電鑄儀電鍍安時的單片機控制

使用激光偽造標(biāo)記是防止偽造產(chǎn)品和保護生產(chǎn)廠家聲譽的主要措施之一。電鑄儀是制造模壓全息圖產(chǎn)品的重要設(shè)備,鍍模精度直接影響模板質(zhì)量。對電鍍安時進行精確的測量和控制,是提高鍍模精度的關(guān)鍵。筆者設(shè)計了一種單片機測量控制系統(tǒng),具有操作簡便、測量準(zhǔn)確、控制效果好的特點。下面就該系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的組成和工作原理作一介紹。1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計采用8031單片機作為測量控制的核心部件。模板鍍層的厚度,取決于電鍍安時數(shù)。由接入電鍍電源回路的磁平衡式霍爾電流傳感器檢測電鍍電流,將其變?yōu)殡妷盒盘?。再?jīng)V/f轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為頻率信號,送給8031單片機計數(shù)、顯示。由BCD撥碼開關(guān)輸入預(yù)選的電鍍安時數(shù)。系統(tǒng)啟動后,單片機開始計數(shù),采用減計數(shù)方式。隨著時間推移,預(yù)置的安時數(shù)逐漸減少。減到零時,單片機發(fā)出控制信號,自動切斷電鍍電源并聲光報警。圖1為系統(tǒng)的組成框圖。為了保證鍍層均勻,還配有陰極移動系統(tǒng)、循環(huán)過濾系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)等。2電鍍電流信號轉(zhuǎn)換采用北京科海精密儀器公司生產(chǎn)的KT20A/P磁平衡式霍爾電流傳感器,如圖2所示。當(dāng)原邊電路流過電鍍電流時,它產(chǎn)生的磁場通過次級線圈的電流所產(chǎn)生的磁場進行補償,使霍爾器件始終處于檢測零磁通的條件下工作。次級的測量電流與原邊電流成正比,它流過采樣電阻R產(chǎn)生的電壓降,即為轉(zhuǎn)換后的電壓信號。合理調(diào)整電壓放大器的參數(shù),使20A電流對應(yīng)于10V電壓輸出,此信號即為電鍍電流信號。LM131電壓/頻率轉(zhuǎn)換器,非常適合在微處理器控制系統(tǒng)中作廉價的模/數(shù)轉(zhuǎn)換部件?？梢酝ㄟ^簡單的光電隔離,提供很強的抗干擾能力,圖3為其電路圖。本測量系統(tǒng)用該芯片將電鍍電流信號變?yōu)轭l率輸出,滿量程為10kHz,對應(yīng)Vin為10V。fout=Vin2.09?RsRL?1RtCtout=Vin2.09?RsRL?1RtCt根據(jù)圖3選擇參數(shù)可算出:當(dāng)Vin=10V,fout=10kHz時,Rs=14.212kΩ。這樣Rs可用一個12kΩ的固定電阻與一個5kΩ的電位器串聯(lián)組成。本系統(tǒng)安時控制范圍為0.01～100.00A·h,分辨率為0.01A·h,電鍍電流最小為1A?？紤]到操作者的預(yù)置數(shù)值是以安時為單位,每0.01A·h為一個計數(shù)單位,而實際的電鍍電流經(jīng)過V/f轉(zhuǎn)換,是以安秒為單位的。1A電流轉(zhuǎn)換為f=500Hz,即1s時間產(chǎn)生500個脈沖。這樣0.01A·h相當(dāng)產(chǎn)生500×36=18000個脈沖。3t1的關(guān)閉與減計數(shù)圖4、圖5分別列出了主程序和T1中斷服務(wù)子程序的流程圖。數(shù)據(jù)輸入、轉(zhuǎn)換和顯示等常用程序不再贅述。根據(jù)安時轉(zhuǎn)換關(guān)系和顯示要求,由LM131輸出的脈沖送至單片機T1,它設(shè)置為計數(shù)器,工作在方式1。因為是減1計數(shù)器,裝入的計數(shù)初值定為B9B0H;也就是說每計18000個脈沖,產(chǎn)生一次中斷。而T1的中斷信號才作為安時計數(shù)單元的計數(shù)信號。設(shè)置T1工作方式時將啟動設(shè)有“門控”,硬件上將INT1ˉˉˉˉˉˉˉˉΙΝΤ1ˉ外接控制開關(guān)SK2,啟動時只有將該開關(guān)置于“工作”位(INT1ˉˉˉˉˉˉˉˉ=1)?T1(ΙΝΤ1ˉ=1)?Τ1才能計數(shù)。安時計數(shù)單元占1個標(biāo)志位(位地址00H)和4個存貯單元(21H～24H),分別代表百位(只有1和0)、十位、個位、十分位、百分位(均為0～9)。上電后,由撥碼開關(guān)預(yù)置的安時值,分別送入計數(shù)單元作為起始值,同時由LED顯示該值。0.01A·h的計數(shù)信號來后,從百分位開始減計數(shù)。程序中先檢查計數(shù)單元是否為零,再減計數(shù)。然后將各位的計數(shù)單元當(dāng)前值送顯示緩沖區(qū)進行顯示。這樣T1計數(shù)器實際上起了安時轉(zhuǎn)換(分頻)的作用,完成了除數(shù)(分頻比)可變的除法(分頻)運算。使得電鍍安時的測量與其預(yù)置和顯示統(tǒng)一起來,保證了精度。4修正t1計數(shù)計數(shù)見圖1為了提高安時測量和控制的精度,可以有硬件和軟件兩種校正方法。硬件上可以通過調(diào)整電壓放大器的增益或V/f轉(zhuǎn)換器的Rs值來改變電鍍電流與轉(zhuǎn)換脈沖數(shù)之間的轉(zhuǎn)換比值。軟件上可以采用修正T1計數(shù)器計數(shù)初值即校正分頻比的辦法。如果電流傳感器精度為2%,量程為20A;測量誤差為0.4A,相當(dāng)于200Hz,其校正范圍為±100Hz?？梢酝ㄟ^BCD碼撥碼開關(guān)輸入修正量。當(dāng)開關(guān)SK1打在“正?！蔽徊恍栊拚龝r,程序中直接采用設(shè)定值(B9B0H)作為T1計數(shù)初值。而需修正時,SK1打在“校正”位,這時把修正量與設(shè)定值相加(減)后,作為實際的計數(shù)初值。修正范圍為17900～18100脈沖。5安時系統(tǒng)的下分配正常情況結(jié)束電鍍時,安時計數(shù)顯示值逐漸減少到0,發(fā)出聲光提示,操作者關(guān)掉電鍍電源和控制電源即可。如因其它原因需要中斷工作,可將開關(guān)SK2置于“停止”位(INT1ˉˉˉˉˉˉˉˉ=0)(ΙΝΤ1ˉ=0),單片機將不再計數(shù)。這時可將加工剩余的安時數(shù)記錄下來,作為下次開始的安時預(yù)置值。單片機系統(tǒng)有備用電池作為掉電保護。掉電時通過硬件電路INT0ˉˉˉˉˉˉˉˉΙΝΤ0ˉ向CPU發(fā)出外部中斷信號。CPU響應(yīng)后,發(fā)出聲光報警,提示操作者及時記錄當(dāng)時顯示的安時數(shù),作為下次開