CN103158348B - 基于单片机的多路印刷卡控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于单片机的多路印刷卡控制系统，包括键盘控制装置，印刷卡控制装置和显示控制装置；通过电机带动计量辊转动并改变计量辊和墨斗辊/水斗辊之间的间隙，从而调节该区域的出墨量和出水量；采用RS485串行通信方式，实现了单片机的主从多机通信机制，使本系统能够快速、有效的进行墨量调整，保持水墨平衡，提高了印刷设备的印刷品质。

Description

基于单片机的多路印刷卡控制系统

技术领域

本发明涉及基于单片机的多路印刷卡控制系统，具体的说是一种应用于大型印刷机的印刷卡控制系统，尤其针对于具有高质量印刷要求的商业印刷设备，为设备能够达到理想的印刷效果提供了技术保证。

背景技术

在国内印刷行业中，进口印刷设备的使用在整个印刷行业中占有相当大的比例，随着这些印刷设备的磨损、老化，许多设备出现了各种故障。由于受到地域限制，国外印刷设备生产商往往不能提供及时的故障维修服务。同时，随着印刷设备的更新换代，设备备件变得不易采购，即使设备生产商能够提供替代备件，往往还存在着供货周期长，备件价格昂贵的问题。以上这些问题已经严重困扰了国内的印刷企业，研发具有自主知识产权的印刷控制系统替代进口印刷设备原控制系统变得十分紧迫，这也是改变我国印刷行业受制于人的关键方法。

现代印刷机的结构主要由以下几部分组成，传动部分、输纸部分、张力控制部分、印刷部分、烘干部分、套准部分和折页部分等。其中，印刷部分是直接完成印刷工艺动作的部分。印刷部分包括印刷装置、输墨装置和润湿装置三部分。一般平版印刷机的印刷装置由印版滚筒、橡皮布滚筒和压印滚筒组成，是直接转印图文的部件。

平版印刷的工作原理是利用油和水互相不相溶的原理完成油墨转移的。在印刷过程中要充分把握好水和墨的平衡关系，先对印版进行充分润湿，是空白部分吸附一定量水分之后，油墨不能被吸附，印版的图文部分亲油疏水而吸附油墨，而空白部分则有水的保护而不会吸附油墨保持清洁，从而在同一版面上达到水墨共存，而这在平版印刷机上则完全是通过输墨，润湿装置完成的。如何精确控制印刷过程中的墨量调整、水墨平衡，是得到高品质印刷品的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，为达到进口设备控制卡控制系统国产化的目标，本发明的目的在于发明一种能够完全取代国外印刷控制卡系统的多路印刷卡控制系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于包括：

键盘控制装置，用于系统接收用户操作信息并进行处理，并与印刷卡控制装置和显示控制装置通信；输入端接收用户操作信息和来自印刷卡控制装置的反馈数据；输出显示信息至显示控制装置；输出控制命令至印刷卡控制装置；

