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1、毕业设计说明书题目:基于89C52的免烧砖配料控制系统设计 目 录1概述31.1研究背景31.2 任务要求32 方案论证42.1 配料控制系统方案42.2 方案设计43 硬件电路设计63.1晶振与复位电路63.2 传感器73.3 放大电路与AD转换电路83.4 配方存储器件103.5 继电器电路113.6 电源电路123.7 按键123.8 显示电路134 系统软件设计154.1 系统主程序流程图154.2 按键的扫描174.3 EEPROM的操作174.4 A/D转换的处理194.5 显示电路20总 结23致 谢24参考文献25附录A 原理图26附录B 程序2711概述1.1研究背景配料控制
2、系统在目前的工业生产中占据了举足轻重的位置， 由于半导体技术的发展配料控制系统由原来的纯人工操作发展到后来的通过机械以及人工进行半自动控制，随着可编程电子逻辑器件的不断发展，现在的配料控制系统已经逐步采用以微控制器为核心的自动化智能化控制系统，拥有良好的人机界面，便于操作和修改，可靠性能和生产效率大大提高。1.2 任务要求本课题是对物料称重的研究，我们要在系统称量误差上，便于维护、效率上，改变物料配方的操作上，自动化程度上，能耗上，造价上等兼顾。因此，配料控制系统要达到以下要求：本设计属于对不同的配料按照配方的要求进行精确称量的控制系统。尤其是配方的可变性和可修改性。本设计中开发的基于MCU的
3、控制器最新技术，实现物料的称量，配方的替换，系统的启停控制等功能。本设计是一种物料称重系统，在料仓的下方有送料皮带，控制送料的量，皮带下方是称量料斗，物料送入后由重力传感器检测出物料的重量信息并通过放大器，A/D转换后送入MCU中，当MCU检测到物料达到配方要求时，控制停止送料皮带电机，停止送料，并开始下一物料的称量，当所有物料称量完成后启动称量料斗电机转移物料至混合料斗。MCU通过继电器来控制电机的工作状态，电机带动机械装置来控制送料的多少，人机交互界面由键盘和液晶显示电路来实现。2 方案论证 本章先通过对总体方案，传感器、电压放大电路,信号处理方法，人机交互方法，软件的编译环境及其选用的语
4、言等技术方面进行了对比论证和选择，然后提出配料控制系统的主要技术指标，最后确定了配料控制系统的总体设计方案。2.1 配料控制系统方案早期的配料控制系统基本由人工进行操作和控制，精度和快速性都要依靠人工的熟练操作程度,因此系统难以长时间保持高效率的工作，而且因为工作环境的恶劣对工作人员的身心健康有很大的不利的影响。因此这种方法现在已经基本被各个厂家淘汰。随着电子技术、传感技术、计算机技术以及智能控制理论的发展，工业生产过程中对配料的精度、安全、稳定、自动化程度都提出了新的要求。配料控制也有人工控制转向电子自动控制，通过传感器，放大电路，微控制器等电子设备组成自动控制系统，大大提高了配料精确度和生
5、产效率。通过对比，本系统采用第二种设计方案，即以传感器、信号处理电路、微处理器等电子器件构成的自动控制系统。2.2 方案设计配料控制系统实物图如图2-1所示：图2-1配料控制系统实物图上方三个料斗分别为不同物料的存放料斗，料斗下方有一个传送带，最下方的料斗为混合料斗，混合料斗下方的传送带上装有压力传感器，开始工作时，电机带动存放料斗的物料传送皮带将物料下泄到下方的混合料斗中，压力传感器实时检测物料重量并将数据传送给单片机，单片机根据设定好的配方比来确定是否停止送料，当该物料达到配方要求值时控制皮带电机停转，停止送料，并启动下一物料皮带电机开始下一物料的送料，等所有物料按配方要求送到混合料斗时，
