統、轉移系統組成。透過轉移裝置與步進電機的配合，使得椰子的上料過程實現了全自動:步進電機控制椰子運送到規定的地點;轉移裝置將步進電機送來的椰子轉移到規定的生產臺上，並且透過感測器發來的訊號，機械手自動恢復到初始的位置，以便進行下一個迴圈。
自動椰子上料機的原理結構圖其工作流程如下:①人工操作向儲椰箱裝入原料。②開啟總電源，機械工作部分回到最初狀態。③進料。感測器檢測料斗無料，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轉移。當原料送到指定位置時，步進電機停轉，機械手轉移原料到工作臺上。⑥自動停止。當料斗中長時間無料進入時，裝置也就長時間處於停止工作狀態，即停止工作。上述過程在人工裝料的配合下，重複自動地進行。
1.1轉移系統
轉移裝置主要由電機與液壓部分組成。當步進電機停轉時，液壓缸下降到指定的位置。此時機械手開始工作，當將原料夾住後，轉移裝置自動地完成液壓上升、電機轉向過程;待工作臺上檢測到壓力時，轉移裝置斷電，機械手鬆開，轉移裝置自動恢復初始狀態;待工作臺無壓力後，轉移裝置通電，即開始工作，並且轉移裝置重複上述過程，直至送料帶上無原料送入。
1.2程式流程圖
全自動椰子上料機在人工裝入大量的原料後，系統經過分析與執行，將原料送至工作臺，此過程不需要人工看管，透過人機介面直接監視與控制裝置的運作。
本系統由3部分組成，在送料系統完成送料以後，步進電機系統才能檢測到訊號，否則就無法工作;當步進電機系統將原料送到指定位置時，電機系統才會有訊號得以工作。
2控制方法及其實現
2.1步進電機系統
步進電機是將得到的電訊號脈衝轉換為角位移訊號，即得到1個脈衝、前進1個角度。電機停止的位置、轉動的速度取決於脈衝訊號的脈衝數和頻率，負載對其不產生影響。當有脈衝訊號傳來的時候，步進電機轉子便前進一個角度，稱為“步距角”，因此控制步進電機的轉動就是控制脈衝的數量;同時，配合頻率的改變來控制步進電機的轉動方向和轉速。
在本自動系統中，單片機發出控制脈衝以控制晶片ULA2803，啟動步進電機完成送料過程;微控制器接收感測器發來的訊號，不斷地向步進電機發出脈衝;步進電機接收脈衝並運轉，運送椰子到達指定位置後，步進電機停止轉動;同時，機械手將指定位置上的原料轉移，微控制器再次發出訊號，步進電機重複以上工作。
2.2微控制器控制系統
微控制器系統是以微控制器晶片為中心而組建的計算機應用系統，而微控制器本身由CPU、資料儲存器RAM、特殊功能暫存器、程式儲存器ROM、定時器/計數器及中斷系統等功能部件組成。也就是說，微控制器組成的系統具有分析計算的功能，能夠對接收的資訊進行處理並且能控制下一個動作的執行。
基於微控制器的自動系統由晶片STC89 C51、晶片ULA2803調控，合理地除錯步進電機、送料機、轉移裝置的先後執行。
2.3控制輸入I/O接線
本系統的啟動和運作大多都是透過感測器發出訊號，由微控制器分析並執行訊號，所以訊號與操作之間是一一對應的。控制送料裝置的送料後，其自動完成整個的送料過程，不受其它條件的影響;步進電機接收訊號來確定它是否轉動，而步進電機的轉動與否又與轉移裝置的工作有關;當轉移裝置開始工作後，期間接收訊號並完成相應的工作，主要由工作臺發出的'訊號決定裝置是否通電，在此前提下轉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於微控制器和ULA2803晶片的功能而設計的，所以步進電機以及整個上料機構中其它的電機都是按照設計的程式進行的。步進電機的控制主要運用中斷方式，使上料機在執行時可以隨時改變步進電機的執行方式。步進電機從啟動到停止這一過程是一個先加速、後減速的過程，並且加速度越小衝擊越小、動作執行越小，且越平穩。因此，步進電機的工作一般要經歷以下的運動過程:加速-恆速(高速)-減速-恆速(低速)-停止。對於系統的訊號傳遞與控制，都是按照送料機構執行的先後順序進行的，電源開關開啟即自動過程開始進行，只有當料斗裡面有原料向傳送帶傳輸的時候，步進電機才能夠不停地運轉。當剝椰臺沒有壓力的時候，才能由感測器傳遞訊號控制機械手運作。在傳送帶上指定位置，若沒有原料時，步進電機才能運動，此訊號優先於擋板處感測器傳遞的訊號。只有滿足上述要求，才能保證上料機構安全、自動地執行。
4結語
基於海南椰子產業發展的需求，設計了一種新型全自動椰子上料機，以及上料機的控制系統、主要結構和步進電機系統。從椰子投料到椰子送上工作臺，實現了全自動的控制，不僅節省勞動力、縮短勞動時間，而且解決了人工操作存在的問題，進一步提高了生產效率，從而為提高椰子利用率、擴大經濟效益和促進椰子產業的發展奠定良好基礎。