基于AT89C51智能飲料機控制系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)論文_設(shè)計說明書

1、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Control System Design of Intelligent BeverageMachineBased on AT89C51吉林化工學(xué)院Jilin Institute of Chemical Technology43 / 57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(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)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 與其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。

2、對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)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)校可以采用影印、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(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本

3、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(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。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(jìn)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）

4、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 與格 不與格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 與格 不與格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 與格 不與格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 與格 不與格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、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 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、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

5、指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績： 優(yōu) 良 中 與格 不與格（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 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、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 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)

6、計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績： 優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿教研室（或答辯小組）與教學(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 與格 不與格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論

7、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 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、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 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格評定成績： 優(yōu) 良 中 與格 不與格（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，

8、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與材料的加工方法。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，顯著消除灌裝工序與印刷貼標(biāo)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與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(jìn)行灌裝時，稱重傳感器受壓后，內(nèi)部電阻值發(fā)生變

9、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(jìn)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(jìn)行識別，當(dāng)液體重量達(dá)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)的信息流向與整體功能設(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，易于廣泛推廣和普與，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。

10、關(guān)鍵詞：灌裝；單片機；通信；稱重AbstractFilling machine equipment food and drink, daily necessities, medicine, industry, etc. The current filling machine equipment is in the way of automation. Filling machine equipment is changing the way of the action filling process and filling containers and materials processing

11、 methods under the automation. To achieve automatic control of the filling system can greatly improve production efficiency and quality that significantly eliminate the error and filling process is caused by labeling and printing, effectively reduces the labor intensity of workers and energy and res

12、ource consumption.The control system is 89C51 MCU. They are made of the power circuit, MCU control circuit, the load cell circuit, signal amplifier, AD conversion circuit, keyboard control circuit, LCD display circuit and the liquid pump drive circuit. It also includeslower machine and circuit and t

13、he sound and light alarm circuitThe filling machine uses the method of weighing filling to achieve the filling of liquid.The quality of the quantitative amount of liquid is taken from the pressure sensor implementation. In the filling, the load cell is under pressure to change the internal resistanc

14、e. The output signals gradually change through increase the quality of liquid. Because the signal is weak and not easy to transport, soit must be enlarged first. The analog Converted into digital through the AD converter.Then it is send to MCU of IO port to recognize. When the liquid of weight reach

15、es pre-set weight, the MCU switches off the relay signal. Liquid pump stop working and wait for the next start filling.The alarm circuit will be prompted to fill the end of this. In the filling process, the quality of the liquid filling is displayed on the LCD screen, and will through the microcontr

16、oller serial port into PC.In the method of the design, the software engineering is applied to the design of MCU system.The system of information flow and the overall functional design is simple and clear. The system and and popularization of various filling in the field of modern surely play its max

17、imum effectiveness. Key Words：Filling; MCU; Communication; weigh目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1 研究意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展概況11.3 課題分析2第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計32.1 方案的選擇32.2 課題內(nèi)容與要求32.3 系統(tǒng)整體框圖與流程3第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計53.1.1 功能要求與方案確定53.1.2 主要元器件的選擇53.1.3 電路的設(shè)計63.2 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計73.2.1 單片機的選擇73.2.2 電路的設(shè)計83.3 稱重傳感器的選擇93.4 微弱信號放大電路的設(shè)計103

18、.4.1 AD620芯片介紹103.4.2 AD620的應(yīng)用電路113.5 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計113.5.1 TLC2543芯片介紹113.5.2 電路設(shè)計123.6 液體泵驅(qū)動電路的設(shè)計123.7 聲光報警電路的設(shè)計143.8 鍵盤與顯示電路的設(shè)計143.8.1 鍵盤電路的設(shè)計143.8.2 液晶顯示電路的設(shè)計153.9 通信電路的設(shè)計173.9.1 數(shù)據(jù)通信方式選擇173.9.2 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口總線173.9.3 MAX232芯片介紹183.9.4 通信接口電路19第4章系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境214.1 軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計214.2 下位機程序的設(shè)計214.2.1 初始化模塊的設(shè)計224.

