畢業(yè)設(shè)計107自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計(畢業(yè)設(shè)計)

華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） i 摘 要 粉粒、粒狀等固態(tài)物料的實時、精確計量一直是固態(tài)送料領(lǐng)域的難題。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，隨著傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、機電設(shè)備的發(fā)展，送料設(shè)備不斷地完善，現(xiàn)在自動送料系統(tǒng)是生產(chǎn)中一個 中間關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的作用是將生產(chǎn)中粉狀、粒狀物料以一定量一定速度輸送到后續(xù)設(shè)備，以實現(xiàn)整個生產(chǎn)的自動化。 本文 設(shè)計了 基于單片機控制的送料機 自動送料機控制系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)組成， 論述了單片機 AT89C51 在實現(xiàn)其生產(chǎn)過程控制的 硬件與軟件的設(shè)計方法 。 系統(tǒng)以AT89C51 控制核心 ， 用 2864A 做 外擴存儲器 來 存儲系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù) ， 其主要作用的是： 為了 給系統(tǒng)設(shè)置一個合適的初態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)程序錯亂，能回到的初態(tài) ；利用擴展并行接口來外接控制按鍵，以此來接收 操作 命令 。 同時為了讓工作者能了解到各按鍵的狀態(tài)，再給系統(tǒng)接入發(fā)光二極管來顯示相應(yīng)按鍵的狀態(tài) ； 采用LED 靜態(tài)顯示來顯示工作時間量變化情況 ； 為了使 LED 位信息與 單片機 輸出的信息相對應(yīng)，在兩者之間接了譯碼器 MC14511B； 為了能及時確定生產(chǎn)線的滿料狀態(tài)，給系統(tǒng)設(shè)計了一個滿料中斷電路，同時為抗干擾，將滿料信號進行光耦隔離 ； 為了讓系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，防止程序亂飛，給系統(tǒng)設(shè)計了一個看門狗電路 ；為解決 各外設(shè) 與單片機 AT89C51 速度不等的情況， 在 兩者之間接了鎖存器； 最后給系統(tǒng)接了一個內(nèi)部時鐘振蕩器 。 本設(shè)計的最終目標(biāo)是做到用一臺電機控制兩條生產(chǎn)線，由方向閥來控制系統(tǒng)是處于送料還是排料狀態(tài)，具有抗干擾性，實現(xiàn)供料自動化，提高生產(chǎn)效率。 同時 本控制系統(tǒng)可以根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)置兩條生產(chǎn)線的輸送、排料、滿料、空料等參數(shù)值。 關(guān)鍵詞 ：自動送料機控制系統(tǒng) 、 單片機 、 AT89C51 、 硬件 設(shè)計、 軟件 設(shè)計 自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 ii Abstract The feeding for the powder and granule is the difficult problem in the dosing domain in the last several years， along with technology of measurement、 computer、sensor made rapid progress， the feeding machine also made huge improvement. Now，automatic dosing system is a key part among the recipeproduction system. The function of the automatic dosing system is， feed raw materials to its downstream machines according the recipe， to realize the automatic production. In these papers the structure composition and working principle of automatic feed machine based on single chip microcomputer are introduced in these papers ， to realize its industrial process controls hardware and software design method by AT89C51.AT89C51 is a system control center. SCM is based on doing things with the 2864A extended memory to store the systems initial data,mainly to the system settings to an appropriate initial state, when there are