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基于單片機(jī)控制的塑料管材自動切割系統(tǒng)研究
  瀏覽次數(shù)：9401  發(fā)布時間：2020年04月14日 14:48:16
[導(dǎo)讀] 針對塑料管材切割過程媳荒，提出一種基于單片機(jī)控制的自動切割同時進(jìn)行校驗(yàn)的技術(shù)研究方案抗悍。該方案主要基于單片機(jī)程序進(jìn)行切割動作的控制，以紅外傳感為輔助判斷切割動作是否完成钳枕，從而保證切割動作正常執(zhí)行缴渊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該自動切割系統(tǒng)很好地滿足了切割過程的需求，保證了切割動作的準(zhǔn)確度和精確度鱼炒，對于塑料管材自動切割技術(shù)的研究有一定指導(dǎo)意義衔沼。
 田延娟
山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014

摘 要：針對塑料管材切割過程昔瞧，提出一種基于單片機(jī)控制的自動切割同時進(jìn)行校驗(yàn)的技術(shù)研究方案指蚁。該方案主要基于單片機(jī)程序進(jìn)行切割動作的控制，以紅外傳感為輔助判斷切割動作是否完成自晰，從而保證切割動作正常執(zhí)行凝化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該自動切割系統(tǒng)很好地滿足了切割過程的需求，保證了切割動作的準(zhǔn)確度和精確度缀磕，對于塑料管材自動切割技術(shù)的研究有一定指導(dǎo)意義缘圈。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；塑料管材袜蚕；紅外傳感糟把；自動切割

隨著塑料工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，人們對于塑料產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求牲剃，而隨著城市化步伐的加快遣疯，對于塑料產(chǎn)品的需求也日益增長[1-3]。為此凿傅，我國塑料制品行業(yè)不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整缠犀、優(yōu)化和轉(zhuǎn)型，呈現(xiàn)出蒸蒸日上的發(fā)展趨勢聪舒，但與發(fā)達(dá)國家相比辨液，我國塑料制品生產(chǎn)企業(yè)的制造工藝、生產(chǎn)效率箱残、產(chǎn)品質(zhì)量仍然存在一定差距滔迈，這些問題有待于進(jìn)一 步解決止吁，以提高我國塑料企業(yè)的持續(xù)競爭力。塑料管材是塑料產(chǎn)品的重要組成部分燎悍，其制造工藝的發(fā) 

展對于塑料行業(yè)非常重要敬惦。而塑料管材制造中的一個重要環(huán)節(jié)就是管材切割，它屬于管材制造的最后一個環(huán)節(jié)谈山，直接關(guān)乎產(chǎn)品的外觀和精度[4-5]俄删。本研究提出了一種基于單片機(jī)控制的自動切割(同時進(jìn)行校驗(yàn))技術(shù)方案，該方案的切割動作通過單片機(jī)程序進(jìn)行控制奏路，同時以紅外傳感為輔助判斷切割動作是否完成畴椰，從而保證切割動作的正常執(zhí)行[6-8]。

1 系統(tǒng)設(shè)計
1.1 設(shè)計思路

本研究選用易于操作和編程的單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心思劳，以紅外傳感技術(shù)為檢測方式迅矛，通過液晶 屏與報警裝置的搭配使用實(shí)現(xiàn)對自動切割過程的狀態(tài)判斷顯示[9-10]。該自動切割系統(tǒng)的設(shè)計原理為：(1)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計需求潜叛，使用單片機(jī)進(jìn)行編程秽褒，控制切割工具進(jìn)行切割；(2)切割動作完成之后威兜，單片機(jī)根據(jù)傳回的紅外傳感信號進(jìn)行動作判斷并在液晶 屏顯示销斟，若切割正常則發(fā)出指令控制生產(chǎn)線繼續(xù)運(yùn) 行，并進(jìn)行下一次切割動作椒舵，若不正常則進(jìn)行報警蚂踊。 系統(tǒng)框圖設(shè)計如圖1所示。

1.2 硬件設(shè)計
本設(shè)計的硬件選型分析包括紅外傳感笔宿、單片機(jī)犁钟、切割電機(jī)、液晶屏及報警裝置泼橘。紅外傳感主要用于對切割元件切割處判斷是否切割完成涝动，選取型號為QT30CM的對射式光電開關(guān)紅外傳感器(NPN 三線常開型)，其工作電壓(直流)為5 V炬灭，無遮擋時輸出信號為低電平醋粟，加1 kΩ上拉電阻即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，滿足系統(tǒng)設(shè)計需求[11-13]重归；單片機(jī)選取宏晶公司STC15W4K32S4系列單片機(jī)米愿，具有大容量、 高速度鼻吮、低功耗的優(yōu)點(diǎn)育苟，且采用了高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，其性能完全符合系統(tǒng)設(shè)計需求[14-15]椎木；切割工具通常采用高功率電機(jī)宙搬，由于切割精確度的設(shè)計要求笨腥，本研究將選取小型步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計，該電機(jī)型號為57BYG250B勇垛，輸出力矩1.2 N·m、輸出電流3 A士鸥，其功率能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計需求[16]闲孤；報警裝置選取高電平信號觸發(fā)繼電器來模擬報警；液晶屏主要用來顯示切割動作的狀態(tài)烤礁，本設(shè)計選取LCD12864液晶顯示屏讼积，其具有操作簡單、控制方便的特點(diǎn)脚仔，滿足系統(tǒng)設(shè)計需求[17-18]勤众。