6、单片机控制皮带电机将混合料斗物料送给混合搅拌机；并开始准备下一轮送料过程，整个送料过程的实时物料重量数据及其当前的配方序号显示在液晶上，物料配方可通过键盘进行更改。根据以上工作过程，配料控制系统总体框图如图2-2所示： 图2-2 配料控制系统总体框图 由系统总体框图可以看出由四个压力传感器T105组成的电阻桥经过电压放大24位A/D转换芯片HX711-BF芯片进行信号处理后送入微控制器AT89C52单片机中进行运算，单片机将处理的实时过程和结果送到12864液晶显示同时控制继电器的吸合和断开。键盘负责命令数据的输入。3 硬件电路设计3.1晶振与复位电路该配料控制系统要求实现对传感器电压信号的采
7、集，放大，A/D转换并交由单片机进行数据处理，从而通过继电器来控制电机达到控制物料重量的目的。结构并不十分复杂，因此可选用STC公司的8位微处理器单元89C52RC40I-PDIP。该单片机最高工作频率可达40MHZ，片内程序存储空间为512字节；程序存储空间为8K字节；工作电压为5.5V3.8V。单片机复位电路如图3-1所示：图3-1 单片机复位电路复位电路的作用是对单片机进行系统的初始化，确保单片机开始正常工作前所有工作部件都保持在设置的默认状态下。51单片机的复位要求是：RST保持两个机器周期以上的高电平时自动复位。 因为考虑到芯片刚刚上电时由于供电不稳定而做出错误的计算，所以增加一个上
8、电复位以达到延时启动CPU的目的，使芯片能够正常工作。当单片机电源电路开始供电时S0未按下，此时REST因为R15的存在保持高电平状态（保持时间大于两个机器周期）。然后10uF电容开始充电，充电完成后REST恢复为低电平，复位工作完成，单片机开始正常运行。当S0按下时REST为高电平状态（时间大于两个机器周期），松开时又恢复低电平状态，手动复位工作完成。单片机晶振电路如图3-2所示：图3-2 单片机晶振电路晶振电路用来给单片机提供精确的时钟频率，单片机的时钟频率就如一首歌的节拍一样，所有运行在单片机里的指令要按照时钟频率来一步步执行，否则就会出错。容量为30pF电容C1，C2的两端分别接晶振的
9、一段并和GND相连。其作用是消除单片机外部晶振与单片机直接相连时产生偕波，保持晶振电路的可靠性和稳定性的要求。3.2 传感器本设计为配料控制系统，考虑到工作环境的恶劣多变性，要求压力传感器具有较大的量程，以及比较精确的灵敏度要求，能够很好的适应不同温度下的工作环境，其非线性和重复性以及抑制温漂的能力要强。但鉴于市场上高性能的完全符合要求压力传感器价格较为昂贵。在这里我选择TI公司的半桥式压力传感器T105，量程为50kg，灵敏度1.10.15mv/v,输入电阻10005，推荐激励电压510V，工作温度范围-10+50，尺寸规格34*34*7.8mm。同时为了提高量程，将四个传感器组成电阻桥形式
10、，将单片机电源+5V做激励电压，能实现基本功能。硬件接线图如图3-3所示：图3-3 T105压力传感器接线图其中E+,E-两个引线分别直接接HX711-BF输入端电源正负极，A+,A-引线为差分电压信号，直接接HX711-BF输入端A信号正负极。3.3 放大电路与AD转换电路传感器选择T105,满量程输出=激励电压（5V）*灵敏度（1.1mv/v）=5.5mv由于输出电压较小，不能直接驱动单片机I/O口，因此要对电压进行放大处理，放大过后的电压要转换为数字量才能输送给单片机处理。鉴于以上考虑，我采用海芯科技公司专为高精度电子称设计的24位A/D转换器芯片HX711-BF，片内集成低噪声可编程放
