南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文電磁振動定量給料機控制系統(tǒng)設(shè)計1．前言機械是現(xiàn)代工業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，國民經(jīng)濟的各個部門都離不開機械。它是一門古老的學(xué)科，發(fā)展到今天已經(jīng)歷了一個漫長的歷史時期。機械種類繁多，功能各異，不論哪一種機械，從誕生以來都經(jīng)歷了使用—改進—再使用—再改進，不斷革新和逐步完善的過程。機械本身的發(fā)也是無止境的，但是這種發(fā)展動量緩慢的。各種機械發(fā)展到今天，單從機械角度對它們進行改進是越來越不容易了。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)、信息技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，大規(guī)模甚至超大規(guī)模集成電路和計算機的產(chǎn)生使電子技術(shù)與計算機技術(shù)同機械技術(shù)想到交叉，相互滲透，使古老的機械技術(shù)煥發(fā)了青春。在原有機械基礎(chǔ)上引入電子計算機高性能的控制機能，并實現(xiàn)整體最優(yōu)化，就使原來的。機械產(chǎn)品產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，變成功能更強、性能更好的新一代的機械產(chǎn)品或系統(tǒng)，這正是機電一體化的意義所在。我研究的課題是電磁振動定量給料機控制系統(tǒng)設(shè)計，此課題主要是基于MCS-51單片機進行設(shè)計。單片機把我們帶入了智能化的電子領(lǐng)域，許多繁瑣的系統(tǒng)若采用單片機進行設(shè)計，便能收到電路更簡單、功能更齊全的良好效果。若把經(jīng)典的電子系統(tǒng)當(dāng)作僵死的電子系統(tǒng)，那么智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)則是具有“生命”的電子系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)給予了定量給料控制系統(tǒng)堅強的“身軀”，而單片機的應(yīng)用程序則賦予了其鮮活的“生命”，使其具有電路簡單、成本低、可靠性高等一系列優(yōu)點，這是傳統(tǒng)機械技術(shù)所不能比擬的！1．1電振機的發(fā)展概況及相關(guān)介紹振動給料機始于上個世紀初，八十年代進入高速發(fā)展階段。我國振動給料設(shè)備的發(fā)展開始于二十世紀六十年代，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了電磁振動給料機，并迅速得到廣泛應(yīng)用。原機械工業(yè)部相繼在東北的遼陽、河南鶴壁和江蘇海安設(shè)立定點三家生產(chǎn)廠。由于當(dāng)時技術(shù)落后，振動機械產(chǎn)品存在著設(shè)備體積小、效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、壽命短等缺陷。進入八十年代后，隨著制造工業(yè)的發(fā)展，我國振動給料機產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)也在自力更生和消化吸收的基礎(chǔ)上進行了探索和創(chuàng)新，在設(shè)計、制造及技術(shù)性能等方面都取得了長足發(fā)展。各大振動機械生產(chǎn)企業(yè)和各振動研究機構(gòu)除按美國、日本、德國引進消化和制造外，還積極研制開發(fā)新一代的振動機械產(chǎn)品。九十年代以來，國內(nèi)已有太行公司、鞍山礦山機械股份有限公司、上海冶金礦山機械廠等少數(shù)幾家企業(yè)開始大型振動給料機的研制、開發(fā)與生產(chǎn)，并基本占領(lǐng)了國內(nèi)市場。但由于振動機械的工業(yè)環(huán)境復(fù)雜、條件惡劣、生產(chǎn)企業(yè)小，致使我國振動機械理論研究難以取得突破，加上我國振動機械行業(yè)起步晚等原因，導(dǎo)致我國振動機械產(chǎn)品多為技術(shù)含量不高的中小型號，與國外產(chǎn)品相比使用性能、產(chǎn)品壽命等方面差距較大，尤其是在大型、智能、機電一體化方面還存在十分落后的局面。目前，國內(nèi)電磁振動給料機的電磁激振器(由電磁鐵、銜鐵組成)主要采用斜向配置，主振板彈簧使用環(huán)氧樹脂復(fù)合板，制作較為粗放，生產(chǎn)率的調(diào)節(jié)尤為不便、費時費力，無級調(diào)速的范圍窄、精度不高。國外的電磁振動給料機制作精巧、美觀，其電磁激振器主要采用上下配置等方式，主振板彈簧主要采用彈簧鋼板或環(huán)氧樹脂復(fù)合板，電磁激振器的激振間隙小，激振力大，生產(chǎn)率高，可方便的進行無級調(diào)速。從給料機的發(fā)展歷程可以看出，我國振動給料機順應(yīng)國外給料機的發(fā)展模式：(1)振動給料機可靠耐用，維護量少，生產(chǎn)效率高，便于自動化管理；(2)大型化可提高處理能力，適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)需要，實現(xiàn)微機自動化控制、動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合；(3)拓展各機型的適用范圍，以滿足不同物料運輸?shù)男枰?，降低動力消耗和噪聲，更加環(huán)保和人性化設(shè)計。電磁振動機的主要特色有：1、體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，無轉(zhuǎn)動部件不需潤滑，維修非常方便，運行費用低；2、電振機的控制設(shè)備采用了可控硅半波整流線路，因此在使用過程中可以通過調(diào)節(jié)可控硅開放角的辦法方便地?zé)o極調(diào)節(jié)給料量；3、電振機可以瞬時地改變和啟閉料流，所以給料量有較高的精度，并可以實現(xiàn)生產(chǎn)流程的集中控制和自動控制；4、給料槽中的物料在給料過程中連續(xù)地被拋起，并按照拋物線的軌跡向前進行跳躍運動，因此給料槽的磨損較?。?、采用合金鋼板制成的料槽，可適用輸送高溫、磨損嚴重及有腐蝕性的物料等。但電振機也有以下缺點：不適于處理黏性較大或帶有點油污、水的輕薄片狀物料；設(shè)計或調(diào)整不恰當(dāng)時會產(chǎn)生較大振動和噪聲。但是我們不難發(fā)現(xiàn)，一種設(shè)備的發(fā)展并不是孤立的，而是與整個民族工業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，我們要倍加呵護。由于我國各地經(jīng)濟發(fā)展不平衡，先進技術(shù)應(yīng)用還要經(jīng)過一個艱苦的認識過程，傳統(tǒng)觀念的封閉與經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的財力都會影響我國振動給料設(shè)備的發(fā)展。因此，要想使我國的給料設(shè)備趕超世界水平，還有待各方面的共同努力。目前，世界上振動給料機產(chǎn)品處于領(lǐng)先地位的公司主要有德國SCHENCK公司、美國的ALIS-CHALMERS公司、日本的HITACHI公司等，他們的產(chǎn)品具有大型化、智能化、高效集中、使用壽命長等特點，代表著當(dāng)今世界振動機械的發(fā)展方向。近年來，日本在振動供料技術(shù)的理論和實用技術(shù)方面研究頗多，也推出許多異形結(jié)構(gòu)料斗，但生產(chǎn)實際中依舊以基本正弦振動的整體料斗為主，而且著眼于實用可靠及配套技術(shù)，形成了完整的系列產(chǎn)品占領(lǐng)市場，這正是我們應(yīng)以努力的方向。目前，市場上重要的電磁振動給料機主要有以下幾種系列：市場上常用的兩種電磁振動給料機GZ系列電磁振動給料機是一種新型給料設(shè)備，用于把塊狀、顆粒狀、粉狀物料從貯料倉或漏斗中定量、均勻、連續(xù)地給到受料裝置中去。廣泛地應(yīng)用在水泥、礦山、冶金、煤炭、化工、陶瓷、糧食，電力等工礦企業(yè)中。并是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化最為理想設(shè)備，該系列電磁振動給料機具有體積小、噪音低、重量輕、工作頻率高、耗電少、可用于自動控制的流程中實現(xiàn)生產(chǎn)流程自動化。無級調(diào)節(jié)給料量，可在額定電壓、振幅條件下頻繁啟動和連續(xù)運轉(zhuǎn)，安裝維修方便等。其型號意義如圖1．