1吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書基于AT89C51智能飲料機控制系統(tǒng)設(shè)計CONTROLSYSTEMDESIGNOFINTELLIGENTBEVERAGEMACHINEBASEDONAT89C51吉林化工學(xué)院JILININSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名日期指導(dǎo)教師簽名日期使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名日期學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名日期年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名日期年月日導(dǎo)師簽名日期年月日指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價一、撰寫（設(shè)計）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神優(yōu)良中及格不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度優(yōu)良中及格不及格3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力優(yōu)良中及格不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性優(yōu)良中及格不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況優(yōu)良中及格不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）優(yōu)良中及格不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義優(yōu)良中及格不及格2、論文的觀念是否有新意設(shè)計是否有創(chuàng)意優(yōu)良中及格不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績優(yōu)良中及格不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）指導(dǎo)教師（簽名）單位（蓋章）年月日評閱教師評閱書評閱教師評價一、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）優(yōu)良中及格不及格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義優(yōu)良中及格不及格2、論文的觀念是否有新意設(shè)計是否有創(chuàng)意優(yōu)良中及格不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績優(yōu)良中及格不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）評閱教師（簽名）單位（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評價一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況優(yōu)良中及格不及格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況優(yōu)良中及格不及格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài)優(yōu)良中及格不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）優(yōu)良中及格不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義優(yōu)良中及格不及格2、論文的觀念是否有新意設(shè)計是否有創(chuàng)意優(yōu)良中及格不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格評定成績優(yōu)良中及格不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）（簽名）年月日教學(xué)系意見系主任（簽名）年月日摘要灌裝機設(shè)備種類繁多，應(yīng)用范圍也很廣，有食品飲料，日用品，醫(yī)藥，工業(yè)等。目前灌裝機設(shè)備走向自動化，灌裝機設(shè)備在自動化操作下正在改變著灌裝過程的動作方式和灌裝容器及材料的加工方法。實現(xiàn)自動控制的灌裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除灌裝工序及印刷貼標等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。本系統(tǒng)以89C51單片機為控制核心，由電源電路、單片機控制電路、稱重傳感器電路、信號放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、鍵盤控制電路、液晶顯示電路、液體泵驅(qū)動電路、下位機與上位機通信電路以及聲光報警電路等硬件接口電路組成。