基于51單片機(jī)的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是研究基于單片機(jī)的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的控制器由單片機(jī)AT89C51及其擴(kuò)展電路組成，單片機(jī)控制LCD顯示器以及控制電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的工作。這個(gè)控制系統(tǒng)可以根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)計(jì)兩條生產(chǎn)線的滿料、送料、排料等整個(gè)加工流程的參數(shù)值。這樣大大的提高了控制系統(tǒng)和電機(jī)的工作效率，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加料。

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，尤其是隨著高新技術(shù)日新月異，產(chǎn)品的類型、工藝外形越來(lái)越復(fù)雜，精度要求越來(lái)越高，再加上企業(yè)經(jīng)營(yíng)與發(fā)展必會(huì)面對(duì)勞工的短缺、人工成本上要省力化、合理化的發(fā)展趨勢(shì)！傳統(tǒng)的手工加料不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作效率低，且其安全狀況令人堪憂，因此已不能滿足社會(huì)發(fā)展的要求。于是機(jī)械加料機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械加料機(jī)是借助于機(jī)器運(yùn)動(dòng)的作用力加力于材料，對(duì)材料進(jìn)行運(yùn)送運(yùn)輸，相對(duì)于傳統(tǒng)人工手動(dòng)加料，省去了大部分人力用于材料的運(yùn)送運(yùn)輸，大大提高了工作效率。但其控制與監(jiān)測(cè)卻還是需要花費(fèi)大量的人力 ，安全性能較傳統(tǒng)手工加料而言反而更低，一旦發(fā)生事故，造成的后果更為嚴(yán)重。

在變化中求發(fā)展、在發(fā)展中求變化是一個(gè)企業(yè)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展的秘訣。自動(dòng)加料機(jī)伴隨著工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模擴(kuò)大和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的更高追求不斷發(fā)展，企業(yè)為追求更大的效益和更高的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力也促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外第一套自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備是上世紀(jì)70年代在歐洲國(guó)家出現(xiàn)，自從它已出現(xiàn)人們就察覺(jué)到它巨大價(jià)值，自動(dòng)化控制得到了飛速的發(fā)展，到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)不同的發(fā)展階段：

（1）連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)階段：這個(gè)階段是自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的萌芽階段主要是運(yùn)用模擬量PID調(diào)節(jié)等控制技術(shù)和自動(dòng)邏輯控制技術(shù)，這些技術(shù)甚至是在二戰(zhàn)時(shí)期就已經(jīng)被被簡(jiǎn)單應(yīng)用，只不過(guò)在那個(gè)時(shí)候沒(méi)有給系統(tǒng)的結(jié)合起來(lái)。該階段主要采用繼電邏輯控制技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制和工業(yè)二次儀表進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，由于控制系統(tǒng)可靠性不高控制技術(shù)落后，在工藝方面產(chǎn)品狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)方面也不夠精細(xì)，加之檢測(cè)手段落后，在生產(chǎn)過(guò)程還需要大量人力去參與去控制大部分單元，表面上省事，但是生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量都沒(méi)有辦法得到有效的控制。

（2）基于PLC控制的自動(dòng)化生產(chǎn)階段：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不斷的發(fā)展，簡(jiǎn)單的PID控制理論發(fā)展到了模糊PID控制這就為技術(shù)革新創(chuàng)造了有力的條件，在這樣的大環(huán)境下面基于PLC控制的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)就誕生了。這樣的控制系統(tǒng)比著原有自動(dòng)化柔性系統(tǒng)進(jìn)步了很多，很多處理工作就不需要認(rèn)為的參與了；同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)也促進(jìn)了檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，因此在這個(gè)階段自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)效率也能夠?qū)Ξa(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行保障。

