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灌装机的单片机控制系统的研制理论

        本文主要叙述了以PHILIPS8位单片机89C51为核心的灌装机控制系统的设计。介绍了系统的软、硬件设计的方法。文中给出了系统的硬件原理框图、软件流程图。整个设计简明、清晰。
一、 引言：
        当今饮料灌装机分类繁多，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灌装机，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。本文结合某饮料灌装机自控系统的开发详细介绍饮料灌装机单片机系统的设计。
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。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
      本系统采用PHILIPS89C51单片机。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流程图，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。

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