本設(shè)計主要是研究基于單片機(jī)的自動加料機(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)來實(shí)現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的工作。這個控制系統(tǒng)可以根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)計兩條生產(chǎn)線的滿料、送料、排料等整個加工流程的參數(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)自動化加料。

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展、市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，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、工藝外形越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，再加上企業(yè)經(jīng)營與發(fā)展必會面對勞工的短缺、人工成本上要省力化、合理化的發(fā)展趨勢！傳統(tǒng)的手工加料不僅費(fèi)時費(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)動的作用力加力于材料，對材料進(jìn)行運(yùn)送運(yùn)輸，相對于傳統(tǒng)人工手動加料，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)展中求變化是一個企業(yè)長久穩(wěn)定發(fā)展的秘訣。自動加料機(jī)伴隨著工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模擴(kuò)大和對產(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)品競爭能力也促進(jìn)了自動控制技術(shù)的發(fā)展，國外第一套自動化生產(chǎn)設(shè)備是上世紀(jì)70年代在歐洲國家出現(xiàn)，自從它已出現(xiàn)人們就察覺到它巨大價值，自動化控制得到了飛速的發(fā)展，到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了三個不同的發(fā)展階段：

（1）連續(xù)自動生產(chǎn)階段：這個階段是自動化生產(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)和自動邏輯控制技術(shù)，這些技術(shù)甚至是在二戰(zhàn)時期就已經(jīng)被被簡單應(yīng)用，只不過在那個時候沒有給系統(tǒng)的結(jié)合起來。該階段主要采用繼電邏輯控制技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)過程控制和工業(yè)二次儀表進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，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)測方面也不夠精細(xì)，加之檢測手段落后，在生產(chǎn)過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)量都沒有辦法得到有效的控制。

（2）基于PLC控制的自動化生產(chǎn)階段：隨著計算機(jī)技術(shù)水平不斷的發(fā)展，簡單的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；同時計算機(jī)技術(shù)也促進(jìn)了檢測技術(shù)的發(fā)展，因此在這個階段自動化控制系統(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）計算機(jī)技術(shù)控制的自動化生產(chǎn)階段：數(shù)字互聯(lián)網(wǎng)時代，一個小的電腦或者平板就可以對車間的生產(chǎn)進(jìn)行控制操作，這是因?yàn)橛嬎銠C(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)在我國自動化程度仍然不高，生產(chǎn)速率依然較低。這一方面是由于我國人口眾多、勞動力便宜，很多企業(yè)不愿意將有限的資金投入到無限的自動化研究更新中去；另一方面也是由于自動化研制成本較高、適用面窄，國內(nèi)很多企業(yè)雖有需求但是由于資金不足而不能投入。但是隨著我國對外貿(mào)易的日益增加和市場經(jīng)濟(jì)體制的完善，國內(nèi)外競爭越來越激烈，企業(yè)對自動化的需求也必定會日趨增長。我國企業(yè)由于引進(jìn)國外的先進(jìn)的設(shè)備價格又過于昂貴，因此要發(fā)揮自己的主觀能動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加料機(jī)，現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有很多家廠家可以生產(chǎn)這個自動加料的裝置，且價格公道，具有很大的市場發(fā)展?jié)摿Γ�必定會得到一定的發(fā)展。

隨著單片機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動加料機(jī)領(lǐng)域也得到了很好的發(fā)展，自動加料機(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)率來看，手工加料過程大多屬于勞動密集型，生產(chǎn)率在很大程度上取決于生產(chǎn)過程對人的依賴性，它是工人執(zhí)行某一具體操作所花費(fèi)時間的函數(shù)，其勞動量在產(chǎn)品制造總勞動量中占有相當(dāng)高的比例。隨著國際競爭的日益激烈，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)品交貨時間越來越短短、勞動成本的增加。人類手工操作，已經(jīng)不能與當(dāng)前的社會經(jīng)濟(jì)條件相適應(yīng)。在生產(chǎn)中作為一個生產(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、價格合理的要求也極不相適應(yīng)。這就對企業(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)的自動化是生產(chǎn)制造過程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

加料自動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。自動加料不會因?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，從工人勞動保護(hù)方面考慮，發(fā)展自動加料技術(shù)尤為重要，也是滿足社會、市場及技術(shù)發(fā)展過程中產(chǎn)品不斷更新的需要。