19、2.2 讀取預(yù)設(shè)定值（鍵盤掃描）模塊的設(shè)計224.2.3 灌裝程序模塊的設(shè)計224.2.4 顯示程序模塊的設(shè)計224.2.5 通信程序的設(shè)計224.3 上位機軟件的設(shè)計224.3.1 Visual Basic的特點224.3.2 VB通信控件的介紹224.3.3 軟件的界面設(shè)計22第5章系統(tǒng)測試與仿真225.1 硬件系統(tǒng)的測試225.1.1 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試225.1.2 微弱信號放大電路的仿真與調(diào)試225.1.3 液體泵驅(qū)動電路的測試225.1.4 聲光報警電路的測試225.2 軟件系統(tǒng)的調(diào)試22結(jié)論22參考文獻(xiàn)22致謝22第1章 緒論1.1 研究意義在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是在石油、化

20、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(dá)2878萬千升，同比增長8.2%。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

21、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(dá)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(xiàn)報道中用基于AT89C51的控制系統(tǒng)對灌裝進(jìn)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(jìn)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(jìn)行的一些探索。1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況

22、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(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)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(jìn)、使用可靠，使其性能指標(biāo)、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

23、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(jìn)世界先進(jìn)行業(yè)之列。1.多功能：一臺設(shè)備，可進(jìn)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(jìn)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(dá)2000灌分，德國H&K公司、SEN公司、KRONES公司，其灌裝機的灌裝閥分別達(dá)到165頭、144頭、178頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥50-100頭，灌裝速度最高達(dá)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)。1

24、.3 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Visual Basic 6.0環(huán)境下開發(fā)完成的。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 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

25、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(dāng)?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

26、好等特點，易于廣泛推廣和普與，因此本設(shè)計選擇方案三。2.2 課題內(nèi)容與要求設(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：220VAC±10%。6系統(tǒng)的最小分辨率為0.01Kg。2.3 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與聲光報警電路等硬件接口電路組成

27、，系統(tǒng)整體功能框圖如圖2-1所示。圖2-1 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(jìn)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(jìn)行識別。當(dāng)容器B中液體質(zhì)量達(dá)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

28、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(biāo)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(dá)到系統(tǒng)要求的功能與性能。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 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(biāo)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)

29、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AC-DC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)定度與負(fù)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

30、，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(yán)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。考慮到本次設(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。3.1.1 功能要求與方案確定本次設(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。圖3-1 線性直流穩(wěn)壓電源原理框圖3.1.2 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0.8A。濾波電容的選

31、擇：選用1000F50V和470F25V的電解電容，0.1F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、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(dá)1.5A1。在該電源電路的設(shè)計中，我們采用了LM7805和LM7812集

32、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3-2所示。圖3-2 LM7812LM7805封裝圖3.1.3 電路的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的要求，該電源的電路圖如圖3-3所示。圖3-3 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

33、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3-3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。3.2 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 單片機的選擇單片機全稱為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer），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)時鐘與系統(tǒng)總線微型化并集成到一塊芯片上的微

34、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(biāo)準(zhǔn)MCS-51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，

35、2個16位可編程定時器計數(shù)器，2個全雙工串行通信口3-4。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3-4所示。圖3-4 AT89C51單片機引腳圖AT89C51單片機性能參數(shù)：1兼容MCS- 51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：0 Hz至24 MHz；5三級加密程序存儲器；6128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；732個可編程I O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。3.2.2 電路的設(shè)計對于該單片

36、機的最小系統(tǒng)設(shè)計主要是設(shè)計復(fù)位電路以與外部晶體振蕩電路，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3-5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11.0592MHz的晶振AT89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖3-5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11.0592MHz的晶振Y1并聯(lián)跨接到單片機的XTAL1 、XTAL2

37、端用于為單片機提供時鐘頻率。其中VCC為+5V直流電壓。圖3-5 AT89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖3.3 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RL-C04 S式拉壓力傳感器。該稱重傳感器適用于指定的標(biāo)準(zhǔn)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與密封設(shè)計，即使在惡劣環(huán)境下，仍能長時間工作。RL-C04 S式拉壓力傳感器外觀如圖3-6所示。RL-C04 S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

38、；4可選擇模擬量輸出：05V，010mA；5經(jīng)濟實用。圖3-6 RL-C04 S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(lán)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。3.4 微弱信號放大電路的設(shè)計3.4.1 AD620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

39、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3-7所示。圖3-7 AD620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(fù)電源；5：基準(zhǔn)電壓；6：信號輸出端；7：正電源。3.4.2 AD620的應(yīng)用電路本系統(tǒng)的信號放大電路如圖3-8所示。圖3-8 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。使用精密電阻

40、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。3.5 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計3.5.1 TLC2543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TL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

41、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(jìn)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。3.5.2 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3-9所示。其中選擇AIN6作為模擬信號的輸入通道，IO CLOCK，DAT本次設(shè)計的商用灌裝系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換電路如圖

