基于单片机的转载机三级传送控制系统设计

王松林 （安徽商贸职业技术学院电子信息工程系，安徽 芜湖241002）

转载机在实际生产工作中有着十分广泛应用领域，如煤炭传输等。转载机性能的好坏对生产加工效率起着决定性的作用，尤其对其多级传送系统而言，其中任意一级传送系统发生故障，如果不及时采取处理措施，都会造成物料堆积在生产线上，进而可能会导致整条生产线的瘫痪，最终带来巨大经济损失。为此，笔者设计了基于单片机的转载机三级传送控制系统❶2011年安徽商贸职业技术学院院级质量工程项目 （ZL201103）。

1 设计要求

转载机正常启动时，为了防止物料在传输过程中堆积在生产线上，要求第1级皮带运转一定时间后给第2级皮带一个信号，等第2级皮带运转一定时间后再给第3级皮带一个信号，推动第3级皮带开始运转。转载机正常停止时，为了保证皮带上的物料能顺利运输完毕，要求第3级皮带首先停止，过一段时间后才让第2级皮带停止运转，再过一段时间后让第1级皮带停止运转。

当转载机发生故障时，如果第3级皮带发生故障，应保证第2级皮带正常运转一定时间后停止，并且应等待第2级皮带停止运转一段时间后，再停止第1级皮带的运转；如果第2级皮带发生故障，首先应让第3级皮带停止运转，让其停止一段时间后，再停止第1级皮带的运转；如果第1级皮带发生故障，则要求立刻同时停止第2级和第3级皮带的运转。此外，任何一级皮带发生故障时，报警器电路都要发出报警信号。

2 系统设计方案

转载机三级传送控制系统主要由主控系统、检测系统、警示系统和驱动系统组成，其中主控系统以STC89C52单片机为核心［1］。系统通电后，当激光传感器检测到皮带上有物料时，检测系统立即发出信号给主控系统，主控系统对接收到的信号经过分析处理后，发出相应的指示命令给驱动系统和警示系统，此时各级电机均能够正常启动，每级电机所对应的指示灯被点亮，系统处于正常启动工作状态；若激光传感器没有检测到物料时，各级电机均能够正常停止，每级电机所对应的指示灯熄灭，系统处于正常停止工作状态；当系统在正常工作过程中突然发生故障时，对应的限位开关将会被立即触发，检测系统同时发出相应信号给主控系统，主控系统按照接收到的故障类别及时发出相应指令，各级皮带对应的电机会及时响应接收的信号并处于工作状态，同时主控系统给警示系统发出信号，报警器发出报警声，提醒操作人员及时进行维修，由此避免事故的发生。系统设计方案图如图1所示。

3 系统硬件设计

整个系统硬件主要包括1块主控板和3块电路驱动板，主控系统、检测系统和警示系统都集中在主控板上，3块电路驱动板分别为带动三级皮带工作的相应电机提供驱动。

图1 系统设计方案图

3.1 主控系统

主控系统是整个系统的核心部分，由单片机最小系统、供电电路单元、串口通信模块和故障消除按键模块组成，主要负责对相关命令的发送和相应数据的处理。当主控系统接收到检测系统发送来的相应信号，经过处理后发送指定命令给警示系统和驱动系统，使之能够按照系统的功能要求进行工作。主控系统的电路原理图如图2所示。单片机最小系统电路主要由STC89C52、复位电路和时钟电路3部分组成［2］；电源模块为单片机和激光传感器提供工作时所需的5V电压；串行通信模块采用MAX232实现RS232与TTL之间的电平转换；故障消除按键用于消除模拟的电机故障；PCF8591接口用来实现单片机与电机驱动模块中PCF8591芯片之间的相互通信。

图2 主控系统电路原理图

3.2 检测系统

检测系统是整个系统的数据采集端，由激光传感器和限位开关组成。激光传感器的主要功能是检测有无物料，当皮带上无物料时，P33口为低电平，当激光传感器检测到皮带上有物料挡住激光时，发光二极管导通，P33口为高电平 （见图3）。限位开关共有3个，用来模拟三级电机的故障状态，当故障发生时，相应的限位开关被按下，对应的端口（P34－P36）会变为低电平 （见图4）。

图3 激光传感器原理图

图4 限位开关原理图

3.3 警示系统

警示系统由指示灯和报警器组成，主要通过外部的声光设备来监控整个系统，利于操作人员对整个工作过程的把握，一旦系统发生故障能够及时有效地处理，有利于安全生产。警示系统原理图如图5所示。系统中指示灯共有3个，分别用来表示三级电机的工作状态，单片机的P20－P22口给三极管Q24－Q26的基极送低电平，对应的三极管便能导通，发光二极管中有电流流过，指示灯发光，表明相应的电机处于正常工作状态；反之，指示灯熄灭，表明相应的电机处于非正常工作状态。报警器的额定电压为12V，通过单片机控制一个单刀双掷继电器开关来控制报警器。当任意一级电机发生故障时，单片机控制端P27口给三极管的基极送低电平，三极管Q23会因此导通，继电器线圈中有电流流过，使得继电器吸合，报警器接通电源发出报警信号［3－4］。

图5 警示系统原理图

图6 算法流程图

4 系统软件设计

系统软件部分主要由主程序和PCF8591子程序组成，主程序通过主函数完成系统初始化及三级电机运转功能，同时利用定时器中断实时监测皮带上的物料和电机故障情况，最终完成系统要求的实现。系统的算法流程图如图6所示。

5 结 语

为了有效提高转载机的安全性能，设计并实现了转载机三级传送控制系统，该系统能够实现多级传送过程中的相互协调，同时具有自检功能。此外，该系统还具有控制过程简单、操作方便、成本低廉等优点。因此，在提高转载机的工作效率和安全性能方面起着十分重要的作用。

［1］郭天祥 .新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略 ［M］.北京：电子工业出版社，2009.

［2］唐宇 .基于STC89C52单片机的无线超声波雾化系统的设计 ［J］.农机化研究，2012（9）：146－149.

［3］陈廷侠 .基于89C51单片机控制放大增益的设计 ［J］.新乡学院学报 （自然科学版），2012，29（4）：313－315.

［4］吴镇平 .基于ARM7嵌入式系统的电动机保护装置研究 ［J］.长江大学学报 （自科版），2011，8（12）：97－98.