馬堯 陳俊言 崔庭高

摘 要：闡述了為普通車床設(shè)置安全保護(hù)裝置的必要性，并進(jìn)一步分析了卡盤扳手造成的安全事故的主觀和客觀因素。該設(shè)備通過(guò)金屬觸摸傳感器檢測(cè)車床夾頭。當(dāng)該模塊與三爪卡盤接觸時(shí)，信號(hào)被傳送到Arduino的單片機(jī)發(fā)出警報(bào)。詳細(xì)介紹了安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：卡盤扳手；KY18金屬傳感器；微型計(jì)算機(jī)；WAV播放器；SD卡讀?。籆ATIA三維模型

中圖分類號(hào)：TS914.512 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）19-0102-02

Abstract： In this paper， the necessity of setting up safety protection device for common lathe is expounded， and the subjective and objective factors of safety accident caused by chuck wrench are further analyzed. The device detects the lathe chuck through a metal touch sensor. When the module is in contact with the three-claw chuck， the signal is transmitted to the Arduino microcontroller to issue an alarm. The working principle and structure of the safety protection system design are introduced in detail.

Keywords： chuck wrench； KY18 metal sensor； microcomputer； WAV player； SD card reading； CATIA 3D model

據(jù)統(tǒng)計(jì)，各企事業(yè)單位、使用車床的學(xué)校、因?yàn)榭ūP扳手傷人事件。所以，通過(guò)加強(qiáng)安全教育，加強(qiáng)安全管理，提供先進(jìn)技術(shù)，提高車床加工機(jī)械化程度，是預(yù)防和消除事故的長(zhǎng)期任務(wù)。

1 設(shè)計(jì)抗碰撞報(bào)警器的必要性

摘要在車床加工過(guò)程中，由于各種原因頻繁發(fā)生事故，對(duì)機(jī)械加工行業(yè)產(chǎn)生了很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，剛進(jìn)入實(shí)習(xí)工廠的經(jīng)驗(yàn)不足的操作員或大學(xué)生是最脆弱的群體。由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)車床加工的認(rèn)識(shí)尚處于起步階段。因此，查克扳手經(jīng)常出現(xiàn)在安全事故中。每一次發(fā)生的安全事故都會(huì)對(duì)企業(yè)和學(xué)校產(chǎn)生負(fù)面影響，并對(duì)經(jīng)營(yíng)者造成身體和心理上的傷害。這將對(duì)設(shè)備造成損害，并給操作人員造成心理陰影。為了避免悲劇的發(fā)生，有必要設(shè)計(jì)合理的防撞報(bào)警器。

2 卡盤扳手報(bào)警器的設(shè)計(jì)原理

車床卡盤扳手安全防砸傷報(bào)警器的控制部分主要由三部分組成：

（1）Arduino R3改進(jìn)板1，R3 I/o擴(kuò)展板1

（2）SD卡閱讀模塊1，揚(yáng)聲器 1

（3）KY18金屬傳感器1

3 卡盤扳手保護(hù)裝置的電子原理圖

通過(guò)設(shè)計(jì)，車床卡盤扳手傷害預(yù)防報(bào)警系統(tǒng)，總共需要15I/O端口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買Arduino R3 SCM，但由于需要更多的針可以輸出PWM波，Arduino R3單片機(jī)，發(fā)現(xiàn)只有8針嘴可以輸出PWM信號(hào)，所以Arduino R3微控制器的基礎(chǔ)上，然后買了R3開(kāi)發(fā)板，通過(guò)擴(kuò)展板，擴(kuò)展了單片機(jī)I/O端口，最終能夠完成模塊和模塊之間的通信。

由于該設(shè)備的報(bào)警功能是為了提高用戶的警惕性，通過(guò)討論，我們決定在互聯(lián)網(wǎng)上使用現(xiàn)有的SD卡閱讀模塊。SD卡的SPI通信接口使它能夠通過(guò)SPI通道讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)。從應(yīng)用的角度來(lái)看，使用SPI接口的優(yōu)點(diǎn)是：許多單片機(jī)內(nèi)部SPI控制器不僅為開(kāi)發(fā)帶來(lái)了方便，而且降低了開(kāi)發(fā)成本。然而，它也有一些缺點(diǎn)，如失去SD卡的性能優(yōu)勢(shì)，解決這個(gè)問(wèn)題，有必要使用SD模式，因?yàn)樗峁┝烁嗟目偩€數(shù)據(jù)帶寬。SPI接口的選擇是在第一個(gè)命令第一次寫(xiě)入時(shí)完成的。下面是SD卡的驅(qū)動(dòng)方法，它只能在一個(gè)簡(jiǎn)單的扇區(qū)中讀取和寫(xiě)入。

