摘 要： 服務(wù)自動熨燙系統(tǒng)采用單片機系統(tǒng)" title="單片機系統(tǒng)">單片機系統(tǒng)構(gòu)成控制器，使熨燙工序中的上下板控制、加壓、吹蒸汽、抽濕、吹風(fēng)等工作自動進行。本系統(tǒng)通過軟硬件設(shè)計、電裝及調(diào)試，滿足功能要求，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，體積小、功能強，采用多種抗干擾措施，可保證在惡劣環(huán)境下長期可靠工作。
關(guān)鍵詞： 過程控制 自動化裝置 單片機應(yīng)用
熨燙是服裝生產(chǎn)的最后一道工序，通常有上下板的驅(qū)動、加壓力、吹蒸汽、抽濕和吹風(fēng)等工作，對服裝的質(zhì)量有著重要的作用。傳統(tǒng)的熨燙過程由工人手動操作，質(zhì)量控制難度較大，因此，許多企業(yè)提出對生產(chǎn)設(shè)備進行自動化改造的要求。本文所闡述的方案采用單片機系統(tǒng)構(gòu)成一個可編程控制器，嵌入到現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備中，取代工人的手工操作。本方案利用現(xiàn)有設(shè)備，較小的投資就可以使服裝生產(chǎn)的自動化水平得到較大地提高。
1 系統(tǒng)設(shè)計方案
熨燙工序中的驅(qū)動上下板、加壓力、吹蒸汽、抽濕和吹風(fēng)等工作是通過電磁閥的啟閉來控制的?，F(xiàn)有設(shè)備上電磁閥的啟閉由人工操作手動開關(guān)來完成，根據(jù)服裝面料和服裝種類的不同，有不同的操作流程。因此，所涉及的自動熨燙系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)不同的設(shè)置完成不同的操作流程，此外，還應(yīng)具有良好的人機接口，以便進行參數(shù)設(shè)置及監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。
系統(tǒng)選用單片機作為信息處理和控制的核心，如圖1所示。主控單片機接收前道工序的控制信號" title="控制信號">控制信號，從E2PROM中讀出設(shè)置的參數(shù)，根據(jù)不同的流程，控制可控硅的通斷，進而控制熨燙設(shè)備電磁閥的動作，使熨燙工序有序進行。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 主控制單元
系統(tǒng)選用低功耗高性能的單片機AT89S52作為控制和信息處理的核心，AT89S52指令系統(tǒng)和引腳與標準80C51單片機完全兼容，可以使用Keil C進行軟件開發(fā)。具有3個16位定時器，8KB在系統(tǒng)可編程的程序存儲器，256B RAM，以及1個片內(nèi)看門狗。
為了增強數(shù)據(jù)線上的抗干擾能力，所有數(shù)據(jù)線均接有拉高電阻。此外，由于AT89S52的I/O" title="I/O">I/O只有4組32個，而系統(tǒng)需要將近40條引線，所以要對I/O進行復(fù)用。考慮到系統(tǒng)中需要復(fù)用的I/O不多，而且液晶模塊和輸出模塊的數(shù)據(jù)線并不需要同時使用，本系統(tǒng)只是通過鎖存器" title="鎖存器">鎖存器74HC573將P0口復(fù)用，如圖2所示。
當單片機AT89S52需要讀寫液晶模塊時，將P3.0置“1”，P3.1清零，此時鎖存器74HC573鎖存，單片機P0口的數(shù)據(jù)不影響鎖存器的輸出；當單片機需要輸出時，將P3.0清零 ，P3.1置“1”，此時單片機P0口的數(shù)據(jù)對液晶模塊沒有影響，而鎖存器的輸出與P0口數(shù)據(jù)同步。
2.2 參數(shù)存儲模塊
在開始工作之前可以進行參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)將調(diào)整好的參數(shù)寫入E2PROM中。為了減少讀寫E2PROM的次數(shù)，在系統(tǒng)開機時將數(shù)據(jù)從E2PROM中讀出，保存在單片機的RAM中。
本系統(tǒng)采用具有I2C接口的1kbits的E2PROM AT24C01。I2C總線極大地方便了系統(tǒng)設(shè)計，無須設(shè)計總線接口，從而使設(shè)計時間大為縮短[1]。參數(shù)存儲單元電路如圖3所示。
在圖3所示的電路中，AT24C01的地址為000，電阻R37和R38也起拉高的作用，SCL與SDA為接入單片機I/O的連接線，分別模擬I2C總線的時鐘和數(shù)據(jù)線。
2.3 人機接口模塊
人機接口部分采用4×4鍵盤和240×128的液晶顯示板" title="顯示板">顯示板，可以完成對參數(shù)的設(shè)置，并且能夠?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)的當前狀態(tài)。按鍵式鍵盤通常都會有抖動，可能造成系統(tǒng)的誤操作，設(shè)計時在硬件中加入電容以吸收噪聲。另外，在軟件上對輸入進行消抖處理，將脈沖寬度小于1ms的輸入忽略。顯示部分采用帶中文字庫的液晶顯示板，使得開發(fā)更容易、迅速。
2.4 輸出模塊
