基于STC单片机油路控制器的设计

宋春焕，杨雪芹，王丽娟

（1.西安工业大学 电子信息工程学院，陕西 西安 710021；2.西安邮电大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710121）

基于STC单片机油路控制器的设计

宋春焕1，杨雪芹2，王丽娟1

（1.西安工业大学 电子信息工程学院，陕西 西安 710021；2.西安邮电大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710121）

为了解决数控机床油路不畅等问题，提出并设计一种基于STC单片机的油路控制器。以STC11F04E芯片为核心，设计外围电路有效提高工作效率和稳定性，软件采用状态转换法实现油路控制器的各种工作运行状态。实验表明该油路控制器结构紧凑，功能强，成本低，使用方便可靠，具有较好的应用前景。

数控机床；STC单片机；油路控制器；状态转换

油路控制器作为数控机床油路系统中的核心部分，是为了挤出油路中出现的空气而保证数控机床油路管道畅通而设计的核心部件。目前国内生产的机床普遍采用继电器控制，存在可靠性差、故障率高等缺点，尤其是传统机床的油路控制系统中，由于设备老化，密封性下降等原因，经常会在油路管道中出现空气，造成油路不畅等现象[1-4]。针对油路控制的缺点进行研究和改进，设计出了一种基于STC11F04E单片机[5-7]的油路控制器，旨在解决油路控制器的结构和效率问题，以提高油路控制的稳定性和利用率。

1 系统总体设计

基于STC11F04E单片机的油路控制器设计主要由电源电路、显示输出电路、按键输入电路、继电器输出电路和芯片外围电路等构成，其系统原理框图如图1所示。

图1 系统总体结构图

油路控制器可以完成如下功能：①自动倒计时并控制继电器开关，有3个LED数码管显示倒计时时间，一绿一红2个发光二极管显示油路控制器的4种状态，绿灯亮，继电器吸合，油路控制器处于工作状态；红灯亮，继电器释放，油路控制器处于停止状态；②继电器吸合和释放时间可设置，继电器吸合时间设置范围是0-999s，释放时间设置范围是0-999s，当设置继电器处于吸合时间状态，绿灯亮；当设置继电器处于释放时间状态，红灯亮。

2 系统单元电路设计

2.1 系统电源电路设计

油路控制器所采用的STC11F04E芯片及其下载器电路所需的供电电压是5 V。外接220 V交流电经过变压器变压后得到10 V的交流电，10 V的交流电经过交流桥整流后得到10 V的直流电，10V的直流电经过电容滤波后，进入LM7805的输入端，经过LM7805[8-9]的整流变换后，再经过电容滤波输出5 V稳定直流电压，供给需要5 V供电电压的芯片使用。电路原理图如图2所示，LM7805两端的二极管是为了防止输入端断开时电容C2从稳压器输出端向稳压器放电而烧坏稳压器。

图2 电源电路原理图

2.2 按键输入电路设计

按键输入电路设计了3个独立按键，每个按键独立占有一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态，每个I/O口线都接有上拉电阻，限制每根I/O口线在置空时的电流，使单片机稳定工作。按键输入电路原理图如图3所示。

图3 按键输入电路原理图

2.3 继电器输出电路设计

继电器[10-12]输出电路原理图如图4所示，当开关量 P3.5输出高电平时，NPN三极管导通，进而使继电器K1线圈通电，继电器触点接通，从而使交流电机与220 V交流电源接通，交流电机打开油路管道阀门，使油路管道供油。反之，油路管道停止供油。但当独立按键S4闭合时，不管P3.5是高电平还是低电平，都能使继电器线圈通电，触点接通使交流电机与220 V交流电源接通，使管道供油。图中电阻R1和R2为限流电阻，加入二极管D后，当继电器通电时能防止继电器反接，但继电器断电时，由于继电器线圈存在电感，会在电感的两端产生较高的感应电压，次电压的极性是上负下正，加入二极管D后，继电器线圈的感应电流从二极管D流过，从而使继电器线圈得到保护。