1.3 工作流程設(shè)計
硬件選型后，對系統(tǒng)工作流程進(jìn)行設(shè)計(如圖2所示)：(1)啟動系統(tǒng)鲤脏，單片機(jī)開始工作们颜，連接于單片機(jī)輸入端的對射式紅外傳感器向單片機(jī)持續(xù)傳送信號，單片機(jī)程序根據(jù)紅外傳感信號判斷工件是否就位(即起始端是否到達(dá)切割開始位置)猎醇，判斷正常后開始切割動作窥突；(2)根據(jù)對射式紅外傳感信號判斷切割動作完成度，當(dāng)接收到所有傳感器(安裝于工件上下處)的低電平信號時硫嘶，表明工件切割完成阻问； 
(3)每完成一次切割動作，單片機(jī)即通過液晶屏對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行顯示沦疾，同時進(jìn)行一次計數(shù)称近，并判斷整個管材是否切割完成，在此過程中若出現(xiàn)切割異常情況哮塞，則會啟動報警裝置刨秆。


2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果分析
2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計
在硬件選型與系統(tǒng)流程設(shè)計之后，將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺搭建設(shè)計彻桃。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制坛善，將選取直徑分別為20、32邻眷、40眠屎、50 mm的4種家用塑料PVC管材進(jìn)行系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證(傳感器組數(shù)根據(jù)直徑分別設(shè)為3、4肆饶、5改衩、6)；同時每種管材需設(shè)置不同的截取長度驯镊，從而通過所獲數(shù)據(jù)對切割系統(tǒng)的精確度進(jìn)行驗(yàn)證葫督。

2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試與數(shù)據(jù)分析
將每組實(shí)驗(yàn)的管材長度均統(tǒng)一為2 m竭鞍，且進(jìn)行5種截取長度設(shè)置，分別為10橄镜、20偎快、40、50洽胶、100 cm晒夹。由于各組實(shí)驗(yàn)的管材截取長度及管材直徑均不相同，故需對程序進(jìn)行不斷修正姊氓，從而驗(yàn)證不同情況下的系統(tǒng)可靠程度丐怯，結(jié)果如表1~表4所示。 

由表1數(shù)據(jù)可知翔横，對于直徑20 mm的管材读跷，系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致，而系統(tǒng)認(rèn)定的切割完整(數(shù)量)與人眼觀察的結(jié)果存在一定差異禾唁。

表1

由表2數(shù)據(jù)可知效览，對于直徑32 mm的管材，系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致蟀俊，而系統(tǒng)認(rèn)定的切割完整與人眼觀察結(jié)果亦存在一定差異钦铺，且該差異比表1更大。

表2

由表3數(shù)據(jù)可知肢预，對于直徑40 mm的管材矛洞，系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致，系統(tǒng)認(rèn)定的切割完整與人眼觀察結(jié)果存在一定差異烫映，而該差異比表1沼本、表2更大。

表3

由表4數(shù)據(jù)可知锭沟，對于直徑50 mm的管材抽兆，系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致，系統(tǒng)認(rèn)定的切割完整與人眼觀察結(jié)果存在一定差異族淮，而該差異比表1辫红、表2、表3更大祝辣。

表4
 
以上4組實(shí)驗(yàn)中贴妻，系統(tǒng)對次數(shù)的認(rèn)定與理論次數(shù)相同，但系統(tǒng)認(rèn)定的切割完整數(shù)量要高于人眼觀察的結(jié)果蝙斜。隨著管徑的增加名惩，系統(tǒng)認(rèn)定的切割完整量與人眼觀察結(jié)果的差值明顯增大；隨著切割次數(shù)的增加(即切割長度減小)孕荠，系統(tǒng)認(rèn)定的切割完整量與人眼觀察結(jié)果的差值明顯增大娩鹉。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明攻谁，系統(tǒng)的判斷明顯優(yōu)于人眼觀察，且系統(tǒng)認(rèn)定準(zhǔn)確率很高弯予，滿足設(shè)計要求戚宦。

3 結(jié)論
本設(shè)計的自動切割系統(tǒng)能夠滿足塑料管材切割過程的需求，其切割動作具有良好的準(zhǔn)確度和精確度熙涤，對塑料管材自動切割技術(shù)研究有一定參考意義阁苞。

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