該灌裝機采用稱重式灌裝方式對液體灌裝，其中液體質(zhì)量的定量由壓力傳感器量取。進行灌裝時，稱重傳感器受壓后，內(nèi)部電阻值發(fā)生變化，輸出信號隨液體質(zhì)量的增多而逐漸變化，由于該信號比較微弱，不便于傳輸，所以要先對其進行放大，再通過AD轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量送入單片機的IO口，由單片機進行識別，當液體重量達到預(yù)設(shè)定重量時，單片機發(fā)出信號使繼電器開關(guān)斷開，液體泵停止工作，并等待下一次灌裝開始，同時報警電路會提示本次灌裝結(jié)束。在灌裝過程中，灌裝液體的質(zhì)量會顯示在液晶顯示屏上，并且會通過單片機串口送入PC機。在設(shè)計方法上，將軟件工程的思想引用于單片機系統(tǒng)的設(shè)計，使系統(tǒng)的信息流向及整體功能設(shè)計簡單明確、清晰。本系統(tǒng)具有成本低、體積小、集成度高、可靠性高等特點，易于廣泛推廣和普及，在現(xiàn)代化的各種灌裝領(lǐng)域中一定能發(fā)揮它的最大效能。關(guān)鍵詞灌裝；單片機；通信；稱重ABSTRACTFILLINGMACHINEEQUIPMENTFOODANDDRINK,DAILYNECESSITIES,MEDICINE,INDUSTRY,ETCTHECURRENTFILLINGMACHINEEQUIPMENTISINTHEWAYOFAUTOMATIONFILLINGMACHINEEQUIPMENTISCHANGINGTHEWAYOFTHEACTIONFILLINGPROCESSANDFILLINGCONTAINERSANDMATERIALSPROCESSINGMETHODSUNDERTHEAUTOMATIONTOACHIEVEAUTOMATICCONTROLOFTHEFILLINGSYSTEMCANGREATLYIMPROVEPRODUCTIONEFFICIENCYANDQUALITYTHATSIGNIFICANTLYELIMINATETHEERRORANDFILLINGPROCESSISCAUSEDBYLABELINGANDPRINTING,EFFECTIVELYREDUCESTHELABORINTENSITYOFWORKERSANDENERGYANDRESOURCECONSUMPTIONTHECONTROLSYSTEMIS89C51MCUTHEYAREMADEOFTHEPOWERCIRCUIT,MCUCONTROLCIRCUIT,THELOADCELLCIRCUIT,SIGNALAMPLIFIER,ADCONVERSIONCIRCUIT,KEYBOARDCONTROLCIRCUIT,LCDDISPLAYCIRCUITANDTHELIQUIDPUMPDRIVECIRCUITITALSOINCLUDESLOWERMACHINEANDCIRCUITANDTHESOUNDANDLIGHTALARMCIRCUITTHEFILLINGMACHINEUSESTHEMETHODOFWEIGHINGFILLINGTOACHIEVETHEFILLINGOFLIQUIDTHEQUALITYOFTHEQUANTITATIVEAMOUNTOFLIQUIDISTAKENFROMTHEPRESSURESENSORIMPLEMENTATIONINTHEFILLING,THELOADCELLISUNDERPRESSURETOCHANGETHEINTERNALRESISTANCETHEOUTPUTSIGNALSGRADUALLYCHANGETHROUGHINCREASETHEQUALITYOFLIQUIDBECAUSETHESIGNALISWEAKANDNOTEASYTOTRANSPORT,SOITMUSTBEENLARGEDFIRSTTHEANALOGCONVERTEDINTODIGITALTHROUGHTHEADCONVERTERTHENITISSENDTOMCUOFIOPORTTORECOGNIZEWHENTHELIQUIDOFWEIGHTREACHESPRESETWEIGHT,THEMCUSWITCHESOFFTHERELAYSIGNALLIQUIDPUMPSTOPWORKINGANDWAITFORTHENEXTSTARTFILLINGTHEALARMCIRCUITWILLBEPROMPTEDTOFILLTHEENDOFTHISINTHEFILLINGPROCESS,THEQUALITYOFTHELIQUIDFILLINGISDISPLAYEDONTHELCDSCREEN,ANDWILLTHROUGHTHEMICROCONTROLLERSERIALPORTINTOPCINTHEMETHODOFTHEDESIGN,THESOFTWAREENGINEERINGISAPPLIEDTOTHEDESIGNOFMCUSYSTEMTHESYSTEMOFINFORMATIONFLOWANDTHEOVERALLFUNCTIONALDESIGNISSIMPLEANDCLEARTHESYSTEMANDANDPOPULARIZATIONOFVARIOUSFILLINGINTHEFIELDOFMODERNSURELYPLAYITSMAXIMUMEFFECTIVENESSKEYWORDSFILLINGMCUCOMMUNICATIONWEIGH目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論111研究意義112國內(