system procedures disorder, it can return to the initial state; Using the extended parallel interface to the external control buttons, in order to receive operation commands,and in order for workers to understand the state of the button, give the system access to light-emitting diode to display the status of the corresponding keys; With LED display to display a static amount of working time changes; For making LED digital information and microcontroller output information corresponding, connection decoders MC14511B between them; In order to determine the production line of full and timely material status, design a material interruption of the circuit over the same time as the anti-interference,Interference will be full of materials for the opto-isolated signal;designing a watchdog circuit for the system in order to make the system stable, and prevent disordering procedures; For the system to resolve the various peripherals and the microcontroller AT89C51 varying speed conditions, indirecting in both the latch; Finally installed an internal clock oscillator in the system. The ultimate goal of this design is to do two production lines with a single motor control, valve to control the direction of the feed system is still nesting in the state, to have an anti-interference, to achieve feeding automation， to increase productivity. The 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） iii control system also can feed the needs of technology, set two production lines of transportation nesting, full of material, space materials and other parameters. Key Words： automatic feed mechanism system 、 single chip microcomputer AT89C51、 Hardware design 、 software design 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 共 91 頁 目錄 摘 要 . Abstract . 第 1章 緒 論 . 2 1.1 設(shè)計背景和研究意義 . 2 1.2 自動送料機控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求 . 3 1.3 系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) . 3 1.4 系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇 . 3 第 2章 系統(tǒng)總體設(shè)計 . 8 2.1 單片機的選擇 . 8 2.2 物位傳感器的選擇 . 9 2.3 存儲器擴展電路的選擇 . 11 2.4 LED 顯示電路選擇 . 14 2.5 鍵盤輸入電路 . 15 2.5 小結(jié) . 15 第 3章 自動送料機主電路設(shè)計 . 錯誤 !未定義書簽。 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 . 錯誤 !未定義書簽。 3.2 主機電路核心器件介紹 . 17 3.3 顯示電路 . 26 3.4 繼電器控制電路 . 30 3.5 鍵盤及顯示電路 . 31 3.6 外部存儲器擴展電路 . 36 3.7 看門狗 MAX813L 電路 . 40 3.8 料位開關(guān) . 42 3.9 硬件連接 . 44 3.10 小結(jié) . 45 第 4章 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計 . 48 4.1 系統(tǒng)的抗干擾及可靠性 . 48 4.2 軟件設(shè)計 . 48 4.3 小結(jié) . 53 第 5章 結(jié) 論 . 54 參 考 文 獻 . 