（3）計(jì)算機(jī)技術(shù)控制的自動(dòng)化生產(chǎn)階段：數(shù)字互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，一個(gè)小的電腦或者平板就可以對(duì)車間的生產(chǎn)進(jìn)行控制操作，這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)以及更多的通訊技術(shù)都加入到了控制技術(shù)里面。不得不說(shuō)的是現(xiàn)在的傳感器技術(shù)也發(fā)展非常迅速，在這樣的情況下我們自動(dòng)化設(shè)備需要的人力就更少了，生產(chǎn)效率也大幅度提高，關(guān)鍵是生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量也更加優(yōu)良。

而現(xiàn)在我國(guó)自動(dòng)化程度仍然不高，生產(chǎn)速率依然較低。這一方面是由于我國(guó)人口眾多、勞動(dòng)力便宜，很多企業(yè)不愿意將有限的資金投入到無(wú)限的自動(dòng)化研究更新中去；另一方面也是由于自動(dòng)化研制成本較高、適用面窄，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)雖有需求但是由于資金不足而不能投入。但是隨著我國(guó)對(duì)外貿(mào)易的日益增加和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的完善，國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需求也必定會(huì)日趨增長(zhǎng)。我國(guó)企業(yè)由于引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)的設(shè)備價(jià)格又過(guò)于昂貴，因此要發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性盡自己的能力自主研發(fā)或者引進(jìn)消化吸收的基礎(chǔ)上創(chuàng)新研發(fā)出能自己使用的自動(dòng)加料機(jī)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多家廠家可以生產(chǎn)這個(gè)自動(dòng)加料的裝置，且價(jià)格公道，具有很大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Γ�必定�?huì)得到一定的發(fā)展。

隨著單片機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)加料機(jī)領(lǐng)域也得到了很好的發(fā)展，自動(dòng)加料機(jī)的發(fā)展使傳統(tǒng)的手工操作面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。從加工生產(chǎn)率來(lái)看，手工加料過(guò)程大多屬于勞動(dòng)密集型，生產(chǎn)率在很大程度上取決于生產(chǎn)過(guò)程對(duì)人的依賴性，它是工人執(zhí)行某一具體操作所花費(fèi)時(shí)間的函數(shù)，其勞動(dòng)量在產(chǎn)品制造總勞動(dòng)量中占有相當(dāng)高的比例。隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，產(chǎn)品生產(chǎn)周期不斷的縮短、種類的日益增加、質(zhì)量的要求更高、相應(yīng)的要求產(chǎn)品交貨時(shí)間越來(lái)越短短、勞動(dòng)成本的增加。人類手工操作，已經(jīng)不能與當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件相適應(yīng)。在生產(chǎn)中作為一個(gè)生產(chǎn)元素的出現(xiàn)，手工操作不具備判斷準(zhǔn)確、靈巧，并賦以較大作用力的這些特性，又不能保證工作的一致性和穩(wěn)定性，另一方面，從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)出發(fā)，人工操作與加工功能可靠、質(zhì)量一致性好、價(jià)格合理的要求也極不相適應(yīng)。這就對(duì)企業(yè)提出了高要求，即：生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量高、穩(wěn)定，生產(chǎn)加工成本不斷降低。所以，加料系統(tǒng)的自動(dòng)化是生產(chǎn)制造過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

加料自動(dòng)化的重要性還在于促進(jìn)產(chǎn)品制造系統(tǒng)的整體優(yōu)化，生產(chǎn)率得以全面提高。自動(dòng)加料不會(huì)因?yàn)楣と说钠�勞、疏忽、情緒、技術(shù)不熟練等因素的影響而造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷或不穩(wěn)定。有些操作需要潔凈空氣、惰性氣體、真空等特殊環(huán)境；有些操作人類難

以接近。因此，從工人勞動(dòng)保護(hù)方面考慮，發(fā)展自動(dòng)加料技術(shù)尤為重要，也是滿足社會(huì)、市場(chǎng)及技術(shù)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)品不斷更新的需要。

特別是目前操作過(guò)程中的防靜電、操作疲勞、協(xié)調(diào)作業(yè)等因素使得手工作業(yè)存在了很大的局限性，如容易發(fā)生誤操作，生產(chǎn)不合格等等，使得生產(chǎn)率大大下降，所以對(duì)于加料自動(dòng)化的改造將會(huì)大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的成品率及公司的競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)降低公司的生產(chǎn)成本，對(duì)于公司發(fā)展具有重大意義。

