专利名称：一种具有密码锁的电子手轮倍率控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，具体地说是涉及一种具有电子密码锁功能的控制器，可对外接电子手轮直接产生的原始脉冲信号的数量，进行一定倍率的增大，产生新A相、B相脉冲信号替代外接电子手轮直接产生的原始A相、B相脉冲信号，同时也可对新A相、B相脉冲信号输出进行开关控制，实现倍率变换电子手轮脉冲当量和启停数控伺服系统进给功能的装置，属于数控伺服装置领域。
背景技术：
频繁的生产事故致使安全生产成为当今各行业研究的重大课题，其中很大一部分是因为操作人员的非专业或失误性操作而引发的，而传统的数控伺服系统通常没有防范这类操作事故发生的手段。目前我国大量企业的众多数控伺服系统设备过于老旧，更新新型设备同时需要操作人员花费大量时间来重新掌握操作流程。改进老旧设备成为提高生产力、节约生产成本的重要手段。传统电子手轮产生的脉冲信号数量通常取决于操作人员摇动电子手轮的情况，若数控伺服系统要求进给量较大，则摇动圈数过多，不仅不便于操作人员使用，而且对电子手轮使用寿命造成巨大影响。近几年也出现了许多能够选择倍率的电子手轮，但这类电子手轮价格昂贵，同时缺少启停数控伺服系统进给的功能，容易因为人员误操作而导致被加工器件的损坏甚至是发生事故。
发明内容
本发明的目的为了减少数控伺服系统误操作发生、降低改造老旧设备成本，以及改善当前电子手轮应用上的不足，本发明提供了一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，能够对外接电子手轮直接产生的原始脉冲信号的数量，进行一定倍率的增大，产生新A 相、B相脉冲信号替代外接电子手轮直接产生的原始A相、B相脉冲信号，同时也可对新A 相、B相脉冲信号进行开关控制，从而实现电子手轮脉冲当量的倍率变换和数控伺服系统进给的启停控制。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，包括主控模块、脉冲输入模块、脉冲输出模块、数码管显示模块、4X4矩阵键盘模块、声音提示模块、电源模块。所述的主控模块特征在于，选用工业级单片机ATmegal6-16PI实现，主要用于流程控制、脉冲信号采集、脉冲信号产生、显示控制、键盘扫描、声音提示控制。所述的脉冲输入模块由通用运算放大器LM358构成的2个电压比较器来实现，主要用于将外接电子手轮直接产生的原始A相、B相脉冲信号(假设其幅值范围为OV VCC， VCC通常为5V或12V)进行电压转换和信号隔离，转化为幅值范围为OV 5V的脉冲信号， 以匹配ATmegal6-16PI单片机I/O 口输入电压范围的要求。脉冲输入信号采用传统电子手轮A相、B相输出端分别与脉冲输入模块中脉冲输入端口对应接口相连而引入。
所述的脉冲输出模块由NPN三极管MMBT3904构成的2个开关电路来实现，主要用于将ATmegal6-16PI单片机I/O 口产生的经倍率变换后的新A相、B相脉冲信号(幅值范围为OV 5V)进行电压转换，转化为幅值范围为OV VCC的脉冲信号，以匹配数控伺服系统中原电子手轮接口处的输入电压范围的要求。所述的数码管显示模块由一个四位八段式LED数码管，四个PNP三极管MMBT3906构成的数码管动态显示电路组成，用于本发明的用户操作提示信息的显示。所述的4X4矩阵键盘模块由16个按键采用行列式矩阵结构连接而成，包括数字键“0-9”、“解锁”键、“闭锁”键、“确定”键、“后退”键、“倍率控制”键、“密码修改”键，提供给用户实现脉冲信号的闭锁、解锁和倍率控制，以及密码修改和密码输入的功能。所述的声音提示模块由一个蜂鸣器和一个PNP三极管MMBT3906构成，目的是对操作人员进行声音提示，当闭锁状态下成功解锁或解锁状态下成功锁定会发出一声短鸣音；当闭锁状态下误操作电子手轮或解锁失败时会发出一声长鸣音。所述的电源模块由三端稳压集成电路LM7805构成，作为本发明内部+5V电源供电来源。本发明的有益效果是
1、本发明可以使传统电子手轮满足多种数控伺服系统不同进给量要求，大大降低了改造老旧设备成本；
2、本发明具有启停数控伺服系统进给的功能，可避免由于操作人员的非专业或失误性操作而导致被加工器件的损坏甚至是发生事故；