55 程 序 清 單 . 56 致 謝 . 76 外文科技資料翻譯 . 77 英文原文 . 77 中文 譯 文 . 81 自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 2 頁 共 91 頁 第 1 章 緒 論 1.1 設(shè)計背景和研究意義 制造業(yè)是現(xiàn)代文明的支柱之一，其既占有基礎(chǔ)地位，有處于前沿關(guān)鍵；它是工業(yè)發(fā)展光的主體又是國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。而在我國的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、私營企業(yè)，由于受資金管理等方面的限制，一般送料絕 大多數(shù)是采用人工手動送料，且缺乏保護裝置，這造成“效率低，勞動強度大，事故發(fā)生率大”等特點。 隨著信息科技迅猛、市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，尤其是隨著高新科技日新月異，產(chǎn)品的類型、工藝外形越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，再加上企業(yè)經(jīng)營與發(fā)展必會面對勞工的短缺 、 人工成本上要省力化、合理化與自動化的發(fā)展趨向！傳統(tǒng)的手工送料已經(jīng)不能滿足要求，這時自動送料機就應(yīng)運而生。在今天現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，什么是送料機呢？顧名思義，送料機就是專門用于粒料 ,粉料 ,片狀料，帶狀等材料的自 動化，數(shù)控化，精確化的輸送機器，是無論是輕工行業(yè)還是重工業(yè)都不可缺少的設(shè)備。傳統(tǒng)觀念，送料機是借助于機器運動的作用力加力于材料，對材料進行運動運輸?shù)臋C器。近代的送料料機發(fā)生了一些變化，開始將高壓空氣、超聲波等先進技術(shù)用于送料技術(shù)中。 近年來，由于單片機控制技術(shù)、檢測技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展，作為輔助裝置的送料機構(gòu)自動化水平也需越來越高。提高自動化的水平不僅可以提高效率、產(chǎn)品的質(zhì)量同時也能保證工人的人身安全。而單片機就是實現(xiàn)自動控制重要的一環(huán)，它是單片微型計算機的簡稱；是把微型計算機的各個功能部件（中央處理 CPU、隨機存取存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、 I/O 接口、定時器、計算器以及串行通信接口）集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的計算機。單片機具有集成度高，體積小，成本低，控制能力強等諸多優(yōu)點， 綜上所述， 在本著節(jié)約資金、降低成本，提高生產(chǎn)效率，保障人身安全的科學(xué)人性化管理的方針下對送料機構(gòu)進行自動化設(shè)計。此設(shè)計中 自動加料機控制系統(tǒng)就是采用 以單片機為核心的 自動控制技術(shù)來實現(xiàn)功能的，這樣就 可以在不購買新設(shè)備的基礎(chǔ)上對舊設(shè)備進行自動化改良，這不僅 大大提高了工作的效率， 使 整個過 程又快又穩(wěn)又節(jié)約資金。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 共 91 頁 1.2 自動 送 料機控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求 本設(shè)計的由單片機控制的自動加料系統(tǒng)是與料斗式干燥機配套的加料系統(tǒng)。根據(jù)加料工藝要求，其工作原理是： 單片機控制的自動加料系統(tǒng)是與料斗式干燥機配套的加料系統(tǒng)。根據(jù)加料工藝要求，其工作原理是：先將真空管關(guān)閉，啟動電機，用低真空氣流將塑料樹脂粒子送入真空管，電機停轉(zhuǎn)，再將粒子排入料斗，如此循環(huán)。本控制系統(tǒng)根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)置兩條生產(chǎn)線的輸送、排料、滿料、空料等參數(shù)值，通過單片機控制繼電器，繼電器控制交流接觸器，又由接觸器控制電機等執(zhí)行機構(gòu)的運動。 控制系統(tǒng)的控制器由單片機89C51 和擴展電路組成，單片機控制繼電器，繼電器控制交流接觸器，又由接觸器控制電機等執(zhí)行機構(gòu)的運動。本控制系統(tǒng)可以根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)置兩條生產(chǎn)線的輸送、排料、滿料、空料等參數(shù)值，也可裝載系統(tǒng)前次工藝參數(shù)值。 1.3 系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) ： （ 1） 用一臺電機控制兩條生產(chǎn)線 （ 2） 要能檢測到滿料狀態(tài)，并顯示出輸送、排料、滿料時間 （ 3） 時間誤差： 0.1秒 （ 4） 具有抗干擾能力 1.4 系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇 1.4.1 方案一分析 采用 一臺電動機控制一條生產(chǎn)線，以方向閥的換向來調(diào)換生產(chǎn)線的工狀 態(tài)。