同時(shí)，研究本課題對(duì)于個(gè)人也有很重要的意義。它需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)單片機(jī)的應(yīng)用知識(shí)，掌握C語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言用于編程，然后將之前所學(xué)其他專業(yè)課如《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》的知識(shí)綜合在一起。從原理設(shè)計(jì)到方案論證再到選材、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，每一步都需要查閱大量資料，不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。該課題的研究不僅能鞏固以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，而且能鍛煉我收集資料、解決問(wèn)題及實(shí)際動(dòng)手的能力，更重要的是能夠?qū)W以致用，為我步入社會(huì)走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本次設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作：一是確立系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)方案；二是對(duì)系統(tǒng)的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；三是單片機(jī)及通信接口的硬件電路及軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；四是對(duì)連接單片機(jī)的上位管理計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、工作原理和實(shí)現(xiàn)方法的闡述。

本文將LCD顯示技術(shù)、傳感器技術(shù)及信息處理技術(shù)等相互融合，將自動(dòng)加料的多種參數(shù)檢測(cè)和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實(shí)可行的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)，可以全面、實(shí)時(shí)、自動(dòng)地對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用最有效方式送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并可對(duì)加料系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。滿足了對(duì)加料工業(yè)生產(chǎn)實(shí)行全面、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期檢測(cè)的要求。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本設(shè)計(jì)用一臺(tái)電機(jī)就可以控制兩條生產(chǎn)線提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率；

（2）單片機(jī)的設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的可控性、可靠性及實(shí)時(shí)性；

（3）可對(duì)生產(chǎn)線各種狀態(tài)的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，實(shí)用性更強(qiáng)。

   在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候重心放在加料機(jī)的自動(dòng)化上，于此設(shè)想了基于51單片機(jī)的方案與基于PLC控制的方案。下面對(duì)兩種方案進(jìn)行說(shuō)明比較。

   PLC即可編程邏輯控制器，是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。采用梯形圖、助記符、功能圖等編程語(yǔ)言，完成邏輯運(yùn)算、順序控制、記數(shù)、定時(shí)、計(jì)算及模擬量處理等功能。單片機(jī)由最簡(jiǎn)單的輸出/輸入構(gòu)成。如輸出用LED，輸入用開(kāi)關(guān)。并且能實(shí)現(xiàn)最基本的運(yùn)行條件，如應(yīng)有供電、時(shí)鐘附屬電路等。兩種方案有如下區(qū)別：

（1）PLC比單片機(jī)更加復(fù)雜，它是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上集成許多其他控制單元組成的；

（2）單片機(jī)在在在簡(jiǎn)易自動(dòng)化研究系統(tǒng)里面更容易實(shí)現(xiàn)而且成本比較��；

因此決定選用單片機(jī)做此次設(shè)計(jì)。

近年來(lái)，隨著超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展異常迅猛。在電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，如果說(shuō)60年代面臨的是晶體管技術(shù)；70年代面臨的是集成電路技術(shù)；80年代面臨的是單板機(jī)技術(shù)的話，那么可以講，單片機(jī)技術(shù)無(wú)疑將是90年代最活躍的新一代電子應(yīng)用技術(shù)。在當(dāng)前以應(yīng)用電子技術(shù)為代表的高新技術(shù)改造系統(tǒng)工業(yè)方面，在機(jī)電一體化領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)必將顯示出強(qiáng)大的生命力。單片機(jī)功能強(qiáng)、體積小、使用方便、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，獲得很大的應(yīng)用，通用的8位單片機(jī)而言，就有50多個(gè)系列數(shù)百種品種，目前世界上比較著名的部分8位單片機(jī)生產(chǎn)廠家和部分機(jī)型如下：

