单位文秘网 2021-07-05 08:05:23 点击: 次
摘 要 汽车锁芯是关键的防盗部件,汽车锁芯的组装生产直接影响着锁芯的质量,因此,深入地研究了汽车锁芯的控制系统的设计。首先,分析了锁芯组装控制系统的基本功能;其次,研究了控制系统CAN网络框架;接着,分析了控制系统的硬件设计。最后,进行了控制系统的软件设计。
【关键词】缩芯 装配 控制系统
车锁是汽车关键的防盗窃部件,主要包括点火锁、门锁以及后备锁。组装后的汽车车锁通常包括以下零件:锁芯、叶片、钥匙、叶簧等。汽车车锁的组装一般是人工方式完成的。随着科学技术水平的飞速发展,人工费不断上涨,因此,应该采取汽车车锁的自动组装系统,从而能够降低劳动强度,提高锁芯组装的生产效率,减少生产成本。
1 锁芯组装控制系统的基本功能
汽车锁芯组装控制系统可以实现数据的采集和转换,判别传感器采集的数据和外界输入的信息,通过对输入信息的处理,依据最终的处理结果,发出指令,从而可以控制系统中各个部件的协调工作,主要可以完成如下功能:
1.1 齿形码识别
可以将钥匙的齿形转换为齿形码。
1.2 安全检测
系统可以通过激光传感器保证操作人员的安全。
1.3 缩芯正反检测
系统可以通过光电传感器确定锁芯的正反,从而有利于锁芯组装的顺利进行。
1.4 供给锁簧
通过锁簧的供给,能够确保锁簧箱中的锁簧顺利进入锁簧的输送管内。
1.5 锁簧组装
保证进入锁簧输送管内的锁簧可以顺利地进入锁芯。
1.6 锁簧检测
通过光电传感器和检测棒能够检测锁芯中是否有锁簧。
1.7 叶片预入
将和钥匙齿形码对应的叶片及时地组装到叶片预入盒内。
1.8 旋转锁芯
锁芯装配结束以后将其正面转到反面,从而能够实现反面装配。
1.9 插入钥匙取出锁芯
将钥匙插入装配之后的锁芯中,从而获得最终的产品。
锁芯装配控制系统就是能够实现以上各个功能,从而能够顺利、准确地汽车门锁锁芯的装配。
2 控制系统CAN网络框架
汽车门锁锁芯组装控制系统主要包括一个主控和八个子工位,其中八个子工位分别包括齿形码识别、安全检测、缩芯正反检测、供给锁簧、锁簧组装、锁簧检测、叶片预入、旋转锁芯以及插入钥匙取出锁芯。主控和八个子工位是利用CAN总线节点以串行的方式连接起来的,主控凭借CAN网络获得不同子工位的数据信息,同时发出控制指令,协调锁芯的装配动作。
CAN网络属于一种多主总线,能够实现多主运行,具备分散判别和广播通信的功能,CAN总线节点以仲裁的形式对总线进行访问,从而能够保证CAN总线上的节点能够不受时间限制将信息传输到CAN网络的其它节点上,CAN网络的这个特点使控制系统的每个子工位能够及时地将自身的信息传输给主控,有利于主控进行有效的和准确的仲裁,这样就大大提升了汽车门锁锁芯装配控制系统的实时响应性能。CAN网络中信息传输一般是通过报文的形式进行的,在CAN2.0B的协议中,标识符的格式为29位,这样能够保证CAN网络中节点的数量在理论层面上没有约束,此外,能够保证各个节点可以收到相同的信息,这样就能够有效地提高主控对不同的子工位协调的效率。CAN网络信息报文中包括的数据段对应的长度不能超过8个字节,8个字节的长度能够有效地适应锁芯装配控制系统对命令数据装载的需求,另外,8个字节的长度占用CAN总线的时间比较少,进而可以确保CAN网络处于完善通畅的通信状态。CAN网络协议利用CRC检验,同时能够提供相应的错误处理功能,从而大大地增加了数据通信的安全可靠性。
3 控制系统的硬件设计
汽车门锁锁芯装配控制系统中子工位的主控制器选用ATmega128,主控与八个子工位CAN网络节点的硬件电路基本上相同,主控工位中控制部分采用ATmega128部分端口对LCD显示输出以及按键输入等进行控制,子工位中不仅钥匙齿形码的采集需要额外的电路以外,其余子工位的控制和检测是用ATmega128部分端口实现电机驱动器的控制以及光耦状态的检测,所以,CAN总线节点以及齿形编码提取的硬件电路是控制系统的关键组成部分。