42、3-9所示。其中選擇AIN6作為模擬信號的輸入通道，IO CLOCK，DATA INPUT，DATAOUT，端分別與單片機IO口相連，IO CLOCK，DATA INPUT，信號均由單片機送入。TLC2543對模擬輸入信號進(jìn)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。圖3-9 AD轉(zhuǎn)換電路3.6 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與停止要由單片機發(fā)出命令信號進(jìn)行控制?？紤]到實際應(yīng)用中要進(jìn)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

43、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。HJR-3FF-S-Z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3-10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(dāng)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。圖3-10 HJR-3FF-S-Z型繼電器引腳圖液體泵驅(qū)動電路的原理圖如圖3-11所示。圖3-

44、11 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)生很大的回流，該二極管的作用就是減少回流對整個電路的影響。當(dāng)與電路連接的單片機P2.0口發(fā)出高電平時，NPN型三極管9013的集電極與發(fā)射極被導(dǎo)通，從而繼電器線圈被導(dǎo)通，開關(guān)觸點3與觸點4閉合，液體泵與220V交流電接通開始抽取液體。當(dāng)單片機的P2.0口為低電平時，三極管的集電極與發(fā)射極被截止，繼電器

45、開關(guān)斷開，液體泵停止工作。3.7 聲光報警電路的設(shè)計當(dāng)灌裝完畢后會顯示并提醒本次灌裝完成，電路圖如圖3-12所示。該電路可由單片機IO口直接控制，當(dāng)單片機P2.1、P2.2口為低電平時，發(fā)光二極管D4被點亮，PNP型三極管9012的集電極和發(fā)射極被導(dǎo)通，蜂鳴器LS2發(fā)聲。電阻R9、R10用于限流。圖3-12 聲光報警電路圖3.8 鍵盤與顯示電路的設(shè)計3.8.1 鍵盤電路的設(shè)計系統(tǒng)在實施灌裝動作前，要預(yù)先設(shè)定灌裝液體的質(zhì)量值，這一過程可由鍵盤完成。本系統(tǒng)的鍵盤采用3個獨立按鍵：按鍵1用于設(shè)置灌裝動作的開始與停止，按鍵2用于使灌裝質(zhì)量值增加，按鍵3用于使灌裝質(zhì)量值減少。按鍵與單片機的接口電路如圖3

46、-13所示。3個按鍵分別與單片機的3個IO口連接，當(dāng)按鍵按下時，相對應(yīng)的單片機IO口接收到的為低電平，在程序控制下完成相應(yīng)動作。圖3-13 鍵盤與單片機接口電路圖3.8.2 液晶顯示電路的設(shè)計液晶顯示器（LCD）具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點,近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中，LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點陣式LCD，其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線與漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾

47、動、動畫、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。本系統(tǒng)的設(shè)計選用點陣式液晶顯示器TM240128A。TM240128A是內(nèi)藏T6963C控制器的240×128點陣圖形液晶顯示模塊，帶EL黃綠色背光。在LCD板中還有行列驅(qū)動器，8KB隨機存儲器，控制電路和時序電路等。通過對T6963C的編程，可以實現(xiàn)點陣式LCD的各種應(yīng)用。TM240128A還具有以下特點：1本模塊可直接適配于8080MPU和Z80MPU的接口信號；2可以設(shè)置字符方式與圖形方式的合成顯示（即字符顯示的內(nèi)容和圖形顯示區(qū)的內(nèi)容通過模塊式設(shè)置同時顯示在屏幕上）；3允許MOU隨機訪問顯示緩沖區(qū)，甚至可以進(jìn)行位操作；4顯示

48、字符的字體可以分為6× 8點陣和8× 8點陣；5對模塊的操作都進(jìn)行狀態(tài)字的判斷；6復(fù)位信號將把行、列計數(shù)器和顯示寄存器清零，并且關(guān)顯示。復(fù)位后可用開顯示指令完整地恢復(fù)顯示屏幕上的畫面內(nèi)容。每次上電后，有必要進(jìn)行一次軟件復(fù)位；7顯示窗口長度（列）已由硬件設(shè)置為40（字符數(shù)），即列數(shù)數(shù)據(jù)個數(shù)的最大值（超出屏幕部分不顯示）；8顯示窗口寬度（行）已由硬件設(shè)置為128行；9本模塊內(nèi)建128種字符，并允許用戶在顯示緩沖區(qū)內(nèi)任意設(shè)置一個區(qū)域作為外擴的字符發(fā)生器CGROM；10顯示緩沖區(qū)可分為文本顯示區(qū)，圖形顯示區(qū)和CGROM區(qū)；11光標(biāo)可在字符方式下啟用，此時光標(biāo)與所在位的字符通過“或”

