本文介绍了一种基于PIC单片机的电动胀管机数字化控制系统，分析了系统的硬件构成原理和软件流程。试验结果表明，该控制系统达到了设计的目标，实现了胀管机对不同材质选择、管子直径选择、管板厚度选择、电机扭矩的调节和显示等的数字化控制。

    管子与管板的连接是管壳式换热器生产中最主要的工序之一。这类连接工作耗费大量工时，并且连接的地方在运行中很容易发生故障。根据换热器的使用条件不同，加工条件不同，连接的方法基本上分为胀接、焊接和胀焊结合三种，由于胀接法能承受较高的压力，特别适用于材料可焊性差及制造厂的焊接工作量过大的情况。因此，该方法在实际生产中运用十分广泛。

    在很多工作环境恶劣和工作地点狭小的场合，对胀管机的要求比较高，但是，目前大多数胀管机控制电路由模拟器件组成，由于其工作环境恶劣，模拟器件本身参数的离散性和受温度影响的缺点大大限制了其应用，近些年来随着计算机和自动控制技术的快速发展，胀管机已从传统的分立元件控制向数字化控制方向转变，以适应不断发展的需要。

    本研究将性价比高、抗干扰能力强的PIC单片机引入到电动胀管机中，通过软件实现电动胀管机的不同材质选择、管子直径选择、管板厚度选择和显示等的数字化控制，以降低控制电路的复杂性、增强工作可靠性，提高工作效率。

    1、PIC单片机简介

    PIC(Pefiphe Interface Chip)系列单片机是美国Microchip公司生产的产品。PIC系列单片机的硬件系统设计简洁，指令精练，是一种与国内常用的MCS系列单片机截然不同的单片机。它采用哈佛总线结构、精简指令集RISC(ReducedInstructionSetCollec-tion)技术，实现了指令的单字节化和单周期化，大大提高了CPU执行指令的速度和工作效率；它的I／O端口驱动负载的能力较强，可以直接驱动发光二极管LED、光电耦合器和小型继电器等；并且这种单片机集成度高，可以最大限度地减少外围扩展电路，实现纯单片开发应用，降低了成本。

    在本设计中，选用抗干扰能力强、I／O接口丰富的PIC16F876A单片机作为控制系统的核心。这款单片机由368个字节的数据存储器、4KX14个字节的程序存储器、5路A／D转换通道、22个I／O口、2个CCP模块、3个定时／计数寄存器等组成，具有上电复位和降压复位等功能。

    2、系统硬件设计

    根据电动胀管机的控制要求，要求控制系统实现以下功能：

    (1)不同材质、管子直径、管板厚度的预设；

    (2)胀管机扭矩的实时调节；

    (3)胀管机的故障急停和显示。

    设计基于PIC单片机的控制原理框图如图1所示。在胀管的过程中，单片机控制系统按照控制要求完成了对材质选择、管子直径选择、管板厚度选择、胀管机扭矩(以电流显示)实时调节以及故障急停和数字显示等的控制。

图1 胀管机的单片机控制原理框图

    胀管机扭矩(电流)的设定值经过A／D通道读入单片机，开关、材质选择、管子直径选择、管板厚度选择等通过I／O口读入单片机，胀管器送电、胀管控制、故障指示和电流数字显示等信号通过I／O口输出。

    3、软件设计

    本设计中控制软件采用模块化设计方法，以主程序为核心设置了许多功能子程序模块，运行过程中通过主程序调用功能子程序模块，简化了设计结构。主要的功能模块有初始化程序、A／D转换子程序、参数读人子程序和各种延时子程序等。主程序流程框图如图2所示。

图2胀管机单片机控制主程序框图

    程序开始时，胀管机上电，单片机立即进行各个端口的初始化工作，初始化完成后，单片机控制系统处于待命状态，等待开关按下一旦开关按下，电源接通，调用参数读入子程序，即读入事先在面板上设定的胀管机扭矩、不同材质、管子直径和厚度等。然后，按照读入的参数开始进行胀管操作。在胀管的过程中，随着胀管器的不断扩张，胀管机所提供的扭矩也随之增大，胀管机的电机电流也随之增大，经过对扭矩(电流)的采样，数码管显示实际时的工作电流，与预先设定的胀管值扭矩比较，到达设定值时电机自动停转。经延时子程序的延时，胀管机输出停止胀管信号，胀管机逆时针反转，使胀管器开始松开。待松开时间到达一定时间时，胀管机停转，从而完成一个胀管过程。

    胀管机数字化控制系统，充分利用了PIC单片机的资源，用少量的外围电路实现了一个功能较完善、性能优良的实用系统，降低了成本。试验结果表明，基于PIC单片机的胀管机数字化控制系统，设计合理，结构简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。能进行批量胀管，胀管率完全一致。