SD卡中讀取、工作過(guò)程完成后將依照程序框圖如圖3所示，閱讀KY18金屬傳感器，為了使Arduino知道，當(dāng)檢測(cè)到三爪卡盤，播放事先錄制的WAV文件，因此您需要連接I/O，KY18金屬傳感器口輸出，當(dāng)KY18金屬傳感器檢測(cè)（三爪卡盤），讀的程序，它會(huì)給單片機(jī)數(shù)字信號(hào)“1”，反映的是單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)，在程序流程圖“KY18金屬傳感器檢測(cè)三爪卡盤？”為了能夠及時(shí)地反映信號(hào)，在編寫(xiě)程序的過(guò)程中，通過(guò)兩種方法來(lái)達(dá)到這個(gè)控制方法，第一個(gè)是IF判斷語(yǔ)句，第二個(gè)是通過(guò)外部中斷。

這一次主要是通過(guò)外部中斷檢測(cè)的方法，在KY18金屬傳感器檢測(cè)到三爪卡盤后，WAV播放器開(kāi)始并停止程序的實(shí)現(xiàn)。

將之前編寫(xiě)的程序燒錄到Arduino R3擴(kuò)展板上。當(dāng)RX和TX燈閃爍時(shí)，程序會(huì)成功燃燒。在成功安裝報(bào)警裝置后，在圖2和圖3中，金屬傳感器檢測(cè)到車床夾頭。當(dāng)檢測(cè)到三爪卡盤時(shí)，信號(hào)被傳送到Arduino R3控制器。通過(guò)放大揚(yáng)聲器內(nèi)的電路和電、電轉(zhuǎn)換的數(shù)量，將信號(hào)的點(diǎn)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)，在揚(yáng)聲器的作用下，將會(huì)發(fā)出“通知，查克扳手沒(méi)有起飛！”鬧鐘的聲音?？梢蕴嵝巡僮魅藛T拆卸車床夾鉗，以避免卡盤扳手從三爪卡上飛出，造成事故。

步驟5：由于在Arduino MCU的庫(kù)文件中沒(méi)有我們需要的WAV播放器的庫(kù)文件，所以我們需要向Arduino中文社區(qū)提供下載WAV播放器的庫(kù)文件。最后將下載好的庫(kù)文件拷貝到你的Arduino IDE庫(kù)文件目錄，在拷貝成功之后，你可以調(diào)用WAV庫(kù)文件，這樣，就可以更方便地實(shí)現(xiàn)播放WAV的音樂(lè)文件。

步驟6：用USB連接線將主板連接到電腦上，Arduino單片機(jī)需要超過(guò)5 V或5 V電壓才能寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)的ROM單元，進(jìn)行程序的寫(xiě)入，我們不需要擔(dān)心，電壓太大，連接到Arduino單片機(jī)，這些問(wèn)題導(dǎo)致Arduino單片機(jī)將在網(wǎng)上購(gòu)買很多燒壞Arduino單片機(jī)，其電源接口（通過(guò)普通安卓線）和AVR的最小控制系統(tǒng)之間的連接（Arduino）有一個(gè)二極管，它可以是電源輸入到輸出的最小電壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)在3.3V，所以Arduino直接連接到電腦，不必?fù)?dān)心這個(gè)問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改變車床的電氣控制，實(shí)現(xiàn)了一些現(xiàn)有的車床安全生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)型的代價(jià)是很難推廣的。相比之下，該設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、安全可靠、重量輕、安裝方便、價(jià)格低廉，適用于高等院校、高等職業(yè)院校和職業(yè)學(xué)校的大規(guī)模推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜小玲，楊左.一般車床卡盤的聯(lián)鎖安全裝置的必要性和使用效果[J].重慶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，02.

[2]羅太景.安全卡盤扳手設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2012（02）：22-26.

[3]Zhang xin and pan wenlong.Safety protection of lathe chuck wrench.Design and application of protectivedevice/silicon valley /2013.0.

[4]Kadowaki.Yoshalsupu/DDEVELOPMENTOFCHUCKINGCONDITION SENSORFOR THREE-AWSCROLLCHUCK/SourceBulingth.SME，v29，n248.p625-631，F(xiàn)b1986.

[5]劉國(guó)通.巧改車床兩用安全扳手[J].金屬加工，2017（03）：42.

[6]索來(lái)春，蘇健，梁艷超.卡盤電動(dòng)扳手的設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝，2006（07）：38-39.

[7]陳沖峰.一種機(jī)床多功能扳手設(shè)計(jì)制作[J].機(jī)械工程師，2017（02）：122-123.