Intel（美國(guó)英特爾）公司：MCS－51/96及其增強(qiáng)系列

NS（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公司：NS8070系列

RCA（美國(guó)無(wú)線電）公司：CDP1800系列

TI（美國(guó)得克薩斯儀器儀表）公司：TMS700系列

Cypress(美國(guó)Cypress半導(dǎo)體）公司：CYXX系列

Rockwell(美國(guó)洛克威爾）公司：6500系列

Motorola(美國(guó)摩托羅拉）公司：6805系列

Fairchild(美國(guó)仙童）公司：FS系列及3870系列

Zilog（美國(guó)齊洛格）公司：Z8系列及SUPER8系列

Atmel(美國(guó) Atmel）公司：AT89系列

National(日本松下）公司：MN6800系列

Hitachi(日本日立）公司：HD6301、HD65L05、HD6305系列

NEC（日本電氣）公司：UCOM87、（UPD7800）系列

Philips（荷蘭菲利浦）公司：P89C51XX系列

盡管單片機(jī)的種類很多但是在我國(guó)使用最多并且最廣泛的還是51核系列的單片機(jī)如Intel公司的MCS－51和美國(guó)的89C51。

MCS－51系列單片機(jī)包括基本型8031/8051/8751，由于8031片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器；8051是一個(gè)程序不超過(guò)4KB的小系統(tǒng)而8751是用4KB的EPROM取代了8051的4KBROM作為程序存儲(chǔ)器但還是太小了因此均不選用。

與MCS-51系列相比AT89C51/AT89S51單片機(jī)片內(nèi)的4KB的Flash存儲(chǔ)器取代了4KB的EPROM可重復(fù)編程，功能強(qiáng)大性價(jià)比較高且價(jià)格較低，因此本設(shè)計(jì)就選用AT89C51。AT89C51 是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KBYTES的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C51 單片機(jī)符合上述選擇原則，可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[1]。

（1）AT89C51功能特性概述

AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/0口線，兩個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 可將至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式�？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)它的工作。掉電方式時(shí)保存RAM中的全部?jī)?nèi)容，但振蕩器禁止其他所有部件工作并停止工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位[1]。

                               P0.0~P0.7                P2.0~P2.7

            

圖1 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

（2）AT89C51引腳功能介紹

AT89C51單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝。其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖2所示。

P0口（39-32引腳）：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用及 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路。這組口線在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻，分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用[2]。

P1口（1-8引腳）：P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”的時(shí)候，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，然后此時(shí)可作輸入口。因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，作輸入口使用時(shí)，某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址[2]。

P2口（21-28引腳）：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，此時(shí)可作輸入口，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平。同時(shí)在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址（例如執(zhí)行MOVE @DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @RI指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)總R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變[2]。

P3口（10-17引腳）：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口[2]。同時(shí)更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

表1  P3口第二功能

端 口 引 腳	第  二  功  能
P3.0	RXD  （串行輸入口）
P3.1	TXD  （串行輸出口）
P3.2	（外中斷0）
P3,3	（外中斷1）
P3.4	T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）
P3.5	T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）
P3.6	（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）
P3.7	（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

RST(9引腳)：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將單片機(jī)復(fù)位。

ALE/ （30引腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。ALE仍一時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。但要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖[2]。

（29引腳）：程序存儲(chǔ)允許（ ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)[2]。

EA/Vpp（29引腳）：外部訪問(wèn)允許，使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H--FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)[2]。

XTAL1、XTAL2（19、18引腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時(shí)，用來(lái)接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，XTAL2引腳接地，XTAL1接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻）[2]。

物位是指貯存容器里密度不同的物體形成的分界面,物位是保證生產(chǎn)安全和設(shè)備安全的重要系數(shù)。它可以確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或經(jīng)濟(jì)核算；其次為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；最后可以對(duì)它的上下極限位置進(jìn)行報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常運(yùn)行。同時(shí)考慮到粉塵的類型、尺寸、是否振動(dòng)有無(wú)粘性等，因此要特別注意選擇物位傳感器的類型。

