食堂自动盛饭机设计

食堂自动盛饭机设计摘 要本 文 主 要 介 绍 了 针 对 食 堂 用 的 自 动 盛 饭 机 的 应 用 背 景 、 功 能 特 点 、硬 件 设 计 思 路 及 软 件 设 计 思 路 。 简 单 介 绍 了 8031 单 片 机 、 可 编 程并 行 I/O 接 口 芯 片 8255A、 外 部 程 序 存 储 器 2764 的 外 部 引 脚 及 部分 特 性 。 由 8031 单 片 机 、 可 编 程 并 行 I/O 接 口 芯 片 8255A、 外 部程 序 存 储 器 2764 组 成 自 动 盛 饭 机 系 统 ， 能 够 实 现 自 动 盛 饭 的 目 的 。 人工 盛 饭 （ 稀 饭 ） 很 不 健 康 和 卫 生 ， 自 动 盛 饭 机 能 够 代 替 现 在 的 人 工 盛 饭（ 稀 饭 ） ， 它 使 用 简 单 、 操 作 方 便 、 健 康 卫 生 ， 并 且 特 别 适 用 于 学 校 食堂 。关键词 厨房革命，自动盛饭机，单片机，系统设计，系统控制ABSTRACTThis text mainly introduces to the applied background, function characteristics, the hardware design way of thinking and the software design way of thinking of The Fill Bowl With Rice Of Auto Machine that dining room use.Introduced The Leadfeet and parts of characteristicses of The 8031 Singlechip, The Programmable Proceed Together The I/ O Intoface Chip 8255 A,and The Saving Machine Of The Exterior Procedure 2764 in brief.From The 8031 Singlechip, The Programmable Proceed Together The I/ O Intoface Chip 8255 A, The Saving Machine Of The Exterior Procedure 2764 constitutes the minimum system of The Fill Bowl With Rice Of Auto Machine , It can carry out the purpose that fill bowl with rice automatically. The artificial fill bowl with rice( gruel) very the ill-health and hygiene, The Fill Bowl With Rice Of Auto Machine can replace the artificial now enough to fill bowl with rice automatically( gruel), it use simple, operation convenience, healthy hygiene, and be applicable to the school dining room specially.Keywords Kitchen Revolution，The Fill Bowl With Rice Of Auto Machine, The Singlechip ,The System Design,The System Control1目 录摘 要ABSTRACT1 绪论12 系统设计思路及功能描述22.1 系统设计思路22. 2 系统设计框架22. 3 功能描述22. 4 系统工作步骤32. 5 系统功能模块33 系统技术方案43.1 单片机43. 1. 1 8031 单片机的特点43. 1. 2 8031 单片机的芯片引脚及说明43.2 可编程并行 I/O 借口芯片 8255A53. 