吉 林 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 論文題目： 自動加料機控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 專業(yè)年級： 電子信息科學(xué)與技 指導(dǎo)教師 ： 職稱： 講 師 2009 年 6 月 5 日 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 I 目 錄 題目 . I 摘要 及關(guān)鍵詞 . I 1 前 言 . 1 目來源及課題意義 . 1 動加料機控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求 . 1 統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) . 1 2 方案論證 . 1 片機的選擇 . 1 位傳感器的選擇 . 2 容式物位傳感器 . 3 力式料位傳感器 . 3 儲器擴展電路的選擇 . 4 4展 . 4 864A 芯片擴展 . 5 示電路選擇 . 6 態(tài)顯示方式 . 7 態(tài)顯示方式 . 7 盤輸入電路 . 7 陣式鍵盤接口 . 7 立式按鍵接口 . 8 3 自動加料機主電路 . 8 統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 . 8 機電 路核心器件介紹 . 8 能特性概述 . 9 腳功能說明 . 9 示電路 . 9 4片介紹 . 11 片介紹 . 12 口電路 . 13 電器控制電路 . 13 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 盤及顯示電路 . 14 盤接口 . 14 255A 芯片介紹 . 15 255A 引腳功能 . 16 據(jù)存儲模塊設(shè)計 . 18 門狗 路 . 21 位開關(guān) . 22 4 系統(tǒng)的抗干擾及可靠性 . 25 5 軟件設(shè)計 . 25 6 結(jié)論語 . 31 參考文獻 . 31 致 謝 . 32 附錄一 系統(tǒng)總體電路原理圖 . 33 程序清單 ： . 34 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 I 自動加料機控制系統(tǒng) 學(xué) 生：白云龍 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師：宮 鶴 摘 要 ： 本設(shè)計主要是研究自動加料系統(tǒng)與 料斗式干燥機配套的加料系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的控制器有單片機 89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 . 關(guān)鍵詞 ： 單片機 89展電路；繼電器；交流接觸器 ; 料位傳感器 of 9of of to AC by of as of up of as be of 9AC 林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 1 1 前 言 目來源及課題意義 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)起這愈來愈重要的作用，并且，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化水平也越來越高。自動控制利用控制裝置使被控對象的某個參數(shù)自動的按照預(yù)定的規(guī)律運行。本設(shè)計的自動加料機控制系統(tǒng)就是采用自動控制技術(shù)來實現(xiàn)功能的，這樣就大大提高了工作的效率，整個過程又快又穩(wěn)。 動加料機控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求 本設(shè)計是 由單片機控制的自動加料系統(tǒng)是與玉米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：先將玉米干燥機前儲糧倉裝滿糧食，儲糧倉內(nèi)安 裝有 5套料位計，一個高料位，一個低料位，三 個低位限制報警。玉米干燥機內(nèi)裝有 3個料位計 ，一個高料位，一個低料位，一個低位限制報警 。儲糧倉前有一套電機控制的皮帶輸送機，倉內(nèi)料位計控制電機，確保倉內(nèi)一直有糧食供給玉米烘干機使用。玉米烘干機前有一套斗式提升機，斗式提升機在設(shè)備生產(chǎn)的情況下是一直工作的，斗式提升機前有一套電機控制的皮帶輸送機，玉米干燥機內(nèi)的 3個料位計控制皮帶輸送機的停轉(zhuǎn)，皮帶輸送機自動把前糧倉內(nèi)的糧食輸送到斗式提升機內(nèi)，一直工作的斗式提升機把糧食提升到玉米干燥機內(nèi)，確保玉米干燥機內(nèi)一直有糧食。 控制系 統(tǒng)的控制器有單片機 89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。 統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) (1)用兩臺電機控制兩條生產(chǎn)線 (2)要能檢測到滿料狀態(tài)。 (3)時間誤差： (4)具有抗干擾能力 2 方案論證 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 51系列及其增強型系列 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2 美國 6801系列和 6805系列 美國 89美國 國 870系列 美國 6500/1系列 美國 克薩司儀器儀表）公司： 列 國國家半導(dǎo)體）公司： 等等。 盡管單片機的品種很多，但是在我國使用最多的還是 的 51系列單片機和美國 951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 128個字節(jié) 21個特殊功能寄存器（ 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 較麻煩，不予采用 8051是在 8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有 4K 為程序存儲器，是一個程序不超過 4K 字節(jié)的小系統(tǒng)。 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 構(gòu)成了一個程序小于 4戶可以將程序固化在 ，可以反復(fù)修改程序。但其價格相對 8031較貴。 8031 外擴一片 4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。 美國 司生產(chǎn)的低電壓，高性能 位單片機，片內(nèi) 含4K 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ 128隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ 器件采用 司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ 儲單元。功能強大 靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。