可控硅可以較好地實現(xiàn)對交流電的開關(guān)功能，但是如果在交流電非過零點時啟動或切斷電源，會對電源造成很大的干擾。此外，如果直接用單片機的輸出去控制可控硅的控制端，在可控硅開關(guān)時會將干擾引入單片機，造成嚴重后果。因此本系統(tǒng)選用了一個具有過零觸發(fā)和光電隔離功能的可控硅驅(qū)動芯片MOC3041去控制可控硅。電路如圖4所示。
其中Di是單片機通過鎖存器輸出的控制信號，電阻Ri阻值的選擇要使MOC3041端口1的輸入電流為15mA。負載端的電阻電容值是經(jīng)計算使干擾最小的值。如果負載功率因子小于0.5，則需將39Ω電阻改為380Ω。
本系統(tǒng)需對8個電磁閥進行控制，因此設(shè)計8路可控硅控制電路。
2.5 硬件抗干擾
因為系統(tǒng)工作在高溫高濕強電磁干擾的環(huán)境中，所以必須考慮抗干擾的問題。上述采用光電隔離器將交流部分和直流部分隔離即抗干擾的措施之一。此外，還采取了如下措施：
(1)選擇滿足系統(tǒng)要求的盡可能低的系統(tǒng)時鐘。本系統(tǒng)中選用120K時鐘，這樣，每個機器周期為0.1ms，有利于系統(tǒng)的精確定時。而且對于本系統(tǒng)來說，也完全夠用。使用AT89S52內(nèi)部集成的看門狗，可以在萬一被干擾出現(xiàn)死鎖的時候進行補救。
(2)系統(tǒng)電源通過交流濾波，二級穩(wěn)壓，并且在直流端加上一個大電容進行濾波。每個集成電路也都加上耦合電容。在繪制和制作PCB時也考慮抗干擾。對控制箱進行電磁屏蔽。
(3)為了防止控制信號引入干擾，控制信號的輸入也用光電隔離。光電隔離的兩端供電也應(yīng)該分開。
3 系統(tǒng)軟件
3.1 單片機C語言開發(fā)環(huán)境Keil C51
80C51系列單片機的軟件可以用匯編語言和C語言編寫。C語言既具有一般高級語言的特點，又能直接對計算機的硬件進行操作，表達和運算能力也較強，許多以前只能采用匯編語言來解決的問題現(xiàn)在都可以改用C語言來解決。Keil C51是一種專為8051單片機設(shè)計的高效率C語言編譯器，符合ANSI標準，生成的程序代碼運行速度極高，所需要的存儲器空間極小，完全可以和匯編語言相媲美[2]。本系統(tǒng)軟件在Keil uVision2環(huán)境下編寫。
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)軟件采用模塊化的方式編寫，有利于日后的維護和升級。主要包括鍵盤監(jiān)測模塊、控制信號監(jiān)測模塊、控制信號處理模塊、顯示模塊、定時模塊、輸出模塊等。系統(tǒng)采用查詢方式接收信號輸入，軟件流程如圖5所示。
系統(tǒng)初始化之后，首先讀出E2PROM中存儲的參數(shù)，在液晶顯示板中顯示。此后一直處于查詢狀態(tài)。當檢測到有鍵盤輸入后，調(diào)用鍵盤處理子程序，接收鍵盤的輸入，并通過液晶顯示板逐一顯示設(shè)置的參數(shù)。當檢測到控制信號輸入后，調(diào)用控制信號處理子程序，根據(jù)輸入的控制信號和用戶預(yù)先定義的參數(shù)進行決策，決定當前的輸出狀態(tài)，同時在液晶顯示板中顯示當前的工作狀態(tài)。不管當前的輸出狀態(tài)是否改變，在每個循環(huán)中單片機均將當前的工作狀態(tài)進行輸出，這樣有助于減小干擾對系統(tǒng)輸出的影響。
控制信號處理子程序是系統(tǒng)的核心模塊，升級也只需要根據(jù)要求對這一模塊進行修改。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和其他模塊都可以保留，具有很大的靈活性。這也正是模塊化設(shè)計的魅力所在。
3.3 軟件抗干擾技術(shù)
單片機系統(tǒng)的抗干擾性能主要取決于硬件的抗干擾設(shè)計，但軟件抗干擾措施也十分重要，它是硬件抗干擾的補充和完善。在干擾沖過硬件抗干擾保護之后，就必須要軟件抗干擾措施發(fā)揮作用了。
軟件抗干擾分為兩個層次。一是在單片機正常工作的情況下，可控硅控制端的信號有可能因為干擾而出現(xiàn)擾動，影響設(shè)備的正常運行。此時讓系統(tǒng)不斷地循環(huán)輸出正確的值，可以解決這個問題。另一個是在單片機受干擾的情況下，需要使用軟件陷阱或看門狗將程序拉到初始位置。此時可以根據(jù)程序在RAM中設(shè)置的標志，不同的標志直接跳到相應(yīng)的程序，使程序運行有連續(xù)性，用戶在使用時也不會察覺到程序被重新復(fù)位過。
采用單片機、可控硅等器件設(shè)計完成的服裝自動熨燙系統(tǒng)具有良好的人機接口。該系統(tǒng)嵌入到服裝生產(chǎn)設(shè)備中，對原有的設(shè)備改動小，成本低，已經(jīng)在實際應(yīng)用中取得良好的效果。系統(tǒng)也可擴展應(yīng)用到其他領(lǐng)域相關(guān)過程控制中。
參考文獻
1 胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2002
2 徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51 Windows環(huán)境變成與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2001