49、顯示；12文本特征方式只能在文本模式中（此時文本區(qū)和圖像區(qū)都必須打開）；13本模塊的控制指令有的需要參數(shù)，參數(shù)的輸入在指令代碼之前8。TM240128A引腳如表3-1所示。表3-1 TM240128A引腳引腳號引腳名稱功能說明1FG框架地（連接金屬框架）2VSS地3VDD電源正電壓4VO電源負(fù)電壓5WR寫數(shù)據(jù)（低電平有效）6RD讀數(shù)據(jù)（低電平有效）7CE片選信號8CD命令數(shù)據(jù)選擇9RESET控制復(fù)位1017DB0DB7數(shù)據(jù)線18FS字形選擇19ALED背光的陽極20KLED背光的陰極TM240128A液晶顯示器與單片機接口電路如圖3-16所示。單片機利用數(shù)據(jù)總線與控制信號直接采用IO設(shè)備訪問形

50、式控制該液晶顯示模塊。AT89C51的數(shù)據(jù)口P0直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口相連，AT89C51的RD、WR作為液晶顯示模塊的讀、寫控制信號；液晶顯示模塊的RESET掛在+5V的電源上。電路中，TM240128A的CE，CD兩個信號分別與AT89C51的P2.7和P2.6相連。圖3-14中，R11是阻值為10K的電位器，與LCD的V0引腳相連，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器、改變電位器接入電路中的阻值時，V0端的電壓也隨之改變，從而可以改變顯示屏字符、圖形的灰度值，一般該V0端的電壓調(diào)到-10V左右。圖3-14 TM240128A與單片機接口電路圖液晶顯示器的硬件電路接口設(shè)計完畢后還要通過軟件編程來實現(xiàn)其顯示的內(nèi)

51、容以與顯示的方法，具體實現(xiàn)過程將在第4章中進(jìn)行闡述。3.9 通信電路的設(shè)計隨著單片機應(yīng)用系統(tǒng)對前沿單片機、現(xiàn)場電路進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的需要，單片機與上位機之間實現(xiàn)通信就顯得尤為重要。3.9.1 數(shù)據(jù)通信方式選擇數(shù)據(jù)通信方式有兩種，即并行數(shù)據(jù)通信和串行數(shù)據(jù)通信。并行通信傳輸速度快，硬件開銷大，而串行通信只需要一對傳輸線進(jìn)行傳送信息，而且成本低。按照串行數(shù)據(jù)的同步方式，串行通信可以分為同步通信和異步通信兩類。在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備一幀一幀地接收。發(fā)送端可以有各自的時鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個時鐘彼此獨立。同步通信是一

52、種連續(xù)串行傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只能傳送一幀信息。同步通信中，同步字符可以采用同一標(biāo)準(zhǔn)格式，也可以由用戶約定。數(shù)據(jù)的傳輸速率較高，但同步通信要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴(yán)格同步，在硬件的實現(xiàn)上比較復(fù)雜，系統(tǒng)成本高。因此，在本設(shè)計中選擇串行異步通信方式。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工方式。本設(shè)計采用半雙工方式來實現(xiàn)下位機（MCU）和上位機（PC）間的通信9。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工方式。本設(shè)計采用半雙工方式來實現(xiàn)下位機（MCU）和上位機（PC）間的通信9。3.9.2 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口總線在實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與外設(shè)間的串行通信時，

53、通常采用標(biāo)準(zhǔn)的通信接口。常用的標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口有以下幾類：120mA電流環(huán)；2USB通用接口；3RS-232C；4RS-422,RS-423和RS-485。RS-232C接口較為常用，它已被內(nèi)置于每一臺PC機與很多與它們相連的設(shè)備中。它是實現(xiàn)通信的最簡便易行的方法，鑒于本系統(tǒng)的實際性能要求，采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，不僅能夠達(dá)到通信的目的，而且線路簡單易行。RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會（RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1962年正式頒布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣的總線標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)適用于數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE和數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE間的串行二進(jìn)制通信，最高數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)19.2Kbps，最大傳輸距離為15m。圖3-15 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)接口的9引腳排列圖從電器特性來看，RS-232C總線的邏輯電平與TTL電平完全不兼容，總線中的任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系，邏輯“0”規(guī)定為+5V+15V之間，邏輯“1”規(guī)定為-5V-15V之間，噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”。就機械特性而言，RS-232C包括標(biāo)準(zhǔn)的25引腳與其簡化的9引腳排列。實際上，RS-232C的2