這種刻度設(shè)計的切管機可以具有操作簡單、維護不復(fù)雜、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。目前市面上大部分切管機采用PLC控制器，雖然PLC控制器具有編程簡單、研發(fā)周期短等優(yōu)點，但PLC控制器本身價格過高，每套成本數(shù)千元，而單片機控制器成本低，體積小， 柔韌性好，適應(yīng)性強，易于批量生產(chǎn)。而單片機芯片是按照工業(yè)環(huán)境的要求設(shè)計的，其抗干擾能力更強，包含接口多，擴展能力強，指令豐富。雖然前期研發(fā)成本高，但由于生產(chǎn)階段復(fù)制成本低，比PLC控制器更具優(yōu)勢。進入21世紀(jì)以來，計算機領(lǐng)域經(jīng)歷了飛速發(fā)展。計算機輔助在機械工業(yè)中的使用可以更好的規(guī)范化，也可以改善操作人員的工作環(huán)境，提高工作效率?，F(xiàn)代企業(yè)追求效益最大化，而高度自動化的生產(chǎn)設(shè)備是生產(chǎn)效率的保證。企業(yè)不想在競爭中被淘汰，必然會開發(fā)新設(shè)備或改造舊設(shè)備。開發(fā)一臺新設(shè)備需要時間太長，用新技術(shù)改造舊設(shè)備可以節(jié)省時間，降低費用，因此改造舊設(shè)備是企業(yè)技術(shù)改造中的一條好路子。1.2 本課題研究現(xiàn)狀我國擁有全球最大的工業(yè)自動控制系統(tǒng)設(shè)備市場，需要大量工業(yè)自動化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型有很多方面，如：傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、工廠自動化、企業(yè)信息化等。

顯然，中國自動控制系統(tǒng)市場前景廣闊。工控自動化技術(shù)發(fā)展前景良好，2016年其器件制造業(yè)市場規(guī)模將超過3500億元。中國市場雖然廣闊，但技術(shù)水平不如國外先進。目前國外切管機技術(shù)現(xiàn)狀：主流自動化切管機值高速加工和高精度加工;由于全自動切管機越來越多地應(yīng)用于不同行業(yè)，切管機可用于多任務(wù)和多軸聯(lián)動加工;由于智能機器人的快速發(fā)展，機械設(shè)備與機器人的集成應(yīng)用越來越普及，集成應(yīng)用具有結(jié)構(gòu)形式多樣化、應(yīng)用范圍廣、運動速度增加、多傳感器融合工作、智能自動控制、多機器人協(xié)同工作等特點;自動加工監(jiān)控功能不斷發(fā)展，設(shè)備的加工監(jiān)控功能可以實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，并可以根據(jù)狀態(tài)信息對機械設(shè)備的狀態(tài)進行分析和預(yù)測，并可以提前進行維護和保養(yǎng)數(shù)控切管機， 從而降低事故發(fā)生概率，保護人員和財產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)效率;采用最新的機床誤差檢測和補償技術(shù)，與傳統(tǒng)切割機中使用的激光干涉儀相比，其所消耗的檢測和補償時間大大減少，精度可提高約數(shù)倍，提高工作效率;采用最新的CAD/CAM技術(shù)，在設(shè)計過程中，可以使用計算機對不同的解決方案進行計算、分析和比較，以選擇最佳解決方案;刀具技術(shù)發(fā)展迅速，許多刀具的設(shè)計涵蓋了整個加工過程，新刀具可以滿足加工平穩(wěn)、抗振的要求，而我國切管機，其生產(chǎn)技術(shù)水平落后，效率低下。