2. 1 8255A 概述53. 2. 2 8255A 引脚及引脚说明 53. 2. 3 8255A 接口电路63.3 外扩 8KBEPROM 2764EPROM63. 3. 1 2764EPROM 概述63. 3. 2 2764EPROM 引脚及引脚说明63. 3. 3 2764EPROM 接口电路63.4 电机控制83. 4. 1 交流伺服电动机的特点93. 4. 2 交流伺服电动机的控制方式103. 4. 3 交流伺服电动机的驱动线路及接口103.5 控流电磁阀103. 5. 1 控流电磁阀结构原理103. 5. 2 控流电磁阀分类103. 5. 3 控流电磁阀接口1123.6 LED 数码管123. 6. 1 LED 数码管概述123. 6. 2 LED 数码管显示方式133. 6. 3 LED 数码管接口144 自动盛饭机硬件设计154.1 电源电路154.2 复位电路164.3 键盘电路174.4 显示电路174.5 控制电路174. 5. 1 信号检测电路184. 5. 2 电机控制电路184. 5. 3 发光二极管 D4 控制 195 盛饭机软件设计205.1 系统软件设计流程205.2 系统内存单元分配205.3 编程实现216 结论27 参考文献28附录 A：延时程序的延时时间周期设定磨难实验 29附录 B： YHD 系列化工用全塑料电磁阀简介30致 谢3211 绪论饮食要卫生，然而，现在的大多数食堂、饭店，无论其就餐环境还是其饮食都很不卫生。我们应当发起“厨房革命” ，那就是应用科学技术实现无人做厨，建造“智能厨房” ，提高饮食的卫生质量，让人们健康饮食。人类已经部分实现了做厨无人化，但大多数是针对家庭单位。事实上我们更应当关注公共的食堂、饭店，而这也是“厨房革命”所要解决的最主要的对象。据观察，我们学院食堂的稀饭是用瓷盆盛装的，在用餐时段，稀饭长时间暴露在空气中，加上吃饭时人来人往，稀饭很不卫生；如果盛饭去的晚了，就只能喝冷的稀饭，这对大家的身体不好。为了让全校同学吃到热的、卫生的稀饭，为了方便食堂，特设计了针对食堂用的自动盛饭机。如彩图所示，该图描述了盛饭机的设计外观，外观看该机由两部分组成：1：桶体部分，2：传送带部分。事实上盛饭机系统被设计成由桶体、一个传送带、一个搅拌器、一个电磁阀、两个光电检测器等组成。传送带用来传送盛饭餐具，其功能是把已经装满的餐具运走，并用一只空的餐具来代替。为使餐具恰好对准稀饭流出的出口，使稀饭刚好流入餐具中，在传送带的中间装光电控制器1，用以检测餐具是否到位，电磁阀则控制稀饭流出，当餐具到位时，阀门打开稀饭会自动流入餐具内。检测器2用于检测桶体稀饭液位是否符合要求。每次稀饭盛装的量可以由键盘输入给定值并用软件延时计数的方法来控制。搅拌器用于搅拌稀饭以便稀饭随时保持一定的稠密度。自动盛饭机不但可以实现稀饭的自动盛饭功能，还可以用于开水、免费汤的自动盛装，加之其系统结构简单，操作方便，其应用前景可观。目前该机在生活中、市面上尚无。相信该机能够方便同学们用餐，也能够方便食堂。采用先进的科学技术实现人类衣、食、住、行等方面自动化已经很久了，而采用单片微机更是实现人类衣、食、住、行等方面自动化的有效工具。单片微机正在朝着人性化的方向发展，虽然单片微机技术有着日新月异的发展，但MCS-51 系单片机在实际生活中的应用却很广泛。本设计亦是采用单片微机来实现食堂稀饭的自动盛装，利用 MCS-51 系列中的 8031 单片机设计了一个最小系统，系统中扩展了一片 8255A 可编程接口及程序存储器 EPROM 2764，再加上输入、输出及辅助设备便组成了自动盛饭机系统。22 系统设计思路及功能描述2.1 系统设计思路自动盛饭机被设计成密闭桶式，可以保证稀饭的卫生，并可以在一定时间内保证稀饭的热量。自动盛饭机利用单片机完成控制功能，同时利用按键、LED 数码管、发光二极管为使用提供便利。其内部装有控流电磁阀，可以根据按键的输入定量盛饭，很是方便。 2.2 系统设计框架设计系统框架时，除了需要考虑实现自动盛饭功能外，系统的可操作性和安全性也是很重要的。盛饭机必须设计良好的操作按键及显示系统，在设计中还须考虑报警措施，完善供电电源的设计。