印刷卡控制装置，用于接收来自键盘控制装置的控制命令，实现电机的闭环控制，进行整个墨斗出墨量和水斗出水量的调节；并输出反馈数据至键盘控制装置；

显示控制装置，用于接收来自键盘控制装置的反馈数据，将出水量、出墨量以曲线形式显示在显示面板上。

所述键盘控制装置包括：

按键操作板，包括多组按键，上按键控制增加供水量和供墨量，下按键减少供水量和供墨量；

键盘控制卡，由电源模块、单片机、串口芯片、晶体振荡器、复位按钮开关、串行通信接口、电容、电阻组成；

按钮，为多个，实现墨斗和水斗的选择。

所述印刷卡控制装置由控制卡、墨斗、水斗、电机和电位计组成。

显示控制装置由显示面板和显示控制卡组成；

显示面板有多组，分别对应着多个墨区，并且每一组显示器都由多个发光二极管组成，用于显示该区域墨膜的厚度；

显示控制卡包括电源模块、单片机、扩展芯片、串口芯片、晶体振荡器、复位按钮开关、串行通信接口、触发器、反相器、电容、电阻。

所述用户操作信息包括通过按键操作板增加/减少供水量和供墨量。

所述处理为将被按下的键值封装成用于发送给印刷卡控制装置的控制命令；

所述显示信息为电位计检测到的电机旋转角度；

所述反馈数据为电位计检测到的电机旋转角度。

所述控制命令为电机正/反转的控制信号。

所述键盘控制装置与印刷卡控制装置和显示控制装置通信是通过串行通信实现的。

所述墨斗出墨量的调节是指电机带动计量辊转动并改变计量辊和墨斗辊之间的间隙，从而调节该区域的出墨量；

所述水斗出水量的调节是通过电机带动计量辊转动并改变计量辊和水斗辊之间的间隙，从而调节该区域的出水量。

所述键盘控制卡采用RS485串行通信方式，与多路印刷卡控制装置进行主从式多机通信。

所述主从式多机通信中主机发送信息包括以下步骤：

步骤1)主机串口初始化；

步骤2)主机发送呼叫信息并监听从机的应答信息；

步骤3)判断从机状态是否正常，如果是，发送数据给该从机；如果为否，返回初始化状态，直至发送成功为止。

所述主从式多机通信中从机接收信息包括以下步骤：

步骤1)从机实时监听主机的呼叫信息，如果本机被呼叫，则发生应答信息；

步骤2)从机进行现场保护，准备接收数据；

步骤3)从机判断数据是否接收完毕，如果接收完毕，发送接收完毕信号给主机。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明设计了一套基于单片机的多路印刷卡控制系统，建立了单片机的主从多机通信机制，使本系统能够快速、有效的进行墨量调整，保持水墨平衡，提高了印刷设备的印刷品质。

2.本发明系统采用RS485串行通信方式，实现多机通信。RS485标准弥补了RS232通信方式通信距离短、速率低等缺点，接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。

3.本发明系统完全能够替代国外同类产品。在使用中，本发明系统与进口印刷设备的其他部分具有良好的兼容性。

4.本发明系统功能齐全，结构简单，易维护的特点。同时还具有低成本的特点。

5.发明的多路印刷卡控制系统能够精确控制供水、供墨量，达到水墨平衡，保证印刷效果与国外同类型设备的印刷效果相当。

附图说明

图1是本发明的印刷卡控制系统示意图；

图2是本发明的按键操作板示意图；

图3是本发明的多机通信系统结构拓扑图；

图4是本发明的单相交流减速电机启动原理图；

图5是本发明的多机串行通信发送信息流程图；

图6是本发明的多机串行通信接收信息流程图；

图7是本发明的分段式墨斗结构图；

图8是本发明的A/D转换电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

多路印刷卡控制系统主要由三部分组成：键盘控制装置、印刷卡控制装置、显示控制装置。

键盘控制装置的功能是人机操作的接口，是系统接受用户操作信息的媒介，它对操作者发出的动作进行处理，实现人类信息与系统之间的联系。

键盘控制装置的组成，包括按键操作板，键盘控制卡和按钮组成。每块按键操作板上有多组按键，其中靠一侧的按键为供水量调整按键，其余为供墨量调整按键。每组按键分上下2个按键，上按键控制增加供水量和供墨量，下按键减少供水量和供墨量。键盘控制卡自主设计制造，元器件有LM317电源模块、ATMEL公司的AT89S52单片机、MAX487芯片、12MHz晶体振荡器、复位按钮开关、9针串行通信接口、若干电容、电阻等。选用AT89S52单片机，与8051系列单片机相比，具有系统内可编程8KFLASH，内部集成了256字节RAM，使用精简指令集，编写程序简练，调试程序方便。按钮用于机组选择。

键盘控制装置的原理是按键操作板上的按键设计成行列式键盘接口，该按键操作板上有多个按键，采用行列式键盘接法，按键的作用是使相应的接点接通或断开。按键接通的识别方法采用程序扫描法，在这种方法中，只要单片机空闲，就调用键盘扫描程序，查询键盘并做相应的处理。使用Keil C51软件编写控制程序，写入键盘控制卡上的AT89S52芯片中，实现对按键操作板上按键的循环扫描，查询键盘中有无按键按下。当某一键按下时，程序计算被按下键的键值，依据工艺要求，生成按键动作控制指令，通过RS485串行通信接口发送给印刷卡控制装置，执行相应的动作。