1各派生型代號中：S—各派生型代號中：S—上振型F—封閉型Q—輕槽型P—平槽型K—寬槽型基本型無代號GZXX各派生型代號各派生型代號規(guī)格代號規(guī)格代號電磁振動給料機給料機圖1．1GZ系列電磁振動給料機型號及意義圖1．2GZ系列電磁振動給料機DZ系列振動給料機是一種新型、節(jié)能通用給料設(shè)備。它采用新型振動電機做激振源，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用及維修方便，給料連續(xù)均勻，料槽磨損小，使用壽命長等優(yōu)點，常與振動輸送機、振動篩、斗式提升機、破碎機等配套使用，用于自動配稱、定量包裝、自動控制的工藝流程中，用于冶金、煤炭、化工、建材、陶瓷、磨料磨具、糧食等待業(yè)中。其工作原理及結(jié)構(gòu)特點：DZ系列振動給料機是利用新型振動電機驅(qū)動，使機體沿槽體方向作周期直線往復(fù)振動來實現(xiàn)均勻、定量給料。它們由給料槽體、振動電機、減震裝置組成。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1．3圖1．3DZ系列電機振動給料機結(jié)構(gòu)原理圖（2）GZV系列微型電磁振動給料機GZV微型電磁振動給料機廣泛應(yīng)用于輕工、化工、糧食加工、商業(yè)等行業(yè)，用于粉狀、顆粒狀物料的給料、配料及定量自動包裝等生產(chǎn)流程中，并可實現(xiàn)集中控制和自動控制。與其它形式給料機相比，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、耗電省、可無級調(diào)節(jié)給料量等特點。GZV微型電磁振動給料機配套控制箱可實現(xiàn)手動、自動調(diào)節(jié)。微型給料機為座式結(jié)構(gòu)，工作時只需放置在工作臺上即可。另可在給料槽內(nèi)增加1～2層篩網(wǎng)，成為小型振動篩分設(shè)備。其結(jié)構(gòu)原理圖如下：圖1．4GZV系列微型電磁振動給料機結(jié)構(gòu)簡圖（3）DMA系列電磁振動給料機DMA系列電磁振動給料機廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭、建材、化工、電力、機械、糧食等各行各業(yè)中，用于把顆粒狀及粉狀物料從貯倉或漏斗中均勻、連續(xù)定量地給到受料裝置中去。圖1．5為DMA系列振動給料機的結(jié)構(gòu)簡圖。圖1．5DMA系列電磁振動給料機結(jié)構(gòu)簡圖（4）TZG系列電磁振動給料機結(jié)構(gòu)TZG系列電磁振動給料機結(jié)構(gòu)為折彎成型、輕鋼補強、結(jié)構(gòu)合理、造型美觀。該產(chǎn)品有兩種激振形式，一種是振動電機直接驅(qū)動，無皮帶等傳動裝置，節(jié)能無故障，振幅穩(wěn)定，利用變頻器調(diào)節(jié)給料量極為簡便；一種是普通Y系列電機直接驅(qū)動激振器帶動給料機工作結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計合理，使用壽命長。圖1．6為TZG系列電磁振動給料機的實物圖。圖1．6TZG系列電磁振動給料機隨著市場競爭日益激烈，商務(wù)環(huán)境持續(xù)多變，消費者需求日趨多元化，且變化節(jié)奏不斷加快?！懊艚葜圃臁边@一概念隨即孕育而生，并已成為制造業(yè)的熱門話題。在這種形勢下，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的振動給料機及其設(shè)計與加工方法已難以滿足市場需求。根據(jù)其應(yīng)用的廣泛性和工作環(huán)境惡劣程度因此開發(fā)和研制定量給料機的自動控制系統(tǒng)，提高配料精度和設(shè)備的自動化水平，具有重要的實際意義。近幾年傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)各計算機控制相結(jié)合，已成為一個新的研究領(lǐng)域，它能極大的提高工業(yè)生產(chǎn)效益與質(zhì)量，減輕勞動強度，改善勞動環(huán)境。為解決這一問題，許多研究工作已經(jīng)展開并不斷走向深入。在這些研究中，計算機已廣泛用于振動給料機的設(shè)計、仿真與控制，從而大大提高了振動給料機的柔性，使其能快速適應(yīng)產(chǎn)品變化的需求。電振定量給料系統(tǒng)有很廣泛的應(yīng)用范圍，它有許多優(yōu)點：體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，密封容易，且較易控制。電振機定量給料系統(tǒng)一般采用控制振幅達到定量給料的目的。因此本課題給料設(shè)備我采用電振給料機。本課題介紹了基于單片機的振動定量給料機控制系統(tǒng)設(shè)計，以電磁振動給料機給料精度控制的自動循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)生產(chǎn)要求。電磁振動給料機，又稱電振機，由料槽、激振器、減振器、電振機調(diào)控儀四個部分組成。該系統(tǒng)由電磁振動給料機、溜槽式固體流量計、水平振動輸送機、垂直螺旋振動輸送機和貯料五部分組成。本課題是個很典型的計算機控制系統(tǒng)，此類相似的系統(tǒng)，工業(yè)上已經(jīng)研究得很成熟。流量定量控制系統(tǒng)很多，但是使用溜槽式固體流量計作測量裝置的定量給料系統(tǒng)，資料顯示，國內(nèi)除唐山鋼鐵公司進口有為類系統(tǒng)，大連科隆自動化儀表公司沖擊式固體流量計，基本上是空白的。研究內(nèi)容主要有控制部分，其包括軟件部分，硬件部分，控制器。控制部分基于單片機來實現(xiàn)。MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)都是面向工業(yè)過程控制而設(shè)計的，設(shè)計人員可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合，以單片機為核心設(shè)計出各種應(yīng)用系統(tǒng)，如監(jiān)控系統(tǒng)、機電一體化產(chǎn)品以及智能儀器儀表等。目前，單片機以其特有的性能和價格上的優(yōu)勢，在工業(yè)過程的在線監(jiān)測和實時控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。1．2單片機控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)一個單典型單片機監(jiān)控系統(tǒng)通常由單片機主機、人機接口、輸入通道、輸出通道等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1．7所示。單片機主機部分包括單片機系統(tǒng)、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等、是控制系統(tǒng)的核心。人機接口用于信息輸出的裝置包括指示燈、數(shù)碼顯示器、打印機；用于信息輸入的裝置包括鍵盤、乒乓開關(guān)、撥碼盤等。人機接口是控制系統(tǒng)與操作人員交換信息的媒介。輸入通道包括開關(guān)量輸入和模擬量輸入兩部分。工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備常用的開關(guān)信號電平有5V、24V、48V等直流量，以及100V、220V等交流量，這些信號一般要先電平變換、隔離、整形等環(huán)節(jié)的處理，再送入單片機系統(tǒng)的數(shù)字量輸入接口。常見的現(xiàn)場傳感器和變送器傳送的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號有0~10mA、4~20mA、0~10V、±10V、熱電偶毫伏信號、熱電阻毫伏信號等幾種形式，這些信號經(jīng)過信號變換、放大、濾波、隔離之后，變成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，送入單片機系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口電路。圖1．7單片機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖輸出通道包括開關(guān)量輸出和模擬量輸出兩個部分。單片機控制系統(tǒng)送到現(xiàn)場設(shè)備的通斷信號是通過數(shù)字量輸出接口輸出的，這些TTL電平的低電壓信號經(jīng)隔離、放大后形成能驅(qū)動高電壓電氣器件的開關(guān)信號。常見的開關(guān)量輸出方式有繼電器觸點、大功率晶體管、雙向晶閘管等，可用于控制現(xiàn)場設(shè)備上的接觸器、閥門等執(zhí)行機構(gòu)的啟停動作。