图 2.1 所示为系统的设计框架，包括按键输入与 LED 显示、发光二极管状态指示与报警输出、供电电源输入、光电检测输入、电机控制和电磁阀控制。2.3 功能描述自动化盛饭机由单片机控制，根据实际需要用到了传送带、搅拌机、控流电磁阀、LED数码管和发光二极管等。按照设计要求，其可以完成如下功能：a 保温功能，桶体是由外壳(通常可用印花钢板或不锈钢板材料)和内壳(通常可用镀铝钢板材料)，以及在内、外壳之间填充的保温层(一股可用绝缘和绝热的玻璃纤维或硅酸铝纤维材料)组成，这样它的密封性能和保温单片机控制系统电机、电磁阀控制键输入LED 显示发光二极管供电电源光电检测图 2.1 系统设计框架3效果均可达到良好。b 按键、显示功能，通过按键可以方便设定所要求的饭量，并通过LED数码管显示出来。发光二极管显示当前盛饭机的工作状态。c 报警功能，在盛饭机内装有光电检测器，可以检测液位是否符合要求，如不符合启动报警。d 搅拌功能，为了使稀饭的稠密适当，设计了搅拌系统。e 自动盛饭功能，使用皮带传送机传送盛饭餐具，当光电检测器检测到盛饭餐具时，皮带传送机停止运动，同时电磁阀打开，稀饭就自动流出。2.4 系统工作步骤自动盛饭机系统工作步骤如下：a 用键盘设置每次盛饭的量，并存放在PARTS单元中。b 接通电源，通过检测光电传感器2的状态，来判断稀饭液位是否符合要求，符合则系统继续运行，不符合则启动报警程序。符合时使传送带的驱动电机运转，带动餐具一起运动。搅拌器电机也启动开始搅拌。通过检测光电传感器1的状态，判断传送带上的餐具是否到位。c 当餐具运行到检测器1的光源和光传感器的中间时，关断电机电源，使传送带和搅拌器停止，等待盛饭。d 启动电磁阀，阀门打开，使饭流入餐具中。e 当阀门打开的同时，启动延时计数程序，并将计数结果与键盘给定值即存放在PARTS单元中的值进行比较。f 当值未达到给定值时，电磁阀保持打开状态，当值与给定值相等时，停止电磁阀，阀门关闭，同时启动传送带电机和搅拌器电机。让传送带带走盛满的餐具，并带来下一个空的餐具到指定位置，并继续上述过程。2.5 系统功能模块自动盛饭机的主要功能模块可划分为 5 部分： a 按键输入与 LED 指示部分。该模块负责 09 按键的信号输入，并利用数码管显示按键的输入，发光二极管显示工作状态。b 报警提示输出部分。该模块完成盛饭机当饭量不足时，发出报警，即发光二极管闪烁。c 电源部分。该模块实现单片机系统从交流电中整流输出稳定的+5V 供电电压。d 电机、电磁阀部分。电机、电磁阀采用220V 市电供电。4e 光电检测部分。该模块检测液位和检测餐具，并发出相应控制。3 系统技术方案针对上述任务及功能，采用 8031 单片机设计一个最小系统。为了读键盘给定值及完成检测和控制，系统中扩展一片 8255A 可编程接口及程序存储器 EPROM 2764。其原理系统电路图，如图 3.2 所示。如图 3.2 中所示，8031，74LS373，2764 组成最小系统。8031 通过 8255A 的PB 口实现给定值显示。PA 口读入键盘的给定值，PC 口高 4 位设为输入方式，用于检测光电管和 START,STOP 两个键的状态。PC 口低 4 位设为输出方式；其中PC0 控制传送带的动力电机；PC1 控制电磁阀；PC2 控制搅拌器的动力电机。为了提高系统的可靠性及减少误操作，用 PC3 这条 IO 线控制状态指示灯D，D 为红色，当系统出现问题，例如没有设置给定值时，启动 START 键，则 D 灯闪烁，提醒操作者注意，需重新设置参数后再启动。如果系统操作运行正常，则 D保持亮的状态。下面简单介绍本设计系统的技术方案。3.1 单片机单片机作为自动盛饭机系统的主控制单元，它控制所有的输入输出，并根据用户按键信息发出相应的控制信号。本设计选用 MCS-51 系列单片机中的基本型号 8031。3.1.1 8031的特性8031 单片机具有如下特性：a 内部包括一个 8 位 CPU，128B RAM，21 个特殊功能寄存器(SFR)，4 个 8位并行 I/O 口，一个全双工串行口 2 个 16 位定时器、计数器。b 片内无程序存储器，需外扩 EPROM 芯片。c 工作电压单一+5V 电源。