印刷卡控制装置的功能是接收来自键盘控制装置的控制指令，实现整个墨斗出墨量和水斗出水量的调节。

印刷卡控制装置的组成，由控制卡、分段式墨斗、分段式水斗、单向交流减速电机和电位计组成。控制卡自主设计制造，元器件包括7805电源模块、ATMEL公司的AT89S52单片机、8155扩展芯片、MAX487芯片、ADC0809、74HC138、TLP521-4、12MHz晶体振荡器、复位按钮开关、9针串行通信接口，多个BRT21M、TC74HC564AP，若干电容、电阻等。分段式墨斗的机械结构可划分为墨池、墨斗辊、计量辊、螺栓副、板条等。墨斗是印刷部分的供墨装置。单向交流减速电机作为动作执行装置，它通过螺栓副带动连杆机构控制出墨量。水斗是印刷部分的供水装置。电位计反应出墨量和出水量的多少。

印刷卡控制装置的原理是，印刷卡控制装置实时监听键盘控制装置所发出的调整命令。在需要对供水量和供墨量进行调节时，键盘控制装置通过串行通信接口向印刷卡控制装置发出动作指令，印刷卡控制装置控制电机旋转，调整供水供墨量。并将微电机的转角通过电位计反馈，在返回到显示控制装置进行直观显示。使用Keil C51软件编写印刷卡控制程序，写入AT89S52芯片中，使印刷卡控制装置与键盘控制装置进行主从多机通信。

一般平版印刷机的供墨装置机械调节原理是，采用独立式墨斗形式，每个油墨区装有挡墨板条，每个墨斗由多块板条组成。板条的叉形下端托着计量辊，由弹簧经板条使计量墨辊的两端圆柱面始终靠近墨斗辊。计量辊中间大部分做成偏心柱。当需要改变墨斗辊轴向局部出墨量的大小时，由控制电路驱动减速电机转动，并通过螺旋及连杆机构带动计量辊转动，以改变计量辊和墨斗辊之间的间隙，从而调节该区域的出墨量。电位计与微电机同轴，它将微电机的转角变为电信号再反馈给操作台，并显示该墨区墨斗辊与计量墨辊之间的间隙。水斗的控制装置与墨斗的控制装置基本相同。

显示控制装置的功能是接收来自键盘控制装置的数据信息，将出水量、出墨量以曲线形式显示在显示面板上，这时显示的坐标为实际出水出墨量与最大出水出墨量的百分比。

显示控制装置的组成由显示面板和显示控制卡组成。显示面板与按键操作板一样也有多组，分别对应着多个墨区，并且每一组显示器都由多个发光二极管组成，用于显示该区域墨膜的厚度。显示控制卡自主设计制造，元器件包括7805电源模块、AT89S52单片机、8155扩展芯片、MAX487芯片、12MHz晶体振荡器、复位按钮开关、9针串行通信接口、TC74HC564AP、74HC240、若干电容、电阻等。

显示控制装置的原理是显示控制装置，通过串行通讯接口，接收来自键盘控制装置的出水量和出墨量的数据信息。通过水、墨量显示程序，点亮相应显示面板上显示器的发光二极管，将出水量和出墨量以曲线形式显示在显示面板上，形式直观，方便操作者查看。

在检查油墨比例时，将抽检的印样放置在显示面板下方的控制台上，将图文与按键操作板对正。首先要检查印刷品的全部图文区域的整体墨量是否合适，如某色油墨量不合适，首先通过机组选择按钮选择相应的机组，再用按键操作板来调节油墨辊的回转角度；如果整体墨量合适，而某些局部区域的墨量不合适，则可先选择对应的机组，在调整这些区域分别对应的下面的调节按键。

本发明的系统是基于单片机技术和串行通信接口技术研发制造的多路印刷控制系统。本实施例采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器，MAXIM公司的MAX487芯片作为RS485发送/接收器，使用Keil C51软件编制控制程序，实现对印刷设备印刷功能的精确控制。

如图1所示，系统主要包括键盘控制装置、印刷卡控制装置、显示控制装置三个部分。键盘控制装置是人机操作的接口，操作者使用键盘控制装置能够对系统进行操作。

本发明系统的键盘控制装置由2块按键操作板，2块键盘控制卡和6个按钮组成。一块键盘控制卡对应一块按键操作板。每个按键操作板上有28个按键，按键位置如图2所示。其中，最右侧的2组为供水量调整按键，其余按键为调墨量按键。上面一排按键按下，相应通道的水墨供应量增加，反之，下面一排按键按下，相应通道的水墨供应量减少。按键采用4行8列的矩阵键盘接口模式。

