基于stm32的沖床自動(dòng)出料分揀控制器設(shè)計(jì)

摘要：文章描述了如何應(yīng)用意法公司的stm32f103c8t6片上系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)一款沖床出料自動(dòng)化控制器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)能夠接受光電傳感器輸入信號(hào)，按鍵輸入信號(hào)，控制氣動(dòng)電磁閥進(jìn)行可靠工作。能夠?qū)崿F(xiàn)密封圈產(chǎn)品制造過程中成品和廢料的可靠分離。
關(guān)鍵詞：沖床；自動(dòng)化；控制器

0 引言
    沖壓自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)一樣，目前還有很多工廠的沖壓廢料清除方式都是最原始的人工清掃，機(jī)箱裝載。手工生產(chǎn)線需停機(jī)清掃，自動(dòng)生產(chǎn)線雖不停機(jī)，但清掃時(shí)極不安全。同時(shí)手工清掃廢料及目前廢料收集方式使整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)顯得零亂。廢料滿地散落，場(chǎng)地不清潔，人工清除廢料勢(shì)必停機(jī)作業(yè)，影響生產(chǎn)效率。在沖壓作業(yè)中，沖壓機(jī)械設(shè)備、模具、作業(yè)方式對(duì)安全影響很大。實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)械化和廢料收集自動(dòng)化，能大幅度提高沖壓設(shè)備的利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，并保證人身安全。但是，沖壓作業(yè)的動(dòng)作頻率高，又多數(shù)是薄板加工，所以保證沖壓機(jī)械化和廢料收集自動(dòng)化的可靠性在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的難度較大。沖壓廢料的收集常常需要停機(jī)工作，既影響生產(chǎn)，又極不安全。目前，國(guó)內(nèi)、外研究的輸送裝置往往只針對(duì)一種沖壓產(chǎn)品，當(dāng)遇到模具墊腳高度、間距及位置不一，夾模器的干涉等問題時(shí)，從模下自動(dòng)清除廢料非常困難，本文涉及了一種沖壓自動(dòng)出料分揀控制器的設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中有顯著效果。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
1．1 氣動(dòng)電磁閥選擇
    出料分揀采用氣動(dòng)技術(shù)，通過不同方向的壓縮空氣分揀成品和廢料。氣動(dòng)技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞或信號(hào)傳遞的工程技術(shù)，以氣動(dòng)元件與機(jī)械、電氣、電子等部分或全部綜合構(gòu)成的控制回路，使氣動(dòng)元件按生產(chǎn)工藝的需要，自動(dòng)按設(shè)定的順序或條件動(dòng)作的一種自動(dòng)化技術(shù)。用氣動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，是工業(yè)自動(dòng)化的一種重要技術(shù)手段，也是一種低成本的自動(dòng)化技術(shù)。本文采用了Festo公司的先導(dǎo)式電磁換向閥進(jìn)行氣壓換向。先導(dǎo)式電磁換向閥則是由直動(dòng)式電磁閥和大型氣控?fù)Q向閥二部分組成。其中直動(dòng)式電磁閥部分又稱為電磁先導(dǎo)閥。先導(dǎo)式電磁換向閥是利用電磁先導(dǎo)閥線圈得電后，輸出的先導(dǎo)氣壓來推動(dòng)大型氣控?fù)Q向閥(主閥)閥芯動(dòng)作實(shí)現(xiàn)換向的。