調(diào)節(jié)現(xiàn)場參數(shù)所需的連續(xù)給定信號是通過D/A轉(zhuǎn)換器將控制值轉(zhuǎn)換成模擬量之后，經(jīng)隔離和驅(qū)動放大產(chǎn)生的。常見的模擬量輸出信號有0~10mA、4~20mA、0~10V、±10V等幾種形式，用于控制現(xiàn)場執(zhí)行器的開度、轉(zhuǎn)速、位置等。單片機控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，可以完成以下類型工作：（1）數(shù)據(jù)采集和處理。單片機系統(tǒng)對生產(chǎn)過程的某些參數(shù)進行反復(fù)地采樣，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字濾波和標(biāo)度變換等加工處理后，變成以工程量綱為單位的實際參數(shù)值，在人機接口設(shè)備上顯示出來，或者傳送給其他控制系統(tǒng)使用。在出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，發(fā)生聲光報警信號。（2）邏輯和順序控制。單片機系統(tǒng)根據(jù)輸入信號的組合和先后順序，按照預(yù)定邏輯關(guān)系和定時關(guān)系，給出控制信號，控制設(shè)備的動作。（3）直接數(shù)字控制。單片機系統(tǒng)周期性地采集過程信號，將被控制參數(shù)的當(dāng)前值與給定值進行比較，根據(jù)偏差量，按照預(yù)定的控制規(guī)律做出控制決策，自動調(diào)節(jié)被控系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，使被控參數(shù)給定值趨近。（4）分布式控制。單片機帶有內(nèi)置的串行通訊接口，可以在完成對現(xiàn)場局部單機設(shè)備進行實時監(jiān)控的同時，將設(shè)備的運行狀態(tài)通過通訊接口傳送到上位機，以保證整個生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運行。單片機系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，可以用做現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備和通信控制設(shè)備。1．3生產(chǎn)過程對微機控制系統(tǒng)的要求作為生產(chǎn)監(jiān)控的同時，設(shè)備的單片機系統(tǒng)應(yīng)具備如下要求：（1）可靠性高。系統(tǒng)的高可靠性體現(xiàn)在3方面：平均無故障時間長，抗干擾能力強，有一定的容錯能力，平均無故障工作時間是衡量系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場持續(xù)工作的能力，延長系統(tǒng)的平均無故障工作時間，可采取選用高質(zhì)量的元器件和接插件，加強系統(tǒng)的降溫和防護，提高印刷板制作工藝水平等措施，以適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境.工業(yè)現(xiàn)場中的高電壓，大電流的電磁輻射，以及大型電動設(shè)備頻繁啟停時的瞬間電壓波動，都會影響控制系統(tǒng)的增產(chǎn)運行.在這種情況下，可采取現(xiàn)場設(shè)備與主機隔離，大功率信號與弱信號分開，抑制電網(wǎng)紋波，合理設(shè)計地線系統(tǒng)等措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，操作人員在線工作時，難免出現(xiàn)誤操作，另外，單片機在運行時也可能出現(xiàn)程序“跑飛”現(xiàn)象，針對這種情況，設(shè)計系統(tǒng)時，可采取設(shè)置操作口令，系統(tǒng)操作反復(fù)確認，控制輸出保持等措施提高系統(tǒng)的容錯能力。（2）實時性好。單片機應(yīng)能對外來的信息，以足夠快的速度進行處理，并在限制的時間內(nèi)作出反應(yīng)或進行控制。單片機系統(tǒng)實時性不僅取決于CPU的工作頻率，而且與系統(tǒng)的組成和程序結(jié)構(gòu)有關(guān).在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)合理的分配系統(tǒng)資源，合理利用單片機的中斷系統(tǒng)，兼顧實時控制和一般事務(wù)處理兩方面的要求。（3）操作簡單。單片機控制系統(tǒng)一般都作為現(xiàn)場控制設(shè)備在線運行，作為人機接口的操作面板應(yīng)設(shè)計得布局合理，標(biāo)識清楚而準(zhǔn)確，易于現(xiàn)場操作人員掌握和使用。（4）維護簡單。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，應(yīng)設(shè)置自診斷程序，該程序能夠自動判斷程序和數(shù)據(jù)的完整性，在檢查I/O通道的工作狀態(tài)是否正常.在硬件設(shè)計時，應(yīng)盡量采用插件式或積木式結(jié)構(gòu)，這將有利于維護人員在系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠準(zhǔn)確判定故障點，方便地更換出故障的部件，使系統(tǒng)能夠迅速地恢復(fù)允許。（5）性能價格比高。在設(shè)計單片機系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用場合和被控參數(shù)的性質(zhì)，選用合適的芯片和硬件結(jié)構(gòu)，在不影響控制精度和實時性指標(biāo)的前提下，盡量采用精度高較低，速度較慢的器件，同時盡可能減少系統(tǒng)的硬件開銷，如用軟件來實現(xiàn)硬件的功能，以降低系統(tǒng)的成本。1．4單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計大致有如下幾個步驟：（1）系統(tǒng)分析。在控制系統(tǒng)設(shè)計時，首先要對被控制過程進行深入的調(diào)查和分析，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和國內(nèi)外同類設(shè)備的性能，確定系統(tǒng)開發(fā)的總體目標(biāo).在此基礎(chǔ)上，綜合考慮產(chǎn)品的功能，成本，可靠性，可維護性等方面的數(shù)因素，提出系統(tǒng)的功能要求和技術(shù)指標(biāo)。圍繞系統(tǒng)功能要求和技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計系統(tǒng)的總體方案，并根據(jù)現(xiàn)場信號的性質(zhì)，規(guī)定接口的物理特性參數(shù)，輸入和輸出量的數(shù)目等，在此基礎(chǔ)上，劃分系統(tǒng)硬件和軟件的功能，對于既可以用硬件完成也可以用軟件完成的功能，則應(yīng)考慮系統(tǒng)運行的實時性，可靠性以及成本等因素，在軟件實現(xiàn)與硬件實現(xiàn)之間作出權(quán)衡和取舍，在系統(tǒng)軟硬件都留有余地的前提下，最終確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（2）硬件設(shè)計。單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括邏輯設(shè)計，元器件的選擇，人機接口面板設(shè)計以及印刷電路版的布線和生產(chǎn)等方面的內(nèi)容。根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)，在選用合適的硬件電路，特別是要優(yōu)先選用那些標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化的成熟電路，以簡化電路的結(jié)構(gòu)，降低成本，提高系統(tǒng)的靈活性與通用性.在選用元器件時，應(yīng)選擇集成高度，性能價格比高，易于采購的元器件.要當(dāng)時整機功能消耗較低時，應(yīng)考慮盡量多采用CMOS工藝的集成電路。在進行電路設(shè)計時，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)各部分的啟動能力，當(dāng)負載較重時，應(yīng)考慮增加總線驅(qū)動器.