基于单片机控制的自动送料设计.doc

河南工业职业技术学院河南工业职业技术学院毕业设计任务书 类别：三年制高职 专 业：计算机控制 班 级: 姓 名： 毕业设计题目：基于单片机的自动送料机控制系统设计与实现 指导教师姓名： 负责人签字： 2010 年 11月 11日摘要 本设计是由单片机控制的自动加料系统。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，再将粒子排入漏斗，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，由电子方向阀切换。两个生产线既可单独运行，也可同时运行。加入两者同时运行，当一条生产线输送结束后，判断到另一条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，从而实现功供料自动化。 控制系统的控制器由单片机AT89S52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。关键词：AT89S52，自动送料机控制系统Abstract The feeding for the powder and granule is the difficult problem in thedosing 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 recipe-production 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 AT89S52.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 working time changes. 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 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: single chip microcomputer AT89S52、automatic feed mechanism systemIII目录目 录1 绪 论11.1 课题背景 11.2 课题设计目标 22自动加料控制系统需求分析32.1单片机选择 32.2继电气控制模块 42.3 LED显示模块 52.4 按键模块 62.5 系统的抗干扰性及可靠性 63 自动加料机控制系统总体设计83.1 系统结构原理图 83.2 显示电路83.3 继电器控制电路103.4 键盘电路11 3.5 软件设计144 总结 175 参考文献 18附 录 19绪论1 绪 论1.1 课题背景 制造业是现代文明的支柱之一，其即占有基础地位，又处于前沿关键：它是工业发展光的主体又是国民经济持续发展的基础。而在我国的乡镇企业、私营企业，由于受基金管理等方面的限制，一般送料绝大多数是采用人工手动送料，且缺乏保护装置，这造成“效率低，劳动强度大，事故发生率大”等特点。 随着信息技术的迅猛发展、市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，尤其是随着高新技术日新月异，产品的类型、工艺外形越来越复杂，精度要求越来越高，再加上企业经营与发展必会面对劳工的短缺、人工成本上要省力化、合理化的发展趋势！传统的手工送料已经不能满足要求，这时自动送料机就应运而生。在今天现代科学技术的许多领域中，什么是送料机呢?顾名思义，送料机就是专门用于粒料、粉料、片状料、带状等材料的自动化，数控化，精确化的输送机器，是无论是轻工行业还是重工行业都不可缺少的设备。传统观念，送料机是借助于机器运动的作用力加力与材料，对材料进行运动运输的机器。近代的送料机发生了一些变化，开始将高压空气、超声波等先进技术用于送料技术中。近年来，由于单片机控制技术、检测技术及电力电子技术的发展，作为辅助装置的送料机构自动化水平也越来越高。提高自动化水平不仅可以提高效率、产品的质量同时也能保证工人的人身安全。而单片机就是实现自动控制重要的一环，它是单片微型计算机的简称：是把微型计算机的各个功能部件（中央处理CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器、计算器以及串行通信接口）集成在一块芯片上，构成一个完整的计算机。单片机具有集成度高，体积小，成本低，控制能力强等诸多优点。综上所述，在本着节约资金、降低成本，提高生产率，保障人身安全的科学人性化管理的方针下对送料机构进行自动化设计。此设计中自动加料机控制系统就是采用以单片机为核心的自动控制技术来实现功能的，这样就可以在不购买新设备的基础上对旧设备进行自动化改良，这不仅大大提高了工作的效率，使整个过程又快又稳又节约资金。1.2 课题设计目标本设计是由单片机控制的自动加料系统。根据加工工艺要求要求，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。其采用AT89S52单片机为主控芯片，结合外围电路，通过软件程序组成自动送料机控制系统，能够实现：（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26自动加料控制系统需求分析2自动加料控制系统需求分析在设计的控制系统中，可用一个电机控制两个加料生产线，由电子方向阀切换。两个生产线既可单独运行，也可同时运行。加入两者同时运行，当一条生产线输送结束后，判断到另一条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，从而实现功供料自动化。本控制系统可以根据送料系统的需要，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。控制系统的控制器由CPU和扩展电路组成，CPU控制继电器，继电器控制交流接触器，又由交流接触器控制电机等执行机构的运动。自动加料机控制系统硬件框图LED显示器电 机CPU电磁阀继电气控制满料信号真空管1按 键真空管2图2-1 系统硬件框图各模块分别为LED显示模块 、继电气控制模块、按键模块，各模块组合完成自动加料的要求。2.1 CPU选择 就PLC而言，PLC出Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器，是工业控制计算机。采用梯形图、助记符、功能图等编程语言，完成逻辑运算、顺序控制、记数、定时、计算及模拟量处理等功能。而就单片机，由最简单的输出/输入构成。如输出用LED，输入用开关。并且能实现最基本的运行条件，如应有供电、时钟附属电路等。就本设计主要采用单片机实现。 