CAN总线节点电路设计如下:利用MCP2515芯片作为CAN节点控制器,适合CAN V2.0B的规范,控制器包括两个验收屏蔽存器和六个验收滤波寄存器,能够有效地过滤非本空位的报文,能够极大地降低MCU在软件上的消耗。可以利用SPI实现MCP2515和ATmege128之间通信,ATmega128本身设置了串行接口控制器,能够降低单片机外围硬件电路的消耗。
利用高速光耦6N137隔离CAN总线控制器和收发起,从而能够使CAN总线节点间形成电气隔离,此外,光耦6N137的两个电源VCC和VDD应该处于完全隔离状态,为了实现电源的完全隔离,可以利用功率较小的电源隔离模块。CAN总线节点的接口应该采用有效的抗干扰技术。首先,利用5欧姆的电阻将MCP2551的两个引脚CANL与CANH和CAN总线连接起来,该电阻的作用是限流,可以避免MCP2551在过流条件下的干扰。同时,通过一个30P的电容将MCP2551两个引脚接地,从而能够过滤CAN总线上的高频干扰,同时也可以防止电磁辐射,然后将一个保护二极管反向接到了两CAN总线接入口和地之间。在CAN总线上负电压较大的情况下,当两个二极管处于短路状态时,可以避免负电压的干扰。在MCP2551的Rs脚上有一个斜率电阻,可以依据CAN总线通讯速率对电阻值进行调节,从而保证CAN网络处于最佳的工作状态,电阻的取值范围一般在15-150k之间。
锁芯组装系统还有个独立的组件,即测号系统,可以测试钥匙的齿形,可以在不装配的前提下,利用该装置测定钥匙的齿形。测号系统主要包括伺服电机、运动联接、带传动、测号夹具、位移传感器以及限位传感器。伺服电机采用带传动的方式,可以通过运动联接推动夹具在导轨上滑动,钥匙处于测号系统的夹具中,在测号夹具移动的过程中,钥匙随之移动,通过位移传感器能够获取钥匙的高度变化,通过板卡输送至CAN总线,采取一定的算法将其转换为钥匙的齿形码。
齿形码与钥匙的齿高是一一对应的,以锁芯组装机控制系统可以组装4种齿形码为例,钥匙的代码包括8个数字,没有数字的取值为1-4中的任意一个数,一个数字对应一个齿形。
直线运动平台是锁芯组装机控制系统的另外一个重要组成部分,主要包括电机、锁芯和直线运动平台。电机可以驱动丝杠推动夹具做直线。通过控制电机能够使锁芯完成正向检测、反向检测、叶簧组装、叶簧检测、叶片组装、由正面转向反面、取出等工序,为了保证系统的通用性,设计了辅助夹头。该装置包括两套辅助的光纤传感器,其中一套可以检测锁芯是否已经组入夹具,从而可以判断是否可以开始锁芯的组装;另外一套可以检测钥匙是否已经插入锁芯,从而可以确定是否锁芯组装已经完成。为了能够实现气缸的180度旋转保证锁芯从正面转到反面,在装置中还安装了旋转气缸;为了能够使光幕对操作人员起到应有的保护,还安装了光幕传感器。
4 控制系统的软件设计
锁芯组装机控制系统的软件设计,主要包括:CAN网络的数据收发、CAN网络数据传输、数据处理、串口控制等,各个模块的程序设计应该坚持标准化的基本原则,确保软件的接口易于实现,从而确保通信网络和程序保持一致,从而有利于程序的扩展和调试。
在程序开发的过程中,应该在主控和不同子工位的单片机内存中设置一个缓冲区,从而可以存储和传输CAN网络的数据,可以按照不同子工位的信息量确定缓存区的空间大小,此外,CAN总线控制系统经常会传输一些广播信息,为了能够节约缓存空间,提高总线运行效率,必须全部接受各个子工位的信息。
5 结论
为了能够提高汽车锁芯的工作可靠性,提高其质量,深入地进行了锁芯组装机控制系统的设计。该控制系统能够实现可靠的数据通信,该控制系统具有体积小、耗能少、抗干擾性能好的优点,能够提高锁芯组装机控制系统的工作效率。
参考文献
[1]王黎明,夏立,邵英.CAN现场总线系统的设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2009.
[2]倪峥.多种钥匙齿形自动识别系统的设计与实现[J].机械设计与制造,2009(12):51-53.
作者单位
中山市基信锁芯有限公司 广东省中山市 528416
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