這種刻度設計的切管機可以具有操作簡單、維護不復雜、生產效率高等優點。目前市面上大部分切管機采用PLC控制器，雖然PLC控制器具有編程簡單、研發周期短等優點，但PLC控制器本身價格過高，每套成本數千元，而單片機控制器成本低，體積小， 柔韌性好，適應性強，易于批量生產。而單片機芯片是按照工業環境的要求設計的，其抗干擾能力更強，包含接口多，擴展能力強，指令豐富。雖然前期研發成本高，但由于生產階段復制成本低，比PLC控制器更具優勢。進入21世紀以來，計算機領域經歷了飛速發展。計算機輔助在機械工業中的使用可以更好的規范化，也可以改善操作人員的工作環境，提高工作效率。現代企業追求效益最大化，而高度自動化的生產設備是生產效率的保證。企業不想在競爭中被淘汰，必然會開發新設備或改造舊設備。開發一臺新設備需要時間太長，用新技術改造舊設備可以節省時間，降低費用，因此改造舊設備是企業技術改造中的一條好路子。1.2 本課題研究現狀我國擁有全球最大的工業自動控制系統設備市場，需要大量工業自動化系統的轉型有很多方面，如：傳統工業技術改造、工廠自動化、企業信息化等。

顯然，中國自動控制系統市場前景廣闊。工控自動化技術發展前景良好，2016年其器件制造業市場規模將超過3500億元。中國市場雖然廣闊，但技術水平不如國外先進。目前國外切管機技術現狀：主流自動化切管機值高速加工和高精度加工;由于全自動切管機越來越多地應用于不同行業，切管機可用于多任務和多軸聯動加工;由于智能機器人的快速發展，機械設備與機器人的集成應用越來越普及，集成應用具有結構形式多樣化、應用范圍廣、運動速度增加、多傳感器融合工作、智能自動控制、多機器人協同工作等特點;自動加工監控功能不斷發展，設備的加工監控功能可以實時獲取機床本身的狀態信息，并可以根據狀態信息對機械設備的狀態進行分析和預測，并可以提前進行維護和保養數控切管機， 從而降低事故發生概率，保護人員和財產安全，提高生產效率;采用最新的機床誤差檢測和補償技術，與傳統切割機中使用的激光干涉儀相比，其所消耗的檢測和補償時間大大減少，精度可提高約數倍，提高工作效率;采用最新的CAD/CAM技術，在設計過程中，可以使用計算機對不同的解決方案進行計算、分析和比較，以選擇最佳解決方案;刀具技術發展迅速，許多刀具的設計涵蓋了整個加工過程，新刀具可以滿足加工平穩、抗振的要求，而我國切管機，其生產技術水平落后，效率低下。

控制單元多為繼電器和接觸器，自動化水平低，需要大量的體力勞動。我國的全自動數控切管機很多都是進口產品，與國產切管機相比，具有技術先進、生產誤差小、工作時間長等優點。因此，我國切管機產業必須創新完善，才能實現根本性升級。目前市面上大部分切管機采用PLC控制器，可以通過PLC控制器與數控系統與外部設備進行接觸，PLC控制器可以檢測外部設備的狀態，如各軸的復位開關、限位開關、操作面板的控制等。我國PLC控制器廣泛應用于中小型產品，但正面臨高端產品短缺的問題，單片機控制器已經滲透到我們生活的每一個角落。從IC卡、攝像機、自動洗衣機的控制到導彈的導航裝置，單片機都用于飛機的儀表控制。與PLC廠商相比，單片機控制器的集成資源越來越豐富，產品開發簡單，系統穩定。而且，單片機的抗干擾能力更強，可以適應不同的環境，更適合在工業領域應用。控制系統設計完成后，需要進行程序仿真。采用Proteus軟件進行程序仿真，Proteus原理布局智能;混合電路仿真與精準分析;單片機軟件調試;單片機與外圍電路的協同仿真;PCB自動排版和布線等功能，使工作在沒有實物的情況下也能完成，避免硬件連接錯誤，節約資源.1.3 本課題主要工作內容 本文首先介紹了切管機的工作原理，并根據題主的要求設計了切管機結構方案， 然后根據方案，重點研發基于單片機的控制系統，選擇使用的電氣設備，繪制電氣原理圖，編寫系統軟件程序，仿真仿真。

方案設計 2.1 概述本文設計的切管機在切割時是夾緊固定的數控切管機，電機的齒輪齒條進給原理由電機的正反轉控制，刀具在高速旋轉時直線進給切割管材。新型切管機可實現定長切削、送刀、夾管、自動送料、自動下料等功能，并可自動循環切削。自動化工作，提高工作效率。2.1.1 控制系統的基本要求是控制器能控制整個切割過程，自動檢測管材是否達到切割長度，自動送刀，檢測切割次數，并通過顯示屏顯示。該控制器還具有一個緊急停止/復位按鈕，可以在任何情況下停止操作并復位到初始狀態。2.1.2 控制系統設計的基本原則：單片機控制系統的設計需要注意系統擴展和系統配置兩個方面。系統擴展是指當單片機本身的內部功能不能滿足系統要求時，需要在單片機外部進行擴展，并在單片機外部設計并連接相應的電路;系統配置是設備中的外圍電路必須滿足系統功能，如按鍵、光電開關、電機、顯示屏等，當遇到使用強電流設備時，需要驅動驅動，設計相應的接口電路進行系統擴展和配置應遵循以下原則： （1）選擇典型電路， 符合常規使用的單片機。（2）當單片機的外圍電路較多時，可能會出現驅動力不足的問題，因此應提前添加驅動器。（3）保證控制系統的安全運行，防止安全事故和產品廢品率過高。

