基于PIC单片机的粉料物料运输车自动卸料系统设计
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【摘 要】首先，设计控制电路并利用光电耦合元件PC827，将PIC16F877A单片机引脚信号与电磁驱动器电路进行隔离，减少外界干扰单片机输出信号，防止电磁执行器的误操作。其次，利用PIC16F877A单片机A/D转换模块，将工作时粉料物料运输车罐体内气压表的模拟电压转换成数字信号，通过LED实时显示当前的气压值。最后，在MPLAB上利用HI-TECH PICC编译器编写控制程序，并通过Proteus在线仿真进行验证。
【关键词】单片机；PIC16F877A；A/D转换；Proteus
随着科技进步，机械自动化水平不断提高。当前人力资源匮乏，企业被要求改善工作环境的背景下，对传统机械进行自动化改造势在必行。本文的研究解决的问题就是为了减轻传统粉粒物料运输车在卸料过程中对人工操作的过分依赖。同时实现自动卸料后可以减轻粉尘对操作工身体的伤害。
PIC单片机具有较强的驱动电流，处理数据速度较快。内部整合了多个模块，可以降低电路的开发难度。
1 电路设计与驱动器模型
根据卸料的步骤，在Proteus里设计完成相应动作的硬件电路。为减小电磁驱动器对PIC单片机干扰，这里采用光电耦合元件PC827进行强弱信号隔离。利用小信号放大管BC184与中功率放大管TIP31、TIP32构成H桥直流电磁驱动电路[1]，如图1。
柳州运力双仓粉粒物料运输车的卸料流程图[2]为：
上图通过控制信号端口M3与M4，其组合有以下三种[3]：
（1）M3：M4=01时的工作原理为：
M3端口为低电平时Q13、Q10截止，Q15、Q9导通，电磁驱动器左端为高电平。M4端口为高电平时Q11、Q16截止，Q12、Q14导通，电磁驱动器右端为低电平。此时电磁驱动器推动阀门开启。
（2）M3：M4=10时电磁驱动器拉动阀门关闭。
（3）M3：M4=00或者11时电磁驱动器停止工作。
电磁驱动器利用线圈导电产生电磁力推动动铁芯进行阀门的开关，电磁驱动器模型[4]如图3。
根据图2控制流程图，通过Proteus设计的系统控制电路。图中将AN2作为A/D输入端口，共阳极LED屏显示实时罐体的气压值，PIC单片机通过光电耦合元件PC827与驱动电路隔离。卸料系统电路如图4。
2 PIC单片机C语言程序设计
当前设置输入PIC单片机A/D端口的模拟电压为0～5V，罐体内最大气压为0.2MPa。在MPLAB平台上利用HI-TECH PICC编写C语言程序[4]。
利用C语言10个常用的函数，可以编写出大部分复杂PIC单片机控制程序，使控制程序可读性较强，移植性较好，并且缩短了系统的开发时间。
将以上完整程序进行编译烧写入单片机内，在Proteus虚拟环境中可以模拟卸料的基本动作。由于实际中使用的是电磁驱动器，因其结构简单须利用机械结构对驱动器进行限位，从而到达预期的阀门开度。
3 控制系统的改进
以上控制电路只是实现了阀门开关的基本动作。从实际应用角度来看，需要添加一些附加功能，才能投入实际应用中。在本系统是一个可扩展控制的电路，在RD的I/O口有多余的引脚，因此对于三仓的粉粒物料运输车，仅仅需要在RD引脚增加2对控制端口。对于不同卸料高度，对管道内二相流体流动性有不同的影响。因此可以根据流体出口的密度，利用PIC单片机控制助风阀的开度，对管道内二相流体流动性进行控制，提高卸料的效率，同时便于粉粒物料运输车的卸料系统能够实现智能化。
4 结论
PIC单片机高速度、低电压、低功耗、大电流，减少硬件电路设计的复杂性。图4所示为卸料系统的基本硬件电路，利用PIC单片机可以很好的对电路进行简化，增强电路的可控性。
利用C语言进行单片机编程，可以降低系统的开发难度。开发者不必过多的了解单片机的内部结构，只需要了解某些外设特殊寄存器相关位的设置。而且C语言比汇编语言可读性较强，能够更好地发现编程的逻辑错误。在MPLAB平台上利用HI-TECH PICC编译器，可以对所编写程序进行自动优化，使程序转换成二进制时更加的精炼，减少占用内部存储空间。同时PICC编译器可以实现自动分页，编程者不用过多考虑PIC单片机分页问题。对具有基本C语言能力的编程者，也能较快编写所需的控制程序。利用PIC单片机与C语言结合进行控制电路设计，将极大提高产品设计、研发的效率。
【参考文献】
[1]韩军，周镜平.基于pic单片机的直流电机控制器研究[J].制造业自动化，2011，1（33）：147-149.
[2]刘丽，蒋存波，王聪.粉状物料运输车智能卸料控制器的设计[J].科学技术与工程，2008，8（23）：6372-6374.
[3]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例[M].电子工业出版社，2011.
[4]Peiman Naseradinmousavi，C. Nataraj. Nonlinear mathematical modeling of butterfly valves driven by solenoid actuators[J]. Applied Mathematical Modelling， 2011，35：2324-2335.