大阻值碳膜片自动检测系统设计

张飞，何雅琴，仲雨

大阻值碳膜片自动检测系统设计

张飞，何雅琴，仲雨

为了提高大阻值碳膜片的检测效率，设计了一种碳膜片自动检测系统。详细介绍了碳膜片自动检测系统的硬件设计，简要介绍了软件设计流程。经过调试，该系统能够大大提高碳膜片的检测效率和精度，有一定的市场推广价值。

碳膜片；自动检测；精度

0 引言

随着人力成本的不断上涨，很多公司开始注重生产自动化的改造。目前，碳膜片生产公司对碳膜片的检测大多采用人工方式，工作强度大，效率低下，极易引入人为测量误差。本文设计了一种碳膜片自动检测系统，能够对一整版碳膜片电阻如图1所示：

图1 碳膜片

根据碳膜电阻型号不同，一版大约有100-600个碳膜电阻不等）同时进行检测，检测结果通过电脑显示，大大节约了人力成本，提高了检测精度，减少了人为误差。

1 系统功能

大阻值碳膜片自动检测系统主要由主控电路板和子板两部分构成。主控电路板负责采集子板测量的电阻阻值，并对采集的数据进行预处理，然后把数据打包发送给电脑。子板主要负责采集电阻数据，一个测量系统子板的数量可以根据碳膜片的型号进行设定。该系统主要功能如下：

（1）测试结果能发送到电脑端进行显示，根据不同的颜色区分碳膜电阻是否合格（绿色：合格；红色：偏大；黑色：偏小。）。

（2）测试参数可设置，如：单/双联的选择、子板块数、显示行/列数、测量精度、标称阻值等。

（3）通过两个开关一起启动测试，一整版碳膜电阻测试时间控制在15秒以内。

（4）子板地址可通过拨码开关设置。

为了完成系统的功能，主板上的CPU采用了一片AT89C55单片机，该单片机具有20K字节FLASH存储器[1]，256字节RAM存储器，3个16位定时计数器，1个全双工UART串行口，对RAM进行扩展后，能够满足主板的设计需求。子板的CPU采用AT89S52单片机。系统组成框图如图2所示：

图2 系统组成框图

测试系统外观如图3所示：

图3 系统外观图

2 硬件系统设计

2.1 主控板部分主要电路设计

2.1.1 电源模块

主控板电源部分采用了一片稳压电源芯片LM7805,如图4所示：

图4 主控板电源模块图

2.1.2 内存扩展模块

由于系统有大量的阻值数据需要保存和处理，AT89C55单片机内部RAM远远不能满足系统需求，为此扩展了一片外部RAM芯片6264，该RAM的容量为8k字节[2]，能够满足系统要求。内存扩展模块图如图5所示：

图5 主控板内存扩展图

2.1.3 通信模块

主板部分的通信模块主要负责和电脑以及子板的通信。由于AT89C55只有一个串行通信口，不能满足系统要求，所以通信口设计采用了时分复用的方式。系统通过一片模拟多路复用芯片CD4052，在RS232和RS485通信电路之间进行转换，RS232和RS485的实现分别采用了一片MAX232和MAX485通讯芯片。系统工作时，CD4052首先切换至RS485通信口，主板从子板接收阻值信息，当所有子板把阻值信息发送给主控板后，CD4052切换至RS232，电脑和主控板之间交换数据。主控板部分通信模块原理图如图6所示：

图6 主控板通信模块图

2.1.4 探针板控制模块

探针板主要通过气缸控制，气缸由电磁阀控制，电磁阀通过一个继电器控制，探针板控制模块原理图如图7所示：

图7 探针板控制模块图

2.2 子板部分主要电路设计

2.2.1 电源模块

子板部分电源模块除了使用5V电源（电路参见主板部分5V电源设计）外，还需使用+9V和-9V，系统使用了一片电源芯片LM7809产生+9V电压，使用一片LM7909产生-9V电压原理图如图8所示：

图8 子板电源模块原理图

2.2.2 阻值检测模块

阻值检测模块是子板的核心，此部分电路负责探测碳膜片电阻的阻值，每块子板上都使用一片A/D转换芯片ADS7818，该A/D转换芯片具有12位转换精度[3]原理图如图9所示：

图9 A/D模块原理图

ADIN输入从CD4051切换过来的不同信号。每块子板设计了7片CD4051,共56路信号，系统使用了其中50路信号，即每块子板能支持50个碳膜电阻的测试原理图如图10所示：

图10 信号切换模块原理图

2.2.3 子板与顶针板接口模块

子板与顶针板通过64脚接插口连接，其中1-50脚连接碳膜片上50个碳膜电阻，51-64脚一起接地，原理图如图11所示：

图11 子板与顶针板接口模块原理图

3 软件系统设计

大阻值碳膜片自动检测系统的工作流程如下：系统上电后，主板、子板初始化，主板接收电脑端发送的系统参数设置信息，然后系统等待启动按钮按下，当启动按钮按下后，主板控制气缸，把碳膜片和顶针板压紧，主板检测到压紧信号后通讯口切换至RS485口，主板和子板进行握手，主板发送电阻探测命令，各子板接收到主板命令后对碳膜片上的各个碳膜电阻进行阻值检测，并把数据保存到缓存空间，主板等待所有子板探测完毕后，发送阻值接收命令，各子板接收到命令后把各自探测的碳膜电阻阻值按顺序发送给主板。主板接收到阻值数据后对数据进行打包，并把通信口切换至RS232口，把阻值数据发送给电脑做进一步处理。主板和子板工作流程图如图12和图13所示：

图12 主板主程序流程图

图13 子板主程序流程图

4 总结

本文设计了一种大阻值碳膜片自动检测系统，该系统能够对碳膜片上每个碳膜电阻进行批量检测，各项检测参数能够通过电脑灵活设置，检测精度也能满足企业需求，解决了企业对碳膜电阻检测的人为误差，工作效率高，大约能抵3-5个人工，大大节约了碳膜电阻生产企业用人成本。

[7] 楼忠校,祝华平.基于AT89C55及ADS1212的工业用精密计数秤[J].工业计量,2011,（6）：29-31.

[8] 陈寿宏，颜学龙，黄新.基于边界扫描的SRAM测试技术的研究与实现[J],计算机测量与控制,2013,21(2)：324-326.

[9] 韩党群，韩先德，孙鹏杰，杨迪.帆板控制系统设计[J].西安航空技术高等专科学校学报,2012 30(3)：59-62.

Design of Automatic Detection System for Carbon Film Plate

Zhang Fei1, He Yaqin2, Zhong Yu2
(1.Department of Electrical Engineering, Changzhou Institute of Mechatronic Technology , Changzhou 213164, China；2.Department of Information Engineering, Changzhou Institute of Mechatronic Technology , Changzhou 213164, China.)

In order to improve the detection efficiency of the large resistance carbon film plate, an automatic detection system for carbon film plate is designed. The design of the hardware is described briefly in this paper. Software design procedure is also given. The test results indicate that, this system is efficient and precise. It also has some market value.

Carbon film plate; Automatic detection; Accuracy

TP311

A

1007-757X(2016)10-0064-03

2016.02.21）

张 飞（1981-），男，常州，常州电机职业技术学院，电气工程学院，讲师，硕士，研究方向：自动化技术等，常州 213164。

何雅琴（1981-），女，常州，常州电机职业技术学院，信息工程学院，讲师，硕士，研究方向：计算机网络等，常州 213164。

仲 雨（1994-），男，兴化，常州电机职业技术学院，信息工程学院，学生，研究方向：计算机网络技术，兴化 225700。