（4）簡化控制系統，在保證系統安全運行的條件下，盡可能降低生產成本和操作難度。（5）留出擴容余量。首先要實現系統的所有功能，然后盡可能多地留出擴展余量，以方便二次開發。2.2 自動切管機結構示意圖及切割示意圖 2.1 結構示意圖及切割示意圖 2.3 控制器軟硬件設計 2.3.1 硬件部分 2.3.2 軟件部分 2.4 本章小結 本章首先介紹了控制系統的設計要求和設計原則。其次，設計了自動切管機結構示意圖，然后根據設備結構從軟硬件兩個方面確定了控制系統方案和控制系統軟件方案;其中，控制系統方案選用單片機作為控制芯片，按鈕與顯示屏實現人機交互的控制方式;控制系統軟件方案決定了系統程序所需的功能。硬件設計 3.1 控制系統框圖 控制系統框圖如圖 3.1 所示。圖3.1 控制系統框圖 3.2 主要部件介紹 3.2.1 單片機 單片機是一種高度集成的電路芯片，它集成了眾多模塊電路，形成體積小但功能完善的微機系統。單片機的應用范圍很廣，如智能電表、工業控制、通訊設備、導航系統、家用電器等。只要在各種產品中使用單片機，就可以具有產品升級的功能，并且經常在產品前面加上形容詞——“智能”，比如智能洗碗機、智能洗衣機等。

單片機除了具有體積小、可靠性強、用途廣、靈活性高、價格低廉等優點外，還具有以下特點： （1）突出控制功能 單片機的結構、功能和指揮系統都突出了控制功能。對象更加靈活和實時。（2）RAM和ROM分離，ROM用于固化調試的程序、常量、數據表等;RAM 在運行時只保存臨時數據、變量、結果等。因此，即使在電源故障的情況下，系統也能可靠運行并確保程序、常量、數據表等的安全。（3）MCU資源通用性廣 同一種MCU可以在不同的系統中使用，只要加載不同的應用即可。（4）易于擴展外部ROM、RAM、中斷源、定時器/計數器等資源 單片機的資源（ROM、RAM、中斷源、定時器/計數器等）可以滿足一般應用系統的要求。如果應用系統過大，單片機本身的資源無法滿足，需要通過資源進行擴展。單片機可以通過其控制引腳或其他結構來擴展資源，這樣可以增加I/O端口的數量，也可以擴展每個寄存器的存儲器，以提高計算速度。資源擴展后，單片機可以形成不同規模的系統，滿足不同的需求。目前市場上最常用的是ATMEL公司生產的AT89系列8位單片機，本設計選用了功能強、價格低廉、應用廣的AT89C52單片機。

其內部存儲器為1000 Flash只讀程序存儲器，具有8k字節;它還具有 256 字節的隨機存取數據存儲器。該設計的控制系統是一個小程序，芯片AT89C52實物和封裝引腳圖中存儲。如圖所示，AT89C52單片機共有40個引腳，其中主端口有1個復位口、2個電源口、2個振蕩器口和32個輸入輸出口。圖 3.2 AT89C52 物理和封裝引腳圖 引腳 9 （RST） 是復位輸入端口，可以連接外部元件組成復位電路。引腳 20 （VSS） 和引腳 40 （VCC） 是為芯片供電的電源端口，分別連接到電源的正極和負極。引腳 18 （XTAL2） 和引腳 19 （XTAL1） 是帶有外部 12MHz 振蕩器電路的振蕩器端口;P0~P3共包含32個可編程通用引腳，包括讀/寫口、2個外部中斷口、2個通訊口和3個計數器口，其具體功能由軟件編程定義。AT89C52 單片機可以正常編程或在線編程 [10] 3.2.2LCD顯示屏 隨著科學技術的發展，人們對產品性能的要求越來越高。液晶顯示器以其功耗微、體積小、使用靈活等特點得到了廣泛的應用。

（1）顯示器只記錄切管數，無需選擇功能復雜的顯示器，既節省了端口，又使編寫程序變得簡單。設計選LCD1602液晶顯示器，圖3.3為LCD1602的實物圖和引腳圖。圖3.3 LCD1602 1602LCD的實物圖和引腳圖表示顯示的內容為16*2，即可以顯示兩行，每行有16個字符的LCD模塊，最多可以顯示32個字符。這樣不僅可以節省成本，而且一般市面上的字符液晶都是由HD44780液晶芯片控制的，雖然字符液晶的種類不同但工作原理是一樣的，所以書面的控制程序可以應用于大部分字符液晶，如果將來功能擴展， 更換顯示屏更方便。顯示器共有16個引腳，其中引腳1（GND）為接地端口;引腳2（VCC）為電源端口，接+5V電源正極端;引腳3（VL）為顯示對比度調節端口，當該端口接電源正極時，顯示對比度最弱，接地時對比度最高，對比度最高時會產生重影;引腳4（RS）為寄存器選擇端口，端口高電平時選擇數據寄存器，端口低電平時選擇指令寄存器;引腳 5 （RW） 是讀/寫端口，端口高電平時讀取，低電平時寫入