d 片外数据存储器的寻址范围为 64K 字。e 程序存储器的寻址范围为 64K 字节。3.1.2 8031的芯片引脚图及说明8031 单片机的制造工艺为 HMOS，采用 40 引脚的双列直插式(DIP)封装。如图3.1 所示，8031 单片机有 40 个管脚，其中可用作 I/O 功能的管脚有 32 个，即5P1.x、P2.x、P3.x、P4.x。在本设计系统中将利用 8031 的 P0 口和 P2 口。3.2 可编程并行 I/O接口芯片 8255A3.2.1 8255A概述8255A 是 Intel 公司生产的可编程的并行 I/O 接口芯片，它有 A、B、C 三个可编程的 8 位 I/O 接口，有 3 种工作方式。8255A 共 40 个引脚，采用双列直插式封装。由于 8255A 使用灵活方便，通用性强，在本设计中用 8255A 作为 8031 单片机与执行器的中间接口。 P1.0 VCCP1.1 P0.0 AD0P1.2 P0.1 AD1P1.3 P0.2 AD2P1.4 P0.3 AD3P1.5 P0.4 AD4P1.6 P0.5 AD5P1.7 P0.6 AD6RST/VPD P0.7 AD7RXDP3.0 EA/VPPTXDP3.1 ALE/PROGINT0 P3.2 PSENINT1 P3.3 P2.7 A15T0P3.4 P2.6 A14T1P3.5 P2.5 A13WR P3.6 P2.4 A12RE P3.7 P2.3 A11XTAL2 P2.2 A10XTAL1 P2.1 A9VSS P2.0 A3.2.2 8255A引脚及引脚说明1) 8255A 的引脚如图 3.3 所示。2) 引脚说明：a D7-D0：三态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数据信息。b CS ：片选信号线，低电平有效，表示芯片被选中。c RD ：读出信号线，低电平有效，控制数据的读出。1 402 39 3 384 375 366 357 346 337 328 319 3010 2911 2812 2713 2614 3515 3416 2317 2218 21图 3.1 8031 外部引脚图5d WR ：写入信号线，低电平有效，控制数据的写入。e VCC ：+5V 电源。f PA7-PA0：A 口输入/输出线。g PB7-PB0：B 口输入/输出线。h PC7-PC0：C 口输入/输出线。i REST：复位信号线。j A1-A0：地址线，用来选择 8255A 内部端口。3.2.3 8255A接口电路由于 8255A 是标准的通用可编程 I/O 接口，因此单片机与 8255A 的接口电路相当简单，单片机的数据线与 8255A 的数据线对应相连；8255A 的地址线 A0、A1连接到单片机的地址总线 A0、A1 上，8255A 的片选线 CS 连接到单片机的地址线的高位上；单片机的读写线 RD、WR 对应地连接到 8255A 的读写线 RD、WR；其它口线的连接取决于 8255A 的工作方式。图 3.4 为 8255A 与 8031 单片机的一种接口电路，其中 PA 口设置成输入方式，PB 口设置成输出方式，PC 口高四位设置成输入方式，PC 口低四位设置成输出方式。在本设计系统中，8255A 的 PA 口用于键盘控制，PB 口用于 LED 显示，PC 口高四位用于输入，PC 口低四位用于输出控制。其详细接口电路如图 3.2 所示。3.3 外扩 8KBEPROM 2764EPROM3.3.1 2764EPROM概述根据程序需要选择 2764，它是一种 8KB 的紫外线擦除、可电编程的只读存储器，单一+5V 供电，工作电流为 100mA，维持电流为 50mA，读出时间最大为250ns。3.3.2 2764EPROM引脚及引脚说明1) 2764 为 28 脚双列直插式封装，其引脚配置如图 3.5 所示。2) 引脚功能：a A0-A12：地址线。b I/O0-I/O7：数据输出线。c CE：片选。d OE：数据输出选通线。e VPP：编程电源，+12.5V。f PGM：编程脉冲输入线。