飲料灌裝機的單片機控制系統(tǒng)的研制

一、 引言：

當(dāng)今飲料灌裝機分類繁多，按規(guī)?？煞譃閮深悾活愂谴笠?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，自動化程度比較高，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜；另一類是小規(guī)模的單機飲料灌裝機，這種單機系統(tǒng)，適合于小型的企業(yè)，投資小，自動化程度相對不高，控制系統(tǒng)簡單。本文結(jié)合某飲料灌裝機自控系統(tǒng)的開發(fā)詳細(xì)介紹飲料灌裝機單片機系統(tǒng)的設(shè)計。

二、 灌裝機的工作示意圖及對控制系統(tǒng)的要求：

該灌裝機系統(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)的實際情況在線修改產(chǎn)品規(guī)格及相應(yīng)的延時時間，在線顯示日產(chǎn)量、月產(chǎn)量、總產(chǎn)量。控制流程為：開始電磁閥1、2得電，控制擋桿1、2伸出，延時0.5秒后，電磁閥2失電，使擋桿2退回，空的飲料瓶通過傳送帶傳送并計數(shù)，計數(shù)滿8個后，擋桿2伸出，延時0.2-2秒后，電磁閥4得電控制一排8個噴嘴下移，然后延遲一段時間(這個時間可調(diào))，電磁閥3得電，控制活塞的運動，根據(jù)開始設(shè)定的容量開始灌裝，通過紅外光電開關(guān)判斷活塞是否達到規(guī)定的位置，即飲料瓶是否灌滿，延時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，裝滿飲料的瓶通過傳送帶傳送，并啟動計數(shù)，計數(shù)滿8個后，又返回?？刂葡到y(tǒng)除了控制上述的機械運動外，且應(yīng)具有液晶顯示功能來顯示各種參數(shù)及狀態(tài)，可以對容量、延時時間及時鐘進行設(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。以該單片機為核心的控制電路的原理框圖如圖2所示。為簡單，系統(tǒng)各接口尋址采用線選擇的片尋址.

2、單片機與各模塊的接口簡介

(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個中文漢字(16*16點陣)、128個字符 (8*16點陣)及64*256點陣顯示RAM(GDRAM)?？膳cCPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機：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時時鐘芯片。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，擦寫次數(shù)可達100億次。具有：年、月、日、星期、時、分、秒的BCD碼輸入/輸出；自動日歷到2099年(包括閏年自動換算功能)；內(nèi)置穩(wěn)壓電路及電源掉電檢測電路；內(nèi)置電源管理電路，當(dāng)VDD大于等于3.0V時，內(nèi)部電池不耗電；內(nèi)置16Kbit的串行NVSRAM。由于89C51單片機無 IIC串行總線通信口，本設(shè)計利用單片機二位通用I/O口與時鐘芯片的IIC總線相連，按IIC通信規(guī)則，用軟件實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的通信，連接方式如圖5。其中SDA、SCL為實時時鐘串行數(shù)據(jù)總線，SDAE、SCLE為SRAM串行數(shù)據(jù)總線。

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

(3).與鍵盤接口

本系統(tǒng)設(shè)有運行鍵、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，采用一鍵多用實際設(shè)置了5個鍵，鍵的狀態(tài)通過三態(tài)緩沖器與單片機的數(shù)據(jù)口P0口相連，采用中斷與查詢相結(jié)合的方式識別鍵的狀態(tài)。5個鍵的具體使用方法見主程序流程圖，即圖6所示。

(4).與輸入的接口

輸入信號包含三部分，第一部分為容量控制光電檢測信號(11路),第二部分為傳送帶電機及氣壓機運行狀態(tài)監(jiān)視輸入(2路)，單片機均經(jīng)三態(tài)緩沖器讀入這些信息，第三部分對未灌裝的飲料瓶及已灌滿的飲料瓶，通過單片機的計數(shù)輸入端計數(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路用來控制兩個轉(zhuǎn)動電磁閥和兩個檔桿電磁閥，另外兩個控制傳送帶電機和氣壓機運行。

四、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

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，正確處理各實體之間的聯(lián)系，為此軟件采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，自頂向下，逐步細(xì)化，利用子程序構(gòu)成各模塊。整個軟件系統(tǒng)有良好的可讀性、可修改性，易于調(diào)試和維護。因篇幅有限。

五、 結(jié)束語

本系統(tǒng)選用8位單片機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，是一種較理想的選擇。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。

參考文獻
[1] 張友德，趙志英，涂時亮 . 單片微型機原理、應(yīng)用與實驗（實驗版）[M] .
上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1995
[2] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術(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明
[4] 深圳威帆科技有限公司 . SD2000C應(yīng)用電路與程序