nèi)外發(fā)展概況113課題分析2第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計321方案的選擇322課題內(nèi)容及要求323系統(tǒng)整體框圖與流程3第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計531直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計5311功能要求及方案確定5312主要元器件的選擇5313電路的設(shè)計632單片機最小系統(tǒng)設(shè)計7321單片機的選擇7322電路的設(shè)計833稱重傳感器的選擇934微弱信號放大電路的設(shè)計10341AD620芯片介紹10342AD620的應(yīng)用電路1135AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計11351TLC2543芯片介紹11352電路設(shè)計1236液體泵驅(qū)動電路的設(shè)計1237聲光報警電路的設(shè)計1438鍵盤及顯示電路的設(shè)計14381鍵盤電路的設(shè)計14382液晶顯示電路的設(shè)計1539通信電路的設(shè)計17391數(shù)據(jù)通信方式選擇17392RS232C標準接口總線17393MAX232芯片介紹18394通信接口電路19第4章系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境2141軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計2142下位機程序的設(shè)計21421初始化模塊的設(shè)計22422讀取預(yù)設(shè)定值（鍵盤掃描）模塊的設(shè)計22423灌裝程序模塊的設(shè)計22424顯示程序模塊的設(shè)計22425通信程序的設(shè)計2243上位機軟件的設(shè)計22431VISUALBASIC的特點22432VB通信控件的介紹22433軟件的界面設(shè)計22第5章系統(tǒng)測試與仿真2251硬件系統(tǒng)的測試22511直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試22512微弱信號放大電路的仿真及調(diào)試22513液體泵驅(qū)動電路的測試22514聲光報警電路的測試2252軟件系統(tǒng)的調(diào)試22結(jié)論22參考文獻22致謝22第1章緒論11研究意義在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是在石油、化工、醫(yī)療、食品飲料等生產(chǎn)領(lǐng)域中都需要大量液體的存儲和轉(zhuǎn)移，因此液體灌裝系統(tǒng)在這些領(lǐng)域中的作用就不能被忽視。我國飲料酒（不含果露酒、發(fā)酵酒精）總產(chǎn)量已達2878萬千升，同比增長82。有關(guān)專家指出，我國飲料行業(yè)是高成長性的行業(yè)，成熟飲品增長穩(wěn)定，新的熱點和增長點不斷涌現(xiàn)，新興飲品的增長更快。同時，中國包裝機械已發(fā)展成世界液態(tài)食品行業(yè)中有重大影響和極大市場占有率行業(yè)。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在飲料、牛奶、煉油、化工、制藥等行業(yè)中，液體灌裝是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(yè)中多為有毒有腐蝕性的介質(zhì)，以致現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，不適合人工現(xiàn)場操作。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)具有灌裝精確、控制可靠等特點，這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所以為了幫組相關(guān)行業(yè)，特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體混合的自動控制，從而達到液體混合的目的，液體混合自動配料勢必是擺在我們眼前的一大課題。如何應(yīng)用AT89C51在飲料灌裝中實現(xiàn)控制功能，在相關(guān)的研究文獻報道中用基于AT89C51的控制系統(tǒng)對灌裝進行控制的研究尚不成熟，以致人們難以根據(jù)它的具體情況，正確選用參數(shù)進行系統(tǒng)控制也就難以滿足提高質(zhì)量和效率、降低成本的要求，本設(shè)計就是基于以上問題進行的一些探索。12國內(nèi)外發(fā)展概況灌裝機主要是包裝機中的一小類產(chǎn)品,根據(jù)我國國情，包裝機械工業(yè)發(fā)展的趨勢是1引進、消化、吸收國外先進技術(shù)，建立一批包裝機械骨干企業(yè)，包括個別中外合資企業(yè)。2大多數(shù)企業(yè)要重點發(fā)展中、小型包裝機械。3在包裝機械生產(chǎn)中，大量引入高新技術(shù)，使包裝機械產(chǎn)品設(shè)計先進、使用可靠，使其性能指標、工藝水平、“三化”（多功能化、高速化、自動化）水平高，向機電結(jié)合、主輔機結(jié)合、成套聯(lián)線方向發(fā)展。