MCS-51系列单片机包括三个基本型：8031、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适用于应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。也不予采用。AT89S52是一种低耗能、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工窜行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、窜口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。本设计采用AT89S52。2.2继电气控制模块电容式物位传感器无可动部件，与无聊密度无关，但应注意物料含水分时将对测量结果影响很大，并且要求物料的介电常数与空气介电常数差别大，需用高频电路。所以不予采用。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：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。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。2.3 LED显示模块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根为选线，根据显示方式的不同，为选线和段选线的连接方法也各有不相同，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LED显示位的亮、暗。LED显示器有静态现实和动态显示两种显示方式。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段选线（adp）分别与一个8位的锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因此如此，静态显示器的亮度都较高。这种显示方式接口变成容易。付出的代价是占用口线较多，若用I/O接口，则要占用4个8位I/O口，若用锁存器接口，则要用4片74LS373芯片。如果显示器位数增多，则静态显示方式更无法适应，因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。在多位LED显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口，而为选线占用一个4位I/O口。由于各位的段选线并联，断码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，4位LED将显示相同的字符。若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字节的段码。在确定LED不同位现实的时间间隔，不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清楚。但也不能太长，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多。所以，由于本系统只涉及到2位显示输出，就采用了和2片8位移位寄存器同样使用的LED静态显示方式。2.4 按键模块矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成。按键位于行列的交点上。一个3*3的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。同理，一个4*4的行列结构结构可以构成一个16键的键盘。独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的案件工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。由于此种系统中共有启动两条生产线的“启动1”键和“启动2”键、分选择键、秒选择键、时间设置加、时间设置减、时间设置键、确定键。只有这8个就键，比较简单。所以就采用独立式按键接口电路。2.5 系统的抗干扰性及可靠性单片机系统供电线路是干扰的主要来源，电源采用隔离变压器接入电网，隔离变压器在初级和次级之间加了一层屏蔽层。交流接触器是继电器控制的，在紧靠交流接触器的输入端口上加一个电阻和电容串联的电路滤去高次谐波。每个集成电路芯片的电源和地之间要并上0.1uF的陶瓷电容。在输入输出通道上要加光耦P521。除了在继电器通道上外，两个满料信号也要经过P521光耦才送至INT0、INT1。另外，数字地和模拟地要分开，数字地线要粗而短。自动加料机控制系统总体设计3 自动加料机控制系统总体设计3.1 系统结构原理图 主电路采用AT89S52，由于AT89S52内含8KB容量，因此再设计中不需要外扩ROM，含有看门狗（WDT）电路，因此不需要外接看门狗电路。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。电路原理框图如图所示：图3-1 自动加料机控制系统硬件框图3.2 显示电路3.2.1 数码管简介在单片机应用系统中，如果组要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码管显示器件，其中七只发光二极管分别对应ag笔端构成“日”字形，另一只发光二极管dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。 如图所示：图3-4LED 数码管LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共阳型两大类，共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM接高电平，ag、dp各段通过限流电阻控制端。某段控制低电平时，该段发光，高电平时不发光。控制某几段发光，就能显示某个数码或字符。共阴型是将各段发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某段通过限流电阻接高电平时发光。在设计中，LED显示电路采用74LS373驱动器和74LS138译码器控制LED数码管。3.2.2 LED接口电路 LED显示电路采用74LS138译码器控制LED数码管。两个LED显示一条生产线一个工作过程的秒数。两片74LS138把P0口的高四位和低四位译码成十进制控制LED显示。