原理是當(dāng)罐內(nèi)放入被測(cè)物料時(shí), 由于被測(cè)物料介電常數(shù)的影響, 傳感器的電容量將發(fā)生變化, 電容量變化的大小與被測(cè)物料在罐內(nèi)高度有關(guān), 且成比例變化。檢測(cè)出這種電容量的變化就可測(cè)定物料在罐內(nèi)的高度。

利用電容式物位傳感器，當(dāng)環(huán)境溫度、濕度變化時(shí)，它們的介電常數(shù)隨之改變，產(chǎn)生誤差。這種誤差雖可用后續(xù)電路加以補(bǔ)償(如采用與測(cè)量電橋相并聯(lián)的補(bǔ)償電橋)，但無(wú)法完全消除。而且傳感器內(nèi)電極表面不便經(jīng)常清洗，應(yīng)加以密封，用以防塵、防潮。若在電極表面鍍以極薄的惰性金屬(如銠等)層，則可代替密封件起保護(hù)作用，可防塵、防濕、防腐蝕，并在高溫下可減少表面損耗、降低溫度系數(shù)，但成本較高。傳感器要密封以防止水分侵入內(nèi)部而引起電容值變化和絕緣性能下降。傳感器的殼體剛性要好，以免安裝時(shí)變形且需用高頻電路。 同時(shí)也比較麻煩，因此不予選用。

利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒(méi)于液體中的浮筒對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)液位變化時(shí)，前者（恒浮力式）產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，后者（變浮力式）則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測(cè)出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。

但是由于其比較適用于液體的檢測(cè)，如果是固體，半固體就不是很好用了，適用范圍較窄因此不選用這種。

阻力式物位傳感器是利用物料對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)所呈現(xiàn)的阻擋力的特點(diǎn)來(lái)構(gòu)成各種料位傳感器。

• 重錘探測(cè)法：傳感器放置倉(cāng)頂，重錘由電機(jī)通過(guò)不銹鋼帶或鋼絲繩牽引吊入在倉(cāng)內(nèi)，儀表控制傳感自動(dòng)定時(shí)對(duì)料位進(jìn)行探測(cè)，每次測(cè)量時(shí)重錘從倉(cāng)頂起始位置開(kāi)始下降，碰到料面立即返回到倉(cāng)頂?shù)却�下一次測(cè)量。儀表通過(guò)對(duì)重錘下降過(guò)程傳感信號(hào)的處理可得到倉(cāng)頂?shù)搅厦娴木嚯xhl，倉(cāng)高H是由用戶預(yù)置的，這樣用倉(cāng)高H減去hl便可得出料位高度h=H-hl，儀表直接顯示料位高度(h)。但這種方法屬于數(shù)字傳感器，雖然采樣是周期性的，但是對(duì)時(shí)間而言不連續(xù)，因此不采用。
• 旋槳或推板法：利用微型電機(jī)做驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)軸與離合器相連接，當(dāng)未接觸物料時(shí)，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)葉片接觸物料時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)裝置輸出一接點(diǎn)信號(hào)，同時(shí)切斷電源停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)物料下降時(shí)葉片所受阻力消失，檢測(cè)裝置依靠扭力彈簧恢復(fù)到原始狀態(tài)。針對(duì)不同比重物料扭力大小可以調(diào)節(jié)。這類應(yīng)用較少也不選用。
• 音叉法：音叉式物位傳感器的工作原理是通過(guò)安裝在音叉基座上的一對(duì)壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)。音叉的振幅和頻率將發(fā)生突變，當(dāng)音叉與被測(cè)介質(zhì)相接觸時(shí)，智能電路將對(duì)此進(jìn)行檢測(cè)并把這種變化轉(zhuǎn)換為一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。音叉式物位傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，也正因它的這諸多優(yōu)勢(shì)，決定著音叉式物位傳感器具有了適應(yīng)性強(qiáng)（被測(cè)介質(zhì)不同的電參數(shù)、密度對(duì)測(cè)量均不產(chǎn)生影響）、不需調(diào)校（無(wú)論測(cè)量何種介質(zhì)都不需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校）和免于維護(hù)等特點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、輕工、糧食等行業(yè)中物位的過(guò)程控制。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏可靠。
  