具體做法是： 是以單片機 AT89C51為基礎(chǔ)，利用 外擴存儲器來存儲系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)，這主要是為了給系統(tǒng)設(shè)置一個合適的初態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)程序錯亂，能回到的初態(tài)；利用擴展并行接口來外接控制按鍵，以此來接收操作命令，同時為了讓工作者能了解到各按鍵的狀態(tài)，再給系統(tǒng)接入發(fā)光二極管來顯示相應(yīng)按鍵的狀態(tài)；采用 LED 靜態(tài)顯示來顯示工作時間量變化情況，為了使 LED 位信息與 AT89C51輸出的信息相對應(yīng)，在兩者之間接了譯碼器 ；為了能及時確定生產(chǎn)線的滿料狀態(tài)，給系統(tǒng)設(shè)計了一個滿料中斷電路，同時為抗干擾，將滿料信號進行光耦隔離；為了 讓系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，防止程序亂飛，給系統(tǒng)設(shè)計了一個看自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 4 頁 共 91 頁 門狗電路；為解決各外設(shè)與單片機 AT89C51 速度不等的情況，給兩者之間接了鎖存器； 最后給系統(tǒng)接了一個內(nèi)部時鐘振蕩器。 具體硬件接圖如下： 圖 1.1 方案一系統(tǒng)硬件接圖 這種設(shè)計方案的優(yōu)點在于 ：兩條生產(chǎn)線既可單獨運行，也可同時運行。當(dāng)生產(chǎn)線滿料時，電機不停轉(zhuǎn)而方向閥換向還切換生產(chǎn)狀態(tài)，充分發(fā)揮控制系統(tǒng)和電機的效率，但這種方案需要的單片機輸出控制端口較多，且不滿足設(shè)計要求 一臺電機控制兩條生產(chǎn)線。 所以此次設(shè)計不予采用。 1.4.2 方案二分析 將料裝 在小車?yán)?，利用行程開關(guān)與繼電器狀態(tài)的變化來實現(xiàn)對送料的狀態(tài)的控制。具體做法是：開機之后，先給系統(tǒng)輸入?yún)?shù)。根據(jù) 啟動哪條生產(chǎn)線 點擊相應(yīng) 自動鍵，系統(tǒng)自動運行。系統(tǒng)首先檢查回零行程開關(guān)狀態(tài)，若送的物料不在零位，則啟動電機帶動送料器回零位。接著檢測裝在送料器里的壓力繼電器狀態(tài)，若是在空載狀態(tài)，就啟動送料器，使之運行到位，當(dāng)?shù)较鄳?yīng)位置時，撞到相應(yīng)行程開關(guān)時，送料器停止運行。 當(dāng)要使系統(tǒng)進行排料時，就按下狀態(tài)切換按鈕進行排料。接著檢測裝在送料器里的壓力繼電器狀態(tài) ,若是在空載狀態(tài)下，則停止卸料，送料機向反向移動，直至回到零 位，如此循環(huán)。系統(tǒng)采用單華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 91 頁 片機 8051 來控制，外接 8279 鍵盤來進行控制命令輸入，系統(tǒng)工作狀態(tài)檢測輸入開關(guān) I/O，外控輸出電機驅(qū)動 ，顯示時間電路等。具體硬件接圖如下： 圖 1.2 方案二系統(tǒng)硬件接圖 這種設(shè)計方案的優(yōu)點在于： 系統(tǒng)是順序控制系統(tǒng)，屬于分時控制，集成度高、加工精度高、自動化水平高、操作方便。但此系統(tǒng)所需輸入接口多，電機也多，所以在經(jīng)濟上占下風(fēng)。還有就是實時性不高。所以此次設(shè)計不予采用。 1.4.3 方案三分析 采用 一臺電動機控制兩條生產(chǎn)線，采用兩個方向閥，一個 是用來 切換生產(chǎn)線 的生產(chǎn)狀態(tài)， 一個是用來實現(xiàn)生產(chǎn)線的切換。實現(xiàn) 具體的做法是以 AT89C51為基礎(chǔ)，用 2864A 做外擴存儲器來存儲系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)，這主要是為了給系統(tǒng)設(shè)置一個合適的初態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)程序錯亂，能回到的初態(tài)；利用擴展并行接口來外接控制按鍵，以此來接收操作命令，同時為了讓工作者能了解到各按鍵的狀態(tài)，再給系統(tǒng)接入發(fā)光二極管來顯示相應(yīng)按鍵的狀態(tài)；采用 LED 靜態(tài)顯示來顯示工作時間量變化情況，為了使 LED 位信息與 AT89C51 輸出的信息相對應(yīng)，在兩者之間接了譯碼器 MC14511B；為了能及時確定生產(chǎn)線的滿料狀態(tài)，給系統(tǒng)設(shè)計了一個滿料中斷電 路，同時為抗干擾，將滿料信號進行光耦隔離；自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 6 頁 共 91 頁 為了讓系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，防止程序亂飛，給系統(tǒng)設(shè)計了一個看門狗電路；為解決各外設(shè)與單片機 AT89C51速度不等的情況，給兩者之間接了鎖存器； 最后給系統(tǒng)接了一個內(nèi)部時鐘振蕩器。 具體硬件接圖如下： 圖 1.3 方案三系統(tǒng)硬件接圖 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 91 頁 這種設(shè)計方案的優(yōu)點在于：滿足設(shè)計要求，自動化水平高，經(jīng)濟性良好 。