11、大器，通过软件可选择不同增益。HX711芯片内集成了包括稳压电源，片内时钟振荡器等外围电路，也可通过管脚控制选择使用外部时钟电路。控制信号由数据时钟管脚来直接实现，无需对内部寄存器编程，增益可选择128或64，对应满额度差分输入信号幅值分别为20mv，40mv。上电自动复位功能简化了开机初始化过程。工作电压范围2.65.5V，工作温度范围-40+85。HX711-BF实物图如图3-4所示：图3-4 HX711-BF实物图HX711-BF接线原理图如图3-5所示：图3-5 HX711-BF接线原理HX711 芯片内的稳压电路可同时向A/D 转换器和外部传感器提供模拟电源。稳压电源的供电电压(VS
12、UP)和与数字电(DVDD)通过C6滤波电容接VCC。将管脚X1接GND，HX711将自动选择使用片内的时钟振荡器，并自动关闭外部时钟和晶振相关电路。E+,E-接压力传感器的电源端，在这里，E+通过三极管Q2接到电源VCC上，由BASE控制，E-直接接GND。信号通道有两个即A通道和B通道（未标出），A通道由A+，A-组成分别接到HX711的INA+，INA-端。C4为A通道滤波电容，R10为限流电阻。串口通讯由管脚PD_SCK和DOUT组成，用来输入数据，选择输入通道和增益。本次设计中选择A通道128倍信号增益，可将压力传感器电桥T105输出的5.5V电压放大128倍(通过软件实现)，然后采
13、样输出24bitAD转换值，单片机通过时序将24bit数据读出。传感器供电电压计算：应变片电阻桥的供电电压（E+,E-）由HX711-BF提供即AVDD和AGND。其中电压V（AVDD）=VBG(R1+R2)/R2计算，VBG为模块基准电压1.265V。R1选用阻值为20K的电阻；R2选用阻值为20K的电阻。因此计算得V(AVDD)=4.35V。即传感器供电电压为4.35V。在。4.35V供电电压下200KG的传感器最大输出电压是4.35v*1.1mv/v=4.785mv。经过128倍放大后最大电压为4.785mv*128=612.48mv。经过A/D转换后输出的24bit数字值最大为：612
14、.48*224/4.35v=2362232。再交由程序处理数据。3.4 配方存储器件为了实现配方的保存，采用掉电后数据不丢失的存储芯片EEPROM，由于配方所占的存储空间并不大，我采用ATMEL公司的EEPROM产品AT24C02A,工作电压为1.8V5.5V,具有256*8（2K bits）的存储空间，直流输出5.0MA,采用两线串行接口，完全兼容IIC总线。AT24C02原理接线图如图3-6所示：图3-6 AT24C02原理接线图A0，A1，A2引脚为器件的地址输入引脚器件地址为0x1010 A2A1A0(R/W)，用于单片机对器件的寻址操作，由于系统只用一片AT24C02A芯片，为了简便
15、操作在这里将地址选择引脚全部接地，地址为0x1010 000(R/W)，SDA是串行数据输入输出引脚，负责与单片机进行数据交换，SCK是串行时钟输入引脚，由单片机来控制时钟的输入来保证数据的输入正常。SDA,SCK通过两个阻值为10K的电阻与VCC相连，默认保持为高电平。WP引脚为写保护引脚，WP引脚接高电平时AT24C02允许单片机进行读写操作；WP接VCC时，使能写保护，芯片的高半存储阵列只能读不能写。由于要对EEPROM进行读写，为了方便起见将WP直接接GND。3.5 继电器电路继电器采用汇科的HK4100F-DC24V-SHG,触点负载3A 250V AC/30V DC,工作温度：-25+70阻值(士10%)： 2880线圈功耗：0.2W 额定电压：DC24V吸合电压：DC 18V释放电压：DC2.4V，线圈与触点间耐压：4000VAC/1分钟触点与触点间耐压：750VAC/1分钟。 由于继电器吸合电压为18V，超出了89C52单片机直接的驱动范围，因此需要加一个ULN2003功率驱动电路芯片来保证继电器的正常工作。驱动电路原