為提高系統(tǒng)的干擾能力，在印刷電路板布線時，應(yīng)在電源進線端和集成電路的電源和地線之間并聯(lián)濾波電容;避免大功率信號線和邏輯信號線平行走線;接地線應(yīng)盡可能的粗，器件上沒有的輸入端應(yīng)視為情況接地或接高電平。（3）軟件設(shè)計。在設(shè)計系統(tǒng)軟件時，首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，確定控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，將軟件分成若干個相對獨立的功能模塊，并根據(jù)各模塊間的相互關(guān)系確定軟件的總體結(jié)構(gòu).在此基礎(chǔ)上畫出程序流程圖.采用編輯軟件編寫匯編語言源程序，然后用匯編程序?qū)υ闯绦蜻M行匯編，生成目標(biāo)代碼。（4）系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試。單片機系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，在硬件調(diào)試時，首先進行電路板的靜態(tài)調(diào)試.在通電前，應(yīng)檢查印刷電路板有無開路和斷路現(xiàn)象，然后進行通電實驗，在檢查各電路的引腳電平正確無誤后，再進行離線調(diào)試工作。系統(tǒng)的軟件調(diào)試和硬件調(diào)試應(yīng)同步進行，將系統(tǒng)按功能分成若干部分，如程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器，輸入電路，輸出電路等等，利用單片機仿真器等開發(fā)工具，針對不同部分的邏輯電路，各編寫一小段測試程序，通過外加各種輸入信號，觀察程序運行結(jié)果是否與程序的功能相符，以檢查硬件電路的正確性.這些測試程序稍加改動后，即可作為接口驅(qū)動程序使用.在基本上排除了系統(tǒng)的硬件錯誤后，即可分塊調(diào)試系統(tǒng)的應(yīng)用軟件.此時，可利用單片機開發(fā)工具所提供的單步運行和斷點運行等調(diào)試功能，逐步排除軟件中的錯誤，最后將整個系統(tǒng)程序連接運行。在系統(tǒng)的離線調(diào)試完成后，即可將系統(tǒng)放到生產(chǎn)現(xiàn)場進行實際運行試驗.如果所有的系統(tǒng)功能經(jīng)驗證正確無誤，就可將目標(biāo)程序固定下來，從而結(jié)束整個系統(tǒng)的開發(fā)研制工作。本課題所要實現(xiàn)的目標(biāo)是：工作系統(tǒng)在工作時，電磁振動給料機按控制給定量，將貯料器中的物料送給固體流量計，流量計將實際給料量檢測出來，反饋給控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電磁振動給料機，使給料量達到系統(tǒng)高定值。從溜槽式固體流量計流出的物料經(jīng)水平振動給料機、垂直螺旋振動給料機又回到貯料器中，構(gòu)成了一個循環(huán)系統(tǒng)。它通過稱重傳感器直接采集重要信號，自動配料和混合，人機交互來實現(xiàn)。同時提出了提高精度的措施，改進硬件稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)精確檢測信號。若是達不到生產(chǎn)中所需的量，通過反饋給系統(tǒng)改變振動頻率使物量運輸速度加快從而達到生產(chǎn)中所需的量值。2．基本結(jié)構(gòu)設(shè)計2．1電磁振動定量給料控制系統(tǒng)圖2．1為一研究電磁振動給料機給料精度控制的自動循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電磁振動給料機、溜槽式固體流量計、水平振動輸送機、垂直螺旋振動輸送機和貯料器五部分組成。圖2．1電磁振動給料機自動控制系統(tǒng)1—引流槽；2—流量計弧形板；3—測力桿；4—支撐點；5—測力傳感器；6—水平振動輸送機；7—水平振動電機（2個）；8—振動料斗；9—電磁振動器； 10—垂直振動電機（2個）；11—垂直螺旋振動給料機；12—貯料斗根據(jù)現(xiàn)在的設(shè)備情況，該控制系統(tǒng)在設(shè)計過程中有電磁振動給料機，垂直振動輸送機和水平振動輸送機。電磁振動給料機是本次控制對象，電磁振動機的控制箱作為執(zhí)行機構(gòu)。為了讓物料循環(huán)起來，可以使用垂直振動輸送機和水平振動輸送機來完成物料的回流。由此構(gòu)成一個物料循環(huán)給料系統(tǒng)。計算機控制部分，微機使用適于工業(yè)環(huán)境的計算機，A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡，使用集成為一體的采集卡。前向通道是信號的輸入部分，其中的傳感器和放大器，就根據(jù)系統(tǒng)給料的最大量，通過分析和實驗來確定，使其工作在線性段較好的區(qū)域，保證流量信號的準(zhǔn)確性。圖2．2是系統(tǒng)的物料循環(huán)和流量控制圖。圖2．2物料循環(huán)和流量控制圖此工作系統(tǒng)工作時，電磁振動給料機按控制給定量，將貯料器中的物料送給固體流量計，流量計將實際給料量檢測出來，反饋給控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電磁振動給料機，使給料量達到系統(tǒng)設(shè)定值。從溜槽式固體流量計流出的物料經(jīng)水平振動給料機、垂直螺旋振動給料機又回到貯料器中，構(gòu)成了一個循環(huán)系統(tǒng)。它通過稱重傳感器直接采集重要信號，自動配料和混合，人機交互來實現(xiàn)。同時提出了提高精度的措施，改進硬件稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)精確檢測信號。系統(tǒng)工作原理是：作為控制對象的電磁振動給料機，進行給料。給料量的大小由料斗的振幅大小決定，而振幅的大小由晶閘管的觸發(fā)角有關(guān)，而觸發(fā)角由控制電壓決定。固體流量計用于檢測物料流量，當(dāng)物料速度一定時，固體流量計傳感器產(chǎn)生的電壓信號與流量成正比。這個電壓信號送進計算機，經(jīng)過處理，并與給定值相比較，進行運算，產(chǎn)生合適的控制信號，即控制電壓。這個電壓送進電磁振動給料機，從而使電磁振動給料機給料趨于與給定量相一致。水平振動輸送機用于將固體流量計流出的物料，輸送給垂直振動輸送機。垂直振動輸送機將物料送給電磁振動給料機，從而完成物料的循環(huán)。若是達不到生產(chǎn)中所需的量，通過反饋給系統(tǒng)改變振動頻率使物量運輸速度加快從而達到生產(chǎn)中所需的量值。下面介紹各部分結(jié)構(gòu)特點。2．1．1電磁振動給料機的工作原理及特點電磁振動給料機，又稱電振機，由料槽、振動器、減振器三部分組成。激振器又由電磁鐵，銜鐵和裝在兩者之間的主振彈簧等構(gòu)成，它是產(chǎn)生振動的激振源，可以通過控制裝置對其進行控制。一般采用控制給料器的振幅來達到宣定量給料的目的。電磁振動給料機的振幅是用可控硅整流器進行調(diào)節(jié)的。電振機定量給料系統(tǒng)一般采用控制振幅達到定量給料的目的。本系統(tǒng)中的電振機是通過可控硅半波整流器控制的。電磁振動機的工作原理如圖2．3所示。由電磁鐵激振器和銜鐵組成一雙質(zhì)體定向振動系統(tǒng)。當(dāng)電源電流經(jīng)可控硅半波整流時，在電源的正半周，可控制硅導(dǎo)通，有電流通過電磁鐵的線圈，在電磁鐵和銜鐵之間產(chǎn)生電磁吸力，使銜鐵向前移動，能量儲存在彈簧中。正半周結(jié)束時，電流和電磁激勵達到最大值，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，自感電勢電流并不立即截止，而要延續(xù)一段時間，電流和電磁力逐漸減小，最后消失。當(dāng)電磁力達到最大值時，兩質(zhì)體相互靠近；電磁力為零時，兩質(zhì)體又向相反的方向運動。這樣電振機便以50Hz的電源頻率往復(fù)運動。若對可控制的觸發(fā)脈沖加以控制，控制觸發(fā)脈沖導(dǎo)通角a，如圖2．3（b）所示。當(dāng)a=0時，可控制硅導(dǎo)通的時間最長，電磁力作用時間和力值就達到最大值，電振機的振幅也最大；而當(dāng)導(dǎo)角從0o~180o增大時，可控硅的導(dǎo)通時間和電磁鐵線圈中的電流逐漸減至0，振幅也逐漸減至0，如圖2．3（c）所示。結(jié)合實際情況，本課題選擇電磁力為非諧波形式的可控半波整流的線性電振機為研究對象。本課題采用一機部聯(lián)合設(shè)計組設(shè)計的GZ系列產(chǎn)品GZ2型電磁振動給料機，水平安裝時生產(chǎn)率為10噸/小時，給料粒度為50mm，雙振幅為1.75mm，工作電壓220v，工作電流3.0A。（a）(b)(c)圖2．3電磁振動器的控制原理2．1．