3.3.3 2764EPROM 接口电路2764 与 8031 的接口电路如图 3.6 所示，它是一个 8031 单片机的最小系统。62764 的存储容量为 8KB，它的 A8A12 与 8031 的 P2.0P2.4 连接，形成高 5 位地址线，而 P2.5P2.7 未用，在一般情况下它们也不能移作它用。图中地址锁存器采用芯片 8382，其特性与 74LS373 类似。本设计系统采用 74LS373 作为 8031 与 2764 的地址锁存器，本设计中2764EPROM 7PA3 PA4图 3.2 原理系统电路图1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21218PA2 PA5 PA1 PA6 PA0 PA7RD WRCS RESETGND D0A1 D1 A0 D2PC7 D3PC6 D4PC5 D5PC4 D6PC0 D7PC1 VCCPC2 PB7PC3 PB6PB0 PB5PB1 PB4PB2 PB3的详细接口电路如图 3.2 所示。 3.4 电机控制伺服电动机亦称执行电动机，在信号来到之前，转子停止不动，信号来到之图 3.4 8255A 的扩展接口电路图 3.3 8255A 的外部引脚9后，转子立即转动；信号消失之后，转子又能即时停止转动。由于这种“伺服”性能，因而将这种控制性能较好、功率不大的电动机称做伺服电动机。常用的伺服电动机有交流伺服电动机和直流伺服电动机两大类。本系统由于直接采用市电供电，因而使用交流伺服电动机。下面简单介绍交流伺服电动机。VPP VCCA12 PGMA7 NCA6 A8A5 A9A4 A11A3 OEA2 A10A1 CEA0 I/O7I/O0 I/O6I/O1 I/O5I/O2 I/O4GND I/O33.4.1 交流伺服电动机的特点交流伺服电动机的任务是将电信号转换为轴上的角位移或角速度的变化。交流伺服电动机的输出功率一般是（0.1100）W，最常用的是 30W 以下的。其电源频率为 50Hz 是，电压是 36V，110V220V，380V；电源频率为 400Hz 时，电1 282 273 264 255 246 237 228 219 2010 1911 1812 1713 1614 15图 3.5 2764 引脚配置图 3.6 扩展 2764AEPROM10压是 20V，26V，36V，115V。3.4.2 交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机不仅须有启动和停止的伺服性，因而还须具有对转速大小和方向的可控性。根据不同的用途，可以采用以下三种不同的控制方法：a 幅值控制 即保持控制电压的相位不变，仅仅通过改变其幅值来进行控制。b 相位控制 即保持控制电压的幅值不变，仅仅通过改变其相位来进行控制。c 幅-相控制 同时改变控制电压的幅值和相位来进行控制。3.4.3 交流伺服电动机的驱动线路及接口如图 3.7 所示是单相交流伺服电动机驱动线路，他仅控制伺服电动机停止、旋转和停转。为了提高抗系统干扰能力，系统采用了光电隔离技术。在该电路中采用固态继电器（SSR）控制电机，当 PCX 端口为高电平时，经过反向变为低电平，交流固态继电器接通，电动机启动。当 PCX 端口为低电平时，电动机停止旋转。3.5 控流电磁阀3.5.1 控流电磁阀结构原理控流电磁阀结构原理如图 3.8 所示它是由线圈、固定铁芯、可动铁芯及阀体等组成。线圈不通电时，可动铁芯受弹簧作用与固定铁芯脱离，阀门处于关闭状态。当线圈通电时，可动铁芯克服弹簧的弹力作用而与固定铁芯吸合，阀门处于打开状态。这样，就控制了液体和气体的流动。图 3.7 电机控制113.5.2 控流电磁阀分类电磁阀有交流和直流两类。交流电磁阀使用方便，但容易产生颤动，启动电流大，并引起发热。直流电磁阀可靠，但需专用电源，如 12V，24V，48V 等。3.5.3 控流电磁阀接口由于电磁阀是由线圈的通断电来控制的，起工作原理是带动活动芯运动，其与微型计算机接口如图所示，它是由光电隔离及开关电路等控制交流电磁阀。由于线圈要求交流电，所以通常用双向可控硅驱动或使用直流继电器作为中间继电器控制。如图 3.9 所示接口电路。