夏辰超，周建华，杭小宇
（扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 225127）
摘要：设计了一套以STM32为核心控制器的数控切条机控制系统。通过STM32控制器完成系统控制、信号采集以及脉冲运动控制等。根据人机交互的要求，选用LED显示加4×4键盘输入实现参数设置、数据显示、报警和远程控制等功能。实验验证表明：与传统的继电器控制方式相比，采用单片机作为控制系统核心的数控切条机在精度和安全可靠性方面更具优势。
关键词：数控切条机；STM32；控制系统；设计中图分类号：TP273
0 引言
橡胶切条机是近十几年出现的一种小型设备，应用广泛、安全可靠、节省人力，主要功能是对橡胶、硅胶、丁腈、丁基胶、三元乙丙天然胶等各种混炼胶片的预成型进行处理，以及对特种橡胶板、海棉、玻纤、PU膜、斑马条、纸板等具有一定硬度的非金属精密切条、切丝、切块等，也能对不干胶背覆的软性材料进行切割。此设备可自由设定切割模式（包括半切断模式、全切割模式），切口整齐，尺寸精确。
传统的切条机采用继电器控制技术，由于继电器的性能限制，导致在控制方面出现了许多问题，因此急需对控制系统进行改造。针对此，本文设计了一套以STM32为核心控制器的数控切条机控制系统。
1 数控切条机控制系统的总体设计
数控切条机主要由执行机构和控制系统两部分组成，其控制系统既要实现数据的实时采集和处理，并要对采集的数据进行分析从而对执行机构进行控制。单片机的功能十分强大，性能稳定可靠，本文采用STM32控制器作为数控切条机控制系统核心，用户只需对切条距离进行设定，其他切割所需的参数控制系统能够自行计算，因此操作更灵活、更简单。数控切条机控制系统结构框图如图1所示。
2数控切条机控制系统硬件设计
2.1控制器型号的选择
本控制系统选择STM32系列的单片机。STM32系列单片机是一种嵌入式ARM Cortex-M内核，它具有高性能、低成本、低功耗等优点。此次选用ALIENTEKMinlSTM32，其工作可靠、使用灵活、功能强，外置大容量存储卡，功耗低，可以外接驱动各种模块，满足不同要求，因此，能够满足本控制系统要求。
2.2 人机交互的选择
HMI是Human Machine Interface的缩写，即“人机接口”，通常也叫人机界面。用户和系统可以通过HMI进行数据上的交流，人机界面采用4×4键盘加八段数码管的人机交互方式，此种交互方式成本极低，较为可靠；采用TM16 38芯片作为驱动，其是带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动和键盘扫描等电路。
2.3 电气控制系统设计
电气控制系统主要由主电路、控制电路、保护电路及供给电源组成。主电源为AC 380 V和220 V;控制电源为DC 24 V;单片机电源为DC 5 V。三相电机由三相380 V、50 Hz的电源供电；开关电源、系统照明、电柜风扇等采用普通的220 V电源供电；中间继电器输出端、晶体管输出电路输出端、变频器控制端采用DC 24 V电源。
在电气控制原理图中，三相五线交流电源相线经过漏电开关接人，漏电开关具有线路保护和接地保护的作用，使用漏电开关作为总开关既安全又可靠。电气控制系统主电路接线图如图2所示。
2.4 STM32开发板的外部接线设计
STM32开发板实现对数控切条机整个流程的控制，如送料距离、送料速度和输送带控制等。开发板的输出端不能与强电输入的外围电路直接连接，所以必须通过DC24 V中间继电器或者其他驱动电路与外围设备进行连接。开发板接收的必须是弱电信号，需要将外围电路的强电信号转换为可接收的弱电信号。STM32开发板外部接线图如图3所示。
3控制系统软件设计
3.1 控制程序的编写
由于软件设计对整个控制系统有很大的影响，因此软件设计过程中应遵循以下几个的原则：编写的程序应该具有可靠性、高效性、实时响应性、可模块化。本文采用Keil uVision5编程工具，首先确定所有的输入信号和输出控制对象，并分配输入、输出端口，然后根据工艺过程画出控制流程图，最后根据控制流程图来确定如何编写程序。
3.2 操作界面设定
4×4键盘按键功能的设定如图4所示。
LED八段数码管功能参数设定如图5所示。
以连切模式为例，其参数设定演示如图6所示。其中，A代表的是连切模式，后面的1代表的是送料距离设定，最后面的1. 500代表送料的距离为1.5 m。
4 总结
本文设计的橡胶切条机控制系统有连续切、单切以及手动等多种模式，在LED显示和4×4键盘上可以控制切条速度的递增与递减，输入送料距离后可自动调节速度、电机转动轴的正反转。该控制系统价格低廉，工作可靠，在单片机上还可以扩展更多功能以满足不同的需求。
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