电路图如下：3.3 继电器控制电路3.3.1 74LS138芯片介绍 图3-6 74LS138译码器引脚图74LS138为3线-8线译码器，共有54/74LS138和54/74L138两种线路结构形式，其工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/（G2A）和（G2B）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用G1、/（G2A）和（G2B）可级联扩展成24线译码器：若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作为数据分配器。自动加料机是把塑料粒子送到一个真空管，在输送时真空管关闭合，排料时真空管需要打开，将粒子送到排料漏斗。本设计共需2个继电器控制交流器，一个接带动生产的电动机。另一个为控制工作方向的方向阀。AT89S52的P1初始值为0FFH，所以加一个74KLS04反相器使得继电器初始不产生闭合，使用MC1413为无源驱动器。电路图如下： 图3-8 继电器控制电路3.4 键盘电路 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干扰单片机的主要手段。此设计采用独立式按键。3.4.1 键盘接口 此设计采用的独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 由于此系统中共有启动两条生产线的“启动1”键和“启动2”键、分选择键、秒选择键、时间设置加、时间设置减、确定键。只有这8个键，比较简单。所以就采用独立式按键接口电路。 电路如图所示： 图3-9 键盘接口电路3.4.2 料位开关 本设计采用音叉法，音叉法：根据物料对震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。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。本设计采用LD-YC/YG型音叉式物位限位开关。 LD-YC/YG型音叉式物位限位开关作为一种新型的物位传感器，具有安装简单，不用标定，搅动、气泡对测量无影响等优点。在未来工业过程中将全面取代浮球液位开关等落后的检测方式广泛应用于各行各业。传感器安装于仓的顶部或仓的侧壁上。音叉由压电晶体驱动产生振动，当叉体被液体浸没或被物料埋没时振动频率发生变化。这个变化由电子电路检出并输出一个开关量用于报警或控制。图3-13 LD-YC/YG型音叉式物位限位开关 适用范围中等粘度、腐蚀性液体。流动性好的粉状物料和颗粒状物料。禁用范围高温、高粘度液体。高温、易结垢固体、块状物料。 3.5 软件设计 程序设计流程图： 此流程图中，共有两条生产线，分别用启动1键和启动2键来控制。还可以设置加料时间。当系统开始工作时，真空管1不闭合，电磁阀转向真空管1，电机启动用真空气流将物料吸入真空管1，同时加料时间递减。系统开始检测料满标志是否置1，如果料满标志未置1，则检测输送时间是否为0，如果输送时间不为0，继续加料；若料满标志置1，系统开始检测生产线2是否被启动，如果启动生产线2，则电磁阀转向真空管2，重复项生产线1加料的过程。如果没有启动，电机停转，真空管1开始向料斗1排料，达到料满标志置1继续排料，再判断真空管1中料是否排空，如果排空，或真空管1中料排空且未启动2键，则该生产线1结束；若没有排空且启动2键，则电磁阀转向真空管2，重复生产线1加料的过程。如此循环。总结4总结本设计是基于AT89S52的自动加料系统没有外扩ROM和RAM，程序直接放在AT89S52内部闪存中，而且AT89S52不需要外接看门狗电路。这是第一次利用单片机来实现实际工程项目，所以在实践过程中不可避免的遇到了很多问题以及设计中一些不足的地方。但通过这次设计使我学到了许多，收获许多！有些问题自己刚开始什么也不懂，经过许多努力，查资料问导师最终基本完成了设计的要求。在这里首先向治学严谨，诲人不倦的导师-王林生老师，表示我最衷心的感谢。本论文从最初的选题到任务的制定，系统的设计和开发以及论文的撰写过程中都得到了王老师的悉心指导和指正。正是导师的谆谆教导和热心关怀使我较快的熟悉了用硬件语言来实现项目的过程，并最终顺利完成本文。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，他的循循善诱的教导将积极影响我今后的学习和工作。现实就是这样，生活中由太多的问题我们从没遇到过，但要求我们必须去面对，而且把它做得很好，所以毕业设计也是对我们大学生活的最后一次训练。其次要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下电子专业的基础；同时还要感谢我所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。本次毕业设计才会顺利完成。最后感谢我的母校河南工业职业技术学院三年来对我的大力栽培。参考文献5 参考文献 1 张毅刚等.MCS-51单片机应用技术M.哈尔滨工业大学出版社，2003.72 何立民.MCS-51单片机应用技术M.北京航空航天大学出版社.1998.73 徐爱军 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/显示时间秒 /分显示子程序void delaym(void a ) int m, n, d; TH0=-1000/256; /定时器0高字节八位初始化 TL0=-1000%256; /定时器0低字节八位初始化 for(m=a;m0;m-) for(n=60;n0;n-) /循环60个秒为一分 for(d=1000;d0;d-) /循环1000个毫秒 for(;) if(TF0=1) /检测溢出 TH0=-1000/265; /定时器0高字节八位初始化 TL0=-1000/256; /定时器0低字节八位初始化 break; j-; /每隔一分时间减1P1=i; /显示时间分 /生产线一启动子程序voide delay1(int time) d1=0; /启动生产线1 if(time!=0) d2=0; /启动电动机，开始加料 for(;) switch(temp) /扫描键盘 case 0xfb; /分设置子程序 case 0xf7;switch(temp) /扫描分设置按键 case 0xbf; j+; /时间分加按键减时作用 Break; case 0x7f; j-; /时间分减按键减时作用 Break; /秒设置子程序 case 0xef; switch(temp) /扫描秒设置按键 case 0xbf; i+; /时间秒加按键加时作用 Break; case 0x7f; i-; /时间秒减按键减时作