故 此次設(shè)計選則方案三 為最終方案。 自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 8 頁 共 91 頁 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 2.1 單片 機的選擇 20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，就通用單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投放市場的產(chǎn)品就有 50多個系列，數(shù)百個品種。目前世界上較為著名的 8位單片機的生產(chǎn)廠家和主要機型如下： 美國 Intel 公司： MCS 51系列及其增強型系列 美國 Motorola 公司： 6801系列和 6805 系列 美國 Atmel 公司： 89C51等單片機 美國 Fairchild 公司： F8系列和 3870 系列 美國 Rockwell 公司： 6500/1系列 NS（美國國家半導(dǎo)體）公司： NS8070 系列等等。 盡管單片機的品 種很多，但是在我國使用最多的還是 Intel 公司的 MCS51系列單片機和美國 Atmel 公司的 89C51單片機。 CS 51系列單片機包括三個基本型 8031、 8051、 8751。 8031內(nèi)部包括一個 8位 CPU、 128個字節(jié) RAM， 21個特殊功能寄存器（ SFR）、 4 個 8 位并行 I/O 口、 1 個全雙工串行口、 2 個 16位定時器 /計數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴 EPROM芯片。比較麻煩，不予采用； 8051是在 8031 的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有 4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過 4K 字節(jié)的小系統(tǒng)。 ROM 內(nèi)的程序是公司 制作芯片時，代為用戶燒制的，出廠的 8051 都是含有特殊用途的單片機。所以 8051 適合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機產(chǎn)品中。也不予采用； 8751 是在 8031 基礎(chǔ)上，增加了 4K 字節(jié)的 EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于 4KB 的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在 EPROM 中，可以反復(fù)修改程序。但其價格相對 8031 較貴。 8031外擴一片 4KB EPROM 的就相當(dāng)與 8751，它的最大優(yōu)點是價格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。也不予采用； AT89C51 是美國 ATMEL 公司生 產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 91 頁 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元。功能強大 AT89C51單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。此設(shè)計就采用 AT89C51。 2.2 物位傳感器的選擇 物位是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備里的液體、粉粒狀固體、氣體之間的分界面位置，也可以是互 不相溶的兩種液體間由于密度不等而形成的界面位置。根據(jù)具體用途分為液位、料位、界位傳感器或變送器。物位不僅是物料耗量或產(chǎn)量、計量的參數(shù)，也是保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全的重要參數(shù)。特別是在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)規(guī)模大，速度高，且常有高溫、高壓、強腐蝕性或易燃易爆物料，對于物位的監(jiān)視和自動控制更是至關(guān)重要。 物位測量可用于計算物料儲量。對于粉粒體，必須考慮到顆粒間有空隙，應(yīng)區(qū)分密度和容重。密度是指不含空隙的物料每單位體積的質(zhì)量，即通常的質(zhì)量密度 ，如果乘以重力加速度 g，就成為重力密度 r，簡稱為重度。容重是包含空隙在內(nèi)的每單 位體積的重量 v，也就是視在重度或宏觀重度，它總要比顆粒物質(zhì)本身的重度小，其差額決定于空隙率。而空隙率又取決與許多因素。例如顆粒形狀、尺寸的一致程度、是否受外力壓實、是否經(jīng)受過振動、有無黏結(jié)性等，所以粉粒體物料的體積儲量和質(zhì)量儲量之間不易精確換算，這是需要注意的 1。 2.2.1 電容式物位傳感器 利用物料介電常數(shù)恒定時極間電容正比與物位的原理，可構(gòu)成電容式物位傳感器。 根據(jù)電機的結(jié)構(gòu)可將容式物位傳感器分為三種：（ 1）適用于導(dǎo)電容器中的絕緣性物料，且容器為 立式圓筒形，器壁為一極，沿軸線插入金屬棒為另一極，其間構(gòu)成的電容 C 與物位成比例。也可懸掛帶重錘的軟導(dǎo)線作為電機。（ 2）適用于非金屬容器，或雖為金屬容器但非立式圓筒形，物料為絕緣性的。