浅谈基于单片机的机电控制实训平台设计

谭赞贤

摘 要：基于单片机视角，加强机电控制实训平台设计是至关重要的，带有一定的自主研制性质，该平台的构成主要包括单片机主控单元和多个独立的功能模块单元，各个功能设计是相对独立的，并通过杜邦线进行组合、并连接在一起，可以充分彰显出单片机基本控制功能和典型机电控制功能，对实际教学产生了极其深远的影响，教学效果显著。本文主要针对基于单片机的机电控制实训平台设计展开深入研究，希望对相关行业人士提供些许帮助。

关键词：单片机；机电控制；实训平台设计

在高等学校人才培养过程中，极大地促进了实践教学的开展。对于单片机来说，属于比较完善的微型计算机系统，在诸多领域中得到了广泛的应用，比如智能仪器、网络通信以及工业控制等方面。因此，在实际教学中，必须要基于单片机，加强机电控制实训平台设计，将教学内容拓展开来，引导学生树立高度的创新意识，并不断提高自身的工程实践能力，将机电控制领域的应用提升至全新的高度和深度。

1 基于单片机的机电控制实训平台设计的必要性分析

针对工程训练中心开设的电工电子实训，必须要高度重视机类和近机类电工电子实训教学的开展，然而却缺少较为广泛的单片机实验台，所以一定程度上影响到基于单片机应用的机电控制实践教学。现阶段，在诸多大赛中，都与单片机控制技术的应用之间有着紧密的联系。所以必须要积极培养学生单片机控制技术的实践应用能力，集中整合好机械设计和控制技术，促进教学目标的实现，确保学生实践应用能力的稳步提升。

基于单片机，加强机电控制实训平台设计，要求要将单片机基本控制功能充分体现出来，实现典型的机电控制功能，属于具有综合性和全面性的实训平台，进一步拓展了实训教学内容，实验条件也得到了改善。在该实训平台学习的影响下，学生可以对单片机基本原理进行充分掌握，不断提高学生机电结合的综合运用能力和创新实践能力，成立一名优秀的复合型机电人才。

2 基于单片机的机电控制实训平台设计

2.1 整体功能设计

1）系统功能需求

该实训平台的构成主要包括主控制单元和多个独立的功能单元模块，其中，包括51和AVR单片机等主控单元，还包括电控制单元和实时时钟单元等。

2）单元模块设计

在设计过程中，各个模块的设计都是比较独立化的。首先，在基本输入、输出单元方面。一般来说，键盘单元和无线遥控接收单元等是基本输入单元的重要构成。独立按键模块监控得到按键要4个，并且具有一定的独立性，其显示主要借助LED来完成[1]。而对于无线遥控模块来说，借助连接在单片机的无线遥控接收端，监控无线遥控器上的按键状态有4个，编码芯片主要对PT2262/2272等进行了应用。

在基本输出单元中，LED显示单元和LCD显示单元等属于重要的构成内容，以便于学生对不同显示方法和效果进行充分了解。其中，电磁继电器模块通过无线遥控器的4个按键，对4个电磁继电器线圈进行有效控制，每一个继电器开触点对一个LED灯回路进行控制。

其次，在机电控制单元方面。第一，直流电机模块。电机的调速和正反转控制成为了可能，并且在直流电机的转轴中，还装设了光电旋转码盘，为转速测定直流电机提供一定的便利。对于直流电机的控制，其完成主要借助独立按键模块。第二，微型步进电机模块。对于步进电机来说，主要是指将电脉冲信号进行转变，具体为角位移或线位移的开环控制元件。对28BYJ-48微型步进电机进行应用，与无线遥控模块整合在一起。第三，舵机模块。舵机，属于位置伺服的驱动器之一。在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素之一，舵机可以作为基本输出执行机构，对微机电系统和舵模等产生了极大的影响，其简单的控制和输出，可以为单片机系统的接口提供极大的便利。，平台主要选择辉盛SG5010舵机，借助一个按键点，以此来对舵机的角度定位进行控制，并在数码管上进行显示。该模块可以有效控制舵机的角度定位，通过一个按键点控制舵机在诸多位置循环定位，比如0°、45°以及90°[2]。

2.2 实训平台组装

要想为功能组合和扩展提供一定的便利，并以模块为单位为实训平台进行局部检修和替换提供便利，实训平台基于各个功能单元，对独立的PCB板进行设计，每块PCB板都设置了针式连接端子，在单元模块之间，对杜邦线进行了大量应用，以此来进行组合连接，实验时，选择的功能单元通过连接电源转接单元，以此来实现供电。对于主要单元的PCB板[3]，借助螺丝可以在同一底板上进行固定，底板材料对环氧树脂和有机玻璃进行了广泛的应用，有着良好的绝缘性能。

2.3 光电编码器原理和测量演示实验

光电编码器在A/B两相输出信号线上，会出现相位差值为90°的脉冲方波。该方波的个数与转动角度、编码器内部结构之间的关系是紧密联系、密不可分的。比如：在机电器件控制实验教学平台中，对600线编码器进行了广泛应用，即将转轴转动360°均匀分成了600等份。如果对A相和B相的上升沿进行共同检测，可以视为转轴每转动一周要，就会出现1200个脉冲或上升沿。

此外，在外部中断配置方面。要想对脉冲边沿信号进行有效检测，必须要加强单片机的外部中断检测进行应用。配置TCON寄存器中的相应位，加强边沿检测方式的应用，每产生一个边沿信号都会出现中断提示。在外部中断服务程序中，对边沿进行计数，根据进入中断的次数[4]，可以确保光电编码器的转动角度进行准确计算。而且在单片机进入外部中断服务程序或累计计数次进入以后，可以读出该自由运行的定时器的计数器值，从而对转动相应角度所经过的时间进行简易计算，以便于及时、有效地获取该段角位移的平均速度。

2.4 系统测试

在反复修改和设计以后，设计并完成了机电器件控制实训平台的全部设计。在综合测试部分，设计并完成了一个综合性测试与演示程序，可以对平台全部器件进行验证。该演示程序主要借助液晶顯示屏，以此来菜单选项进行显示，对板上的所有资源进行一一列举，借助按钮来对演示功能进行选择。由单片机控制直流减速电机转动，转动通过皮带传送至光电编码器。通过按键选择可以对直流减速电机的转动方向和速度进行实时调整，光电编码器可以对转动方向和速度进行有效测量，并显示到液晶显示屏之中。

经过反复测试和验证，机电控制实训平台设计实现了设计目标，平台设计科学、合理，而且操作起来极其简单、便利，深受广大学生一致好评和认可，对电子类和机电类相关专业学生的学习和使用提供了极大的便捷。

3 结束语

基于单片机的机电控制实训平台设计势在必行，可以促进机电类实践教学的顺利开展，并不断提高学生的实践操作能力和创新能力，实现了多学科的融合，从而确保应用型人才培养水平的稳步提升。

参考文献

[1]张兴宇，韩策，曹雷天，付利荣.基于串口触摸屏在机电控制系统中的应用[J].科技经济导刊，2018，26（18）：46+49.

[2]张兴鲁，燕道芬，唐洋洋.贝类海产品味觉检测装置机电控制部分设计[J].黑龙江科技信息，2016（33）：94.

[3]付饶.机械类专业机电控制技术实训分级式教学模式的创建分析[J].化工管理，2015（34）：109-110.

[4]许焰，庞佑霞，陈国强，唐蒲华，杨兴发.机械类专业机电控制技术实训分级式教学模式的创建[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2014，24（01）：101-103.