音叉式物位傳感器有如下優(yōu)點(diǎn)：

①適應(yīng)性強(qiáng)：被測(cè)介質(zhì)不同的電參數(shù)、密度對(duì)測(cè)量均不產(chǎn)生影響。結(jié)垢、攪動(dòng)、湍流、氣泡、振動(dòng)、中等粘度、高溫(Max150℃)、高壓等惡劣條件對(duì)檢測(cè)也無(wú)影響。

②不需調(diào)校：由于音叉式物位開(kāi)關(guān)的檢測(cè)不受被測(cè)介質(zhì)電參數(shù)及密度的影響,所以無(wú)論測(cè)量何種介質(zhì)都不需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校。

③免于維護(hù)：由于音叉式物位開(kāi)關(guān)的檢測(cè)過(guò)程由電子電路完成,無(wú)活動(dòng)部件,所以一經(jīng)安裝投入使用便不需要維護(hù)。綜上所述，選擇音叉法阻力式料位傳感器。

原理:傳感器安裝于倉(cāng)的頂部或倉(cāng)的側(cè)壁上。音叉由壓電晶體驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)叉體被液體浸沒(méi)或被物料埋沒(méi)時(shí)振動(dòng)頻率發(fā)生變化。這個(gè)變化由電子電路檢出并輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量用于報(bào)警或控制。

適用范圍:中等粘度、腐蝕性液體。流動(dòng)性好的粉狀物料和顆粒狀物料。

禁用范圍:高溫、高粘度液體。高溫、易結(jié)垢固體、塊狀物料

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管是很重要的外設(shè),通常用來(lái)顯示控制過(guò)程和運(yùn)算結(jié)果。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、使用電壓低、壽命長(zhǎng)、配置靈活的特點(diǎn)，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行LED管的顯示可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。

靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是各LED管能穩(wěn)定地同時(shí)顯示各自字形系統(tǒng)在每一次顯示輸出后，能保持顯示不變，僅僅在待顯示數(shù)字需要改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容，這種顯示占用CPU時(shí)間少，顯示穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是：當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，占用I/O較多。

LED動(dòng)態(tài)顯示就是LED輪流地一遍一遍顯示各自字形，CPU需定時(shí)地對(duì)每位LED顯示器進(jìn)行掃描，每位LED顯示器分時(shí)輪流工作，每次只能使一位LED顯示，但由于人眼視覺(jué)暫留現(xiàn)象，仍感覺(jué)所有的LED顯示器都同時(shí)顯示。這種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，占用 I/O少。缺點(diǎn)是：占用CPU時(shí)間長(zhǎng)，只要不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。

由于在自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)中運(yùn)行是要同時(shí)顯示兩條生產(chǎn)線路滿料、送料及排料，所顯示的位數(shù)很多，因此不采用LED顯示

LCD液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大、 體積小、重量輕、功耗低可顯示大量文字、圖形,顯示內(nèi)容豐富,清晰可見(jiàn),顯示質(zhì)量高，并且數(shù)字式接口和AT89C51已經(jīng)接好，方便。

1602液晶顯示器是一種點(diǎn)陣型液晶模塊，在顯示形式上面是有一定的要求的，一些不規(guī)范的圖形它都不能顯示出來(lái)，只能顯示一些字母、數(shù)字和符號(hào)。這是因?yàn)樗�的點(diǎn)陣字符排位決定。我們常見(jiàn)的點(diǎn)陣字符主要有由若干個(gè)5×7結(jié)構(gòu)形式，或者也有5×11的結(jié)構(gòu)形式。這些點(diǎn)陣字符位只能顯示出一個(gè)字符，并且每個(gè)字符之間還有一個(gè)點(diǎn)陣字符的距離，行與行之間也有一個(gè)點(diǎn)陣字符的距離。使得屏幕能夠達(dá)到字符之間和行距之間都有空位。所以不能構(gòu)成一個(gè)連體的圖像。