2溜槽式固體流量計工作原理及其特點圖2．4DLD滑槽流量計由于對于一個定量控制系統(tǒng)控制性能來說，檢測裝置是很重要的部分，檢測裝置的性能，很大程度上決定了整個控制系統(tǒng)能達到的性能。常用的固體物料流量計主要分為兩類:一類是日本三協(xié)電業(yè)公司和西德E.H公司生產(chǎn)的ILE/ILH系列沖量流量計(或稱沖板流量計)。另一類是西德申克公司生產(chǎn)的DLM/DLD系列溜槽流量計(或稱滑槽流量計)。固體物料流量計主要由導(dǎo)料管(或?qū)蛄锊?、檢測機構(gòu)(包括檢測板或檢測溜槽等)、測重傳感器、稱重顯示控制器組成。兩者除檢測原理不同外,沖量流量計的測重傳感器是采用差動變壓器,并檢測水平分力;而溜槽流量計采用電阻應(yīng)變式傳感器,并是檢測垂直分力或水平分力兩種。所以,沖量流量計對沖擊震動更敏感,受物料反彈擾動和沖擊系數(shù)影響較大,但檢測板上粘附物料一般對測重?zé)o影響。而溜槽流量計則不同,物料在平行槽道中滑過,沒有物料沖擊,不受物料反彈擾動和沖擊系數(shù)影響。但對于檢測垂直分力的,檢測溜槽上粘附物料會對計量精度產(chǎn)生明顯影響?；诠腆w物料流量計的測量原理和結(jié)構(gòu)圖2．4DLD滑槽流量計固體流量測量裝置包括沖擊式流量計，溜槽式流量計等。其原理是利用物料的動量，通過計量環(huán)節(jié)來連續(xù)測量。沖擊式流量計是近年來發(fā)起來的連續(xù)測量設(shè)備，它是利用物料動量的改變在檢測板上產(chǎn)生的力，產(chǎn)生與瞬時流量成正比例的直流信號來工作的?？墒怯捎谖锪系臎_擊作用使顆粒之間、物料與導(dǎo)板之間發(fā)生不均勻的力和復(fù)雜的力會影響檢測精度。溜槽式流量計工作原理是這樣的：整流后的物料沿切線方向進入檢測板，速度基本不變，成弧形的檢測板承受偏轉(zhuǎn)力，它與物料流量成正比。溜槽式流量計是利用物料的動能，通過計量環(huán)節(jié)來連續(xù)檢測流量的。溜槽式流量計特點：沒有運動部件，結(jié)構(gòu)遠比電子皮帶秤簡單，可靠耐用，適用范圍廣，對粉料狀物料、塊狀物料、固液混合漿狀物料以及腐蝕性和高料均可進行計量。溜槽式固體流量計由導(dǎo)板、弧形板和負載單元三部分組成，工作原理如圖2．5所示。物料經(jīng)過引流槽的整流后，從切線方向進入檢測板，其速度基本保持不變。檢測板為弧形，當(dāng)物料通過時，由于和離心力的作用，使檢測板承受偏轉(zhuǎn)力，從而負載單元受到一個水平的作用力，其大小為：（1）—物料對弧形板的水平作用；R—弧形板的半徑；v—物料的速度g—重力加速度；A，B—與弧形板結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)由此可見，當(dāng)弧形板的結(jié)構(gòu)和物料的速度一定時，水平分力大小與物料的流量成正比。因此，通過檢測負載單元所受水平力的大小，即可確定物料的流量。此次固體流量計SFM設(shè)計參考德國SCHENCK公司產(chǎn)品。圖2．5固體流量計工作原理1—溜槽；2—弧形板；3—負載單元2．1．3測力傳感器的簡介及工作原理人們通常把被測物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成為電量的器件或元件叫傳感器（又稱變換器）。其中平時接觸較多的物理量就有溫度、濕度、質(zhì)量、重量、力、壓強、速度、加速度、長度、角度、液位、流量、密度等，與此相以對應(yīng)，生產(chǎn)和生活中就需要溫度傳感器、濕度傳感器、稱重測力傳感器、壓強傳感器等等。隨著技術(shù)的進步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè),實現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動檢測和粉粒體進料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器，目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領(lǐng)域。此課題中所選用的是稱重傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器在稱重傳感器中所占的比例為90%以上，因此本課題也采用電阻應(yīng)變式。該傳感器的工作原理是將電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，然后，以適當(dāng)?shù)姆绞浇M成電橋，從而將物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號。稱重傳感器主要有兩部分組成，第一部分是彈性敏感元件，他將被測物體的壓力質(zhì)量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；第二部分是作為傳感元件的電阻應(yīng)變計，他將彈性體的應(yīng)變同步的轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。因此電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。即敏感元件——電阻應(yīng)變計；傳感元件——彈性體；測量電路——惠斯通電橋。（1）電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：R=ρL/S（2）當(dāng)他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長dL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少dr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作dρ。即導(dǎo)體電阻也隨之發(fā)生變化。圖2．6導(dǎo)體受力變形時參數(shù)變化對式（2）取對數(shù)得：再對上式兩邊全微分得：

（3）式中為電阻的相對變化；為材料的軸向線應(yīng)變，常用單位為微應(yīng)變（）；為截面積的相對變化。因為（r為金屬絲半徑）則則得（4）式中，為金屬絲半徑的相對變化，由線應(yīng)變定義（徑向應(yīng)變）。在彈性限內(nèi)金屬絲沿長度方向伸長時，徑向尺寸縮小，反之亦然。即軸向應(yīng)變與徑向應(yīng)變有下面關(guān)系成立（5）將式（5）代入式（4）中得代入式（3）中得（6）（7）其中式（7）說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。（2）彈性體彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。（3）檢測電路檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。本系統(tǒng)由微機控制稱重傳感器的稱重和比較，并輸出控制信號，執(zhí)行定值稱量，控制外部給料系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，實行自動稱量和快速分裝的任務(wù)。系統(tǒng)采用MCS-51單片機和V/F電壓頻率變換器等電子器件，其硬件電路框圖如圖2．7所示，用8031作為中央處理器，BCD拔碼盤作為定值設(shè)定輸入器，物料裝在料斗里，其重量使傳感器彈性體發(fā)生變形，輸出與重量成正比的電信號，傳感器輸出信號經(jīng)放大器放大后，輸入V/F轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成的頻率信號直接送入8031微處理器中，其數(shù)字量由微機進行處理。微機一方面把物重的瞬時數(shù)字量送入顯示電路，顯示出瞬時物重，另一方面則進行稱重比較，開啟和關(guān)閉加料口、放料于箱中等一系列的稱重定值控制。顯顯示MCS-51（8031）定值控制V/F變換放大穩(wěn)重傳感器定值控制V/F變換放大穩(wěn)重傳感器圖2．7原理框圖稱重傳感器是壓力測量傳感器，它常用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量，壓縮形式具有較好的精度。它的機械部分是由一整塊的金屬部分組成，所以這個基本的測量元件和它的外殼部分沒有焊接過程，從而使尺寸更小，并且加強了保護等級，這種測量結(jié)構(gòu)減少了因負載不均勻帶來的誤差。結(jié)合本課題，選用上海自動化儀表股份有限公司的BHR-8型電阻應(yīng)變式荷重傳感器。它采用彈性梁以及電阻應(yīng)變片為敏感轉(zhuǎn)換元件，其線性程度良好，線性范圍大，在測量領(lǐng)域，特別是在稱量工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。