图4 继电器输出电路原理图

2.4 输出显示电路设计

输出显示电路主要包括LED数码管动态显示电路[13-14]和二极管状态显示电路的设计。由于I/O口不够，所以需采用分时控制。LED数码管动态显示电路中P1.0-P1.6口线输出显示码，P1.7，P3.0，P3.1分别输出数码管的百位，十位和个位。当P1.7，P3.0，P3.1输入低电平，三极管导通，LED数码管的位选端为高电平，数码管被选中，数码管打开，然后再由P1.0-P1.6输入显示数字。其动态显示实现过程：初始化单片机，取出一位显示数（十六进制数），求出待显示数所对应的7段显示码，然后由P1.0-P1.6输出到显示器数据总线，数码管显示选择取决于位选信号。位选信号为高电平时，对应LED数码管发光，若将个位从左到右依次显示，每个数码管连续显示1mS，显示完最后一位数后，再重复上述过程，因此会看到3位数“同时”显示。

二极管状态显示电路原理图如图5所示，当P3.7口输出低电平时，三极管导通，即发光二极管正极加上了5V的电源，此时，只要P1.0-P1.3口输出低电平，发光二极管导通发光，反之，发光二极管不亮。

图5 二极管状态显示电路原理图

3 系统软件设计

系统软件设计主要包括总程序流程图、初始化程序流程图、状态子程序流程图、按键动态扫描子程序流程图，系统显示子程序流程图和闪烁子程序流程图等。由于油路控制器需实现工作状态、停止状态、工作时间设置和停止时间设置四种状态间的相互转换，因此其主程序流程图采用状态转换图方式，如图6所示，其中状态0表示工作状态，状态1表示停止状态，状态2表示工作时间设置状态，状态3表示停止时间设置状态。

图6 状态转换图

系统的总初始化要完成的工作有看门狗初始化，I/O端口配置，系统时钟初始化，中断初始化，定时器初始化，工作状态初始化，继电器初始化和工作状态初值初始化。其部分程序源代码如下：

工作状态初始化，继电器初始化和工作状态初值初始化程序如下：

按键动态扫描和消抖的子程序流程图如图7所示。

图7 按键动态扫描子程序

LED数码管动态显示子程序流程图如图8所示。

图8 LED数码管动态显示子程序流程图

数码管和二极管状态指示灯闪烁子程序流程图如图9所示。

图9 闪烁子程序流程图

4结 论

基于STC11F04E单片机为控制核心的油路控制器，实现了机床在预工作时间里自动定时供油的功能，有效解决了机床因设备老化导致的供油不畅等现象，同时该油路控制器具有结构简单、成本低、体积小、低功耗和性能可靠等优点。试验表明，该油路控制器工作稳定、抗干扰能力强、操作方便，从而验证该油路控制器的合理性与正确性，具有广阔应用前景。

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Design of oil circuit controller based on STC microcontroller

SONG Chun-huan1，YANG Xue-qin2，WANG Li-juan3
（1.Electronic Information Engineering College，Xi'an University of Technology，Xi'an 710021，China；2.School of Telecommunication and Information Engineering，Xi'an University of Posts&Telecommunications，Xi'an 710121，China）

In order to solve the problem of poor oil circuit of numerical control machine tool，the design of an oil circuit controller based on STC MCU is presented.Taking the STC11F04E chip as the core，the design of peripheral circuit can effectively improve the work efficiency and stability.Besides，the software uses the state transition method to realize the operation state of the oil circuit controller.The experimental results show that the structure of the circuit is compact，it has strong function.So it has good application prospect because the use is convenient and reliable and the cost is lower.

Numerical control machine tool；STC microcontroller；circuit controller；state transition

TN702

A

1674－6236（2016）18-0152-03

2016-01-28 稿件编号：201601272

陕西省工业科技攻关项目(2014K06-31)

宋春焕（1979—），男，四川南充人，硕士，讲师。研究方向：计算机控制及嵌入式系统。