基于全国中职技能大赛单片机项目设计的生产线加热控制系统

郝赫

[摘要] 基于YL-236单片机控制装置模拟实现生产线加热系统，以89S52为核心，设计出模拟生产线上料、传输、控温加热和卸料生产过程的控制系统。

[关键词] 技能大赛;单片机;生产线加热系统

1、引言

目前，以全国职业技能大赛推动的教学改革正在各地深化实施，将技能大赛成果内化融入教育教学，从而实现职业教育的五对接，切实贯彻落实三教改革，是职教工作者面对的新课题。笔者基于单片机技能大赛控制系统，设计了生产线加热控制系统，并结合单片机课程改革，对大赛成果内化后的一体化教学进行了探索与实践。

2、系统控制功能说明

（1）键盘采用3*3键盘设计，设计有温度上限、温度下限、启动/暂停、设定温度、确认等按键。

（2）LCD显示器（12864）显示工作过程中的参数。LED八位数码管实现不同显示功能。

（3）“物料个数”的设定由可调直流电压代替，电压和数量成线性比例关系。输入0-5V表示00-10个，用AD模块将采样的电压值装换成“物料个数”值。

（4）“设定温度”的输入也由可调直流电压代替，电压和温度成线性比例关系。输入0-5V表示20-40度，用AD模块将采样的电压值装换成“设定温度”值。

3、系统控制要求

（1）初始状态。系统通电后开始工作，直流电机停止，步进电机复位于0厘米处。LCD显示初始化界面如图2所示。LED8位全灭。

（2）系统运行

①上料状态

开启控制开关后，LCD保留初始化界面2秒，自动进入上料界面如图1所示。“物料个数”范围00-10个，调好之后按“确认”键存储数量值，同时直流电机开始顺时旋转模拟加料，旋转一圈为加一个物料，且要与LCD第三行实时保持同步。当上料完成后，LCD界面保留2秒后自动进入传输状态如图2所示。

②传输状态。传输状态中，系统要控制步进电机以1厘米/秒的速度从初始点移动到4厘米处，传输过程中LCD第二行要实时显示传输距离。

③加热状态。

a.当步进电机把物料传输到4厘米位置后，按“确认”键进入加热状态。LCD如图3所示。

b.按下“温度上限”键，设置“设定温度”上限，LED的最左边一位显示“1”，LED的最右边3位显示“00.0”（范围00.0-99.9），其余LED全灭，其中LED右数第三位闪烁，闪烁亮灭时间均为0.5秒。按“↑”键， 闪烁位加1，按“↓”键，闪烁位减1，按“→”键，闪烁位右移一位，按“←”键，闪烁位左移一位。按“确认”键，LED显示不变。

c.按下“温度下限”键，设置温度下限，LED的最左边一位显示“2”，其余方法同2。

d.按下“设定温度”键，设置加热标准温度。LED的最左边一位显示“3”，右边三位用AD采样电压值模拟，设置范围20.0-40.0。最后按“确认”键存储数值。LCD如图4所示。

e.三种温度参数调节好后按“启动”键，LED8位全灭，前三行显示调节好的参数，第四行显示当前实时温度。

f.如“设定温度”不在“上限温度”与“下限温度”之间或“设定温度”低于“当前温度”，数码管左边三位显示报警提示“Err”，并以亮0.5秒，灭0.5秒的频率闪烁报警。若出现报警提示，要通过按“上限温度”、“下限温度”及“设定温度”键重新调节温度参数，使“设定温度”符合要求。若在按“启动”键后，没有出现报警提示系统自动对物料进行加热操作。

④恒温传输状态。当物料升温至“设定温度”后，界面保留2秒，系统自动进入恒温传输状态，即把物料传输到指定卸料地点。LCD如图5。

此状态中步进电机标尺在4厘米处以1厘米/秒的速度带动物料传输至8厘米处，LCD第四行实时显示传输距离，且在传输过程中要保持物料的恒温，即LCD第三行显示温度要控制在“设定温度”值±1℃。

⑤卸料状态。当步进电机把物料传送至指定地点后，按“确认”键，卸料开始，每次直流电机逆时针旋转一周，表示卸料完成一个，LCD第三行实时显示卸料个数变化如图6所示。

⑥复位状态。当卸料个数与物料个数相等时卸料完成。按“确认”键步进电机以2厘米/秒的速度复位于0厘米处。步进电机复位完成后，开始新一轮的操作。

（3）暂停功能

按“启动/暂停”键可使正在运行的直流电机、步进电机暂停运行，再次按此鍵可恢复运行。

4、软件设计

编程软件选用的是Keilc、万利仿真软件MedwinV3.0，使用C51作为编程语言。主程序设计主要采用的是循环结构，主要包含有系统初始化、扫描键盘、LCD显示、数据采样、控制输出等几个模块组成。

5、抗干扰设计

单片机控制装置在硬件上有一定的抗干扰功能，在软件设计中采用的抗干扰措施有系统上电复位后，自用调用自检子程序;设置必要的软件陷阱，防止程序跑飞。

6、采用一体化教学模式开展大赛指导培训。

一体化教学把理论教学和实训操作作为一个整体设置，充分采用现代化的教 育技术，将授课、听讲和实际技能操作三者进行一体化实施，将实训室和教室等 教学设备一体化配置，把知识学习、技能操作与素质培养等职业要求进行一体化 训练，从而形成融合传授知识、培养能力、素质提升为一体的一体化教学新模式。

把传统的课堂教学搬到实训室，将理论与实操融为一体，通过教师的讲授、操作演示、个别辅导等教学手段，让学生通过视觉的听、眼睛的观察、动手操作等全方位调动学习动机，学生迅速掌握新知识和技能。一体化教学目标主要培养学生的综合素养和职业操作能力，达到“教、学、做”的融通合一。一体化教学模式融入到技能大赛培训当中来从2010年开始，笔者带领团队指导单片机技能大赛控制装置安装与调试项目获一等奖1名，二等奖7名，三等奖6名的成绩。

6、结论

本系统以AT89S52作为核心控制系统，将YL-236单片机控制装置相关硬件模块与软件设计相结合的形式实现生产线加热装置的基本控制功能。将技能大赛任务结合教学知识点与技能点实现了一体化教学改革的有效实践。

参考文献：

【1】葛金印，商联红，单片机控制项目训练教程，北京：高等教育出版社，2010