3、本发明可以减少操作人员的工作复杂度，延长电子手轮使用寿命。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是本发明的整体结构框图。图2是本发明的主控模块电路原理图。图3是本发明的脉冲输入模块电路原理图。图4是本发明的脉冲输出模块电路原理图。图5是本发明的数码管显示模块电路原理图。图6是本发明的4 X 4矩阵键盘模块电路原理图。图7是本发明的声音提示模块电路原理图。图8是本发明的电源模块电路原理图。图9是本发明的整体软件流程图。图10是本发明的密码修改功能流程图。图11是本发明的倍率控制功能流程图。图12是本发明的脉冲变换功能流程图。图1中1.主控模块，2.脉冲输入模块，3.脉冲输出模块，4.数码管显示模块，5. 4X4矩阵键盘模块，6.声音提示模块，7.电源模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。一种具有密码锁的电子手轮倍率控制器，整体结构如图1所示。本发明包括主控模块1、脉冲输入模块2、脉冲输出模块3、数码管显示模块4、4X4矩阵键盘模块5、声音提示模块6、电源模块7。由外接电子手轮直接产生的原始脉冲信号(其中A相、B相脉冲信号基本相同，仅相位存在差别)，经脉冲输入模块2后引入主控模块1。主控模块1根据用户设定的脉冲当量变换倍率β，将收集到的原始脉冲信号的数量Μ，增大β倍后，通过脉冲输出模块3产生新A相、B相脉冲信号(其脉冲数量为N)；主控模块1同时根据用户按键情况控制本发明在“解锁”和“闭锁”两种状态间切换，其中“解锁”状态下允许脉冲输出模块工作和用户进行其他操作，“闭锁”状态下则禁止脉冲输出模块工作和用户进行其他操作。脉冲输入模块2的作用是对输入的原始A相、B相脉冲信号进行电压变换和信号隔离，脉冲输出模块3的作用是对由ATmegal6-16PI单片机I/O 口产生的经倍率变换后的新A相、B相脉冲信号进行电压转换，数码管显示模块4的作用是显示系统信息，4 X 4矩阵键盘模块5的作用是为用户提供输入各种指令或数据的功能，声音提示模块6的作用是发出长鸣、短鸣两种声音提示用户当前操作状态，电源模块7的作用是为本发明提供内部+5V电源供电来源。参见图2，是本发明的主控模块电路原理图，ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚 10、30、32接+5V电源，管脚11、31接地，管脚9与电阻R1、电阻R2、电容Cl 一端相连，管脚 12与电阻R3、电容C2、晶振Yl —端相连，管脚13与电容C3 —端、电阻R3另一端、晶振Yl 另一端相连；电容C2、C3另一端接地；电阻R2另一端与按键Sl 一端相连；按键Si、电容Cl 的另一端接地；电阻Rl另一端接+5V电源。 参见图3，是本发明的脉冲输入模块电路原理图，通用运算放大器LM358芯片U2包含2个运放U2A、U2B,其管脚4接地，管脚2与电阻R4、R5 一端相连，管脚3与脉冲输入端口 J_IN管脚2 (A相)、电阻R5另一端相连，管脚1与电阻R6 —端相连，管脚6与电阻R8、 R9 —端相连，管脚5与脉冲输入端口 J_IN管脚3 (B相)、电阻R9另一端相连，管脚7与电阻RlO —端相连，管脚8接VCC电源，VCC电源串联0. IuF滤波电容C4后接地；电阻R6另一端与5V稳压二极管Dl的K极、电阻R7 —端、ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚16 相连；电阻RlO另一端与5V稳压二极管D2的K极、电阻Rll —端、ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚17相连；5V稳压二极管D1、D2的K极接地；电阻R7、R11另一端接地；电阻 R4、R8另一端接地；脉冲输入端口 J_IN管脚1接VCC电源，管脚4接地。参见图4，是本发明的脉冲输出模块电路原理图，电阻R16 —端与AI~megal6-16PI 单片机芯片Ul的管脚6相连，另一端与NPN三极管Ql的基极相连；电阻R18—端与 ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚8相连，另一端与NPN三极管Q2的基极相连；NPN三极管Ql、Q2的集电极接VCC电源；NPN三极管Ql的发射极与电阻R17 —端、脉冲输出端口 J.0UT管脚3 (B相)相连；NPN三极管Q2的发射极与电阻R19—端、脉冲输出端口 J_0UT管脚2 (A相)相连；电阻R17、R19的另一端接地；脉冲输出端口 J_0UT管脚1接VCC电源，管脚4接地；所述的NPN三极管Ql、Q2型号为MMBT3904。