工业微控集成硬件控制系统的制作方法

1.本发明属于管道技术领域，尤其涉及工业微控集成硬件控制系统。


背景技术：

2.随着工厂劳动力成本的不断提高，越来越多的企业关注工厂自动化这一领域，也给非标自动化这一行业带来了很大发展商机。同时，如何提升自我研发能力和服务水准也成了非标自动化机械行业的重中之重。国内非标自动化开发销售型企业数量较多，但规模都不大，技术偏落后，同质化严重。参与该行业的竞争成为了一个不小的挑战，自疫情发生以来行业的快速发展国外芯片及其衍生品价格也在不断的提高，30% 的行业已经达到“一芯难求的处境”，而此时国外plc进一步卡着国内自动化的咽喉，造成大量的集成商因为缺少芯片而无法及时供货。
3.现有技术方案：目前在工业场合主要依赖于国外plc（西门子、三菱、施耐德）进行自动化控制。由于当前市场芯片购买困难，plc难以满足供货需求，且在实际工业很多低速、低负载、常温等控制场合常规的国产stc芯片都可以满足实际功能需求，因此我们研发了一款控制集成系统来解决现场运行控制及远程监控功能的模块。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供工业微控集成硬件控制系统，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：工业微控集成硬件控制系统，包括：核心 cpu，核心cpu开放40个信号io点，核心cpu用于对工业生产设备进行运行控制及远程监控；步进电机控制模块，所述步进电机控制模块用于使得双极步进电机以步进模式工作；串口通信模块，所述串口通信模块用于实时收集设备生产数据，且通过接口将硬件接入用户电脑，并将实际生产数据发送到电脑串口；lcd显示模块，所述lcd显示模块用于数据显示。
6.进一步的，所述cpu采用stc15f2k60s2芯片。
7.进一步的，所述步进电机控制模块的核心采用hr4988e芯片。
8.进一步的，所述hr4988e芯片包含一个工作在慢衰或混合衰减模式的固定衰减时间的电流调节器。
9.进一步的，还包括系统程序下载及更新接口，所述系统程序下载及更新接口在程序需要发生变更的情况下用于重新下载程序。
10.进一步的，所述系统程序下载及更新接口的一侧设有紧急按钮，所述紧急按钮用于紧急停止设备。
11.进一步的，还包括供电开关，所述供电开关用于控制系统的供电。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该工业微控集成硬件控制系统，功能全、芯片供货周期快、价格便宜，所有芯片全部为国产芯片，无需担心被国外控制造成断货；柔性强，能够根据现场需要进行完全自定义控制；兼容性强，可以适用于目前现场所有主流电磁阀、步进电机等驱动设备；能够同时对现场40个设备点位进行控制具备三路步进电机（伺服电机）精确控制，能够使用在需要柔性调整位置的设备及工况中；具备远程监视能力，可以将设备当前生产状态（故障、mttr、mtbf、avaliable）实时掌握并回传到控制中心。
附图说明
13.图1为工业微控集成硬件控制系统的结构示意图。
14.图2为工业微控集成硬件控制系统中步进电机控制模块的结构示意图。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
17.如图1和图2所示，为本发明一个实施例提供的工业微控集成硬件控制系统，包括：核心 cpu，核心cpu开放40个信号io点，核心cpu用于对工业生产设备进行运行控制及远程监控；步进电机控制模块，所述步进电机控制模块用于使得双极步进电机以步进模式工作；串口通信模块，所述串口通信模块用于实时收集设备生产数据，且通过接口将硬件接入用户电脑，并将实际生产数据发送到电脑串口；lcd显示模块，所述lcd显示模块用于数据显示。
18.在本发明实施例中，（1）核心 cpu共计开放了40个信号io点，相当于可以同时控制20个气缸或40个传感器或20个电磁阀，完全可以满足常规模式下的局部控制应用；（2）步进电机控制模块能够使得双极步进电机以全、半、1/4、1/8、1/16步进模式工作；当需要进行伺服控制时，可以将最大三套步进电机控制模块接入到主控电路中，此时将由主控电路进行控制整个系统的运行（三套步进电机可以分别控制xyz运行，也可以独立控制三套运动机构）；（3）串口通信模块用于满足客户需要实时收集了解设备生产运行情况的需求，可以通过type-接口将硬件接入用户电脑，并将实际生产数据主动发生到电脑串口；（4）当客户需要直接在设备旁边看到设备生产数据，如产品、设备速度、设备温度、震动情况、位移等数据时，用户可以在该硬件上面直接插入一款2.4寸的led显示器，此时用户即可完全在现场了解到整个设备的运行情况；（5）为了降低客户成本，部分应用情况下客户仅需要了解1~2个设备运行参数时，可以采用lcd1602接口方式，直接插入lcd1602显示器，即可完成数据显示，此方法成本仅为（4）方法显示成本的10%。
19.如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述cpu采用stc15f2k60s2芯片。