這時在棒狀電極周圍用絕緣支架套裝金屬筒，筒上下開口，或整體上均勻分布多個孔，使內(nèi)外物位相同。中央圓棒和與之同軸的套筒構(gòu)成兩個電極，其間電容和容器形狀無關(guān)，只取決于物位。所以這種電極只用于液位，粉粒體容易滯留在極間。（ 3）用于導(dǎo)電性物料，起外形和（ 1）一樣，但中央圓棒電極上包有絕緣材料，自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 10 頁 共 91 頁 電容是由絕緣材料的介電常數(shù)和物位決定的，與物 料的介電常數(shù)無關(guān)，導(dǎo)電物料使筒壁與中央電極間的距離縮短為絕緣層的厚度，物位升降相當(dāng)于電極面積改變。 電容式物位傳感器無可動部件，與物料密度無關(guān)，但應(yīng)注意物料中含水分時將對測量結(jié)果影響很大，并且要求物料的介電常數(shù)與空氣介電常數(shù)差別大，需用高頻電路。所以不予采用。 2.2.2 阻力式料位傳感器 阻力式料位傳感器是指物料對機械運動所呈現(xiàn)的阻擋力。粉末顆粒狀物料比液態(tài)物質(zhì)流動性差，對運動物體有明顯的阻力，利用這一特點可構(gòu)成各種料位傳感器： （ 1）重錘探索法：在容器頂部安裝由脈沖分配器控制的步進電機，此電機正轉(zhuǎn)時緩 緩釋放懸有重錘的鋼索。重錘下降到與料面接觸后，鋼索受到的合力突然減小，促使力傳感器發(fā)出脈沖。此脈沖改變門電路的狀態(tài)，使步進電機改變轉(zhuǎn)向重錘提升，同時開始脈沖計數(shù)。待重錘升至頂部觸及行程開關(guān)，步進電機停止轉(zhuǎn)動，同時計數(shù)器也停止計數(shù)并顯示料位（料位值即容器全高減去重錘行程之差）。顯示值一直保持到下次探索后刷新為另一值。開始探索的觸發(fā)信號可由定時電路周期性地供給，也可以人為地啟動。不進行探索時，重錘保持在容器頂部，以免物料將重錘淹埋。萬一重錘被物位埋沒，排放物料時產(chǎn)生的強大拉力就可能拉斷鋼索報警措施及出料過濾柵。 但這種方法運用了邏輯電路和數(shù)字技術(shù)，可連續(xù)測量料位值并輸出數(shù)字量，是數(shù)字傳感器，但其采樣是周期性的，對時間而言不連續(xù)，此設(shè)計不予采用； （ 2）旋槳或推板法：這是一種位式傳感器，或稱料位開關(guān)。在容器壁的某一高度處裝小功率電動機，其軸伸入容器內(nèi)，末端帶有槳狀葉片。葉片不接觸物料時，自由旋轉(zhuǎn)的空載狀態(tài)下電動機的電流很小，一旦料位上升到與葉片接觸，轉(zhuǎn)動阻力增加，甚至成堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流顯著加大。根據(jù)電流的大小使繼電器的接點動作，發(fā)出料位報警或位式控制信號。如電機軸經(jīng)過曲柄連桿機構(gòu)變?yōu)橥鶑?fù)運動，則可帶動活塞或平板在容器 中做推拉動作，即成推板法。旋槳法或推板法不一定都是靠電機電流的大小時繼電器接點動作，也可以利用離合器或連桿上的傳動機構(gòu)，在葉片或推板負(fù)載增大時改變電接點的通斷狀態(tài)。所用華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 91 頁 電動機應(yīng)能在長時間堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，或離合器打滑狀態(tài)下，不致過熱而損壞。 這類原理構(gòu)成的料位開關(guān)，只能安裝在容器壁上，安裝高度取決于動作所對應(yīng)的料位值。應(yīng)用不那么廣泛，所以此設(shè)計也不予采用。 （ 3）音叉法：根據(jù)物料對振動中的音叉有無阻力探知料位是否到達或超過某高度，并發(fā)出通斷信號，這種原理不需要大幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機械結(jié)構(gòu)簡單、靈敏而可靠 。音叉由彈性良好的金屬制成，本身具有確定的固有頻率，如外加交變力的頻率與其固有頻率一致，則叉體處于共振狀態(tài)。由于周圍空氣對振動的阻尼微弱，金屬內(nèi)部的能量損耗又很少，所以只需微小的驅(qū)動功率就能維持較強的振動。當(dāng)粉粒體物料觸及叉體之后，能量消耗在物料顆粒間的摩擦上，迫使振幅急劇衰減，音叉停振。 為了給音叉提供交變的驅(qū)動力，利用放大電路對壓電元件施加交變電場，靠逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生機械力作用在叉體上。用另外一組壓電元件的正壓電效應(yīng)檢測振動，它把振動力變?yōu)槲⑷醯慕蛔冸娦盘?。再由電子放大器和移相電路，把檢振元件的信號放大。 經(jīng)過移相，施加到驅(qū)動元件上去，構(gòu)成閉環(huán)振蕩器。在這個閉環(huán)中，既有機械能也有電能，叉體是其中的一個環(huán)節(jié)，倘若受到物料阻尼難以振動，正反饋的幅值和相位都將明顯的改變，破壞了振蕩條件，就會停振。只要在放大電路的輸出端接以適當(dāng)?shù)钠骷?，不難得到開關(guān)信號。 為了保護壓電元件免受物料損壞和粉塵污染，將驅(qū)動和檢振元件裝在叉體內(nèi)部，經(jīng)過金屬膜片傳遞振動。如果在容器的上下方都裝叉體，可以實現(xiàn)自動進料或自動出料的邏輯控制，或者把料位越限信號遠傳到控制室。在控制室里的控制電路判斷料位是否越限，并按要求使被控的進出料設(shè)備啟停。并且叉 體的制造和裝配良好時，音叉也可用于液體測量和控制。在測量時不需要大幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機械結(jié)構(gòu)簡單、靈敏而可靠。