單片機(jī)控制的椰子上料機(jī)設(shè)計(jì)分析論文
0引言
椰子的再生產(chǎn)時(shí)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(guò)程與椰子殼去除過(guò)程以及效率有著密切的聯(lián)系，從而最終影響其經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)價(jià)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(wèn)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(dòng)強(qiáng)度大、安全性差、效率低的問(wèn)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(jì)了一套全自動(dòng)的椰子上料機(jī)，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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
上料機(jī)主要由步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、轉(zhuǎn)移系統(tǒng)組成。通過(guò)轉(zhuǎn)移裝置與步進(jìn)電機(jī)的配合，使得椰子的上料過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng):步進(jìn)電機(jī)控制椰子運(yùn)送到規(guī)定的地點(diǎn);轉(zhuǎn)移裝置將步進(jìn)電機(jī)送來(lái)的椰子轉(zhuǎn)移到規(guī)定的生產(chǎn)臺(tái)上，并且通過(guò)傳感器發(fā)來(lái)的信號(hào)，機(jī)械手自動(dòng)恢復(fù)到初始的位置，以便進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。
自動(dòng)椰子上料機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖其工作流程如下:①人工操作向儲(chǔ)椰箱裝入原料。②打開總電源，機(jī)械工作部分回到最初狀態(tài)。③進(jìn)料。傳感器檢測(cè)料斗無(wú)料，儲(chǔ)椰箱起動(dòng)向料斗送料。④運(yùn)料。料斗向傳送帶上送入椰子，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，傳送帶前進(jìn)送料。⑤轉(zhuǎn)移。當(dāng)原料送到指定位置時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)械手轉(zhuǎn)移原料到工作臺(tái)上。⑥自動(dòng)停止。當(dāng)料斗中長(zhǎng)時(shí)間無(wú)料進(jìn)入時(shí)，設(shè)備也就長(zhǎng)時(shí)間處于停止工作狀態(tài)，即停止工作。上述過(guò)程在人工裝料的配合下，重復(fù)自動(dòng)地進(jìn)行。
1.1轉(zhuǎn)移系統(tǒng)
轉(zhuǎn)移裝置主要由電機(jī)與液壓部分組成。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，液壓缸下降到指定的位置。此時(shí)機(jī)械手開始工作，當(dāng)將原料夾住后，轉(zhuǎn)移裝置自動(dòng)地完成液壓上升、電機(jī)轉(zhuǎn)向過(guò)程;待工作臺(tái)上檢測(cè)到壓力時(shí)，轉(zhuǎn)移裝置斷電，機(jī)械手松開，轉(zhuǎn)移裝置自動(dòng)恢復(fù)初始狀態(tài);待工作臺(tái)無(wú)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(guò)程，直至送料帶上無(wú)原料送入。
1.2程序流程圖
全自動(dòng)椰子上料機(jī)在人工裝入大量的原料后，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分析與執(zhí)行，將原料送至工作臺(tái)，此過(guò)程不需要人工看管，通過(guò)人機(jī)界面直接監(jiān)視與控制裝置的運(yùn)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(jìn)電機(jī)系統(tǒng)才能檢測(cè)到信號(hào)，否則就無(wú)法工作;當(dāng)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)將原料送到指定位置時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)才會(huì)有信號(hào)得以工作。
2控制方法及其實(shí)現(xiàn)
2.1步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)
步進(jìn)電機(jī)是將得到的電信號(hào)脈沖轉(zhuǎn)換為角位移信號(hào)，即得到1個(gè)脈沖、前進(jìn)1個(gè)角度。電機(jī)停止的位置、轉(zhuǎn)動(dòng)的速度取決于脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)和頻率，負(fù)載對(duì)其不產(chǎn)生影響。當(dāng)有脈沖信號(hào)傳來(lái)的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子便前進(jìn)一個(gè)角度，稱為“步距角”，因此控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就是控制脈沖的數(shù)量;同時(shí)，配合頻率的改變來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。
