电磁阀计数器的设计与实现

黄道燚 陈敏敏

（汕尾职业技术学院 广东 汕尾 516600）

0 引言

电磁阀的广泛应用于工业控制系统的各个方面。本题目主要研究电磁阀在工件生产的控制，某些工件的生产现场环境危险或智能无人操作系统，例如高压，有害辐射等，必须通过电磁阀进行间接控制生产，导致在的及时清点工件数存困难。[1]本设计主要针对这个困难设计一个从电磁阀工作电路中提取信号，同时，通过单片机的计数实现工件数的清点，以及近期生产件的查询。

1 系统总体构架

1.1 功能要求

（1）从电磁阀工作电路中提取信号，通过一定的转换电路，转化为单片机可接收的信号。（2）用单片机对接收到的信号进行脉冲计数，计数的范围为0～99999，并使它在LED显示管显示出来。（3）用按键对近5天的工作数进行查询，并在LED显示管上显示。

1.2 系统处理工作板块

本设计的内部处理板块主要是由电磁阀工作的模拟模块，信号的转换模块，总控制处理模块组成。

首先，电磁阀工作的模拟模块的工作主要是模拟电磁阀的工作，用直流来控制交流的工作，产生初始信号。主要是变压器和继电器，以及按钮开关组成。

接着是信号的提取，信号的提取以及转换模块的工作主要是从电磁阀中提取初始信号，再通过电－光－电的转换，最后通过整流，最后变为单片机可以的接受信号。

最后，是总控制处理模块的处理，总控制处理模块核心是单片机芯片,它的主要工作就是，接受从转换模块中输入的信号，对其行检测判断，最终对输入信号的次数进行累加，并把数据送到显示模块进行显示；对按键的闭合与否进行检测判断，并对其进行处理，完成今天数据的存储，以及把前几天存储数据送到显示模块按要求进行显示。

1.3 用户面板

用户面板，本设计的用户面板由3个按键和5位的LED显示器构成，按键主要用于查询计数，存储，以及计数器的复位功能。LED﹑三极管﹑电阻构成数码显示电路。LED显示器动态显示方式。

1.4 总控制模块及电路

在本设计中，AT89C2051是总控制器，图1它完成以下几个方面的工作：

图1 控制电路

首先，通过P1.7口检测脉冲电路输送进来的电信号，并判断其是否为干扰。当确认其为输入信号之后，通过单片机的软件系统进行计数，并存储到一定的单元。然后，完成计数后把计数的结果发送到显示管，对其进行5位的LED管显示。另一方面，在此同时，外接按键电路，通过P3.5口和P3.7口检测按键电路是否由按键输入，有就判断那个键输入，当为查询按键时，把存储的数据送到5位的LED显示管显示。当为结束按键时，则存储数据。当RESET键按下的时候复位计数器。

在LED管的显示上，本设计采用动态扫描显示方式，由P1.0-P1.6口输出段码：

P3.0-93.4口输出位选码。输出时采用查表法，将数字对应的段码值送到P1.0-P1.6口，位选信号输出，采用直接位寻址方式。在进行LED显示时，如果高位为零，则不显示。

按键电路由开关按键和电阻组成，按键1和按键2分别连接到单片机的P3.5口与P3.7口，按键1用于工作人员对工件数的查询，而按键2是今天工作的结束键，同时也对今天工件数量的存储。

1.5 单脉冲输入电路

本设计的单脉冲主要部分由一个光耦合元件和一个史密斯触发器以及电阻和二极管，电容等构成，图2。主要完成这样的几个工作：

图2 转换电路图

图3 模拟电磁阀工作电路

首先，是从模拟电磁阀工作电路中提取信号。下一步是把信号送到单片机了计数，但是电磁阀电路中的电流并不适合直接送入单片机的计数，直接提取的信号存在电压较高，容易产生干扰等问题，不能为单片机识别，所以在此中间，要使用4N33对其进行电－光－电的转换，隔断信号电路和接受电路之间的电联系，使之互相独立，从而也隔断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路，不会形成干扰。