4以滿足重點商品的包裝為出發(fā)點，發(fā)展包裝機械新品種。國外飲料灌裝設(shè)備新動向在飲料灌裝機設(shè)備方面，美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。我們可以通過這些國家的飲料灌裝機的新趨勢來確定我們國家與他們之間的差別應(yīng)該向哪個方面發(fā)展才能縮小之間的差別，使我國的灌裝機盡快擠進世界先進行業(yè)之列。1多功能一臺設(shè)備，可進行茶飲料、咖啡飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲料的冷熱灌裝；均可進行玻璃瓶與塑料瓶的灌裝；2高速度、高產(chǎn)量碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達2000灌分，德國HK公司、SEN公司、KRONES公司，其灌裝機的灌裝閥分別達到165頭、144頭、178頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥50100頭，灌裝速度最高達1500灌分；3技術(shù)含量高、可靠性高全線的自控水平高和全線效率高。在線監(jiān)測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項參數(shù)、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。13課題分析單片機控制系統(tǒng)有微機和工業(yè)生產(chǎn)對象兩大部分組成，其中包括硬件電路和軟件程序，整個控制系統(tǒng)是通過接口將計算機和生產(chǎn)過程聯(lián)系起來實現(xiàn)計算機對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)處理和控制。硬件電路主要包括電源電路、單片機控制電路、稱重傳感器電路、信號放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、鍵盤控制電路、液晶顯示電路、液體泵驅(qū)動電路、通信電路、聲光報警。軟件程序主要是在VISUALBASIC60環(huán)境下開發(fā)完成的。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計21最優(yōu)方案的選擇灌裝系統(tǒng)在灌裝過程中起著關(guān)鍵性作用，為了能簡單實現(xiàn)灌裝系統(tǒng)的設(shè)計，將設(shè)定的液體送入容器中并提示灌裝結(jié)束，設(shè)計方案如下方案1通過傳感器感受到液體重量，降低自身的阻值，來增加電流，并且驅(qū)動聲光報警器報警。電路簡單、可靠但是靈活性和實用性差。方案2可以通過傳感器感知信號多級放大電路，并用電位器調(diào)節(jié)得到固定的電壓值，當?shù)玫揭后w重量信號時，電阻值立刻變小、放大器的放大倍數(shù)增加，電壓也就隨著增加，驅(qū)動三極管導(dǎo)通報警電路。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電路比較復(fù)雜，智能性差。方案3通過51系列單片機作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號通過AD信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且讀取和顯示出來。鍵盤可以通過不同的應(yīng)用場合和針對液體做出不同的重量設(shè)定，并且儲存報警的上限和報警時間，方便查詢和日后的工作調(diào)查。兼于方案三有成本低、體積小、集成度高、可靠性高、靈活性好等特點，易于廣泛推廣和普及，因此本設(shè)計選擇方案三。22課題內(nèi)容及要求設(shè)計一種基于AT89C51灌裝機，能夠?qū)崿F(xiàn)對大量液體的存儲和轉(zhuǎn)移等功能的控制，具體要求如下1輸出信號一定范圍電壓信號。2輸入信號5V和12V的直流電壓。3模擬量輸出功能具有重量設(shè)置功能。4具有顯示功能。5供電電源220VAC10。6系統(tǒng)的最小分辨率為001KG。23系統(tǒng)整體框圖與流程經(jīng)過分析，該稱重式液體灌裝機主要應(yīng)該由電源電路、單片機控制電路、稱重傳感器電路、信號放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、鍵盤控制電路、液晶顯示電路、液體泵驅(qū)動電路、下位機與上位機通信電路以及聲光報警電路等硬件接口電路組成，系統(tǒng)整體功能框圖如圖21所示。鍵盤A/D轉(zhuǎn)換電路容器B稱重傳感器信號放大電路PC機容器A聲光報警單片機系統(tǒng)液晶顯示器液體泵繼電器圖21系統(tǒng)總體設(shè)計框圖在液體灌裝過程中，液體泵將液體從容器A中抽取出來后注入到容器B中，同時稱重傳感器受到容器B中液體質(zhì)量的壓力后，其內(nèi)部電阻值立刻變小、電壓也隨著增加、輸出信號也隨容器B中液體質(zhì)量的增多而逐漸變大，由于該信號比較微弱，不便于傳輸，所以還要對其進行放大。另外，傳感器輸出的電壓是模擬量，單片機不能正常識別，所以還要通過AD轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，再送入單片機的IO口，由單片機進行識別。