AT89S51单片机非接触式搬运系统控制器设计(7)
4 控制器的分析及设计
4.1 控制器功能分析
通过分析气动回路原理可以知道，要实现搬运系统的功能，我们需要控制三个双作用气缸左右腔体的进气，实质上就是通过控制三个三位五通阀电磁换向阀的阀芯位置来实现的，当气缸带动吸盘到达指定的位置之后我们还需要控制吸盘的抓取和放下动作，也就是控制吸盘的通气和停止。这样控制器需要实现的功能也就清晰了。而控制电磁阀的阀芯需要电来实现了，我们的控制器的输出就是对几个电磁阀的阀芯位置进行控制。下面将逐一的分析和设计。
4.2 输出模块设计及分析
首先介绍三位五通中位止回阀的工作原理，三位五通电磁换向阀如图3.1所示
图4.1 三位五通电磁阀换向阀
图中标示了阀芯的三个位置，阀芯由复位弹簧和电磁铁共同控制，阀芯在中位时气路在停止状态。当给左位的电磁铁通电时，阀芯被吸到左位，这时候的气路由图可见，气缸的左腔进气，右腔出气。实现气缸的向右运动。当断开电磁铁的电，阀芯由弹簧复位到中位。由于中位止回作用气缸进入停止状态。同理当左位电磁铁通电时气缸实现向右移动。这样就可以实现对气缸的动作实现控制了。吸盘的通气和闭气同样由二位二通电磁阀实现，具体原理跟三位五通阀大同小异。
知道了如何控制气缸之后，就可以对电磁阀的电磁铁的供电问题进行分析了，电磁阀的额定电压为DC24V，而我们的设计是基于单片机的控制器，这样就需要一个信号转换的过程，我通过继电器开关来实现单片机信号对DC24V的控制，控制电路如图3.2所示。
图4.2 控制电路输出电路图
图中由7个输出信号来控制继电器开关，进而分别控制7个电磁阀的电磁铁工作的。这样就能够对三个气缸的吹冰个动作和吸盘的吸附和松开动作实现了分别控制。单片机输出的高电平经过一个非门处理成为低电平，使得继电器开回路闭合。实现对电磁开关的电磁铁供电。这样控制器的输出部分就设计完成了。
4.3 输入模块的分析及设计
输入模块是整个控制电路的主要部分，也是实现真正对整个控制系统控制的部分，它是给单片机提供信号进而控制输出部分的。下面我们就对我们这个系统需要实现的功能进行分析。本设计需要的输入部分主要为按钮的模式，根据课题的要求，控制箱面板上的按钮部分分别为对输出部分点动控制的八个按钮（X左，X右，Y前，Y后，Z上，Z下，吸附，松开。）和电源、开关、急停、返回原点、单片机复位和一个四项开关（点动，单步，自动，周期。）。通过对输入部分的简单分析得出设计电路如图3.3所示。
图4.3 控制电路输入电路图
首先对电动按钮进行分析，由于机械按键的驱动电压需要DC24V，而单片机输入信号要DC5V，这样中间就存在一个电压转换的问题，利用光耦元件可以很好的解决这一问题，光耦元件能够通过光电转换实现对24V电信号和5V电信号的隔离。具体为24V电压通过弹起式按键接到光耦元件的发光二极管上而二极管的工作电压要远小于24V，通过两个电阻的分压原理来给发光二极管提供一个合适的工作电压。光耦原件的另一端接收到光信号时基级导通，这样就实现了三极管的集电极和发射极的导通，从而导通了5V电压信号对单片机的输入。另外为了确保按键或者开关在断开时单片机引脚锁保留的信号是低电平，对每个输入信号引脚都接一个下拉电阻。开关部分的电源和急停按钮安排在电源模块的24V输出部分，开关是控制单片机是否供电的部分。本电路图中还包含了单片机的最小系统，由一个复位电路和一个时钟电路组成。复位开关决定单片机是否回到最初状态，时钟电路给单片机提供一个周期12MHz的时钟脉冲。