特別是目前操作過程中的防靜電、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，所以對于加料自動化的改造將會大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的成品率及公司的競爭能力，同時降低公司的生產(chǎn)成本，對于公司發(fā)展具有重大意義。

同時，研究本課題對于個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，掌握C語言及匯編語言用于編程，然后將之前所學(xué)其他專業(yè)課如《傳感器與檢測技術(shù)》的知識綜合在一起。從原理設(shè)計到方案論證再到選材、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，每一步都需要查閱大量資料，不斷地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。該課題的研究不僅能鞏固以前所學(xué)的專業(yè)知識，而且能鍛煉我收集資料、解決問題及實(shí)際動手的能力，更重要的是能夠?qū)W以致用，為我步入社會走上工作崗位打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

本次設(shè)計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)計方案；二是對系統(tǒng)的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計；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；四是對連接單片機(jī)的上位管理計算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計思路、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，將自動加料的多種參數(shù)檢測和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實(shí)可行的自動加料機(jī)控制系統(tǒng)，可以全面、實(shí)時、自動地對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動記錄、存儲和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采用最有效方式送入計算機(jī)進(jìn)行處理，并可對加料系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。滿足了對加料工業(yè)生產(chǎn)實(shí)行全面、實(shí)時、長期檢測的要求。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)計用一臺電機(jī)就可以控制兩條生產(chǎn)線提高了勞動生產(chǎn)率；

（2）單片機(jī)的設(shè)計提高了系統(tǒng)的可控性、可靠性及實(shí)時性；

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

   在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的時候重心放在加料機(jī)的自動化上，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。下面對兩種方案進(jìn)行說明比較。

   PLC即可編程邏輯控制器，是工業(yè)控制計算機(jī)。采用梯形圖、助記符、功能圖等編程語言，完成邏輯運(yùn)算、順序控制、記數(shù)、定時、計算及模擬量處理等功能。單片機(jī)由最簡單的輸出/輸入構(gòu)成。如輸出用LED，輸入用開關(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)在在在簡易自動化研究系統(tǒng)里面更容易實(shí)現(xiàn)而且成本比較小；

因此決定選用單片機(jī)做此次設(shè)計。

近年來，隨著超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，單片微型計算機(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（美國英特爾）公司：MCS－51/96及其增強(qiáng)系列

NS（美國國家半導(dǎo)體）公司：NS8070系列

RCA（美國無線電）公司：CDP1800系列

TI（美國得克薩斯儀器儀表）公司：TMS700系列

Cypress(美國Cypress半導(dǎo)體）公司：CYXX系列

Rockwell(美國洛克威爾）公司：6500系列

Motorola(美國摩托羅拉）公司：6805系列

Fairchild(美國仙童）公司：FS系列及3870系列

Zilog（美國齊洛格）公司：Z8系列及SUPER8系列

Atmel(美國 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)沒有程序存儲器；8051是一個程序不超過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存儲器取代了4KB的EPROM可重復(fù)編程，功能強(qiáng)大性價比較高且價格較低，因此本設(shè)計就選用AT89C51。AT89C51 是美國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器（PEROM）和128BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ROM），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)，片內(nèi)置通用8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元。功能強(qiáng)大AT89C51 單片機(jī)符合上述選擇原則，可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，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 閃速存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/0口線，兩個16 位定時/計數(shù)器，一個5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，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。空閑方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)它的工作。掉電方式時保存RAM中的全部內(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如圖2所示。

P0口（39-32引腳）：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用及 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路。這組口線在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻，分時轉(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口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”的時候，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，然后此時可作輸入口。因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，作輸入口使用時，某個引腳被外部信號校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址[2]。

P2口（21-28引腳）：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，此時可作輸入口，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平。同時在訪問外部程序存儲器或16位外部數(shù)據(jù)存儲器的地址（例如執(zhí)行MOVE @DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @RI指令）時，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），在整個訪問期間不改變[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口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口[2]。同時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/計數(shù)器0）
P3.5	T1（定時/計數(shù)器1）
P3.6	（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）
P3.7	（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

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

ALE/ （30引腳）：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器。ALE仍一時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。但要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖[2]。