當容器B中液體質(zhì)量達到預(yù)設(shè)定質(zhì)量時，單片機發(fā)出信號使繼電器開關(guān)斷開，液體泵停止工作，并等待下一次灌裝開始，同時報警電路會提示本次灌裝結(jié)束。在灌裝過程中，灌裝液體的質(zhì)量會顯示在液晶顯示屏上，并且會通過單片機串口送入PC機中，通過上位機編程統(tǒng)計年、月、日的灌裝情況。灌裝液體的預(yù)設(shè)定值是通過鍵盤設(shè)置的。本系統(tǒng)為了實現(xiàn)稱重、計算、補償、標定、鍵盤輸入、顯示、匯總等功能，除了連接硬件接口電路外，還要通過上位機和下位機編程。通過程序使各部分電路能夠相互協(xié)調(diào)工作達到系統(tǒng)要求的功能及性能。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計31直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計電源的設(shè)計是電子電路設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，在某種意義上可以說電源電路的性能指標直接關(guān)系到設(shè)計的成敗。電源電路的設(shè)計，因系統(tǒng)供電形式、系統(tǒng)對電源的要求等具體情況的不同其構(gòu)成原理、設(shè)計方案也有所不同。直流穩(wěn)壓電源的種類繁多，但幾乎都是將市電網(wǎng)交流電作為輸入電源，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成所需參數(shù)的直流電，其中這類ACDC穩(wěn)壓電源從原理的角度來看可分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩類。對于單片機數(shù)字控制的電路系統(tǒng)，通常采用基于PWM控制的開關(guān)電源。而對于放大器的模擬放大系統(tǒng)，采用線性穩(wěn)壓電源則更具有優(yōu)勢。因此，針對電荷放大器的需要，本文提出了一種基于集成穩(wěn)壓器的多輸出線性直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計。線性穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，產(chǎn)生的干擾很小，并且采用工業(yè)變壓器與市電網(wǎng)隔離，所以既不會引入電網(wǎng)中的干擾，也不會將干擾串入電網(wǎng)中。另外，線性穩(wěn)壓電源同開關(guān)型電源相比，穩(wěn)定度及負載調(diào)整率較高，輸出波紋電壓小，瞬態(tài)響應(yīng)速度快，線路結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，更重要的是工作可靠，故障率低，具有明顯優(yōu)點，并且經(jīng)濟成本也較低。而開關(guān)穩(wěn)壓電源雖然功耗小，效率高，但存在著較為嚴重的開關(guān)干擾，會影響電路中其他元器件的性能，從而不能使整個系統(tǒng)工作正常?？紤]到本次設(shè)計的系統(tǒng)性能，最終決定使用線性穩(wěn)壓電源作為灌裝計的供電電源2。311功能要求及方案確定本次設(shè)計的灌裝機需要用到5V和12V的直流電壓，因此要求該電源的輸入為220V50HZ單相交流電，輸出為5V和12V的直流電。12RFV0220V50HZ電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路圖31線性直流穩(wěn)壓電源原理框圖312主要元器件的選擇變壓器的選擇選擇單相交流220V輸入，12V輸出的大功率變壓器，交流電輸入處的保險絲選用08A。濾波電容的選擇選用1000F50V和470F25V的電解電容，01F瓷片電容。整流橋的選擇可以選用四支型號為1N4007的二極管連接而成。三端集成穩(wěn)壓器的介紹LM78XX系列集成穩(wěn)壓器是最普通也是使用最多的固定輸出集成穩(wěn)壓器件，幾乎覆蓋低壓直流的所有輸出值，包括7805、7806、7808、7809、7812、7815、7824等。LM78XX系列的集成穩(wěn)壓器特點是外圍電路簡單，輸出電流最大可達15A1。在該電源電路的設(shè)計中，我們采用了LM7805和LM7812集成穩(wěn)壓器用于穩(wěn)壓。其三端依次為輸入端、接地端和輸出端，如圖32所示。圖32LM7812LM7805封裝圖313電路的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的要求，該電源的電路圖如圖33所示。D1D3D2D4C1AC220132VINVOUTC3LM78L12CK12VLM78L05CK5VRC2GNDGND132VINVOUTGNDC4C5C6圖33系統(tǒng)電源電路變壓器輸入端為單相交流220V，經(jīng)降壓后，輸出為交流12V。將電容C1、C2跨接到整流橋的輸出端，可起到有效濾波的作用。穩(wěn)壓電路主要是指三端集成穩(wěn)壓器LM7L812CK，VIN為輸入端，VOUT為輸出端，GND為公共地。LM78L12CK的輸出端為較穩(wěn)定的12V直流電壓，經(jīng)電容C3、C4去耦后即可接入系統(tǒng)中。