参见图5，是本发明的数码管显示模块电路原理图，电阻R22 —端与 ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚18相连，另一端与PNP三极管Q4的基极相连；电阻 R23 —端与ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚19相连，另一端与PNP三极管Q5的基极相连；电阻R32 —端与ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚20相连，另一端与PNP三极管Q6的基极相连；电阻R33 —端与ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚21相连，另一端与PNP三极管Q7的基极相连；PNP三极管Q4、Q5、Q6、Q7的发射极接+5V电源，集电极分别与四位八段式LED数码管SMGl的管脚Cl、C2、C3、C4相连；电阻R24 R31 —端分别与四位八段式LED数码管SMGl的管脚a、f、b、g、c、dp、d、e相连，另一端分别与ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚22、27、23、沘、24、四、25、26相连；所述的PNP三极管Q4、Q5、Q6、Q7型号为 MMBT3906。参见图6，是本发明的4X4矩阵键盘模块电路原理图，ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚40与按键K1、K2、K3、K4的一端相连，管脚39与按键Κ5、Κ6、Κ7、Κ8的一端相连，管脚38与按键Κ9、Κ10、Κ11、Κ12的一端相连，管脚37与按键Κ13、Κ14、Κ15、Κ16的一端相连，管脚36与按键Κ1、Κ5、Κ9、Κ13的另一端相连，管脚35与按键Κ2、Κ6、Κ10、Κ14的另一端相连，管脚34与按键Κ3、Κ7、K1UK15的另一端相连，管脚33与按键Κ4、Κ8、Κ12、Κ16的另一端相连。参见图7，是本发明的声音提示模块电路原理图，电阻R34 —端与ATmegal6-16PI单片机芯片Ul的管脚14相连，另一端与PNP三极管Q8的基极相连；PNP三极管Q8的发射极接+5V电源，集电极与蜂鸣器FMQ的一端相连；蜂鸣器FMQ的另一端接地；所述的PNP三极管Q8型号为MMBT3906 ；所述的蜂鸣器FMQ驱动电压为+5V。参见图8，是本发明的电源模块电路原理图，三端稳压集成电路LM7805芯片U3的管脚1与外部电源输入端口 J_P0WER的管脚1、电解电容El正极、滤波电容C7 —端相连，作为本发明VCC电源供电来源；三端稳压集成电路LM7805芯片U3的管脚3与电解电容E2正极、滤波电容C8 —端、电阻R35 —端相连，作为本发明+5V电源供电来源；电阻R35的另一端与发光二极管D4的A极相连；三端稳压集成电路LM7805芯片U3的管脚2、极性电容El负极、极性电容E2负极、滤波电容C7另一端、滤波电容C8另一端、外部电源输入端口 J_POWER的管脚2、发光二极管D4的K极接地。参见图9，是本发明的整体软件流程图，系统初始化后默认进入“闭锁”状态，关闭本发明的数码管显示，随后循环扫描4X4矩阵键盘监测按键情况，判断“解锁”键有无按下，若没有按下“解锁”键则仍关闭数码管显示并继续循环扫描4X4矩阵键盘；若已按下“解锁”键则开启数码管显示并闪烁光标提示用户输入解锁密码。将解锁密码与单片机片内FLASH存储的密码进行对比，若解锁密码错误，则关闭数码管显示并重新循环扫描4X4矩阵键盘；若解锁密码正确，系统进入解锁状态并开启计时器计时。若4X4矩阵键盘自上次按键后60秒内又有按键按下，则计时器清零重新计时并开启数码管显示；若60秒内无任何按键按下，则关闭数码管显示后继续循环扫描4X4矩阵键盘监测按键情况，如此反复。参见图10，是本发明的密码修改功能流程图，系统必须处于解锁状态时密码修改功能才可以使用，随后循环扫描4X4矩阵键盘监测按键情况，判断“密码修改”键有无按下，若没有按下“密码修改”键则系统继续循环扫描4X4矩阵键盘；若已按下“密码修改”键则开启本发明的数码管显示并闪烁光标提示用户输入新的解锁密码。