LCD1602液晶是顯示電路最常用到的一款顯示屏。尤其在顯示字符上，更為普遍。它的屏幕大小可以顯示2行字符，每行可以顯示16個(gè)字符。它的屏幕顏色清晰可調(diào)，背光以黃綠色為底，在顯示字符或者數(shù)字的同時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)改變它的對(duì)比度，使得符號(hào)和數(shù)字容易被觀察。因此，決定此設(shè)計(jì)采用LCD1602顯示屏。

圖4 原理框圖

首先系統(tǒng)供電，通過(guò)按鍵對(duì)生產(chǎn)線的送料和排料時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定的時(shí)間由LCD顯示屏顯示出來(lái)。設(shè)定完畢后，由單片機(jī)開(kāi)始檢測(cè)安裝在物料倉(cāng)的音叉?zhèn)鞲衅魇欠裼袧M料信號(hào)輸入。若有，則物料倉(cāng)的閥門打開(kāi)。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)，生產(chǎn)線開(kāi)始送料、排料，設(shè)定的送料、排料時(shí)間開(kāi)始遞減，直至為零。電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，生產(chǎn)線指示燈亮，表示完成自動(dòng)加料。

鍵盤是由若干按鈕組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過(guò)鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信。鍵盤可以分為獨(dú)立聯(lián)接式和行列式兩類，每一類又可根據(jù)對(duì)鍵盤的譯碼方法分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩類。編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路，只要按下某一個(gè)鍵，就能產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼，同時(shí)，還能產(chǎn)生一個(gè)脈沖，以通知CPU接收輸入鍵的代碼。這種鍵盤的使用比較方便，亦不需要編寫很多程序，但使用的硬件比較偏復(fù)雜，在微型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中并不多見(jiàn)。

非編碼鍵盤是由一些按鍵排列成的一個(gè)行列矩陣。按鍵的作用，是簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的接通與斷開(kāi)，但必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生出相應(yīng)的鍵碼。非編碼鍵盤幾乎不需要附加硬件電路，目前，在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用比較普遍。鍵盤是由若干按鈕組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過(guò)鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信。鍵盤可以分為獨(dú)立聯(lián)接式和行列式兩類，每一類又可根據(jù)對(duì)鍵盤的譯碼方法分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩類。編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路，只要按下某一個(gè)鍵，就能產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼，同時(shí)，還能產(chǎn)生一個(gè)脈沖，以通知CPU接收輸入鍵的代碼。這種鍵盤的使用比較方便，亦不需要編寫很多程序，但使用的硬件比較偏復(fù)雜，在微型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中并不多見(jiàn)。

圖5 按鍵電路

本設(shè)計(jì)一共設(shè)計(jì)有6個(gè)按鍵：步驟時(shí)間切換鍵、時(shí)間設(shè)定加減鍵、時(shí)間設(shè)定確定鍵以及兩個(gè)滿料信號(hào)模擬鍵，所以采用獨(dú)立式鍵盤。通過(guò)這些按鍵可以對(duì)兩條生產(chǎn)線路的各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)間進(jìn)行選擇和設(shè)定。

圖6 顯示電路

顯示電路采用LCD1602液晶顯示模塊，直接與單片機(jī)P0口相連，兩行分別顯示生產(chǎn)線路1和生產(chǎn)線路2的滿料時(shí)間、送料時(shí)間和排料時(shí)間等。顯示電路如圖6所示。

LCD 1602有16個(gè)管腳，每一個(gè)管腳都有其固定的作用，管腳圖及功能如下：

圖7 LCD1602管腳圖

1腳VSS為電源地；

2腳VDD為+5V邏輯電源；

3腳V0為對(duì)比控制端，可以通過(guò)1K阻值的電阻接地；

4腳RS為寄存器選擇端，當(dāng)引腳為高電平1時(shí)，表示其為數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng)引腳為低電平0時(shí)，表示其為指令寄存器；