綜上所述，此設(shè)計選擇音叉法阻力式料位傳感器。 2.3 存儲器擴展電路的選擇 2.3.1 24C01 擴展： 串行總線上的各單片機或集成電路模塊，通過一條數(shù)據(jù)線 (SDA)和一條時鐘線 (SCL)，按照通信規(guī)則進行尋址和信息傳輸。每個集成電路模塊都有唯 偽地址，既可以是主控機 (能控制總線，并能完成一次傳輸過程的初始化和產(chǎn)自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 12 頁 共 91 頁 生時鐘信號及傳輸終止信號的器件 )或被控機 (被主控器尋址的器件 )，可以是發(fā)送器 (在總線 1：發(fā)送信息的器件 )或接收器 (從總線上接收信息的器件 ) IC 總線上的器件，根據(jù)它的不同工作狀態(tài)，可分為主控發(fā)送器、主控接收器、被控發(fā)送器、被控接收器。當(dāng)多個主控器同時企圖控制總線而不丟失信息，這叫多主競爭。這時就要進行仲裁，仲裁就是針對這種情況進行裁決的過程。只允許其中一個主控器繼續(xù)占用總線，其它退出封藏器狀態(tài)。仲裁過程中還要保證總線的信息不丟失。多主競爭時必須對所有參與競爭的主控器的時鐘信號進行同步處理。信息傳輸時， SCL 為高電平期間， SDA 上的信息必須保持穩(wěn)定不變，只有 SCL 為低電平期間 ， SDA 上的信息才允許變化。同時 SDA 上信息每一位部和 SCL 的時鐘脈沖相對應(yīng)。 SCL 沒有時鐘信號， SDA 信息將停止傳輸處于等待狀態(tài)。這因為線“與”邏輯，使 SCL 在低電平時鉗住總線。實現(xiàn)線“與”邏輯功能各 IC 總線接口的輸出端必須是漏極開路或集電極開路結(jié)構(gòu)。 SCL 保持高電平期間， SDA 由高電平向低電平變化這種狀態(tài)定義為起始信號。 SCL 保持高電平期間， SDA 由低電平向高電平變化，這種狀態(tài)定義為終止信號。 SDA傳輸?shù)拿總€字節(jié)必須 8 位 (最高有效位首先傳送 )，每個傳送字節(jié)必須跟隨一位應(yīng)答位。與應(yīng)答信號相應(yīng)的時鐘信號由 主控器產(chǎn)生，發(fā)送器在這個時鐘信號釋放 SDA，使它處于高電平狀態(tài)，以便接收由接收器在這位發(fā)出的應(yīng)答信號。這時接收器還必須 SCL 在這位高電平期間，在 SDA 上輸出一個恒定低電平信氣以完成應(yīng)答信號的輸出。整個傳輸過程中，傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)目是沒有限制的。數(shù)據(jù)傳輸一段時間后，接收器無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)，主控器同樣可以終止數(shù)據(jù)的傳送 2。 24C01 是一種 128 字節(jié)串行 CMOS EEPROM,它具有如下特點： 1、存儲容量為 128 字節(jié)。 2、串行接口可使用普通兩根 I/O 接口。 3、具有頁寫模式：每頁 4字節(jié)。 4、同步周期小于 10ms 。它只使用一條數(shù)據(jù)線和一條時鐘線，采用 ATMEL 公司的 24C01串口存儲器，應(yīng)用簡單方便，但是其編程較為復(fù)雜。 2.3.2 2864A 芯片擴展： 2864A是一種并行 EEPROM，它的特點同上，但每頁有 16字節(jié)， 2864A 與8051單片機的接口電路如下圖所示 ,2864A 的片選端 CE 與高地址線 P2.7連接，P2 7=0 才能選中 2864A，這種線選法決定了 2864A 對應(yīng)多組地址空間，即華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 91 頁 0000H1FFFH,2000H3FFFH,4000H5FFFH,6000H7FFFH,這 8K字節(jié)存儲器可作為數(shù)據(jù)存儲器使用 ,且掉電后數(shù)據(jù)不丟失 。 圖 2.1 2864 擴展電路 2864A 的四種工作方式： （ 1）維持方式：當(dāng) CE 為高電平時， 2864A 進入低功耗維持狀態(tài)。此時，輸出線呈高阻狀態(tài)，芯片的電流從 140mA 下降至維持電流 60mA。 （ 2）讀方式：當(dāng) CE 和 OE 均為低電平而不為高電平時，內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器被打開 ，數(shù)據(jù)送上總線，此時，可進行讀操作。 （ 3）寫方式： 2864A 提供了兩種數(shù)據(jù)寫入方式：頁寫入和字節(jié)寫入。 頁寫入：為了提高寫入速度， 2864A 片內(nèi)設(shè)置了 16 字節(jié)的“頁緩沖器”，并將整個存儲器陣列劃分成 512頁，每頁 16 個字節(jié)。頁的區(qū)分可由地址的高 9位 （ A4A12）來確定，地址線的低四位 (A0A3)用以選擇頁緩沖器中的 16 個地址單元之一。對 2864A 的寫操作可分為兩步來實現(xiàn)：第一步，在軟件控制下把數(shù)據(jù)寫入頁緩沖器，這部稱為頁裝載，與一般的靜態(tài) RAM 寫操作是一樣的。第二步，在最后一個字節(jié)（即第 16個字節(jié)）寫 入到頁緩沖器后 20ns 自動開始，把頁緩沖器的內(nèi)容寫到 EEPROM 陣列中對應(yīng)的地址單元中，這一步成為頁存自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 14 頁 共 91 頁 儲。 