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

EA/Vpp（29引腳）：外部訪問允許，使CPU僅訪問外部程序存儲器（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)位時內(nèi)部會鎖存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，用來接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)采用外部時鐘時，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)；最后可以對它的上下極限位置進(jìn)行報警，以保證生產(chǎn)安全、正常運(yùn)行。同時考慮到粉塵的類型、尺寸、是否振動有無粘性等，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)放入被測物料時, 由于被測物料介電常數(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物料在罐內(nèi)高度有關(guān), 且成比例變化。檢測出這種電容量的變化就可測定物料在罐內(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，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(如采用與測量電橋相并聯(lián)的補(bǔ)償電橋)，但無法完全消除。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，以免安裝時變形且需用高頻電路。 同時也比較麻煩，因此不予選用。

利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒于液體中的浮筒對液位進(jìn)行測量的。當(dāng)液位變化時，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，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機(jī)械運(yùn)動所呈現(xiàn)的阻擋力的特點(diǎn)來構(gòu)成各種料位傳感器。

• 重錘探測法：傳感器放置倉頂，重錘由電機(jī)通過不銹鋼帶或鋼絲繩牽引吊入在倉內(nèi)，儀表控制傳感自動定時對料位進(jìn)行探測，每次測量時重錘從倉頂起始位置開始下降，碰到料面立即返回到倉頂?shù)却�下一次測量。儀表通過對重錘下降過程傳感信號的處理可得到倉頂?shù)搅厦娴木嚯xhl，倉高H是由用戶預(yù)置的，這樣用倉高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，但是對時間而言不連續(xù)，因此不采用。
• 旋槳或推板法：利用微型電機(jī)做驅(qū)動裝置，傳動軸與離合器相連接，當(dāng)未接觸物料時，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)葉片接觸物料時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，檢測裝置輸出一接點(diǎn)信號，同時切斷電源停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)物料下降時葉片所受阻力消失，檢測裝置依靠扭力彈簧恢復(fù)到原始狀態(tài)。針對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安裝在音叉基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動。音叉的振幅和頻率將發(fā)生突變，當(dāng)音叉與被測介質(zhì)相接觸時，智能電路將對此進(jìn)行檢測并把這種變化轉(zhuǎn)換為一個開關(guān)信號。音叉式物位傳感器具有使用壽命長、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，決定著音叉式物位傳感器具有了適應(yīng)性強(qiáng)（被測介質(zhì)不同的電參數(shù)、密度對測量均不產(chǎn)生影響）、不需調(diào)校（無論測量何種介質(zhì)都不需要現(xiàn)場調(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)中物位的過程控制。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、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)：被測介質(zhì)不同的電參數(shù)、密度對測量均不產(chǎn)生影響。結(jié)垢、攪動、湍流、氣泡、振動、中等粘度、高溫(Max150℃)、高壓等惡劣條件對檢測也無影響。

②不需調(diào)校：由于音叉式物位開關(guān)的檢測不受被測介質(zhì)電參數(shù)及密度的影響,所以無論測量何種介質(zhì)都不需現(xiàn)場調(diào)校。

③免于維護(hù)：由于音叉式物位開關(guān)的檢測過程由電子電路完成,無活動部件,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:傳感器安裝于倉的頂部或倉的側(cè)壁上。音叉由壓電晶體驅(qū)動產(chǎn)生振動，當(dāng)叉體被液體浸沒或被物料埋沒時振動頻率發(fā)生變化。這個變化由電子電路檢出并輸出一個開關(guān)量用于報警或控制。

適用范圍:中等粘度、腐蝕性液體。流動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),通常用來顯示控制過程和運(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、配置靈活的特點(diǎn)，與單片機(jī)接口簡單易行LED管的顯示可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。

靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是各LED管能穩(wěn)定地同時顯示各自字形系統(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，才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容，這種顯示占用CPU時間少，顯示穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是：當(dāng)顯示位數(shù)較多時，占用I/O較多。

LED動態(tài)顯示就是LED輪流地一遍一遍顯示各自字形，CPU需定時地對每位LED顯示器進(jìn)行掃描，每位LED顯示器分時輪流工作，每次只能使一位LED顯示，但由于人眼視覺暫留現(xiàn)象，仍感覺所有的LED顯示器都同時顯示。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時間長，只要不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。

