飲料灌裝機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制

一、 引言：

當(dāng)今飲料灌裝機(jī)分類(lèi)繁多，按規(guī)模可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是大規(guī)模的灌裝生產(chǎn)線，這種生產(chǎn)線適合于大型的企業(yè)，投資大，自動(dòng)化程度比較高，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜；另一類(lèi)是小規(guī)模的單機(jī)飲料灌裝機(jī)，這種單機(jī)系統(tǒng)，適合于小型的企業(yè)，投資小，自動(dòng)化程度相對(duì)不高，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。本文結(jié)合某飲料灌裝機(jī)自控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)詳細(xì)介紹飲料灌裝機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

二、 灌裝機(jī)的工作示意圖及對(duì)控制系統(tǒng)的要求：

該灌裝機(jī)系統(tǒng)的工作示意圖如圖1。功能要求是，能灌裝50毫升、80毫升、100毫升、120毫升、150毫升、180毫升、200毫升、250毫升、 300毫升、350毫升、500毫升11種規(guī)格瓶裝飲料，并應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況在線修改產(chǎn)品規(guī)格及相應(yīng)的延時(shí)時(shí)間，在線顯示日產(chǎn)量、月產(chǎn)量、總產(chǎn)量?？刂屏鞒虨椋洪_(kāi)始電磁閥1、2得電，控制擋桿1、2伸出，延時(shí)0.5秒后，電磁閥2失電，使擋桿2退回，空的飲料瓶通過(guò)傳送帶傳送并計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)滿8個(gè)后，擋桿2伸出，延時(shí)0.2-2秒后，電磁閥4得電控制一排8個(gè)噴嘴下移，然后延遲一段時(shí)間(這個(gè)時(shí)間可調(diào))，電磁閥3得電，控制活塞的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)開(kāi)始設(shè)定的容量開(kāi)始灌裝，通過(guò)紅外光電開(kāi)關(guān)判斷活塞是否達(dá)到規(guī)定的位置，即飲料瓶是否灌滿，延時(shí)0.1-0.20秒后，電磁閥3失電活塞下移，容器內(nèi)重新充滿飲料，再延時(shí)0.1-0.25秒后，電磁閥4失電，一排噴嘴上移，然后電磁閥1失電控制擋桿1退回，裝滿飲料的瓶通過(guò)傳送帶傳送，并啟動(dòng)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)滿8個(gè)后，又返回。控制系統(tǒng)除了控制上述的機(jī)械運(yùn)動(dòng)外，且應(yīng)具有液晶顯示功能來(lái)顯示各種參數(shù)及狀態(tài)，可以對(duì)容量、延時(shí)時(shí)間及時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置。

三、 控制系統(tǒng)的組成：

1、原理框圖

本系統(tǒng)采用PHILIPS89C51單片機(jī)。以該單片機(jī)為核心的控制電路的原理框圖如圖2所示。為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)各接口尋址采用線選擇的片尋址.

2、單片機(jī)與各模塊的接口簡(jiǎn)介

(1). 與OCM4*8C液晶顯示模塊的接口

OCM4*8C液晶顯示模塊是128*64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字(16*16點(diǎn)陣)、128個(gè)字符 (8*16點(diǎn)陣)及64*256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM)?？膳cCPU直接接口，提供兩種界面來(lái)連接微處理機(jī)：8位并行及串行兩種連接方式。本系統(tǒng)采用8位并行連接方式，其接口如圖3，RS、R/W、E分別為OCM4*8C的數(shù)據(jù)/命令控制位、讀/寫(xiě)控制位和使能控制，PSB為并行、串行傳輸控制， LEDA、LEDK為背光電源正、負(fù)極用P2.4口控制背光的亮滅。

(2). 與時(shí)鐘芯片SD2000C的接口

SD2000C是一種具有內(nèi)置晶振、支持IIC總線接口的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。內(nèi)置一次性充電電池，可用5-10年。內(nèi)置串行NVSRAM為非易失性 SRAM，擦寫(xiě)次數(shù)可達(dá)100億次。具有：年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的BCD碼輸入/輸出；自動(dòng)日歷到2099年(包括閏年自動(dòng)換算功能)；內(nèi)置穩(wěn)壓電路及電源掉電檢測(cè)電路；內(nèi)置電源管理電路，當(dāng)VDD大于等于3.0V時(shí)，內(nèi)部電池不耗電；內(nèi)置16Kbit的串行NVSRAM。由于89C51單片機(jī)無(wú) IIC串行總線通信口，本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)二位通用I/O口與時(shí)鐘芯片的IIC總線相連，按IIC通信規(guī)則，用軟件實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的通信，連接方式如圖5。其中SDA、SCL為實(shí)時(shí)時(shí)鐘串行數(shù)據(jù)總線，SDAE、SCLE為SRAM串行數(shù)據(jù)總線。

*注：關(guān)于OCM4*8C液晶顯示模塊及時(shí)鐘芯片SD2000C使用方法及編程的詳細(xì)情況見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]，[4]。

(3).與鍵盤(pán)接口

本系統(tǒng)設(shè)有運(yùn)行鍵、參數(shù)設(shè)置鍵、修改命令鍵、參數(shù)選擇上拉鍵、下拉鍵、左移鍵、右移鍵、確認(rèn)鍵，為了減少面板尺寸，采用一鍵多用實(shí)際設(shè)置了5個(gè)鍵，鍵的狀態(tài)通過(guò)三態(tài)緩沖器與單片機(jī)的數(shù)據(jù)口P0口相連，采用中斷與查詢(xún)相結(jié)合的方式識(shí)別鍵的狀態(tài)。5個(gè)鍵的具體使用方法見(jiàn)主程序流程圖，即圖6所示。

(4).與輸入的接口

輸入信號(hào)包含三部分，第一部分為容量控制光電檢測(cè)信號(hào)(11路),第二部分為傳送帶電機(jī)及氣壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視輸入(2路)，單片機(jī)均經(jīng)三態(tài)緩沖器讀入這些信息，第三部分對(duì)未灌裝的飲料瓶及已灌滿的飲料瓶，通過(guò)單片機(jī)的計(jì)數(shù)輸入端計(jì)數(shù)。

(5).與輸出的接口

由前述易知，系統(tǒng)的繼電器輸出有6路，其中4路用來(lái)控制兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥和兩個(gè)檔桿電磁閥，另外兩個(gè)控制傳送帶電機(jī)和氣壓機(jī)運(yùn)行。

四、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的工作原理及控制要求，考慮軟件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，正確處理各實(shí)體之間的聯(lián)系，為此軟件采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自頂向下，逐步細(xì)化，利用子程序構(gòu)成各模塊。整個(gè)軟件系統(tǒng)有良好的可讀性、可修改性，易于調(diào)試和維護(hù)。因篇幅有限。

五、 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)選用8位單片機(jī)89C51作為核心控制芯片，具有成本低、體積小、集成度高、可靠性高等特點(diǎn)，是一種較理想的選擇。設(shè)計(jì)方法上，將軟件工程的思想引用于單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的信息流向及整體功能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明確、清晰。

參考文獻(xiàn)
[1] 張友德，趙志英，涂時(shí)亮 . 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)版）[M] .
上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1995
[2] 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M] . 北京：清華大學(xué)出版社，1995
[3] 廣東金鵬科技有限公司 . 中文模塊C型液晶圖文顯示器使用說(shuō)明
[4] 深圳威帆科技有限公司 . SD2000C應(yīng)用電路與程序