其性能參數(shù)有：工作電壓：10V；量程：10；輸出靈敏度：；輸出阻抗：240；非線性度：A級；B級適用環(huán)境溫度：，允許過載12。2．1．4物料循環(huán)輔助設(shè)備為了能夠進行連續(xù)給料，系統(tǒng)應(yīng)該包括物料的循環(huán)部分，以便使從固體流量計流出的物料重新回到電磁振動給料機，可以使用實驗室現(xiàn)有設(shè)備，這里我們采用垂直振動輸送機和水平振動輸送機。（1）垂直振動輸送機圖2.8垂直振動輸送機交叉軸式自同步垂直振動輸送機由螺旋槽體，交叉安裝的激振電機和隔振彈簧組成。兩個交叉安裝的激振電機安裝在底座上，底座上安裝有螺旋槽體，并用螺栓堅固。整機支承于隔振彈簧上，經(jīng)過隔振彈簧薄底座。激振電機在電機的軸兩端裝有偏心塊，采用雙輸出軸，因而激振電機回轉(zhuǎn)時，偏心塊將產(chǎn)生激振力，該振動機的兩臺激振電機無任何聯(lián)系，當(dāng)兩電機交叉安裝時，根據(jù)力學(xué)原理，在一定條件下，可實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生垂直方向的激振力和繞垂直軸的激振力矩。這樣螺旋槽體上的任何一點均會產(chǎn)生垂直振動和繞垂直軸的扭轉(zhuǎn)振動。兩種振動的組合，是一種組合振動。這種振動可使物料滑翔螺旋槽向上輸送。激振電機的同步轉(zhuǎn)速為750，1000，1500次/分，振幅可為3—6mm，最大不超過10mm。振動方向線與螺旋槽的夾角我們?nèi)?0°圖2.8垂直振動輸送機采用垂直振動輸送機將從水平振動輸送機送過來的物料，從低處輸送到電磁振動給料機料槽口。改變振動角可改變物料的輸送速度，使它應(yīng)能及時地將物料送給電磁振動給料機，使電磁振動給料機的料位保持在一定的高度。在物料循環(huán)系統(tǒng)中，垂直振動輸送機的最大給料量是一個定量輸送量的上限。（2）水平振動輸送機水平振動輸送機由管狀槽體，激振電機和彈簧組成。和垂直振動輸送機類似，它的激振力由激振電機的偏心塊提供。槽體通過隔振彈簧與底座相連，激振力與槽體成振動方向，調(diào)節(jié)振動方向角，可以調(diào)節(jié)輸送物料的速度。2．1．5振動料斗

在電子工業(yè)中，電磁式圓周振動料斗常簡稱為振動料斗。振動料斗是借助于電磁力產(chǎn)生微小的振動，依靠慣性力和重力的綜合作用驅(qū)使件料沿料槽向上向前送進，并在送料過程中自動定向，成單行按規(guī)定的方向和位置排列送出，它是一種常用的上料機構(gòu)，常用振動料斗的典型結(jié)構(gòu)如圖2．9所示，振動料斗上料時具有以下的優(yōu)點：送料和定向過程中沒有機械攪動，撞擊和強烈的摩擦作用，因此一般不致于破壞件料的精度和加工表面，也不會產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，對于已經(jīng)加工的件料，以及薄壁、彈性、脆性制件使用這種料斗是很合適的；定向容易，通用性強，輸送形狀特征不相同的件料，只要更換定向元件，振動料斗的其它結(jié)構(gòu)都可采用；送料率高，且送料速度易于調(diào)整；結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，比較耐用。圖2．9振動料斗及其結(jié)構(gòu)圖2．1．6對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求該控制系統(tǒng)由單片機組成微控制器，系統(tǒng)強電設(shè)備由微挖掘器控制啟停。其要求如下：（1）配有2個四位數(shù)碼管顯示器。在準(zhǔn)備階段，用于顯示由鍵盤正在輸入的各種控制參數(shù)；在運行時，用于顯示流量的設(shè)定值和實際值。（2）配有薄膜鍵盤，用于輸入各種參數(shù)和操作命令。（3）稱重傳感器選用輸出為0~5V的電壓信號。（4）一路0~5V的振動器控制信號。（5）系統(tǒng)控制誤差不大于1%。（6）系統(tǒng)的啟動順序為兩個垂直螺旋振動輸送機電機、兩個水平振動輸送機電機、電振機，其間隔時間可由用戶根據(jù)現(xiàn)場情況自動調(diào)整。（7）當(dāng)系統(tǒng)停止是，電振機先停，在循環(huán)中物料全部流入儲料器后，停4個振動電機，要求用戶能夠根據(jù)實際情況來設(shè)定4個電機和電振機停止的時間間隔。（8）系統(tǒng)具有對單機啟停檢測的功能。（9）當(dāng)系統(tǒng)長時間工作時，由于某些原因造成系統(tǒng)死機時，能夠自動恢復(fù)正常工作。（10）當(dāng)現(xiàn)場有釣多臺設(shè)備同時工作可通過辦公室微機對現(xiàn)場控制精度進行監(jiān)測。辦公室至現(xiàn)場不超過1KM。2．2電磁振動定量給料控制系統(tǒng)的方案確定電磁振動定量給料機控制系統(tǒng)是一個典型的工業(yè)挖掘領(lǐng)域的課題。它要求系統(tǒng)具有較高的可靠性和抗干擾能力。因此，在確定系統(tǒng)總體方案時，要充分考慮到工業(yè)現(xiàn)場的各種環(huán)境因素對控制系統(tǒng)的干擾，確保系統(tǒng)能夠安全運行。2．2．1CPU選擇本系統(tǒng)選用MCS-51系列單片機來開發(fā)，CPU選用8031。由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，程序量比較大，所以擴展一片2764（64K）程序存儲器。系統(tǒng)要求設(shè)置的參數(shù)比較多，而且需要長時間的保存這些設(shè)置數(shù)據(jù)，所以就選用有掉電保護功能的表態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。本系統(tǒng)選用6264自帶電池的64KRAM。另外，在CPU出現(xiàn)死機時，要求系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)工作，所以選用MAX692程序監(jiān)視器監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)，一但死機，則使系統(tǒng)重新復(fù)位，投入運行。2．2．2輸入輸出接口配置系統(tǒng)輸出模擬量和輸入模擬量各一路，選用AD574和DAC1210作為系統(tǒng)A/D和D/A的擴展，考慮到工作現(xiàn)場干擾比較嚴重，為保證系統(tǒng)安全可靠運行，A/D和D/A與CPU之間采用總線隔離技術(shù)，強電設(shè)備啟動通過擴展TTL并行輸出口，經(jīng)光電隔離后，驅(qū)動12V小繼電器,再由小繼電器控制強電設(shè)備的繼電器,啟停各電機和電振機。2．2．3鍵盤顯示器按系統(tǒng)要求有兩個4位LED顯示器在工作過程中分別顯示系統(tǒng)的設(shè)計值和實際流量控制值。而又有大量的系統(tǒng)參數(shù)要通過人機對話的方式進行設(shè)置。因此，在微控制器的前面板上設(shè)有8個LED七段顯示器和8個薄膜鍵如圖2．10所示，8個七段顯示器分上下兩組,在工作過程中，上4位顯示實際控制流量值，下4位現(xiàn)實流量設(shè)定值,在參數(shù)設(shè)置時，下4位顯示設(shè)定采參數(shù)的系列號，上4位顯示參數(shù)的設(shè)定值。在傳感器標(biāo)定時，上4位現(xiàn)實鍵盤輸入的實際流量值，下4位顯示A/D轉(zhuǎn)換器采樣碼的BCD碼，8個鍵分別是運行、停止、增1、減1、確認、返回、標(biāo)定和采樣。鍵盤顯示器接口芯片采用8279。圖2．10鍵盤顯示器配置2．2．4串行通信系統(tǒng)要求當(dāng)現(xiàn)場有多臺設(shè)備同時工作，可通過辦公室微機對現(xiàn)場控制精度進行檢測，辦公室至現(xiàn)場不超過1KM。而8031的串口為TTL電平，通信距離不超過2m，因此需對串行口進行擴展。RS485通信距離可達到5KM，選用MAX485芯片對8031的串口進行擴展。2．2．5系統(tǒng)電源8031供電為支流+5V，AD574和DAC1210供電需+5V和一組±12V電源，強電控制繼電器需+12V供電。而AD574和DAC1210與CPU總線是隔離的，為了增強系統(tǒng)的抗干擾能力，將強電隔離電源與而AD574和DAC1210的+12V也分開，因此，系統(tǒng)電源需要5組，即單獨一個+5V，為CPU以及顯示器等接口芯片供電；一組共地的+5V、+12V和-12V為AD574和DAC1210供電；一個獨立的+12V為驅(qū)動強電的小繼電器供電。為CPU供電的+5V電源由于有8個LED七段顯示器，功耗比較大，每個按5W計算，共40W，CPU供電內(nèi)核接口芯片按10W計算，則內(nèi)核+5V功率為50W?！?2V電源僅為AD574和DAC1210供電，各分配5W即可，+5V為AD574、DAC1210及周圍芯片供電，分配10W。