20.在本发明实施例中，核心cpu采用国产stc15f2k60s2芯片，单颗价格仅5.5元/颗，供货周期1~7天；增强型8051cpu,1t，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12倍；工作电压：5.5v-4.5v(5v单片机）；8k/16k/24k/32k/40k/48k/56k/60k/61k/63.5k字节片内f1ash程序存储器，可擦写次数10万次以上；片内大容量2048字节的sram，包括常规的256字节ram《idata》和内部扩展的1792字节xram 《xdata》；大容量片内eeprom，擦写次数10万次以上；isp/iap，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器；共8通道10位高速adc，速度可达30万次/秒，3路pwm还可当3路d/a使用；共3通道捕获/比较单元（ccp/pwm/pca)；可用来再实现3个定时器或3个外部中断（支持上升沿/下降沿中断）或3路d/a；利用ccp/pca高速脉冲输出功能可实现3路9~16位pwm（每通道占用系统时间小于0.6%)；利用定时器t0、t1或t2的时钟输出功能可实现高精度的8~16位pwm（占用系统时间小于0.4%)；内部高可靠复位，isp编程时8级复位门槛电压可选，可彻底省掉外部复位电路；工作频率范围：0mhz~28mhz，相当于普通8051的0mhz~336mhz；内部高精度r/c时钟（0.3%)，
±
1%温飘（-40℃~+85℃)，常温下温飘
±
0.6%(-20℃~+65℃)；不需外部晶振和外部复位，还可对外输出时钟和低电平复位信号；两组超高速异步串行通信端口（可同时使用），可在5组管脚之间进行切换，分时复用可当5组串口使用，建议用户将串口1放在p3.6/p3.7或p1.6/p1.7(p3.0/p3.1作下载/仿真用）：若用户不想切换，坚持使用p3.0p3.1或作为串口1进行通信，则务必在下载程序时，在软件上勾选“下次冷启动时，p3.2p3.3为0/0时才可以下载程序”；支持程序加密后传输，防拦截；支持rs485下载；低功耗设计：低速模式，空闲模式，掉电模式/停机模式。
21.如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述步进电机控制模块的核心采用hr4988e芯片。
22.在本发明实施例中，hr4988是一种便于使用的内部集成了译码器的微特步进电机驱动器；步进模式由逻辑输入 msx选择；输出驱动能力达到38v和
±
2a；管脚step简单的输入一个脉冲就可以使电机完成一次步进，省去了相序表，高频控制线及复杂的编程接口，这使其更适于在没有复杂的微处理器或微处理器负担过重的场合。hr4988目前提供带有裸露焊盘的qfn-28封装，能有效改善散热性能，且是无铅产品，引脚框采用100％无锡电镀。
23.如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述hr4988e芯片包含一个工作在慢衰或混合衰减模式的固定衰减时间的电流调节器。
24.在本发明实施例中，在步进操作期间，hr4988的内部电路可以自动的控制其pwm操作工作在快、慢及混合衰减模式，在混合衰减模式下，器件初始经过一段时间的快衰减后，将切换至慢衰减模式直至固定衰减时间结束。混合衰减模式控制不但降低了电机工作时产生的噪声，还增加了步进的准确性，同时减小了系统的功耗。内部的同步整流控制电路改善了pwm操作时的功耗。内部保护电路包括：带迟滞额过热保护、欠压锁定及过流保护，不需要特别的上电时序。
25.如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，还包括系统程序下载及更新接口，所述系统程序下载及更新接口在程序需要发生变更的情况下用于重新下载程序。
26.在本发明实施例中，设置系统程序下载及更新接口，当程序需要发生变更时，重新下载程序即可。
27.如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述系统程序下载及更新接口的一侧设有紧急按钮，所述紧急按钮用于紧急停止设备。
28.在本发明实施例中，当设备发生紧急故障或生产安全时，按下紧急按钮，设备会紧急停止。
29.如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，还包括供电开关，所述供电开关用于控制系统的供电。
30.在本发明实施例中，当电源接线完成后，系统并不会立即获得供电，仅当供电开关打开时系统才会供电，并根据预定义的程序逻辑顺序进行生产运行。
31.本发明的工作原理是：该工业微控集成硬件控制系统，功能全、芯片供货周期快、价格便宜，所有芯片全部为国产芯片，无需担心被国外控制造成断货；柔性强，能够根据现场需要进行完全自定义控制；兼容性强，可以适用于目前现场所有主流电磁阀、步进电机等驱动设备；能够同时对现场40个设备点位进行控制具备三路步进电机（伺服电机）精确控制，能够使用在需要柔性调整位置的设备及工况中；具备远程监视能力，可以将设备当前生产状态（故障、mttr、mtbf、avaliable）实时掌握并回传到控制中心。
32.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。