控制單元多為繼電器和接觸器，自動化水平低，需要大量的體力勞動。我國的全自動數(shù)控切管機很多都是進口產(chǎn)品，與國產(chǎn)切管機相比，具有技術(shù)先進、生產(chǎn)誤差小、工作時間長等優(yōu)點。因此，我國切管機產(chǎn)業(yè)必須創(chuàng)新完善，才能實現(xiàn)根本性升級。目前市面上大部分切管機采用PLC控制器，可以通過PLC控制器與數(shù)控系統(tǒng)與外部設(shè)備進行接觸，PLC控制器可以檢測外部設(shè)備的狀態(tài)，如各軸的復(fù)位開關(guān)、限位開關(guān)、操作面板的控制等。我國PLC控制器廣泛應(yīng)用于中小型產(chǎn)品，但正面臨高端產(chǎn)品短缺的問題，單片機控制器已經(jīng)滲透到我們生活的每一個角落。從IC卡、攝像機、自動洗衣機的控制到導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，單片機都用于飛機的儀表控制。與PLC廠商相比，單片機控制器的集成資源越來越豐富，產(chǎn)品開發(fā)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定。而且，單片機的抗干擾能力更強，可以適應(yīng)不同的環(huán)境，更適合在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計完成后，需要進行程序仿真。采用Proteus軟件進行程序仿真，Proteus原理布局智能;混合電路仿真與精準(zhǔn)分析;單片機軟件調(diào)試;單片機與外圍電路的協(xié)同仿真;PCB自動排版和布線等功能，使工作在沒有實物的情況下也能完成，避免硬件連接錯誤，節(jié)約資源.1.3 本課題主要工作內(nèi)容 本文首先介紹了切管機的工作原理，并根據(jù)題主的要求設(shè)計了切管機結(jié)構(gòu)方案， 然后根據(jù)方案，重點研發(fā)基于單片機的控制系統(tǒng)，選擇使用的電氣設(shè)備，繪制電氣原理圖，編寫系統(tǒng)軟件程序，仿真仿真。

方案設(shè)計 2.1 概述本文設(shè)計的切管機在切割時是夾緊固定的數(shù)控切管機，電機的齒輪齒條進給原理由電機的正反轉(zhuǎn)控制，刀具在高速旋轉(zhuǎn)時直線進給切割管材。新型切管機可實現(xiàn)定長切削、送刀、夾管、自動送料、自動下料等功能，并可自動循環(huán)切削。自動化工作，提高工作效率。2.1.1 控制系統(tǒng)的基本要求是控制器能控制整個切割過程，自動檢測管材是否達到切割長度，自動送刀，檢測切割次數(shù)，并通過顯示屏顯示。該控制器還具有一個緊急停止/復(fù)位按鈕，可以在任何情況下停止操作并復(fù)位到初始狀態(tài)。2.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則：單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計需要注意系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置兩個方面。系統(tǒng)擴展是指當(dāng)單片機本身的內(nèi)部功能不能滿足系統(tǒng)要求時，需要在單片機外部進行擴展，并在單片機外部設(shè)計并連接相應(yīng)的電路;系統(tǒng)配置是設(shè)備中的外圍電路必須滿足系統(tǒng)功能，如按鍵、光電開關(guān)、電機、顯示屏等，當(dāng)遇到使用強電流設(shè)備時，需要驅(qū)動驅(qū)動，設(shè)計相應(yīng)的接口電路進行系統(tǒng)擴展和配置應(yīng)遵循以下原則： （1）選擇典型電路， 符合常規(guī)使用的單片機。（2）當(dāng)單片機的外圍電路較多時，可能會出現(xiàn)驅(qū)動力不足的問題，因此應(yīng)提前添加驅(qū)動器。（3）保證控制系統(tǒng)的安全運行，防止安全事故和產(chǎn)品廢品率過高。

（4）簡化控制系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)安全運行的條件下，盡可能降低生產(chǎn)成本和操作難度。（5）留出擴容余量。首先要實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能，然后盡可能多地留出擴展余量，以方便二次開發(fā)。2.2 自動切管機結(jié)構(gòu)示意圖及切割示意圖 2.1 結(jié)構(gòu)示意圖及切割示意圖 2.3 控制器軟硬件設(shè)計 2.3.1 硬件部分 2.3.2 軟件部分 2.4 本章小結(jié) 本章首先介紹了控制系統(tǒng)的設(shè)計要求和設(shè)計原則。其次，設(shè)計了自動切管機結(jié)構(gòu)示意圖，然后根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)從軟硬件兩個方面確定了控制系統(tǒng)方案和控制系統(tǒng)軟件方案;其中，控制系統(tǒng)方案選用單片機作為控制芯片，按鈕與顯示屏實現(xiàn)人機交互的控制方式;控制系統(tǒng)軟件方案決定了系統(tǒng)程序所需的功能。硬件設(shè)計 3.1 控制系統(tǒng)框圖 控制系統(tǒng)框圖如圖 3.1 所示。圖3.1 控制系統(tǒng)框圖 3.2 主要部件介紹 3.2.1 單片機 單片機是一種高度集成的電路芯片，它集成了眾多模塊電路，形成體積小但功能完善的微機系統(tǒng)。單片機的應(yīng)用范圍很廣，如智能電表、工業(yè)控制、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。只要在各種產(chǎn)品中使用單片機，就可以具有產(chǎn)品升級的功能，并且經(jīng)常在產(chǎn)品前面加上形容詞——“智能”，比如智能洗碗機、智能洗衣機等。