由于該液體灌裝系統(tǒng)中還要用到5V直流電，而選用的變壓器只有12V的輸出，已經(jīng)用于產(chǎn)生12V的直流電壓，所以可以采用“二級電源”，即將12V的直流輸出端再經(jīng)過降壓，穩(wěn)壓等過程產(chǎn)生5V直流電。要將12V直流電變換成5V直流電，需要三端集成穩(wěn)壓器7805，如圖33中已選用LM78L05CK。但由12V降到5V差值比較大，不能將12V輸出端直接與穩(wěn)壓器相連，所以要在二者之間串聯(lián)一個大功率電阻。32單片機最小系統(tǒng)設(shè)計321單片機的選擇單片機全稱為單片微型計算機（SINGLECHIPMICROCOMPUTER），它是將計算機的基本部件如CPU、ROM、RAM、并行IO口、串行IO口、定時器計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機。單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家電等許多領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。根據(jù)本次設(shè)計的灌裝機系統(tǒng)的特性，可以選擇ATMEL公司的AT89C51單片機。AT89C51單片機是一個低電壓、高性能的COMS型8位單片機，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀存儲器和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，單片機內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元。共有40個有效引腳，32個外部雙向輸入輸出（IO）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時器計數(shù)器，2個全雙工串行通信口34。AT89C51有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝形式，本次設(shè)計選用PDIP封裝形式的AT89C51，其引腳圖如圖34所示。圖34AT89C51單片機引腳圖AT89C51單片機性能參數(shù)1兼容MCS51系列產(chǎn)品指令；2系統(tǒng)內(nèi)的4K字節(jié)可編程的FLASH存儲器；31000次擦寫周期；4時鐘頻率范圍0HZ至24MHZ；5三級加密程序存儲器；61288字節(jié)內(nèi)部RAM；732個可編程IO口線；8兩個16位定時器計數(shù)器；96個中斷源；10可編程串行通道；11低功耗空閑和掉電模式5。322電路的設(shè)計對于該單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計主要是設(shè)計復(fù)位電路以及外部晶體振蕩電路，所以除了AT89C51單片機外還要選擇晶振、電容、電阻等元件。AT89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖35所示。C1為100F的電解電容，R1為10K的電阻，二者與單片機的第9腳（RST）相連，起到上電復(fù)位的作用。C2、C3為30PF的瓷片電容，串聯(lián)后與110592MHZ的晶振Y1并聯(lián)跨接到單片機的XTAL1、XTAL2端用于為單片機提供時鐘頻率。其中VCC為5V直流電壓。1234P10P11P12P135678P14P15P16P179101112RESETRXDTXDINT013141516INT1T0T1WR17181920RDXTAL2XTAL1VSS40393837VCCP00P01P0236353433P03P04P05P0632313029P07EA/VPPALE/PROGPESN28272625P27P26P25P2424232221P23P22P21P20AT89C5130PFC1C2Y1C310FR11KVCCVCC圖35AT89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖33稱重傳感器的選擇在實際應(yīng)用中稱重傳感器的種類多種多樣，考慮到本次設(shè)計的商用灌裝機為稱重式灌裝，而且精度要求很高，因此選擇RLC04S式拉壓力傳感器。該稱重傳感器適用于指定的標準稱量，如平臺秤、料斗稱量系統(tǒng)等，尤其適用于一些要求精度高的工業(yè)稱量系統(tǒng)。該稱重傳感器采用高度可靠性及密封設(shè)計，即使在惡劣環(huán)境下，仍能長時間工作。RLC04S式拉壓力傳感器外觀如圖36所示。RLC04S式拉壓力傳感器具有以下技術(shù)特點。1高精度，低漂移；2量程范圍寬，適用范圍廣；3具有很強的抗偏、抗側(cè)能力；4可選擇模擬量輸出05V，010MA；5經(jīng)濟實用。圖36RLC04S式拉壓力傳感器該傳感器有4條引線，其中紅色和黃色引線為工作電壓輸入，藍色和白色引線為傳感器信號輸出。工作電壓為12V，信號輸出端與信號放大電路相連。灌裝過程中，傳感器的輸出信號電壓會隨液體質(zhì)量的變化而相應(yīng)地發(fā)生變化。34微弱信號放大電路的設(shè)計341AD620芯片介紹AD620儀表放大器使用說明在一般訊號放大的應(yīng)用通常只要透過差動放大電路即可滿足需求，然而基本的差動放大電路精密度較差，且差動放大電路變更放大增益時，必須調(diào)整兩個電阻，影響整個訊號放大精確度的變因就更加復(fù)雜。