自动加料机控制系统

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1、中文摘要 ：本设计的由单片机控制的自动加料系统是与料斗式干燥机配套的加料 系统。根据加料工艺要求，其工作原理是：先将真空管关闭，启动电机，用低真 空气流将塑料树脂粒子送入真空管，电机停转，再将粒子排入料斗，如此循环。 关键字 ：单片机，控制，电机，自动加料，系统 英文关键字： single-chip,control, electricmachinery,system自动加料机控制系统一、引言自动加料机控制系统的工作原理及技术要求：本设计的由单片机控制的自动加料系统是与料斗式干燥机配套的加料系统。 根据加料工艺要求，其工作原理是：先将真空管关闭，启动电机，用低真空气流 将塑料树脂粒子送入真空管，

2、电机停转，再将粒子排入料斗，如此循环。在设计的控制系统中，可用一个电机控制两个加料生产线，由方向阀切换。 两个生产线既可单独运行， 也可同时运行。 假如两者同时运行， 当一生产线输送 结束后，判断到另一个生产线排料已经结束，那么，电机不停转而方向阀换向， 从而为另一个生产线送料。 这样可以发挥控制系统和电机的效率， 从而实现供料 自动化。控制系统的控制器有单片机 89C51 和扩展电路组成，单片机控制继电器， 继电器控制交流接触器， 又由接触器控制电机等执行机构的运动。 本控制系统可 以根据送料工艺的需要，设置两条生产线的输送、排料、满料、空料等参数值， 也可装载系统前次工艺参数值。系统的主要

3、技术参数：（1）用一台电机控制两条生产线（2）要能检测到满料状态，并显示出输送、排料、满料时间（3）时间误差： 0.1 秒（4）具有抗干扰能力二、总体设计主电路采用AT89C51，由于AT89C51内含4KB容量，因此在设计中不需要 外扩 ROM 。硬件电路主要有 LED 显示电路、键盘接受电路、继电器控制电路、 EEPROM外部存储器扩展电路，以及看门狗 MAX813L等组成。电路原理框图 如图所示：自动加料机控制系统硬件框图三、分类介绍1. 单片机的选择20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上 一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。目

4、前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：美国In tel公司：MCS 51系列及其增强型系列美国Motorola公司：6801系列和6805系列美国Atmel公司：89C51等单片机美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8美国Fairchild公司：F8系列和3870系列美国Rockwell公司：6500/1系列美国TI （德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000系列NS （美国国家半导体）公司：NS8070系列 等等。尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是In tel公司的MCS51系列 单片机和美国Atmel公司的89C51单片机MCS51系列单片机包括三个基本型 8

5、031、8051、87518031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM ,21个特殊功能寄存器（SFR）、 4个8位并行I/O 口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器，但片内无程 序存储器，需外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用8051是在8031的基础上，片内集成有4K ROM，作为程序存储器，是一个 程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧 制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序已 定，且批量大的单片机产品中。也不予采用。8751是在8031基础上，增加了 4K字节的EPROM，它构成了一个程序小 于4KB的

6、小系统。用户可以将程序固化在 EPROM中，可以反复修改程序。但 其价格相对8031较贵。8031外扩一片4KB EPROM的就相当与8751,它的最大 优点是价格低。随着大规模集成电路技术的不断发展， 能装入片内的外围接口电 路也可以是大规模的。也不予采用。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内 含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM和128bytes的随机存取 数据存储器（ROM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼 容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU和Flash存储单元。 功能强

7、大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控 制领域。此设计就采用 AT89C51。2. 物位传感器的选择物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、 粉粒壮固体、 气体之间的分界 面位置，也可以是互不相溶的两种液体间由于密度不等而形成的界面位置。 根据 具体用途分为液位、 料位、界位传感器或变送器。 物位不仅是物料耗量或产量计 量的参数， 也是保证连续生产和设备安全的重要参数。 特别是在现代工业中， 生 产规模大，速度高，且常有高温、高压、强腐蚀性或易燃易爆物料，对于物位的 监视和自动控制更是至关重要。物位测量可用于计算物料储量。 对于粉粒体， 必须考虑到颗粒间有空隙，

8、 应 区分密度和容重。 密度是指不含空隙的物料每单位体积的质量， 即通常的质量密 度，如果乘以重力加速度g,就成为重力密度r，简称为重度。容重是包含空 隙在内的每单位体积的重量 v，也就是视在重度或宏观重度，它总要比颗粒物质 本身的重度小， 其差额决定于空隙率。 而空隙率又取决与许多因素。 例如颗粒形 状、尺寸的一致程度、是否受外力压实、是否经受过振动、有无黏结性等，所以 粉粒体物料的体积储量和质量储量之间不易精确换算，这是需要注意的。阻力式料位传感器是指物料对机械运动所呈现的阻挡力。 粉末颗粒状物料比 液态物质流动性差， 对运动物体有明显的阻力， 利用这一特点可构成各种料位传 感器。音叉法：