此設(shè)計就采用 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、粉粒壯固體、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)分密度和吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 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。 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中：（ 1）適用與導(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）適用與非金屬容器，或雖為金屬容器但非立式圓筒形，物料為絕緣性的。這時在棒壯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，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。 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，自由旋吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 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，所以次設(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 為微弱的交變電信號。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浑y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(yuǎn)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。此設(shè)計選擇音叉法阻力式料位傳感器。 儲器擴展電路的選擇 4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 (一條時鐘線(按照通信規(guī)約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)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 器吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 件 )或接收器 (從總線上接收治息的器件 ) 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，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。只允許其卞一個主控器繼續(xù)占用總線，其它退出豐攙器狀態(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， 高電平期間， 的信息必須保持穩(wěn)定不變，只有 低電平期間， 的信息才允許變化。同時 信息每一位部和 時鐘脈沖相對應(yīng)。 有時鐘信號， 息將停止傳輸處于等待狀態(tài)。這因為線“與”邏輯，使 低電平時鉗住總線。實現(xiàn)線“與”邏輯功能各 線接口的輸出端必須是漏極開路或集電極開路結(jié)構(gòu)。 持高電平期間， 高電平向低電平變化這種狀態(tài)定義為起始信號。 持高電平期間， 低電平向高電平變化，這種狀態(tài)定義為終止信號。 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 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 4 。 2428 字節(jié)串行 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 10 。它只使用一條數(shù)據(jù)線和一條時鐘線，采用 4用簡單方便，但是其編程較為復(fù)雜。 864A 芯片擴展 2864A 是一種并行 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 高地址線 7 連接， 7=0 才能選中 2864A ， 這 種 線 選 法 決 定 于 2864A 對 應(yīng) 多 組 地 址 空 間 ， 即0000H1000H3000H5000H7 8K 字節(jié)存儲器可作為數(shù)據(jù)存儲器使用 ,但掉電后數(shù)據(jù)不丟失 1 。 2864 （ 1）維持方式：當(dāng) 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 1400 （ 2）讀方式：當(dāng) 為低電平而 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（ 12）來確定，地址線的低四位 (3)用以選擇頁緩沖器中的 16個地址單元之一。對 28646 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) 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 20動開始，把頁緩沖器的內(nèi)容寫到 一步成為頁存儲。 2864 圖 2864A 擴展電路 864A 方式時， 低電平，在 降沿，地址碼 12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) 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3 , ;計算鍵號 ;鍵號 進棧保護 ;調(diào)用顯示子程序 ,延時 6 ;調(diào)用判有無鍵閉合子程序 ,延時 6 ;判鍵釋放否 ,未釋放 ,則循環(huán) 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 43 ;鍵已釋放 ,鍵號出棧 -A ;列計數(shù)器加 1,為下一列掃描做準(zhǔn)備 , ;判是否已掃到最后一列 (最右一列 ) ;鍵掃描已到最后一列 ,跳 ；進行整個 ;鍵盤的掃描 A ;鍵掃描未掃到最后一列 ,位選碼左 ；移一位 ;位選碼 - #7判有無鍵閉合子程序 ,全 0-掃描 ( A,#00H ;列線全為低電平 ; ； ，指向 , ；從 行線的狀態(tài)取反，如無鍵按下，則 A ；中內(nèi)容為 0 ,#0 ；屏蔽無用的高 4 位 3 1H ;取 W 32H #00H :取 2 ;取 ;計算 39H， ;存 3 35H ;取 I 36H #4 ; ;計算 *林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 44 39H :取 3 3 ;取 3 ;求 補碼 ;求 ei= A， 5， A :存 A， A 4 ;取 4 ;求 p 4 4 ;存和 ( ) 39H 3 ;取 3 3 ;取 :計算 ei= A， A A， A 3 3 ;取 :求 碼 ;計算 ei= A， A ;存和 A， A 3 3 ;取 :求 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 45 ;計算 ei= 37H ;取 D 38H #46H ;求出 *(ei= 47H 46H :存 4 4 ;取 (P) ;計算 pi+pp+ 33H ;取 34H #46H ;計算 p+ 47H 46H 2 ;取 30H ;求出 ui=P*(p + 2 ;存 ui 30H， 3