1．2 光電傳感器選擇
    位置檢測(cè)元件采用電氣行程開關(guān)或接近開關(guān)。接近傳感器是一種具有感知物體接近能力的器件，本文采用Omron公司的漫反射光電傳感器3個(gè)，分別裝在凸輪的相對(duì)位置上。漫反射式光電傳感器對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)射器能發(fā)出一束可調(diào)制的不可見紅外光，當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過光束時(shí)，光線被物體表面反射回接收器，傳感器便有信號(hào)輸出。
1．3 stm32綜述
    本文采用了ST公司的stm32f103c8t6作為核心控制器。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Co rtex-M3內(nèi)核。一流的外設(shè)1 μs的雙12位ADC、4Mb／s的UART、18Mb／s的SPI、18MHz的I／O翻轉(zhuǎn)速度。低功耗在72MHz時(shí)消耗36mA(所有外設(shè)處于工作狀態(tài))，待機(jī)時(shí)下降到2 μA，最大的集成度復(fù)位電路、低電壓檢測(cè)、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等。標(biāo)準(zhǔn)的STM32外設(shè)(包括一個(gè)PWM定時(shí)器)，高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU，這些特牲使開發(fā)人員可以在設(shè)備上(如家電、樓宇或工業(yè)自動(dòng)化)整合多種功能，如馬達(dá)控制、用戶界面控制和設(shè)備互連功能。其它目標(biāo)應(yīng)用包括需要聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)記錄或USB外設(shè)擴(kuò)展功能的系統(tǒng)。
1．4 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

1．5 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1．6 傳感器輸入信號(hào)調(diào)理電路

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)在微控制器上內(nèi)嵌μC／OS-III操作系統(tǒng)。
2．1 μC／OS-Ⅲ介紹
    μC／OS-III是一種可移植的、可植入ROM的、可裁剪的、搶占式的、實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。它是micrium公司推出的第三代RTOS，提供了別的RTOS所不具備的特點(diǎn)。比如支持無限個(gè)任務(wù)，可以在任務(wù)運(yùn)行時(shí)測(cè)試其性能，直接發(fā)信號(hào)量或者消息給任務(wù)。
    本文的軟件開發(fā)環(huán)境是IAR Embedded Workbench forARM 6．21。
2．2 系統(tǒng)移植
    μC／OS-Ⅲ可以移植到很多處理器上，和處理器相關(guān)的代碼用匯編和C混合編程來實(shí)現(xiàn)。只要處理器滿足下面幾個(gè)條件。
    ·處理器必須要有ANSI C編譯器和可重入代碼
    ·處理器要支持中斷
    ·中斷可以被使能或者禁止操作
    ·處理器要有一個(gè)硬件堆棧
    ·處理器有足夠RAM給μC／OS-Ⅲ系統(tǒng)和任務(wù)存放變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
    ·編譯器要支持32位數(shù)據(jù)類型，有些編譯器應(yīng)該支持64位數(shù)據(jù)類型
    ·處理器有相關(guān)指令能夠保存堆棧指針和處理器相關(guān)的寄存器
    本文采用stm32f103c8t6這款芯片滿足上述要求。

    根據(jù)μC／OS-Ⅲ結(jié)構(gòu)，只要修改和處理器相關(guān)的4個(gè)文件：os_cpu．h、os_cpu_a．a(chǎn)sm、os_cpu_a．inc和os_cpu_c．co。
2．3 應(yīng)用層程序架構(gòu)設(shè)計(jì)
    把軟件系統(tǒng)劃分成4個(gè)任務(wù)，一個(gè)任務(wù)即一個(gè)線程，每個(gè)任務(wù)內(nèi)構(gòu)建立信號(hào)量，任務(wù)和中斷間通訊可以通過信號(hào)量進(jìn)行通訊，通過信號(hào)量，能把每個(gè)任務(wù)打包成基于信號(hào)量的簡(jiǎn)單干凈API。
    App_TaskStart任務(wù)：此任務(wù)負(fù)責(zé)初始化、按鍵檢測(cè)處理、任務(wù)建立、信號(hào)量建立。
   
   
    傳感器觸發(fā)事件任務(wù)，此任務(wù)等待傳感器輸入信號(hào)，然后控制電磁閥進(jìn)行工作。
   

3 結(jié)語
    根據(jù)本方案設(shè)計(jì)出的沖床出料自動(dòng)分揀控制器具有很高的性價(jià)比，在密封圈行業(yè)能產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益，具有很高的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。