基于at89c51单片机的备料机械手控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于单片机的备料机械手控制系统。属于机电一体化领域。
【背景技术】
[0002] 备料机械手系统是机电一体化自动装配教学生产线的一个单元。该机械手的功能 是：将放在工件平台上的工件主体搬运到下料单元的料斗中，运动包括：机械手臂的上下 (用上下动作的双作用气缸）；工件的吸放(气缸杆顶端装有电磁铁）；机械手回转90° (直 流电机经减速机构内齿轮传动机构带动机械手回转）；机械手臂的抬起和降落(直流电机 经减速机构后驱动齿条和齿轮机构经杠杆机构抬起工件）；工件的前进和后退(右移和左移 也是直流电机经减速机构后经过齿轮齿条使整个机械手移动)，该系统的控制使用西门子 S7-200PLC驱动六个继电器(实现三个直流电机的正、反转控制），驱动电磁阀控制双作用 气缸和直流电磁铁实现上述运动的控制，位置的检测用到了微动开关、舌黄继电器、光电检 测开关。该单元的控制台可以进行手动、自动、急停等功能控制。该系统通过PLC完成控制， 可靠性很高，但是由于整个控制过程经历的时间比较短，不便于学生的观察、研究。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是针对在实验教学环境下，备料机械手系统工作过程时间短、 不便于观察和研究的情况，开发基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统，通过按钮控 制，实现备料机械手的单步、间歇运行，满足实验及观察要求。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型的技术方案是根据备料机械手单元的PLC-I/0接口 与AT89C51控制系统的输入输出映像关系表(见表1)以及备料机械手单元与AT89C51控 制系统的电气接口关系（备料机械手单元与AT89C51控制系统的电气接口关系图如图1所 示)。设计出AT89C51控制系统的硬件结构及完成AT89C51控制程序，实现其控制过程。
[0005] 本实用新型的系统原理是由I/O接口表(见表1)可知：备料机械手的输入11点， 输出9点；系统扩展一片8255,定义PA、PB口为输入，PC为输出，并利用了P1.0作为输 出接口作为输出指示灯，考虑上位机控制的需要，设计了由MAX232组成的串行通讯电路， AT89C51内部有8KB的R0M，地址范围由0000H~1FFFH，以满足控制的需要。
[0006] 所述备料机械手单元的AT89C51控制系统主要包括：电源部分、接口转换及驱动 部分、AT89C51系统。
[0007] 所述电源部分：为了实现对备料机械手单元的控制，需要通过电气接口向备料机 械手单元提供直流24V电源，同时备料机械手单元的输入输出I/O口也为DC24V。另外， AT89C51的工作电压为DC5V，因此还需提供DC5V电源。电源部分选用交直流电源转换模块， 输入交流220V，输出直流24V和5V。
[0008] 所述接口转换及驱动部分：由于AT89C51的10 口输出为5V，为了控制备料机械手 单元必须有5V转24V的电平转换及驱动接口。电平转换及驱动接口设计为：①5V与24V 之间采用光电隔离，保证控制系统的安全工作；②采用三极管电路提高接口驱动能力。输出 电平转换及驱动接口电路图如图2所示。图2中：光电隔离选用TLP521光耦，R为限流电 阻，黄色LED为输出指示灯。选用8050三极管提高输出驱动能力，1N4148和1N4007为反向 保护二极管。输入电平转换接口电路图如图3所示。图3中：光电隔离也是选用TLP521光 耦，R为限流电阻，绿色LED为输入指示灯。备料机械手单元输出为高电平（24V)时，AT89C51 的10 口输入为低电平，反之，为高电平。
[0009] 所述AT89C51系统部分：由I/O接口表(见表1)可知：备料机械手的输入11点， 输出9点；因此AT89C51的10 口数量可以满足需要。AT89C51控制系统主电路图如图4所 示。图4中：AT89C51控制系统中晶振选用11. 0592MHz。由于P0 口是漏极开路输出，需要 接上拉电阻，AT89C51控制系统的复位选用RC复位电路，S1为复位按钮。D1为LED灯，用 于故障指示。MAX232为RS232串口芯片，用于与上位机进行串行通信。
[0010] 本实用新型的有益效果是本发明针对备料机械手系统由PLC完成控制，其整个控 制过程经历的时间比较短，不便于学生的观察、研究的特点，基于AT89C51单片机的备料机 械手控制系统应孕而生。该种设备体积小巧，布置灵活，专用于实验、研究场合，价格低易安 装，通过按钮控制，实现备料机械手的单步、间歇运行，满足实验及观察要求，且可靠性高、 控制灵活。
【附图说明】
[0011] 图1是备料机械手单元与AT89C51控制系统的电气接口关系图
[0012] 图2是输出电平转换及驱动接口电路图
[0013] 图3是输入电平转换接口电路图如图
[0014] 图4是AT89C51控制系统主电路图
【具体实施方式】
[0015] 根据备料机械手单元的PLC-I/0接口与AT89C51控制系统的输入输出映像关系 表(见表1)以及备料机械手单元与AT89C51控制系统的电气接口关系（备料机械手单元与 AT89C51控制系统的电气接口关系图如图1所示)。设计出AT89C51控制系统的硬件结构及 完成AT89C51控制程序，实现其控制过程。
[0016] 表1PLCI/O接口及AT89C52控制系统的输入输出映像对照表
[0017]
【主权项】
1. 基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统，其特征在于：主要包括AT89C51单 片机的硬件结构；AT89C51单片机的硬件结构主要包括：电源部分、接口转换及驱动部分、 AT89C51 系统。2. 如权利要求1所述基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统，其特征在于：电气 接口向备料机械手单兀提供直流24V电源，冋时备料机械手单兀的输入输出I/O 口也为 DC24V ;另外，DC5V电源为AT89C51提供工作电压；电源部分选用交直流电源转换模块，输入 交流220V，输出直流24V和5V。3. 如权利要求1所述基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统，其特征在于：电平 转换及驱动接口设计为：①5V与24V之间采用光电隔离；②采用三极管电路，在输出电平 转换及驱动接口电路中，选用TLP521光耦进行光电隔离，选用8050三极管提高输出驱动能 力；输入电平转换接口电路中，选用TLP521光耦进行光电隔离。4. 如权利要求1所述基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统，其特征在于： AT89C51控制系统主电路中，AT89C51控制系统中晶振选用11. 0592MHz ;MAX232为RS232串 口芯片，用于与上位机进行串行通信。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于AT89C51单片机的备料机械手控制系统。属于机电一体化领域。该系统主要通过AT89C51单片机对外部信号进行采集和处理，完成机械手对工件的抓取、转体、前后往返行走及释放工件等各个分解动作。备料机械手单元的AT89C51控制系统主要包括：电源部分、接口转换及驱动部分、AT89C51系统。该种设备体积小巧，布置灵活，专用于实验、研究场合，价格低易安装且可靠性高、控制灵活。
【IPC分类】B25J9/16
【公开号】CN204844179
【申请号】CN201520404942
【发明人】李祥阳, 陈万强, 米国际
【申请人】西安航空学院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年6月12日