強電控制電源+12V，由于繼電器功率大，每個按8W計算，共40W。因此，系統(tǒng)變壓器的功率為110W，輸入為~220V；輸出有兩組8V輸出，分別為50W和10W，3組15V輸出，功率分別為5W、5W和40W。3．硬件控制電路設(shè)計由總體方案分析，系統(tǒng)硬件部分可分為7個部分，即電源系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)總線設(shè)計及總線隔離、A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計、D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計、強電驅(qū)動I/O設(shè)計、串行口擴展設(shè)計和監(jiān)視定時器設(shè)計。3．1電源設(shè)計在整個單片機系統(tǒng)設(shè)計中，電源的設(shè)計是需要首先考慮的，這決定了系統(tǒng)是采用單電源方案，還是多電源方案，系統(tǒng)的功耗有無特殊規(guī)定等。不同的電源方案決定了整個系統(tǒng)的方案選擇和器件選擇。單片機的電源設(shè)計包含3個方面的內(nèi)容：一個方面是如何降低電源的功耗；二是如何設(shè)計外圍電路和單片機對不同電源電壓的需要，即電源分配方案的選擇；三是如何實現(xiàn)對電源的管理和監(jiān)控。圖3．1為電源設(shè)計框圖。從中我們根據(jù)各部分的功能來選擇單元電路。圖3．1電源設(shè)計框圖（1）降壓：使用穩(wěn)壓器，方法簡單，傳輸效率高，在線性直流穩(wěn)壓電源中經(jīng)常采用。（2）整流：有半波整流、全波整流和橋式整流幾種方式，考慮到整流的效率及對器件的要求，多采用橋式整流。（3）濾波：可用動態(tài)元件L、C來實現(xiàn)，但在實際應(yīng)用中，電容器的體積大，成本高，若無特殊要求，一般直流電源采用電解電容器。（4）穩(wěn)壓：穩(wěn)壓二級管可以實現(xiàn)穩(wěn)壓，但此時用穩(wěn)壓二級管，其輸出功率和穩(wěn)壓度達不到要求，直流穩(wěn)壓電源是電子系統(tǒng)中不可缺少電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，如具有固定輸出的78xx系統(tǒng)，79xx系列。圖3．2為系統(tǒng)電源設(shè)計原理圖。圖中變壓器的各組輸出經(jīng)全橋整流后，由25V、2200μF的電解電容和0.1μF電容濾波，給三端穩(wěn)壓器7805、7812和7912進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后又經(jīng)16V、2200μF的電解電容和0.1μF電容濾波供系統(tǒng)使用，其中7805和7812分別為+5V和+12V穩(wěn)壓器，7912為-12V穩(wěn)壓器。圖中+5V和對應(yīng)地為CPU及內(nèi)核系統(tǒng)供電；+5V、+12V和-12V為AD574和DAC1210及周圍芯片供電；+12V為強電控制小繼電器供電。圖3．2系統(tǒng)電源設(shè)計原理圖如圖3．2所示，以輸出電壓5V為例，要使7805正常工作，必須保證輸入與輸出間維持大于2V的壓降，因此7805的輸入端電壓必有大于7V，7805的輸入端的直流電壓是對電橋1端u(t)整流，濾波后得到的，設(shè)整流電路的內(nèi)阻是0Ω，負載電流為0，7805的輸入端有最大的直流電壓為U=1.414Uef，其中Uef是u(t)的有效值，當(dāng)負載電流不為0時，電橋1端的電壓值取決于放電時間常數(shù)及時間，有（8）式中：為濾波電容，是濾波電容以后的等效輸入電阻。由于濾波電容的容量不可能無限增大，因此電橋1端的電流電壓值U<1.414Uef。當(dāng)和u(t)周期確定后，由下式可以得到7805輸入端的最小值：（9）式中是u(t)的最大值，T是u(t)的周期。由于式中會隨著變化，使用起來不方便，故可根據(jù)經(jīng)驗取U=1.2Uef（10）根據(jù)上式，基在7805輸入端獲得7V直流電壓，電橋1端的有效值為（11）考慮到整流電路的壓降最小為1.4V（兩個二極管串聯(lián)），電橋1端的電壓應(yīng)為7.2V（有效）。再考慮到當(dāng)電網(wǎng)有10%的波動時，電路仍能工作故電橋1端的電壓可取8V。綜上所述可確定各器材參數(shù)：變壓器：電橋1端的電壓即為變壓器的輸出，故變比為整流橋：考慮到電路中會出現(xiàn)沖擊電流，整流橋的額定電流應(yīng)該是工作電流的2~3倍，同時耐壓也要選高些。左邊的去波電容C1：確定C1前要先求出和。求是，由于穩(wěn)壓源為串聯(lián)型，設(shè)電流為1/xA，7805的輸入端的電壓為7V，則=7xΩ。通常取=（6~10）T，這里的T=1/100，取=8T，則=0.08s，由此可得C1=0.08/7x。3．2系統(tǒng)總線設(shè)計及總線隔離MCS-51單片機控制系統(tǒng)設(shè)計的第一步是構(gòu)造系統(tǒng)總線，如果系統(tǒng)較大,則要考慮總線的驅(qū)動問題，對于單向總線的驅(qū)動，使用單向總線驅(qū)動器，如74LS240、74LS244等；對雙向總線，使用雙向總線驅(qū)動器，如74LS245等。對于現(xiàn)場干擾較強的系統(tǒng)，還要考慮總線的隔離問題。3．2．1片外總線結(jié)構(gòu)單片機都是通過片外引腳進行系統(tǒng)擴展的。為了滿足擴展的要求，本系統(tǒng)通過如圖3．3所示的8031外部引腳構(gòu)成系統(tǒng)的三總線，即地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線。三總線構(gòu)成CPU與片外芯片交換數(shù)據(jù)的通道，所有其他的外部芯片，都是通過這3大總線掛到系統(tǒng)上的。（1）地址總線。地址總線13條，可尋址8KB的地址空間。地址總線由P0口構(gòu)成8位A7~A0，由P2構(gòu)成高八位A12~A8。由于P0口外部總線操作期間，分時操作，先發(fā)送低8位地址信號，后傳送數(shù)據(jù)信號，所以P0口的低八位地址必須使用鎖存器進行鎖存。本系統(tǒng)使用ALE的下降沿將低8位鎖存在74LS373地址鎖存器中，由于系統(tǒng)芯片有多塊，所以將地址空間用74LS373分8份供不同地址空間。（2）數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線由P0口提供，是一個8位三態(tài)雙向口，是系統(tǒng)中使用最為頻繁的數(shù)據(jù)通道。所有單片機與外部的數(shù)據(jù)、指令，除少數(shù)數(shù)據(jù)通過P1口傳外，都是通過P0傳送的。數(shù)據(jù)總線要連接幾乎所有的外圍芯片，而在同一時間只能夠有一個是最有效的數(shù)據(jù)傳送通道。哪個數(shù)據(jù)通道有效則由地址總線來選擇。（3）控制總線?？刂瓶偩€包括片外擴展用控制線和片外信號對單片機的控制。MCS系列單片機系統(tǒng)擴展用的控制線有、、ALE、、，片外信號對單片機的控制信號有、、T0、T1、RXD。圖3．3系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)3．2．2總線隔離在微機應(yīng)用系統(tǒng)中，通要引入一些外部狀態(tài)量和輸出一些控制量（開關(guān)量和模擬量），使系統(tǒng)形成狀態(tài)反饋后，對系統(tǒng)實施控制。外部信號與微機系統(tǒng)共地是引起系統(tǒng)干擾的一個重要原因。尤其是控制強電流大微機應(yīng)用系統(tǒng)各器件的地和電源之間也存在一定大小的電阻。在平常工作時，流過的電流很小，這種電阻的壓降幾乎可以忽略不計，系統(tǒng)器件的地和電源地可以認為是同一電位。但是，如果某一瞬間時，有大電流渡過，該電阻的壓降就不可忽略了。這個壓降就會疊加到微機應(yīng)用系統(tǒng)各器件的地電位上，從而造成危害極大的脈動干擾。消除上述干擾的最有效方法是使微機應(yīng)用系統(tǒng)主機部分的地與外部輸入輸出信號地相互隔離，不讓它們在電氣上共地。而微機系統(tǒng)主機部分以非電量（如光、磁等）形式與外部交換信息。目前強電開關(guān)控制輸入/輸出采用光電耦合器進行隔離，模擬量輸入輸出采用專用的模擬隔離模塊或?qū)?shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器通過光電耦合器與主機總線隔離的方法進行隔離。電磁振動定量給料系統(tǒng)采用光電耦合器進行了主機地與外部地的隔離。圖3．4光電耦合器件工作原理（1）光電耦合器原理。光電耦合器的種類很多，但工作的基本原理相同。圖3．