单片机在玻璃管加热控制系统中的应用

文章摘要：1 引言 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，是一种输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件，具有快速启动和停止的能力。但大多数设计人员常常习惯于用逻辑电路实现复杂的步进电机的控制，虽然已经取得很大成效，但实现起来成本高、费时多，而且一旦组成了电路，就很难再改动，因此不得不完全重新设计控制器。微处理器与微计算机的先进技术和低廉的价格，给步进电机的控制开创了一个新的局面[1]。人们完全可以借助于软件来对步进电机实施控制，从而实现复杂而成本又不高的控制系统，同时还可以很灵活地通过改变程序来改变控制方案。为此，我们基于 89C51单片机设计了步进电机控制器用于

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1  引言

      步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，是一种输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件，具有快速启动和停止的能力。但大多数设计人员常常习惯于用逻辑电路实现复杂的步进电机的控制，虽然已经取得很大成效，但实现起来成本高、费时多，而且一旦组成了电路，就很难再改动，因此不得不完全重新设计控制器。微处理器与微计算机的先进技术和低廉的价格，给步进电机的控制开创了一个新的局面[1]。人们完全可以借助于软件来对步进电机实施控制，从而实现复杂而成本又不高的控制系统，同时还可以很灵活地通过改变程序来改变控制方案。为此，我们基于 89C51单片机设计了步进电机控制器用于玻璃管加热系统。该控制器具有线路简洁、性能良好、成本低、可靠性高等特点，在实际应用中取得了良好效果。

2  控制系统硬件设计

2.1  玻璃管加热器的原理

      直径400mm 的圆盘上每隔15°有1个固定器，用于安放直径3mm，长度50mm-70mm的玻璃管，圆盘上方有一个火焰喷头，用于对玻璃管进行加热。先在圆盘上装上 24个玻璃管，开机定位后开始工作，步进电动机开始运转，当每转过15°时，延时T秒(T的大小可以设定为3，4，5三种状态，本系统的默认值为3，通过软件控制可以使时间偏差小于0.1秒)当一个玻璃管加热完毕后，步进电机转动移动到下一个玻璃管，所用时间为1秒，通过软件可以使定位偏差小于 0.1mm，后重复上一步工作。机械传动原理图主视图如图1所示，俯视图如图2所示。

图1   机械传动原理图主视图

图2   机械传动原理图俯视图

2.2  单片机控制系统硬件设计

      该系统控制器的核心采用89C51单片机，具有4K的可擦除程序存储器，易于系统的扩展和程序的改进。采用P1口的四位作为键盘输入控制，用K1，K2， K3控制延时状态，K1按下延时3秒，K2按下延时4秒，K3按下延时5秒。K4控制运行方向选择，在顺时针和逆时针之间进行切换。数码管采用串行显示方式，对运行状态给以显示，LED1显示显示方向选择，“－”表示顺时针旋转，“|”表示逆时针旋转。LED2显示的是延时时间，可显示3，4，5三种状态。参见图3电气控制框图。

图3   电气控制框图

3  控制系统软件设计

3.1  软件实现的功能分析

      控制系统可以按要求来设定方向选择，延时时间等，操作者可以方便的观察控制系统的工作情况。
      (1) 步进电动机的最小步距角为1.5°，每转的步数为240步/转;
      (2) 圆盘上15°一个固定器，一共可以安放24个玻璃管;
      (3) 圆盘转过15°的时间为1秒;
      (4) 数字显示部分为延时时间(可以设置为3，4，5秒);
      (5) 喷头与圆盘保持垂直以减少误差。

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