9、根据物料对振动中的音叉有无阻力探知料位是否到达或超过某高 度，并发出通断信号，这种原理不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结 构简单、灵敏而可靠。音叉由弹性良好的金属制成， 本身具有确定的固有频率， 如外加交变力的频 率与其固有频率一致，则叉体处于共振状态。由于周围空气对振动的阻尼微弱， 金属内部的能量损耗又很少， 所以只需微小的驱动功率就能维持较强的振动。 当 粉粒体物料触及叉体之后， 能量消耗在物料颗粒间的摩擦上， 迫使振幅急剧衰减， 音叉停振。为了给音叉提供交变的驱动力， 利用放大电路对压电元件施加交变电场， 靠 逆压电效应产生机械力作用在叉体上。 用另外一组压电元件的正压电效应检测

10、振 动，它把振动力 为微弱的交变电信号。再由电子放大器和移相电路，把检振元 件的信号放大。经过移相，施加到驱动元件上去，构成闭环振荡器。在这个闭环 中，既有机械能也有电能，叉体是其中的一个环节，倘若受到物料阻尼难以振动， 正反馈的幅值和相位都将明显的改变， 破坏了振荡条件，就会停振。只要在放大 电路的输出端接以适当的器件，不难得到开关信号。为了保护压电元件免受物料损坏和粉尘污染，将驱动和检振元件装在叉体内 部，经过金属膜片传递振动。如果在容器的上下方都装叉体，可以实现自动进料 或自动出料的逻辑控制，或者把料位越限信号远传到控制室。 在控制室里的控制 电路判断料位是否越限，并按要求使被控的进出料

11、设备启停。并且叉体的制造和装配良好时，音叉也可用于液体测量和控制。 在测量时不 需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。此设计选择 音叉法阻力式料位传感器。3. 存储器扩展电路的选择2864A是一种并行EEPROM，它的特点同上，但每页有16字节，2864A与8051 单片机的接口电路如下图所示,2864A的片选端CE与高地址线P2.7连接，P2.7=0 才能选中2864A，这种线选法决定了 2864A对应多组地址空间，即 0000H1FFFH,2000H3FFFH,4000H5FFFH,6000H7FFFH这 8K 字节存储器可 作为数据存储器使用，但掉电后数据不丢失1。

12、2864A的四种工作方式：（1）维持方式：当CE为高电平时，2864A进入低功耗维持状态。此时，输出线 呈高阻状态，芯片的电流从140mA下降至维持电流60mA。（2）读方式：当CE和OE均为低电平而WE为高电平时，内部的数据缓冲器被 打开，数据送上总线，此时，可进行读操作。（3）写方式：2864A提供了两种数据写入方式：页写入和字节写入。页写入：为了提高写入速度，2864A片内设置了 16字节的 页缓冲器”并 将整个存储器阵列划分成512页，每页16个字节。页的区分可由地址的高 9位（A4A12）来确定，地址线的低四位（A0A3）用以选择页缓冲器中的16个地址 单元之一。对2864A的写操作

13、可分为两步来实现：第一步，在软件控制下把数 据写入页缓冲器，这部称为页装载，与一般的静态 RAM写操作是一样的。第二 步，在最后一个字节（即第16个字节）写入到页缓冲器后20ns自动开始，把页 缓冲器的内容写到EEPROM阵列中对应的地址单元中，这一步成为页存储。圈E. 1 28& 4A扩展电竭0123-4567 01234.567 pppn lffpp n p n -II;立ALEIK關s对聲髭焜驢ATAGaikCE亚OEGCjoiBl 2 C 2石I 拥3 卫5 JGLT7C写方式时，CE为低电平，在WE下降沿，地址码A0A12被片内锁存器锁存， 在上升沿时数据被锁存片内还有一个字节装载限

14、时定时器，只要时间未到，数据可以随机地写入页缓冲器。在连续向页缓冲器写入数据的过程中， 不用担心限时 定时器会溢出，因为每当WE下降沿时，限时定时器自动被复位并重新启动计时。 限时定时器要求写入一个字节数据的操作时间Tblw须满足；3卩SGblw 20卩S这样是正确完成对2864A页面写入操作的关键。当一页装载完毕，不再有WE信 号时，限时定时器将溢出，于是页存储操作随即自动开始。首先把选中页的内容 擦除，然后写入的数据由页缓冲器传递到 EEPROM阵列中。字节写入：字节写入的过程与页写入的过程类似，不同之处在于仅写入一 个字节，限时定时器就溢出。(4) 数据查询方式：数据查询是指用软件来检测

15、写操作中的页存储周期是否完 成。在页存储期间，如对2864A执行读操作，那么读出的是最后写入的字节，若芯 片的转储工作未完成，则读出数据的最高位是原来写入字节最高位的反码。 据此, CPU可判断芯片的编程是否结束。如果读出的数据与写入的数据相同，表示芯 片已完成编程，CPU可继续向2864A装载下一页数据。并且编程起来比较简单， 所以此设计采用此方案。4. LED显示电路选择LED显示器是由N个LED显示块拼接成 N位LED显示器。N个LED显示块有N跟位选线，根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不相同，段 选线控制显示字符的字型， 而位选线为各个 LED 显示块的公共端，它控制该

16、 LED 显示位的亮、暗。 LED 显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。四、主电路介绍1. 主机电路核心器件介绍AT89C51是美国ATME公司生产的低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM和128bytes的随机存取数据存 储器（ROM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU和Flash存储单元。功能 强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领 域。AT89C51主要性能参数.与MCS-51产品指令系统完全兼容.4K 字节可重擦写