在本自動(dòng)系統(tǒng)中，單片機(jī)發(fā)出控制脈沖以控制芯片ULA2803，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成送料過(guò)程;單片機(jī)接收傳感器發(fā)來(lái)的信號(hào)，不斷地向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖;步進(jìn)電機(jī)接收脈沖并運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)送椰子到達(dá)指定位置后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí)，機(jī)械手將指定位置上的原料轉(zhuǎn)移，單片機(jī)再次發(fā)出信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)重復(fù)以上工作。
2.2單片機(jī)控制系統(tǒng)
單片機(jī)系統(tǒng)是以單片機(jī)芯片為中心而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，而單片機(jī)本身由CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、特殊功能寄存器、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及中斷系統(tǒng)等功能部件組成。也就是說(shuō)，單片機(jī)組成的系統(tǒng)具有分析計(jì)算的功能，能夠?qū)邮盏男畔⑦M(jìn)行處理并且能控制下一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行。
基于單片機(jī)的自動(dòng)系統(tǒng)由芯片STC89 C51、芯片ULA2803調(diào)控，合理地調(diào)試步進(jìn)電機(jī)、送料機(jī)、轉(zhuǎn)移裝置的先后運(yùn)行。
2.3控制輸入I/O接線
本系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)作大多都是通過(guò)傳感器發(fā)出信號(hào)，由單片機(jī)分析并執(zhí)行信號(hào)，所以信號(hào)與操作之間是一一對(duì)應(yīng)的。控制送料裝置的送料后，其自動(dòng)完成整個(gè)的送料過(guò)程，不受其它條件的影響;步進(jìn)電機(jī)接收信號(hào)來(lái)確定它是否轉(zhuǎn)動(dòng)，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與否又與轉(zhuǎn)移裝置的工作有關(guān);當(dāng)轉(zhuǎn)移裝置開始工作后，期間接收信號(hào)并完成相應(yīng)的工作，主要由工作臺(tái)發(fā)出的'信號(hào)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(dòng)椰子上料機(jī)的控制部分是基于單片機(jī)和ULA2803芯片的功能而設(shè)計(jì)的，所以步進(jìn)電機(jī)以及整個(gè)上料機(jī)構(gòu)中其它的電機(jī)都是按照設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行的。步進(jìn)電機(jī)的控制主要運(yùn)用中斷方式，使上料機(jī)在運(yùn)行時(shí)可以隨時(shí)改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式。步進(jìn)電機(jī)從啟動(dòng)到停止這一過(guò)程是一個(gè)先加速、后減速的過(guò)程，并且加速度越小沖擊越小、動(dòng)作運(yùn)行越小，且越平穩(wěn)。因此，步進(jìn)電機(jī)的工作一般要經(jīng)歷以下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程:加速-恒速(高速)-減速-恒速(低速)-停止。對(duì)于系統(tǒng)的信號(hào)傳遞與控制，都是按照送料機(jī)構(gòu)運(yùn)行的先后順序進(jìn)行的，電源開關(guān)打開即自動(dòng)過(guò)程開始進(jìn)行，只有當(dāng)料斗里面有原料向傳送帶傳輸?shù)臅r(shí)候，步進(jìn)電機(jī)才能夠不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)剝椰臺(tái)沒(méi)有壓力的時(shí)候，才能由傳感器傳遞信號(hào)控制機(jī)械手運(yùn)作。在傳送帶上指定位置，若沒(méi)有原料時(shí)，步進(jìn)電機(jī)才能運(yùn)動(dòng)，此信號(hào)優(yōu)先于擋板處傳感器傳遞的信號(hào)。只有滿足上述要求，才能保證上料機(jī)構(gòu)安全、自動(dòng)地運(yùn)行。
4結(jié)語(yǔ)
基于海南椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，設(shè)計(jì)了一種新型全自動(dòng)椰子上料機(jī)，以及上料機(jī)的控制系統(tǒng)、主要結(jié)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。從椰子投料到椰子送上工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的控制，不僅節(jié)省勞動(dòng)力、縮短勞動(dòng)時(shí)間，而且解決了人工操作存在的問(wèn)題，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，從而為提高椰子利用率、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)椰子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
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