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饮料灌装机的单片机控制系统的研制

当今饮料分类繁多,按规模可分为两类,一类是大规模的灌装生产线,这种生产线适合于大型的企业,投资大,自动化程度比较高,控制系统比较复杂;另一类是小规模的单机饮料,这种单机系统,适合于小型的企业,投资小,自动化程度相对不高,控制系统简单。本文结合某饮料自控系统的开发详细介绍饮料灌装机系统的设计。

二、 灌装机的工作示意图及对控制系统的要求:

该灌装机系统的工作示意图如图1。功能要求是,能灌装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种规格瓶装饮料,并应能根据生产的实际情况在线修改产品规格及相应的延时时间,在线显示日产量、月产量、总产量。控制流程为:开始电磁阀1、2得电,控制挡杆1、2伸出,延时0.5秒后,电磁阀2失电,使挡杆2退回,空的饮料瓶通过传送带传送并计数,计数满8个后,挡杆2伸出,延时0.2-2秒后,电磁阀4得电控制一排8个喷嘴下移,然后延迟一段时间(这个时间可调),电磁阀3得电,控制活塞的运动,根据开始设定的容量开始灌装,通过红外光电开关判断活塞是否达到规定的位置,即饮料瓶是否灌满,延时0.1-0.20秒后,电磁阀3失电活塞下移,容器内重新充满饮料,再延时0.1-0.25秒后,电磁阀4失电,一排喷嘴上移,然后电磁阀1失电控制挡杆1退回,装满饮料的瓶通过传送带传送,并启动计数,计数满8个后,又返回。控制系统除了控制上述的机械运动外,且应具有液晶显示功能来显示各种参数及状态,可以对容量、延时时间及时钟进行设置。

三、 控制系统的组成:

1、原理框图

本系统采用PHILIPS89C51。以该为核心的控制电路的原理框图如图2所示。为简单,系统各接口寻址采用线选择的片寻址.

2、单片机与各模块的接口简介

(1). 与OCM4*8C液晶显示模块的接口

OCM4*8C液晶显示模块是128*64点阵的汉字图形型液晶显示模,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16*16点阵)、128个字符 (8*16点阵)及64*256点阵显示RAM(GDRAM)。可与CPU直接接口,提供两种界面来连接微处理机:8位并行及串行两种连接方式。本系统采用8位并行连接方式,其接口如图3,RS、R/W、E分别为OCM4*8C的数据/命令控制位、读/写控制位和使能控制,PSB为并行、串行传输控制, LEDA、LEDK为背光电源正、负极用P2.4口控制背光的亮灭。

(2). 与时钟芯片SD2000C的接口

SD2000C是一种具有内置晶振、支持IIC总线接口的高精度实时时钟芯片。内置一次性充电电池,可用5-10年。内置串行NVSRAM为非易失性 SRAM,擦写次数可达100亿次。具有:年、月、日、星期、时、分、秒的BCD码输入/输出;自动日历到2099年(包括闰年自动换算功能);内置稳压电路及电源掉电检测电路;内置电源管理电路,当VDD大于等于3.0V时,内部电池不耗电;内置16Kbit的串行NVSRAM。由于89C51单片机无 IIC串行总线通信口,本设计利用单片机二位通用I/O口与时钟芯片的IIC总线相连,按IIC通信规则,用软件实现串行数据的通信,连接方式如图5。其中SDA、SCL为实时时钟串行数据总线,SDAE、SCLE为SRAM串行数据总线。

*注:关于OCM4*8C液晶显示模块及时钟芯片SD2000C使用方法及编程的详细情况见参考文献[3],[4]。

(3).与键盘接口

本系统设有运行键、参数设置键、修改命令键、参数选择上拉键、下拉键、左移键、右移键、确认键,为了减少面板尺寸,采用一键多用实际设置了5个键,键的状态通过三态缓冲器与单片机的数据口P0口相连,采用中断与查询相结合的方式识别键的状态。5个键的具体使用方法见主程序,即图6所示。

(4).与输入的接口

输入信号包含三部分,第一部分为容量控制光电检测信号(11路),第二部分为传送带电机及气压机运行状态监视输入(2路),单片机均经三态缓冲器读入这些信息,第三部分对未灌装的饮料瓶及已灌满的饮料瓶,通过单片机的计数输入端计数。

(5).与输出的接口

由前述易知,系统的继电器输出有6路,其中4路用来控制两个转动电磁阀和两个档杆电磁阀,另外两个控制传送带电机和气压机运行。

四、 系统的软件设计

根据系统的工作原理及控制要求,考虑软件的总体结构设计,正确处理各实体之间的联系,为此软件采用模块化的结构设计,自顶向下,逐步细化,利用子程序构成各模块。整个软件系统有良好的可读性、可修改性,易于调试和维护。因篇幅有限。

五、 结束语

本系统选用8位单片机89C51作为核心控制芯片,具有成本低、体积小、集成度高、可靠性高等特点,是一种较理想的选择。设计方法上,将软件工程的思想引用于单片机系统的设计,使系统的信息流向及整体功能设计简单明确、清晰。

参考文献[1] 张友德,赵志英,涂时亮 . 单片微型机原理、应用与实验(实验版)[M] . 上海:复旦大学出版社,1995[2] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术[M] . 北京:清华大学出版社,1995[3] 广东金鹏科技有限公司 . 中文模块C型液晶图文显示器使用说明[4] 深圳威帆科技有限公司 . SD2000C应用电路与程序