若在输入新的解锁密码期间按下“后退”键，则清除前面所有输入的数字，重新闪烁光标提示用户输入新的解锁密码；若新的解锁密码输入完毕，此时按下“确定”键，系统记录此次输入的新解锁密码，并重新闪烁光标提示用户再次输入新的解锁密码。第二次输入与第一次类似，确定后系统判断前后两次分别输入的新解锁密码是否相同，若相同则系统将新解锁密码烧写入单片机片内FLASH中，随后显示“OK” 2秒提示密码修改成功并返回解锁状态；若不同则系统不记录任何数据，随后显示“FAIL” 2秒提示密码修改失败并返回解锁状态。参见图11，是本发明的倍率控制功能流程图，系统必须处于解锁状态时倍率控制功能才可以使用，随后循环扫描4X4矩阵键盘监测按键情况，判断“倍率控制”键有无按下，若没有按下“倍率控制”键则系统继续循环扫描4X4矩阵键盘；若已按下“倍率控制” 键则开启本发明的数码管显示，并闪烁光标提示用户输入脉冲当量变换倍率(可用数字键 “0、”直接进行输入，范围为广100)。若输入脉冲当量变换倍率期间按下“后退”键，则清除前面所有输入的数字，重新闪烁光标提示用户输入脉冲当量变换倍率；若脉冲当量变换倍率输入完毕，此时按下“确定”键则系统修改脉冲当量变换倍率β，随后系统显示“0K”2 秒后返回解锁状态。参见图12，是本发明的脉冲变换功能流程图，系统必须处于解锁状态时脉冲变换功能才可以使用，随后监测用于外接电子手轮的脉冲输入端口有无脉冲输入，若没有则系统继续监测；若存在脉冲输入，系统记录原始输入脉冲数量Μ,随后计算新脉冲数量N (计算公式为N= β ΧΜ)。然后系统驱动单片机I/O 口产生所需的新A相、B相脉冲信号，随后判断新A相、B相脉冲信号是否输出完毕，若未完毕则继续输出剩余脉冲数量；若完毕则系统返回解锁状态。本发明所涉及的一种具有密码锁的电子手轮倍率控制器，将微控制器、数字电路、 模拟电路高度集成于一体，具有功能强大、成本低廉的显著优点，有助于解决当前电子手轮在数控伺服系统应用中的局限性，可大大减少生产事故的发生。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明表述的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，其特征在于包括主控模块、脉冲输入模块、脉冲输出模块、数码管显示模块、4X4矩阵键盘模块、声音提示模块、电源模块。
2.根据权利要求1所述的一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，其特征在于 所述的主控模块选用工业级单片机ATmegal6-16PI。
3.根据权利要求1所述的一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，其特征在于 所述的脉冲输入模块由通用运算放大器LM358构成的2个电压比较器来实现。
4.根据权利要求1所述的一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，其特征在于 所述的4X4矩阵键盘模块由16个按键采用行列式矩阵结构连接而成。
5.根据权利要求1所述的一种具有密码锁功能的电子手轮倍率控制器，其特征在于 所述的电源模块选用三端稳压集成电路LM7805。
全文摘要
本发明公开了一种具有密码锁的电子手轮倍率控制器，包括主控模块、脉冲输入模块、脉冲输出模块、数码管显示模块、4×4矩阵键盘模块、声音提示模块、电源模块。本发明能够对外接电子手轮直接产生的原始脉冲信号的数量，进行一定倍率的增大，产生新A相、B相脉冲信号替代外接电子手轮直接产生的原始A相、B相脉冲信号，同时也可对新A相、B相脉冲信号输出进行开关控制，具有倍率变换电子手轮脉冲当量和启停数控伺服系统进给的功能。本发明可改善当前电子手轮应用上的不足，降低改造老旧设备成本，满足多种数控伺服系统要求，同时也可减少误操作的发生，避免生产事故。
文档编号G05B19/042GK102566473SQ20121005335
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月3日 优先权日2012年3月3日
发明者徐磊 申请人:徐磊