VCM磁鋼片是計(jì)算機(jī)中硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)讀寫磁頭移動(dòng)的“音圈電機(jī)”中的永磁體磁鋼片,其質(zhì)量是保證計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)的重要因素。隨著計(jì)算機(jī)及硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)VCM產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。釹鐵硼稀土永磁材料是目前磁性能強(qiáng)的一種永磁材料廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、音圈馬達(dá)、磁共振成像儀、通信、控制儀表、音響設(shè)備等方面。本文介紹VCM磁鋼快速檢測(cè)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

   1 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

    所設(shè)計(jì)的VCM磁鋼快速檢測(cè)控制系統(tǒng)主要是與快速智能檢測(cè)系統(tǒng)中的機(jī)械、氣動(dòng)及檢測(cè)部分相結(jié)合，利用單片機(jī)控制技術(shù)[2]實(shí)現(xiàn)VCM磁鋼快速智能檢測(cè)系統(tǒng)的上料、分揀與下料等動(dòng)作。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，在檢測(cè)設(shè)備控制系統(tǒng)中,主要輸入部分有急停按鈕開關(guān)、PC機(jī)通信、上料下料的限位開關(guān)等，主要輸出部分有上料下料氣缸和步進(jìn)電機(jī)等裝置。控制原理是單片機(jī)通過(guò)采集輸入量的信號(hào)，對(duì)上料下料氣缸和步進(jìn)電機(jī)等輸出元件進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)VCM磁鋼上料、檢測(cè)、下料的快速智能檢測(cè)過(guò)程。

    2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　  控制系統(tǒng)的硬件主要由電源模塊、485模塊、輸入電路模塊和輸出電路模塊等組成。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源模塊由獨(dú)立的24 V和5 V開關(guān)電源控制。

    2.1 MCU模塊

　  MCU模塊主要由AT89C52單片機(jī)和晶振電路組成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的“大腦”，根據(jù)各個(gè)輸入電路模塊的輸入信號(hào)，按功能進(jìn)行相關(guān)的邏輯控制，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)部分和步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)VCM磁鋼快速智能檢測(cè)系統(tǒng)的上料、分揀、下料的動(dòng)作。模塊原理圖如圖2所示。

    2.2 485模塊

    485模塊主要是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與PC機(jī)中的上位機(jī)軟件進(jìn)行通信，接收上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的動(dòng)作按鈕及檢測(cè)結(jié)果，反饋給MCU模塊，由單片機(jī)對(duì)氣動(dòng)部分和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)響應(yīng)的動(dòng)作指令。其原理圖如圖3所示。

    2.3 輸入電路模塊

    輸入電路模塊主要由7路相同的光耦隔離電路組成，分別用來(lái)采集急停按鈕、上料進(jìn)限位和上料退限位開關(guān)、下料進(jìn)限位和下料退限位開關(guān)、步進(jìn)進(jìn)限位開關(guān)和步進(jìn)退限位開關(guān)等的狀態(tài)信號(hào)，傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作控制。其原理圖如圖4所示。

    2.4 輸出電路模塊

    輸出電路模塊主要由4路氣缸驅(qū)動(dòng)模塊和2路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊組成，其原理圖分別如圖5、圖6所示。