图中交流电磁阀线圈由双向可控硅 KS 驱动。KS 的选择要满足：额定工作电流为交流电磁阀线圈工作电流的 2-3 倍，额定工作电压为交流电磁阀线圈电压的2-3倍。对于中小尺寸交流 220V 工作电压的交流电磁阀，可以选择 3A，600V 的双向可控硅。光电隔离器 MOC3041 的作用是触发双向可恐硅 KS 以及隔离微机和电磁阀系统，光电隔离器的输入端接 7407，由 8255A 的 PC1 口控制。当 PC1 输出低电平图 3.8 电磁阀结构原理图图 3.9 交流电磁阀接口电路12，双向晶闸管 KS 导通，电磁阀吸合；当 PC1 为高电平，双向晶闸管 KS 断开，电磁法释放。MOC3041 内部带有过零电路，因此双向晶闸管 KS 工作在过零出发方式。3.6 LED 数码管3.6.1 LED数码管概述LED 数码管是由发光二极管组成的，由于制造材料的不向，可相应发山红、黄、蓝、紫等各种单色光。发光二极管可以有多种组成形式，其中 7 段数码管应用最多，其次为“米”形数码管。根据显示块内部发光二极管的连接方式不同，又有共阴极和共阳极两种形式，如图 3.12 所示 。利用 LED 组成的数码管，将十进制数码分成 7 个字段，每段为一发光二极管，其字型结构如图 3.10 和图 3.11 所示。由于发光二极管通常需要十几到几十毫安的驱动电流才能正常发光，因此,由图 3.10 “米”字外形引脚图 3.11 数码管的外形及引脚13微型机发出的显示控制信号必须经过驱动电路才能使显示器正常工作。现在已经生产出集成电路驱动器，以及带有译码功能的多功能芯片。采用这类芯片，可同时完成 BCD 码至 7 段数码管显示模型的转换和电流驱动工作，使用起来很方便。图 3.11 中，使不同“段”的二极管发光即可构成不同的字母或数字，例如使图 3.11 中的 a，b，g，e 和 d 段同时发光，则组成一个“2“字；当 abcdefg这 7（a）共阴极接法 (b) 共阳极接法个字段全亮时，显示 8；当 bc 段亮时，显示 1。各种数字和字母与 7 段代码的关系，如表 3.1 所示。3.6.2 LED数码管显示方式在微型计算机控制系统中，常用的显示方法有两种：一种为动态显示，一种为静态显示。a 动态显示动态显示，就是微型计算机定时地对显示器件扫描。在这种方法中，显示器件分时工作，每次只能有一个器件显示。但由于人的视觉有暂留现象，所以，仍感觉所有的器件都在显示，如许多单片机的开发系统及仿真器上的 6 垃显示器即采用这类显示方法。此种显示的优点是使用硬件少，因而价格低，线路简单。但它占用机时长，只要微型计算机不执行显示程序，就立刻停止显示。由此可见，这种显示将使计算机的开销增大，所以，在以工业控制为主的控制系统中应用较少。b 静态显示静态显示，是由微型计算机一次输出显示模型后，就能保持该显示结果，直到下次发送新的显示模型为止。这种显示占用机时少，显示可靠，因而在工业过程控制中得到了广泛的应用。这种显示方法的缺点是使用元件多，且线路比较复杂。但是，随着大规模集成电路的发展，目前已经研制出具有多种功能的显示器件，例如锁存器、译码器、驱动器、显示器四位一体的显示器件，用起来比较方图 3.12 发光二极管的接法14便。表 3.1 数字、字母与 7 段代码关系表代码（十六进制） 代码（十六进制）字母或数字共阴极 共阳极字母或数字共阴极 共阳极(A) 77 88 （r ） 50 AF(b) 7C 83 (U) 3E C1(C) 39 C6 (u) 1C E3(c) 58 A7 (y) 66 99(d) 5E A1 (0) 3F C0(E) 79 86 (1) 06 F9(F) 71 8E (2) 5B A4(H) 76 89 (3) 4F B0(h) 74 8B (4) 66 99(I) 06 F9 (5) 6D 92(J) 1E E1 (6) 7D 82(L) 38 C7 (7) 07 F8(n) 54 AB (8) 7F 80(O) 3F E0 (9) 6F 90(o) 5C A3 (-) 40 BF(p) 73 8C (?) 53 AC(n) 空格 00 FF3.6.3 LED数码管接口在本系统中，采用 74LS377 锁存器作为系统扩展并行 I/O 口与 LED 连接。