5腳R/W為讀寫信號(hào)線，當(dāng)引腳為高電平1時(shí)，表示其為讀操作，當(dāng)引腳為低電平0時(shí)，表示其為寫操作；

6腳E（或EN）端為使能信號(hào)端，當(dāng)其為高電平或者是下降沿的時(shí)候有效；

7～14腳D0～D7為8位數(shù)據(jù)總線；

15腳LEDA為背光+5V；

16腳LEDK為背光地線。

圖8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

采用L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可直接由單片機(jī)的I/O端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，并且可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)。而且在直流電機(jī)的電樞兩端并聯(lián)一個(gè)瓷片電容，可以穩(wěn)定電機(jī)的電壓，不至于對(duì)單片機(jī)造成干擾，省掉了通過(guò)光耦隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)信號(hào)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖8所示。

L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路；可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的I/O端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、啟停的操作。其引腳功能圖及引腳功能如下：

SENSA、SENSB（1腳、15腳）：此兩端與地連接電流檢測(cè)電阻，并向驅(qū)動(dòng)芯片反饋檢測(cè)到的信號(hào)；

OUT1 、OUT2（2腳、3腳）：此兩腳是全橋式驅(qū)動(dòng)器A的兩個(gè)輸出端，用來(lái)連接負(fù)載；
                 

圖9  L298N引腳圖

VS（4腳）：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端；
   IN1 、IN2（5腳、7腳）：輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制全橋式驅(qū)動(dòng)器A的開(kāi)關(guān)；
  ENA、ENB（6腳、11腳）：使能控制端.輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)；低電平時(shí)全橋式驅(qū)動(dòng)器禁止工作；

GND（8腳）：接地端，芯片本身的散熱片與8腳相通；
   VCC(9腳)：邏輯控制部分的電源輸人端口；
  IN3 、IN4（10腳 、12 腳）：輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制全橋驅(qū)動(dòng)器B的開(kāi)關(guān)；
    OUT3 、OUT4（13腳、14腳）：此兩腳是全橋式驅(qū)動(dòng)器B的兩個(gè)輸出端，用來(lái)連接負(fù)載。

                                表2 L298N邏輯狀態(tài)表

圖10 主程序流程圖

              

圖11 延時(shí)子程序

本設(shè)計(jì)是基于AT89C51的自動(dòng)加料系統(tǒng)，沒(méi)有外擴(kuò)ROM和RAM，程序直接放在AT89C51內(nèi)部閃存中�；�于單片機(jī)控制的自動(dòng)加料系統(tǒng)是一種無(wú)需人工直接操作，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電機(jī)控制雙生產(chǎn)線運(yùn)作的新型材料自動(dòng)供給系統(tǒng)，相比于老式自動(dòng)加料系統(tǒng)定時(shí)定點(diǎn)加料、單生產(chǎn)線運(yùn)行的工作模式，其大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)。大提高了工作可靠性。

本設(shè)計(jì)的主要部分是由單片機(jī)控制的顯示器部分與驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路等硬件部分與軟件部分的設(shè)計(jì)共同組成，本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以一臺(tái)電機(jī)為兩條生產(chǎn)線供料，主要取決于工藝要求。這個(gè)過(guò)程需要用判斷程序?qū)崿F(xiàn)，當(dāng)一條生產(chǎn)線排料料結(jié)束后判斷到另一條生產(chǎn)線物料處于滿料狀態(tài)，則為第二條生產(chǎn)線供料，這需要精準(zhǔn)的控制而且要嚴(yán)格控制其誤差。

采用L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不僅可以控制電機(jī)的啟停和正反轉(zhuǎn)，而且還可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，并且能對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，未來(lái)自動(dòng)加料機(jī)控制必然會(huì)得到大規(guī)模的使用以及發(fā)展，希望本文的一些粗淺工作，能夠?yàn)楹罄m(xù)的深入研究和項(xiàng)目建設(shè)，提供一定的幫助。

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