最后，才使用史密斯触发器74LS14对从光耦合器中转化出来的电信号进行处理，增加驱动能力和脉冲整形，同时也达到保护单片机的作用。

1.6 模拟电磁阀工作电路

本设计用简单的电路模仿电磁阀的工作原理，图3。

主要是采用元件有：220V~5V的变压器一个，控制端为5V控制交流的电磁继电器一个，以及开关一个。

2 硬件抗干扰设计

2.1 系统的干扰

所谓干扰，一般是指有用信号以外的噪声，在信号输入、传输和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。这些变化迫使信号的传输值、指示值或输出值出现误差，出现假象。

2.2 硬件系统的抗干扰

在本设计中抗硬件干扰主要使用光电耦合器。

光电耦合器能够起到:一是输入输出的隔离;二是消除和抑制噪声。

3 系统软件设计与实现

图4-1 主程序的流程图

3.1 程序流程

本系统软件采用汇编语言，下面介绍程序的设计思想，主程序的流程图如图4-1所示。主程序负责对整个系统程序进行有效的组织和管理，促使各模块功能的实现。

主程序的功能如下（图4-1）。

初始化：初始化工作，清零LED显示管待显示数值的空间，当前计数值的存放空间，计数初值五位LED显示管显示为00000。

信号的检测：对输入口进行检测，检测到信号就跳到加一程序进行执行，同时把计数值送到显示地址中进行显示。

按键1检测：没检测到信号跳到检测按键执行，如果检测到1按键按下，则从特定地址读取近几天来的数据显示。

按键2检测：如果检测到2键，表示今天的工作结束，把数据存储到特定的地址。

3.2 按键控制模块

按键模块包括按键的检测模块，和检测到按键后的调用模块。

检测模块，主要是对按键1和按键2的检测，为了防止按键抖动，本设计在中间加入了延时，来消除按键的抖动。流程图如图4-2：

图4-2 按键控制流程图

RESET键：复位按键

按键1：查询按键

按键2：停工按键

复位按键是对整个单片机的复位，也就是对计数器的复位。

3.3 软件抗干扰设计

在本设计中，为了实现计数器的准确计数，采用了连续两次检测输入信号的方法。这种方法的使用，使计数器的准确计数等到保证。

PC受干扰出现错误程序便会脱离正常轨道，出现 “乱飞”，这样就会出现把操作数当作操作码，或者把操作码当作操作数的情况。本设计采用软件陷阱，乱飞的程序进入非程序区的时候，就可设定软件陷阱对乱飞的程序进行拦截从而将程序引向一个固定的位置。这样就可将捕获的程序重新纳入正轨。[4]

4 结语

本文在电磁阀控制生产工件系统的技术基础上，对其电气控制部分，用AT89C2051单片机结合自动控制技术、电子技术进行技术改造，实现对生产工件的计数即时显示，近5天工件数值的存储，按键查询显示。

4.1 整个系统软、硬件采用模块化设计，对电磁阀生产工件进行计数，存储，显示。各功能模块相互独立又相互联系，通用性强，调试方便，出现故障易排除。

4.2 硬件设计充分考虑到弱强电之间的干扰，采用光电耦合器隔离技术，软件采用双检测输入信号，使得系统抗干扰能力较强，计数准确。

［1］温邦彦，孙丽丽.中国电磁阀技术的新发展[J].通用机械，2004，10；72－75.

［2］吴国经.单片机应用技术[M].中国电力出版社，2004，10；72－75.

［3］夏立赋，谭青.一种基于单片机的多位LED显示系统的设计[J].电脑开发与应用，2005，18（7）：40－41.

［4］马鸿文.基于单片机的电子计价枰的设计与实现[J].微机算机信息，2005，25：96－98.