如图 3.13 所示为 LED 驱动电路。LED 为共阴极接法静态显示。a,b.dp 接 74LS138 的输出口Q0-Q774LS377 D0-D7LEDPB 口8255A图 3.13 LED 驱动图154 盛饭机硬件设计系统硬件电路连线如图 3.2 所示。4.1 电源电路在计算机控制系统中，不同的场合叙用到不同等级的直流稳压电源供电，如+5V、-5V、+12V、-12V、+15V、-15V、18V、24V 等。直流稳压电源可以采用分立元件设计，但更多的采用集成稳压器来设计。集成稳压器具有体积小，可靠性高，成本低，使用方便等优点。本系统需+5V 电源供电，因此本系统电源采用固定式集成稳压器 W7805 来设计，表 4.1 是 W7805 的性能及参数。W7805 是三端输出电压固定式正输出集成，该器件只有输入端 1、输出端 2和公共端 3，其外形、引脚如图 4.1 所示，其接法如图 4.2。使用时需在输入端和输出端与公共之间各并联一个电容。C1 是输入滤波电容，一般为 0.33F，用来改善纹波和抑制高频干扰。C2 是输出电容，一般为 0.1F，用于改善负载的瞬态响应。表 4.1 W7805 的性能及参数型号 输出电压 最大输入电压 VO/V最大输出电流 IO/A最小输入、输出电压（V I-VO）min/V差电压调整率 SV纹波抑制比 Sr/dBW7805 5 35 2.2 2 0.1%0.2% 63由于直接采用市电供电，针对本系统及 W7805 的特性设计了如图 4.3 所示的+5V 稳压电源。15a 金属封装 b 塑料封装4.2 复位电路MCS51 单片机系统常常有上电复位和操作复位两种方法，所谓上电复位是指计算机上电瞬间，要在 RST 引脚上出现宽度大于 10ms 的正脉冲，使计算机进入复位状态。操作复位指拥护按下“复位”按钮是计算机进入复位状态。复位是靠外部电路实现的。本系统采用如图 3.4 所示的上电复位及按钮复位实用电路。图 4.1 三端输出电压固定式集成稳压器 W7805 外形封装图 4.2 三端输出电压固定式集成稳压器 W7805 接法图 4.3 电源电路17上电时+5V 电源立即对单片机芯片供电，同时经 R 对 C3 充电。C3 上电压建立的过程就是负脉冲的宽度，经倒向后，RST 上出现正脉冲使单片机实习了上电复位。按钮按下时 RST 上同样出现高电平，实现了操作复位。电容 C1、C2 起滤波作用，防止干扰窜入复位端产生误动作。该复位电路同样适用于可编程并行I/O 接口芯片 8255A。4.3 键盘电路为使系统简单，设计了一个由二极管矩阵组成的编码键盘，如图 4.5 所示。a 4 个 R 的阻值均为 510 用于采集按键的信号。b 四输入与非门 7420 产生选通信号。c A、B、C、D 分别与 8255A 的 PA0-PA3 相连。键盘输出信号 D，C，B，A(BCD 码)分别接到 8255A 的 A 口 PA3-PA0，键选通信号 KEYSTROBE(高电平有效)，经反向器 74LS04 接到 803l 的 INT0 管脚。当某一个键按下时，KEYSTROBE 为高电平，经反相后的下降沿向 8031 申请中断。8031响应后，读入 BCD 码值，作为给定值，并送显示。由于系统设计只有 1 位显示，所以最多只能给定 9。当键未按下时，所有输出端均为高电平。当有键按下后该键的 BCD 码将出现在输出线上。例如,按下6键时,与键 6 相连的两个二极管导通，所以 D、A 线上为低电平,B,C 仍为高电平,因此输出编码为 0110,其余依次类推。当任何一个键按下时，四输入与非门 7420 产生一个高电平选通信号KEYSTORBE,此信号经反向器后向 8031 申请中断。4.4 显示电路显示电路如图 3.2 所示，其中说明如下：图 4.4 复位电路17a 74LS377 用来锁存待显示的数据。b 74LS138 用来选通锁存器。c R10R17，阻值均为 510，用于驱动发光二极管。d 8255A 的 PB 口作为显示输出控制端口。4.5 控制电路系统控制电路主要有三部分：一是信号检测；二是传送带电机控制、搅拌器电机控制、电磁阀控制；三是发光二极管 D4 控制。