    3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

    單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件主程序流程如圖7所示。首先要進(jìn)行系統(tǒng)的初始化,主要完成對(duì)單片機(jī)端口的初始狀態(tài)和一些變量的初始值的設(shè)定，同時(shí)也要對(duì)串口及中斷進(jìn)行初始化，完成串口通信速率及中斷使能等初始設(shè)置。系統(tǒng)先對(duì)輸入的開關(guān)量進(jìn)行掃描，然后執(zhí)行上料進(jìn)，將磁鋼推至相機(jī)下方，并向上位機(jī)發(fā)送上料到位信號(hào)。如果上位機(jī)接收到上料到位信號(hào)，就會(huì)回復(fù)確認(rèn)信號(hào)，如果此時(shí)上位機(jī)已經(jīng)執(zhí)行了相應(yīng)的操作，隨后上位機(jī)就會(huì)將這些操作命令以字符串形式發(fā)送給下位機(jī)。而且由于控制系統(tǒng)執(zhí)行了停止操作，所以系統(tǒng)要先執(zhí)行起動(dòng)操作，才能使系統(tǒng)復(fù)位，重新接收并執(zhí)行新的動(dòng)作命令。如果前面接收到的不是停止命令，而是起動(dòng)命令，首先要判斷運(yùn)行模式。如果是自動(dòng)模式，則要判斷磁鋼是否合格，如果合格，則執(zhí)行下料進(jìn)動(dòng)作，將合格品推至合格料箱里。如果是不合格品，則先要執(zhí)行步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)動(dòng)作，然后執(zhí)行下料進(jìn)動(dòng)作，將不合格品推至不合格料箱里。另外，單片機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換都是通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)的。由于采用的是RS485通信，所以單片機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)之間只能進(jìn)行半雙工通信，所以，雙方之間的收和發(fā)的協(xié)調(diào)很重要，否則會(huì)引起通信中斷，導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)。為保證系統(tǒng)的可靠性，除了在硬件設(shè)計(jì)上加強(qiáng)隔離、屏蔽、濾波、抑制等措施外，還在軟件設(shè)計(jì)上通過(guò)在程序中適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置軟件看門狗來(lái)增強(qiáng)軟件的抗干擾，當(dāng)程序受到干擾跑飛或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，能將程序強(qiáng)制復(fù)位。

    4 串口通信模塊

    串口通信模塊主要是與PC機(jī)上的上位機(jī)軟件進(jìn)行通信，接收上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的動(dòng)作按鈕及檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)單片機(jī)控制模塊的自動(dòng)、手動(dòng)、調(diào)試等控制功能，從而驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)部分和步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)VCM磁鋼快速智能檢測(cè)系統(tǒng)的上料、分揀、下料動(dòng)作。

    通信協(xié)議(波特率為38 400 kb/s)的制定主要包括：

    (1)下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送“上料到位”信號(hào)

    單片機(jī)控制模塊在執(zhí)行完初始化程序后，先執(zhí)行上料進(jìn)動(dòng)作，直到上料進(jìn)限位開關(guān)動(dòng)作，即此時(shí)上料已到位，則向上位機(jī)發(fā)送“上料到位”信號(hào)，通知視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以進(jìn)行拍攝。發(fā)送的協(xié)議代碼為：0x01。

    (2)上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)

    上位機(jī)如果接收到下位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的“上料到位”信號(hào)0x01，則向下位機(jī)發(fā)送已接收到下位機(jī)信號(hào)的確認(rèn)信號(hào)，其協(xié)議代碼為：0x02。同時(shí)通知視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行拍攝。

    (3)上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送“動(dòng)作執(zhí)行”信號(hào)

    (4) 下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)

　  下位機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的“動(dòng)作執(zhí)行”信號(hào)后，經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，如果校驗(yàn)正確，則向上位機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)0x03，表示接收數(shù)據(jù)正確；如果校驗(yàn)不正確，則向上位機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)0x05，表示接收數(shù)據(jù)不正確，要求上位機(jī)重新發(fā)送。

    (5) 上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送“動(dòng)作停止”信號(hào)

    如果上位機(jī)的停止按鈕按下，則向下位機(jī)發(fā)送“動(dòng)作停止”信號(hào)0x04，命令下位機(jī)馬上停止所有動(dòng)作。

    (6) 下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)

    下位機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)送的“動(dòng)作停止”信號(hào)后，向上位機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)0x03，并通知控制系統(tǒng)停止所有動(dòng)作。

　  在整個(gè)通信過(guò)程中，如果下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送“上料到位”信號(hào)或上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送“動(dòng)作停止”信號(hào)，并經(jīng)過(guò)20 ms還沒(méi)接收到對(duì)方的確認(rèn)信號(hào)，則要求本方重新發(fā)送，直到接收到對(duì)方的確認(rèn)信號(hào)為止。

　  本設(shè)計(jì)通過(guò)與機(jī)械部分、氣動(dòng)部分、檢測(cè)部分相結(jié)合，利用單片機(jī)控制技術(shù)，較好地實(shí)現(xiàn)了VCM磁鋼快速智能檢測(cè)系統(tǒng)的上料、分揀以及下料等動(dòng)作。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，通用性好，通過(guò)更換導(dǎo)料管、送料板等少數(shù)幾個(gè)零件,就可應(yīng)用在不同規(guī)格VCM磁鋼的快速檢測(cè)當(dāng)中，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)
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