本发明系统的键盘控制卡由LM317电源模块、ATMEL公司的AT89S52单片机、MAX487芯片、12MHz晶体振荡器、复位按钮开关、9针串行通信接口、若干电容、电阻等元器件组成。外部供电电压为24V，经由LM317电压变换模块获得5V工作电压。采用AT89S52单片机作为控制器，外接12MHz晶体振荡器，为单片机提供系统时钟。单片机还接有上电复位及按键复位电路。

本发明系统的键盘控制卡采用RS485串行通信方式，采用MAX487芯片作为RS485发送/接收器，实现与多路印刷卡控制装置进行主从式多机通信。由于本实例应用面向的是德国曼罗兰公司生产的UNISET60卷筒纸胶印机，印刷部分为正反面四色印刷，因此印刷卡控制装置采用分布式结构。为此本发明设计一套主从式多机通信系统结构拓扑图，如图3所示。在多机系统中作如下约定：每一前沿机均处于在线“听号”状态，它的串行控制寄存器SCON中的SM2设置为“1”，当接受到一帧信息的第9位RB8为“1”时，各前沿机均发生接受中断，RB8不为“1”时，则不产生中断，也即当接收到的第9位数据为“1”时，表示由主机发来的是一帧地址信息，为主机发出的一帧地址“呼号”，所有前沿机便发生中断，当某一前沿机发现所接收到的地址与本机地址相符时，则令其SCON中的SM2为“0”，并把本机地址发回以作应答，该前沿机便与主机连通，准备接收由主机发来的命令或数据信息。主机在发送命令或数据帧信息时，由程序将第9位数据置为“0”，与此同时，其他的前沿机由于地址与本机不符，当它们的SCN中的SM2还为“1”，第9位为“0”时，均不会发生接收中断。只有令SM2为“0”的那台前沿机才能接收到数据，从而顺利的实现了地址帧和数据帧的分离，实现了单片机之间的多机通信。通信约定，双方采用8位数据位，1位停止位，波特率为9600，无奇偶校验方式。本系统的主机与从机的通信程序流程图如图5、6所示。

本发明系统的印刷卡控制装置实例由控制卡、分段式墨斗、分段式水斗、单向交流减速电机和电位计组成。图7为墨斗驱动的剖面图，每个油墨区有板条4，共有22块板条，在由板条组成的墨斗底面上铺有一整张涤纶片5，油墨放在涤纶片上。涤纶片是防止油墨进入板条下面的调节机构，又便于清洗更换油墨。板条4的叉形下端托着计量辊8，由弹簧6经板条是计量墨辊的两端圆柱面始终靠近涤纶片和墨斗辊7。计量辊中间大部分做成偏心柱，共有2个计量辊。当需要改变墨斗辊轴向局部出墨量的大小时，由控制电路驱动微电机11转动，并通过螺旋副9及连杆机构是计量辊转动，以改变计量辊8和墨斗辊7之间的间隙，从而调节该区域的出墨量。电位计10与微电机同轴，它将微电机的转角变为电信号再反馈给操作台，并显示该墨区墨斗辊与计量墨辊之间的间隙。水斗的控制装置与墨斗的控制装置基本相同。

本发明系统的印刷控制卡由7805电源模块、ATMEL公司的AT89S52单片机、8155扩展芯片、MAX487芯片、ADC0809、74HC138、TLP521-4、12MHz晶体振荡器、复位按钮开关、9针串行通信接口，多个BRT21M、TC74HC564AP，若干电容、电阻等元器件设计而成。使用Keil C51软件编写印刷卡控制程序，写入AT89S52芯片中，印刷卡控制卡与键盘控制卡采用串口通信形式。印刷卡控制卡实时监听键盘控制卡所发出的动作指令。当接收到动作请求时，对命令信息进行处理，控制需要进行调整的电机旋转，以调整供水供墨量。单相交流减速电机的启动原理如图4所示。当N端接交流电源的一端，M1端接电源的另一端时，电机朝一个方向运动；当N端接通交流电源的一端，M2端接通电源的另一端时，电机朝相反的方向运动。电位计反馈电机的旋转角度，间接表示水都和墨斗的开合大小。控制卡对电位计反馈的模拟信号经过A/D转换变为数字信号，通过RS485串口，经由按键控制卡发送给显示控制卡。A/D转换电路原理如图8所示。