單片機除了具有體積小、可靠性強、用途廣、靈活性高、價格低廉等優(yōu)點外，還具有以下特點： （1）突出控制功能 單片機的結(jié)構(gòu)、功能和指揮系統(tǒng)都突出了控制功能。對象更加靈活和實時。（2）RAM和ROM分離，ROM用于固化調(diào)試的程序、常量、數(shù)據(jù)表等;RAM 在運行時只保存臨時數(shù)據(jù)、變量、結(jié)果等。因此，即使在電源故障的情況下，系統(tǒng)也能可靠運行并確保程序、常量、數(shù)據(jù)表等的安全。（3）MCU資源通用性廣 同一種MCU可以在不同的系統(tǒng)中使用，只要加載不同的應(yīng)用即可。（4）易于擴展外部ROM、RAM、中斷源、定時器/計數(shù)器等資源 單片機的資源（ROM、RAM、中斷源、定時器/計數(shù)器等）可以滿足一般應(yīng)用系統(tǒng)的要求。如果應(yīng)用系統(tǒng)過大，單片機本身的資源無法滿足，需要通過資源進行擴展。單片機可以通過其控制引腳或其他結(jié)構(gòu)來擴展資源，這樣可以增加I/O端口的數(shù)量，也可以擴展每個寄存器的存儲器，以提高計算速度。資源擴展后，單片機可以形成不同規(guī)模的系統(tǒng)，滿足不同的需求。目前市場上最常用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列8位單片機，本設(shè)計選用了功能強、價格低廉、應(yīng)用廣的AT89C52單片機。

其內(nèi)部存儲器為1000 Flash只讀程序存儲器，具有8k字節(jié);它還具有 256 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。該設(shè)計的控制系統(tǒng)是一個小程序，芯片AT89C52實物和封裝引腳圖中存儲。如圖所示，AT89C52單片機共有40個引腳，其中主端口有1個復(fù)位口、2個電源口、2個振蕩器口和32個輸入輸出口。圖 3.2 AT89C52 物理和封裝引腳圖 引腳 9 （RST） 是復(fù)位輸入端口，可以連接外部元件組成復(fù)位電路。引腳 20 （VSS） 和引腳 40 （VCC） 是為芯片供電的電源端口，分別連接到電源的正極和負極。引腳 18 （XTAL2） 和引腳 19 （XTAL1） 是帶有外部 12MHz 振蕩器電路的振蕩器端口;P0~P3共包含32個可編程通用引腳，包括讀/寫口、2個外部中斷口、2個通訊口和3個計數(shù)器口，其具體功能由軟件編程定義。AT89C52 單片機可以正常編程或在線編程 [10] 3.2.2LCD顯示屏 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對產(chǎn)品性能的要求越來越高。液晶顯示器以其功耗微、體積小、使用靈活等特點得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）顯示器只記錄切管數(shù)，無需選擇功能復(fù)雜的顯示器，既節(jié)省了端口，又使編寫程序變得簡單。設(shè)計選LCD1602液晶顯示器，圖3.3為LCD1602的實物圖和引腳圖。圖3.3 LCD1602 1602LCD的實物圖和引腳圖表示顯示的內(nèi)容為16*2，即可以顯示兩行，每行有16個字符的LCD模塊，最多可以顯示32個字符。這樣不僅可以節(jié)省成本，而且一般市面上的字符液晶都是由HD44780液晶芯片控制的，雖然字符液晶的種類不同但工作原理是一樣的，所以書面的控制程序可以應(yīng)用于大部分字符液晶，如果將來功能擴展， 更換顯示屏更方便。顯示器共有16個引腳，其中引腳1（GND）為接地端口;引腳2（VCC）為電源端口，接+5V電源正極端;引腳3（VL）為顯示對比度調(diào)節(jié)端口，當(dāng)該端口接電源正極時，顯示對比度最弱，接地時對比度最高，對比度最高時會產(chǎn)生重影;引腳4（RS）為寄存器選擇端口，端口高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，端口低電平時選擇指令寄存器;引腳 5 （RW） 是讀/寫端口，端口高電平時讀取，低電平時寫入