寫方式時， CE 為低電平，在 WE 下降沿，地址碼 A0-A12被片內(nèi)鎖存器鎖存，在上升沿時數(shù)據(jù)被鎖存片內(nèi)還有一個字節(jié)裝載限時定時器，只要時間未到，數(shù)據(jù)可以隨機地寫入頁緩沖器。在連續(xù)向頁緩沖器寫入數(shù)據(jù)的過程中，不用擔(dān)心限時定時器會溢出，因為每當(dāng) WE 下降沿時，限時定時器自動被復(fù)位并重新啟 動計時。限時定時器要求寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)的操作時間BLWT須滿足；3SA LKP: ADD A,R4 ;計算鍵號 PUSH A ;鍵號進棧保護 LK3: ACALL DIR ;調(diào)用顯示子程序 ,延時 6MS ACALL DIR ;調(diào)用判有無鍵閉合子程序 ,延時 6MS JNZ LK3 ;判鍵釋放否 ,未釋放 ,則循環(huán) POP A ;鍵已釋放 ,鍵號出棧 -A RET NEXT: INC R4 ;列計數(shù)器加 1,為下一列掃描做準(zhǔn)備 MOV A,R2 ;判是否已掃到最后一列 (最右一列 ) NB Acc.7,KND ;鍵掃描已到最后一列 ,跳 KND 重新 ；進行整個 ;鍵盤的掃描 RL A ;鍵掃描未掃到最后一列 ,位選碼左 ；移一位 MOV R2,A ;位選碼 -R2 AJMP LK4 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 67 頁 共 91 頁 KND: AJMP KEYI KS1: MOV DPTR ,#7F01H ; 判有無鍵閉合子程序 ,全 0-掃描 (PA口 ) MOV A,#00H ;列線全為低電平 MOVX DPTR,A ; INC DPTR ； DPTR 增 2，指向 PC 口 INC DPTR MOVX A,DPTR ；從 PC 口讀行線的狀態(tài) CPL A 行線的狀態(tài)取反，如無鍵按下，則 A ；中內(nèi)容為 0 ANL A,#0FH ；屏蔽無用的高 4 位 RET PID: MOV R5， 3 1H ;取 W MOV R4， 32H MOV R3， #00H :取 Yi MOV R2， 2AH ACALL CPL1 ;取 Yi 的補碼 ACALL DSUM ;計算 ei=W-Yi MOV 39H， R7 ;存 ei MOV 3AH， R6 MOV R5， 35H ;取 I MOV R4， 36H MOV R0， #4 AH ;R0放乘積高位字節(jié)地 址指針 ACALL MULT1 ;計算 Pi=I*ei MOV R5， 39H :取 ei MOV R4， 3AH MOV R3， 3BH ;取 ei-1 自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 68 頁 共 91 頁 MOV R2， 3CH ACALL CPL1 ;求 ei-1:的補碼 ACALL DSUB ;求 pp= ei=ei-ei-1: MOV A， R7 MOV R5， A :存 ei MOV A， R6 MOV R4， A MOV R3， 4BH ;取 Pi MOV R2， 4AH ACALL DSUM ;求 Pi+Pp MOV 4BH， R7 MOV 4AH， R6 ;存和 (Pi+即 ) MOV R5， 39H MOV R4， 3AH ;取 ei MOV R3， 3DH MOV R2， 3EH ;取 ei-2 ACALL DSUM :計算 ei=ei-2 MOV A， R7 MOV R5， A MOV A， R6 MOV R4， A MOV R3, 3BH MOV R2， 3CH ;取 ei-1 ACALL CPL1 :求 ei-1，補碼 ACALL DSUM ;計算 ei=ei-2-ei-1 MOV A， R7 MOV R5， A ;存和 MOV A， R6 MOV R4， A 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 69 頁 共 91 頁 MOV R3， 3BH MOV R3， 3CH ;取 ei-l ACALL CPL1 :求 ej-1 補碼 ACALL DSUM ;計算 ei=ei- 2-2e i-1、 MOV R5， 37H ;取 D MOV R4， 38H MOV R0， #46H ACALL MULT1 ;求出 Pd=D*(ei=ei-2-2ei-1) MOV R5， 47H MOV R4， 46H :存 Pd MOV R3， 4BH MOV R2， 4AH ;取 (pi+PP) ACALL DSUM ;計算 pi+pp+pd MOV R5， 33H ;取 Kp MOV R4， 34H MOV R0， #46H ACALL MULTl ;計算 Kp*(Pi+Pp+Pd) MOV R3， 47H MOV R2， 46H MOV R5， 2FH ;取 ui-1 MOV R4， 30H ACALL DSUM ;求出 ui=ui-l+KP*(Pi+Pp +pd) MOV 2FH， R7 ;存 uiui_， MOV 30H， R6 MOV 3DH， 3BH ;ei-l-ei-2 MOV 3EH， 3CH MOV 3BH， 39H :ei-ei-1 MOV 3CH， 3AH RET 自動送料機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 70 頁 共 91 頁 DSUM: MOV A， R4 ADD A， R2 MOV R6， A MOV A， R5 ADDC A， R3 MOV R7， A RET CPLI: MOV A， R2 CPL A ADD A， #0lH MOV R2， A MOV A， R3 CPL A ADDC A， #00H MOV R3， A RET MULTI: MOV A， R7 RLC A MOV SIGN1， C ；存被乘數(shù)