如图 3.2 所示，8255A 的PC0-PC3 用于系统输出控制，PC0 经反向后接交流固态继电器 SSR1 控制传送带的驱动电机；PC1 经反向后接光电隔离器 MOC3041 控制电磁阀的电源；PC2 经反向后接交流固态继电器 SSR2 控制搅拌器的驱动电机；PC3 接发光二极管 D4（红色）作为状态指示和报警。PC4-PC7 作为系统输入信号控制，PC7 接光电检测器 1，PC6 接光电检测器 2，PC5 接启动开关，PC4 接停止开关。4.5.1 信号检测电路光电检测器 1 判断餐具是否到位，并发出相应的控制电机、电磁阀的信号。图 4.5 键盘编码原理电路图19光电检测器 2 用于检测液位，当光电检测器 2 检测到的液位满足要求的液位时，发光二极管 D4 点亮；当光电检测器 2 检测到的液位低于要求的液位时，发光二极管 D4 闪烁报警。a R6、R7 为 510 电阻。b V1、V2 为晶体管。c 光电检测器采用对射式。即将投光器与受光器置于相对的两个装置，光束也是在相对的两个装置之间，穿过投光器与受光器之间的物体会阻断光束并启动受光器。4.5.2 电机控制电路为了提高抗干扰能力，系统采用了光电隔离技术。电机可以采用多种方法控制，如固态继电器(SSR)、可控硅(SCR)及大功率场效应管等。本系统采用固态继电器(SSR1、SSR2)，其控制电路原理如图 4.6 所示。当按下启动键(START)后，使 PC0 和 PC2 输出高电平，经反相后变为低电平，固态继电器（SSRl、SSR2）发光二极管亮，因而使得 SSR1、SSR2 导通，交流电机通电，使传送带带动餐具一起运动，使电机驱动搅拌器搅拌。当餐具行至光源与光电检测器 1 之间时，光被挡住，使光电传感器输出为高电平（PC7 为高电平） 。当微型机检测到此高电平后，PC0、PC2 输出低电平，反向后变为高电平，固态继电器（SSRl、SSR2）发光二极管熄灭，使得 SSR1、SSR2 断开，传送带电机、搅拌电机停止。并同时使电磁阀通电(PC1 输出高电平)，电磁阀阀门打开，使稀饭流入餐具内。同时采用软件延时记数并与给定值比较，如果计数值小于给定值，则继续计数；一旦计数值等于给定值，则停止计数，此时关断电磁阀的电源，并接通传送带和搅拌器的电源，让装满的餐具移开，同时带动下一个餐具到位，并重复上述过程。194.5.3 发光二极管 D4控为了提高系统安全性用 PC3 I/O 线控制状态指示灯 D4（红色） ，当系统出现问题，例如没有设定给定值或光电检测器检测到液位不符合要求时，D4 闪烁。当系统运行正常时，D4 保持亮的状态。电路连接如图 3.2。a R4、R5 为 510 电阻。b V3 为晶体管。c D4 为发光二极管（红色） 。5 盛饭机软件设计5.1 系统软件设计流程通过上述分析可知，本系统键盘的作用主要是输入给定值。当给定值设定后，在盛饭过程中就不再改动。因此为了提高实时性，系统通过中断方式(INT0)做键盘处理。对空的餐具是否到位，则采用查询方法。如图 5.2 所示。中断服务程序主要用来设定给定值，当给定键盘有键按下时，KEYSTORBE 输出高电平，经反相器后向 8031 申请中断。在中断服务程序中，读入该键盘给定值，一方面存入给定单元 (PORTS)，另一方面送去显示，以便检查输入的给定值是否正确。完成上述仟务的中断服务程序流程如图 5.1 所示。5.2 系统内存单元分配为了设计如图 51 和 52 所示的程序，首先需设置有关内存单元。如图5.3 所示，这里用 8031 内部 RAM 的 20H 单元的 00H04H 五位分别代表电机 l、电磁阀、电机 2、报警与正常运行标志单元；用 21H 种的 08H 位作为饭量的计数标志单元。当计数值等于给定值时，则标志单元置 1，否则为 0。一旦此标志单元为 l，则停止计数，把装满餐具运走并重新运来一个空的餐具，若盛饭的桶体内的液位不符合要求，将产生报警，告知系统有误，此时系统会自动停下来，等图 4.6 电机控制电路图21待人员处理。主程序稀饭金额清零设定 8255A 的工作方式清显示单元，指示灯设中断方式开中断启动电机 1、2碗到位了吗？停电机 1、2 启动电磁阀延时计数计数等于给定直吗？电磁阀