本发明系统的显示控制装置实例由显示面板和显示控制卡组成。显示面板是暗色半透明材质的显示组成，上面标有刻度坐标。横坐标范围为0-22，对应着22个墨区；纵坐标为实际出水出墨量与最大出水出墨量的百分比。

本发明系统的显示控制卡由7805电源模块、AT89S52单片机、8155扩展芯片、MAX487芯片、12MHz晶体振荡器、复位按钮开关、9针串行通信接口、TC74HC564AP、74HC240、若干电容、电阻等设计而成。使用Keil C51软件编写显示卡控制程序，写入AT89S52芯片中，印刷卡控制卡与键盘控制卡采用串口通信形式，接收来自印刷卡控制装置的出水量和出墨量的数据信息。对相应的信息进行处理，点亮显示面板上对应通道的发光二极管，将出水量和出墨量以曲线形式显示在显示面板上，形式直观，方便操作者查看。

Claims (9)

1.基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于包括：

键盘控制装置，用于系统接收用户操作信息并进行处理，并与印刷卡控制装置和显示控制装置通信；输入端接收用户操作信息和来自印刷卡控制装置的反馈数据；输出显示信息至显示控制装置；输出控制命令至印刷卡控制装置；

印刷卡控制装置，用于接收来自键盘控制装置的控制命令，实现电机的闭环控制，进行整个墨斗出墨量和水斗出水量的调节；并输出反馈数据至键盘控制装置；

显示控制装置，用于接收来自键盘控制装置的反馈数据，将出水量、出墨量以曲线形式显示在显示面板上；

所述用户操作信息包括通过按键操作板增加/减少供水量和供墨量；

所述处理为将被按下的键值封装成用于发送给印刷卡控制装置的控制命令；

所述显示信息为电位计检测到的电机旋转角度；

所述反馈数据为电位计检测到的电机旋转角度；

所述控制命令为电机正/反转的控制信号。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

所述键盘控制装置包括：

按键操作板，包括多组按键，上按键控制增加供水量和供墨量，下按键减少供水量和供墨量；

键盘控制卡，由电源模块、单片机、串口芯片、晶体振荡器、复位按钮开关、串行通信接口、电容、电阻组成；

按钮，为多个，实现墨斗和水斗的选择。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

所述印刷卡控制装置由控制卡、墨斗、水斗、电机和电位计组成。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

显示控制装置由显示面板和显示控制卡组成；

显示面板有多组，分别对应着多个墨区，并且每一组显示器都由多个发光二极管组成，用于显示该区域墨膜的厚度；

显示控制卡包括电源模块、单片机、扩展芯片、串口芯片、晶体振荡器、复位按钮开关、串行通信接口、触发器、反相器、电容、电阻。

5.根据权利要求1所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

所述键盘控制装置与印刷卡控制装置和显示控制装置通信是通过串行通信实现的。

6.根据权利要求1所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

所述墨斗出墨量的调节是指电机带动计量辊转动并改变计量辊和墨斗辊之间的间隙，从而调节局部图文区域的出墨量；

所述水斗出水量的调节是通过电机带动计量辊转动并改变计量辊和水斗辊之间的间隙，从而调节局部图文区域的出水量。

7.根据权利要求1所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

所述键盘控制卡采用RS485串行通信方式，与多路印刷卡控制装置进行主从式多机通信。

8.根据权利要求7所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

所述主从式多机通信中主机发送信息包括以下步骤：

步骤1)主机串口初始化；

步骤2)主机发送呼叫信息并监听从机的应答信息；

步骤3)判断从机状态是否正常，如果是，发送数据给该从机；如果为否，返回初始化状态，直至发送成功为止。

9.根据权利要求7所述的基于单片机的多路印刷卡控制系统，其特征在于：

所述主从式多机通信中从机接收信息包括以下步骤：

步骤1)从机实时监听主机的呼叫信息，如果本机被呼叫，则发生应答信息；

步骤2)从机进行现场保护，准备接收数据；

步骤3)从机判断数据是否接收完毕，如果接收完毕，发送接收完毕信号给主机。