儀表放大電路則無上述的缺點。在一般信號放大的應(yīng)用中通常只要普通差動放大電路即可滿足要求，然而基本的差動放大電路精確度較差，而且差動放大電路需要改變放大增益時，必須調(diào)整兩個電阻，應(yīng)用起來很不方便。儀表放大器則無以上缺點，因此本次設(shè)計中的放大器選用AD公司生產(chǎn)的儀表放大器AD620。AD620的引腳圖如圖37所示。圖37AD620的引腳圖引腳功能1、8外接增益調(diào)節(jié)電阻；2反向輸入端；3同向輸入端；4負電源；5基準電壓；6信號輸出端；7正電源。342AD620的應(yīng)用電路本系統(tǒng)的信號放大電路如圖38所示。RG47012V12348657ROINROVSREFOUTPUTVSINAD620U312J5CON2傳傳傳傳傳傳傳傳OUTPUT圖38系統(tǒng)信號放大電路計算R選用阻值為470的精密電阻，經(jīng)計算，放大倍數(shù)約為106。使用精密電G阻主要是因為其電阻阻值受溫度的影響比較小，從而使放大倍數(shù)較穩(wěn)定。由于本次設(shè)計的商用灌裝計只需對正電壓放大，因此4腳接地，7腳接12V直流電壓。2、3腳接壓力傳感器的輸出端，用于輸入液體質(zhì)量信號，該信號經(jīng)放大后從6腳輸出。5腳接公共地，表示6腳的輸出即為與地之間的相對電壓。35AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計351TLC2543芯片介紹由于單片機所能識別的信號為數(shù)字信號，而稱重傳感器的輸出信號經(jīng)過放大后仍為模擬量，所以要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這就要用到AD轉(zhuǎn)換器。本次設(shè)計所用到的AD轉(zhuǎn)換器采用TI公司生產(chǎn)的TLC2543芯片，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線SPI串行接口可方便地與微機進行連接，是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。TLC2543的主要特性如下111個模擬輸入通道；266KSPS的采樣速率；3最大轉(zhuǎn)換時間為10S；4SPI串行接口；5線性度誤差最大為1LSB；6低供電電流（1MA典型值）；7掉電模式電流為4A2。352電路設(shè)計本次設(shè)計的商用灌裝系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換電路如圖39所示。其中選擇AIN6作為模擬信號的輸入通道，IOCLOCK，DATAINPUT，DATAOUT，端分別與單片機IOCS口相連，IOCLOCK，DATAINPUT，信號均由單片機送入。TLC2543對模擬輸S入信號進行采樣，并在單片機控制下，由DATAOUT將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入單片機。COMMENTU1這個圖用VISIO重新畫2019181716151413121112345678910TLC2543CNAIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN10REFCSDATAINPUTI/OCLOCKVCCEOCDATAOUTREFGNDU4OUTPUTI/OCLOCKVCCDATAINPUTDATAOUTCS圖39AD轉(zhuǎn)換電路36液體泵驅(qū)動電路的設(shè)計在該液體灌裝系統(tǒng)中，主要使用液體泵來完成液體的灌裝過程，其主要工作是將原容器中的液體，抽取到欲灌裝容器中。液體泵抽取液體的開始及停止要由單片機發(fā)出命令信號進行控制。考慮到實際應(yīng)用中要進行大量液體的灌裝，因此這一過程需要選擇用交流220V電壓供電的大功率液體泵完成，對于單片機來說就要選擇合適的開關(guān)設(shè)備來完成對泵的控制。而在實際工業(yè)應(yīng)用中，繼電器經(jīng)常作為較小電流控制較大電流的一種自動開關(guān)使用，所以在該液體泵驅(qū)動電路中，選擇了繼電器作為這樣一種開關(guān)設(shè)備。HJR3FFSZ型電磁繼電器廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中，也同樣適用于本電路中。該繼電器共有5條引腳，如圖310所示。其中有腳1、2為繼電器的線圈輸出線，另外3條可作為開關(guān)使用，在線圈不通電情況下，觸點3通與觸點5呈閉合狀態(tài)，觸點3與觸點4斷開，當給1、2腳接通工作電壓時，觸點3與觸點5斷開，與觸點4閉合。KRELAYSPDT31245圖310HJR3FFSZ型繼電器引腳圖液體泵驅(qū)動電路的原理圖如圖311所示。MG2MOTORAC12J11CON2R13200傳AC220VQ2NPN9013R121K12VJIDIANQID31N4148K1RELAYSPDTVCC圖311液體泵驅(qū)動電路原理圖在該電路中，使用單片機的IO口發(fā)出信號來控制繼電器的工作狀態(tài)，從而使液體泵工作。上拉電阻R12用來增強單片機IO口的驅(qū)動能力，繼電器選擇12V工作電壓，其開關(guān)觸點與液體泵串聯(lián)并與交流220V市網(wǎng)電壓連接。D3為續(xù)流二極管1N4148，與繼電器線圈并聯(lián)，由于線圈斷電后會產(chǎn)生