由于在自動加料機(jī)控制系統(tǒng)中運(yùn)行是要同時顯示兩條生產(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,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，只能顯示一些字母、數(shù)字和符號。這是因?yàn)樗�的點(diǎn)陣字符排位決定。我們常見的點(diǎn)陣字符主要有由若干個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字符，并且每個字符之間還有一個點(diǎn)陣字符的距離，行與行之間也有一個點(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，可以通過調(diào)節(jié)來改變它的對比度，使得符號和數(shù)字容易被觀察。因此，決定此設(shè)計采用LCD1602顯示屏。

圖4 原理框圖

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

鍵盤是由若干按鈕組成的開關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過鍵盤向計算機(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，只要按下某一個鍵，就能產(chǎn)生這個鍵的代碼，同時，還能產(chǎn)生一個脈沖，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，在微型的計算機(jī)控制系統(tǒng)中并不多見。

非編碼鍵盤是由一些按鍵排列成的一個行列矩陣。按鍵的作用，是簡單的實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的接通與斷開，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，用戶能通過鍵盤向計算機(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，只要按下某一個鍵，就能產(chǎn)生這個鍵的代碼，同時，還能產(chǎn)生一個脈沖，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，在微型的計算機(jī)控制系統(tǒng)中并不多見。

圖5 按鍵電路

本設(shè)計一共設(shè)計有6個按鍵：步驟時間切換鍵、時間設(shè)定加減鍵、時間設(shè)定確定鍵以及兩個滿料信號模擬鍵，所以采用獨(dú)立式鍵盤。通過這些按鍵可以對兩條生產(chǎn)線路的各種運(yùn)行狀態(tài)時間進(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的滿料時間、送料時間和排料時間等。顯示電路如圖6所示。

LCD 1602有16個管腳，每一個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為對比控制端，可以通過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，表示其為數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng)引腳為低電平0時，表示其為指令寄存器；

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

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

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)動電路

采用L298N來驅(qū)動電機(jī)，可直接由單片機(jī)的I/O端口來提供模擬時序信號，通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，，驅(qū)動簡單，并且可以同時驅(qū)動兩臺電機(jī)。而且在直流電機(jī)的電樞兩端并聯(lián)一個瓷片電容，可以穩(wěn)定電機(jī)的電壓，不至于對單片機(jī)造成干擾，省掉了通過光耦隔離來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)信號與電機(jī)驅(qū)動信號隔離的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。電機(jī)驅(qū)動電路如圖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H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路；可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的I/O端口來提供模擬時序信號，通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(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電阻，并向驅(qū)動芯片反饋檢測到的信號；

OUT1 、OUT2（2腳、3腳）：此兩腳是全橋式驅(qū)動器A的兩個輸出端，用來連接負(fù)載；
                 

圖9  L298N引腳圖

VS（4腳）：電機(jī)驅(qū)動電源輸入端；
   IN1 、IN2（5腳、7腳）：輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅(qū)動器A的開關(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；低電平時全橋式驅(qū)動器禁止工作；

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，用來控制全橋驅(qū)動器B的開關(guān)；
    OUT3 、OUT4（13腳、14腳）：此兩腳是全橋式驅(qū)動器B的兩個輸出端，用來連接負(fù)載。

                                表2 L298N邏輯狀態(tài)表

圖10 主程序流程圖

              

圖11 延時子程序

本設(shè)計是基于AT89C51的自動加料系統(tǒng)，沒有外擴(kuò)ROM和RAM，程序直接放在AT89C51內(nèi)部閃存中。基于單片機(jī)控制的自動加料系統(tǒng)是一種無需人工直接操作，可實(shí)現(xiàn)一臺電機(jī)控制雙生產(chǎn)線運(yùn)作的新型材料自動供給系統(tǒng)，相比于老式自動加料系統(tǒng)定時定點(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)計的主要部分是由單片機(jī)控制的顯示器部分與驅(qū)動電機(jī)電路等硬件部分與軟件部分的設(shè)計共同組成，本設(shè)計的控制系統(tǒng)可以一臺電機(jī)為兩條生產(chǎn)線供料，主要取決于工藝要求。這個過程需要用判斷程序?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，不僅可以控制電機(jī)的啟停和正反轉(zhuǎn)，而且還可以同時驅(qū)動兩臺電機(jī)，并且能對電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，未來自動加料機(jī)控制必然會得到大規(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)的深入研究和項目建設(shè)，提供一定的幫助。

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