4為光電耦合器的工作基本原理，官由發(fā)光二極管的光敏二極管組成。當(dāng)發(fā)光二極管通以一定的電流時，它會發(fā)光。該光照射到光敏三極管的基極上，就使它的發(fā)射極C和集電極E導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)光二極管沒有電流流過時，沒有光照射到光重逢一極管的基極，C、E極截止。在圖3．4的連接電路中，當(dāng)輸入端I輸入低電平“0”時，在發(fā)光二極管兩端產(chǎn)生電位關(guān)，有電流流過發(fā)光二極管，發(fā)光照射到光敏三極管的基極，光敏三極管導(dǎo)通，輸出凋與地相連，輸出低電平“0”；當(dāng)輸入端I輸入高電平“1”時，在發(fā)光二極管兩端沒電位差，沒有電流流過發(fā)光二極管，光敏短極管截止，輸出端通過上拉電阻，上拉到VCC1，輸出“1”。這樣，主機與外部件以光的形式將邏輯值從左端傳到右端。這種電路連接值得注意的是，輸入端的上接電阻的阻值要選取小一些，以保證發(fā)光二極發(fā)光量足夠；而輸出端電阻的阻值要選取稍大一些，因為在光敏三極管導(dǎo)通時，C、E之間也存在一定值的電阻，這個電阻阻值大一些可以保證輸出低電平足夠的低。（2）TPL521-4光電耦合的引腳。TPL521-4是16腳芯片，將4組獨立的光電耦合器集成在一塊芯片上，其引腳結(jié)構(gòu)如圖3．5所示。其中1、2腳發(fā)光二極管對應(yīng)16（C）、15（E）光敏三極管的輸出，為第1組；第2、3和4組見圖所示對應(yīng)關(guān)系圖3.5TLP521-4引腳圖（3）各總線隔離。圖3．6為電磁振動定量給料控制系統(tǒng)總線隔離部分的電路原理圖。圖中根據(jù)系統(tǒng)芯片地址空間的使用情況對隔離地址空間進行了合理的配置處理。1）數(shù)據(jù)總路線隔離。由于數(shù)據(jù)總線為雙向三態(tài)信號線，而光電耦合器的輸入/輸出隔離是單向的，所示將數(shù)據(jù)總線分成數(shù)據(jù)信號輸入組和輸出組兩組進行隔離。由1片74LS244（U6）三態(tài)門單向總線驅(qū)動器、2片TPL521-4（U10、U11）構(gòu)成數(shù)據(jù)總線輸出隔離組，輸出信號標(biāo)識為DO0~DO7；由1片74LS244（U8）、2片TPL521-4（U12、U13）構(gòu)成數(shù)據(jù)總線輸入隔離組，隔離信號輸入端標(biāo)識為DI0~DI7。由于主機要尋址隔離后的芯片AD574、DAC1210和與主機共地的鍵盤顯示器接口芯片8279和強電控制并行擴展輸出口，所以將系統(tǒng)的8份地址空間分為兩部分，以P2.7為“0”和“1”進行區(qū)分。當(dāng)P2.7為“0”時尋址芯片隔離組，P2.7為“1”時尋址與主機共地的芯片。因此，將P2.7和RD通過75LS32：A（U7）或后控制輸入組74LS244的使能端1、19腳，將P2.7和WR通過74LS32：A（U9）或后控制輸出組74LS244的使能端。2）地址總線隔離。主機要尋址隔離后的芯片AD574、DAC1210共4個地址，選用1片TPL521-4（U35）對地址信號Y0、Y1、Y2、A0進行隔離，輸出標(biāo)識為Y0’、Y1’、Y2’、A0’。3）控制總線隔離。隔離組的控制信號有RD、WR和AD574的啟動轉(zhuǎn)換控制信號以及轉(zhuǎn)換結(jié)束的狀態(tài)信號STS，共4條線，由1片TPL521-4（U36）進行隔離。AD574的啟動信號由P1.7控制，因此，CPU輸出控制線為3條，分別為用U36的第1、2和3組光電隔離器進行隔離，隔離后標(biāo)識為RD’、WR’、P1.7’。輸入信號由U36的第4組光電耦合器進行隔離，輸入標(biāo)識為INT0’、給CPU的INT0。圖3．6總線隔離電路原理圖3．2．3系統(tǒng)時鐘由于系統(tǒng)具有串行口通信的要求，所以系統(tǒng)石英晶振選擇11.0592Hz，以提高串行口通信波特率的設(shè)置精度。圖3．7單片機時鐘電路（串口）3．2．4存儲器擴展系統(tǒng)擴展程序存儲器2764各數(shù)據(jù)存儲器0064各1片，指導(dǎo)性計劃原理如圖3．8所示。圖3．8系統(tǒng)存儲器的擴展3．2．5串行通信擴展系統(tǒng)要求具有分布式多機控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的能力，聯(lián)網(wǎng)距離給定為1KM以內(nèi)。而MCS-51系列單片機串行口為TTL電平傳送，傳送距離僅1~2m。因此，必有對其進一步擴展。RS323C傳送距離在50英尺以內(nèi)。RS485半雙式通信傳送距離在500m內(nèi)均可以完成傳送。MAX485即是將TTL通信電平轉(zhuǎn)換為RS485傳送電平的接口芯片。圖3．9為MAX485在系統(tǒng)中擴展原理圖。MAX485為8腳芯片，系統(tǒng)選用DIP8封裝形式。其中，RD為TTL電平接收引腳，與8031的RXD引腳相連；/RE為數(shù)據(jù)接收使能引腳，當(dāng)該腳為低電平“0”時，外部傳送數(shù)據(jù)可以從RD引腳輸出；DE為數(shù)據(jù)輸出使能引腳，TXD為TTL電平串行數(shù)據(jù)發(fā)送端，當(dāng)DE腳為高電平“1”時，可以將TXD引腳夫輸入的TTL電平串行通信信息轉(zhuǎn)換成RS485通信電信號發(fā)送到RS485網(wǎng)絡(luò)上。A和B為RS485電氣信號傳送端，這兩個引腳之間要求跨接120Ω的電阻，當(dāng)VA-VB>200mV時,接收端的數(shù)據(jù)為“1”；當(dāng)VB-VA>200mV時，接收端接收的數(shù)據(jù)為“0”。Vcc和GND分別為+5V電源和地。系統(tǒng)中將/RE和DE連接在一起，由8031的P1.2引腳控制半雙工通信接收和發(fā)送方式。圖3．9MAX485引腳RS485最大的優(yōu)點在于它的多點總路線互連功能，它可以連接1臺主機和多臺終端同時通信，由于它是半雙式的方式，只能有一方發(fā)送，一方接收，而且它采用差動電平接收的方法提高抗干擾能力，適合在比較惡劣的環(huán)境下工作。在單片機系統(tǒng)中使用MAX485芯片，完成單片機和上位PC機的RS485通信的原理方案如圖3．10所示。圖3．10PC機的RS-485通信的原理方案圖3．10中，芯片MAX485是RS-485通信的低功率收發(fā)器。MAX485的驅(qū)動器變化率沒有限制，最大傳輸速率可達2.5Mbit/s，傳輸距離為1200m。MAX485芯片采用+5V電源供電，總路線上可掛接32個收發(fā)器。MAX485有8個引腳，當(dāng)驅(qū)動器使能端DE和接收器使能端/RE禁止時，驅(qū)動器和接收器輸出為高阻態(tài)。RD和DI分別為接收器輸出端和驅(qū)動器輸入端，只要A、B端通過電阻對應(yīng)連接，即可實現(xiàn)信息傳輸。MAX485采用雙線半雙工方式，串行通信的波特率選為9600bit/s，8031單片機的晶振相應(yīng)的選項為11.0592MHz，即可滿足系統(tǒng)對波特率誤差的要求。MAX232是RS-232收發(fā)器，用于實現(xiàn)TTL電平與微機串口的RS-232電平信號之間的轉(zhuǎn)換。采用單+5V電源供電，數(shù)據(jù)傳輸速率為120bit/s。對于此RS-485通信的解決方案而言，串口的編程和單片機RS-232通信的編程并無本質(zhì)的差別。所以此解決方法也大大減輕了軟件編程的任務(wù)。3．2．6程序監(jiān)視器程序監(jiān)視器，又稱看門狗定時器（WATCHDOG）。在系統(tǒng)工作過程中，監(jiān)視微機CPU程度的運行，當(dāng)系統(tǒng)電源低于處理器正常工作電壓值、掉電或程序運行“死機”時，產(chǎn)生百屏蔽系統(tǒng)中斷或復(fù)位熱啟動計算機，使系統(tǒng)重新投入運行。系統(tǒng)造成“死機”的原因比較多，如系統(tǒng)局部硬件故障、現(xiàn)場干擾、堆棧溢出或程序進入用戶數(shù)據(jù)區(qū)“跑飛”等。市場上常用的監(jiān)視定時器芯片比較多，如MAX692~MAX695等。圖3．11給出MAX692芯片的外部引腳和工作過程，即MAX692在單片機系統(tǒng)中的具體使用方法和電路原理。圖3．11中MAX692為8腳DIP封閉的芯片，其中2、3腳為+5V電源和地；4腳為電源監(jiān)視輸入引腳；8腳（VBATT）為電池電源輸入引腳；1腳為外部RAM供電電源，當(dāng)系統(tǒng)電源掉電時，保護RAM的數(shù)據(jù)；7腳為復(fù)位輸出引腳，低電平有效，可輸出200ms的低脈沖；6腳（WDI）為CPU正常工作指示引腳；5腳為電池故障輸出引腳。圖3．11MAX692引腳圖及工作原理其中WDI是看門狗監(jiān)測輸入腳，接到CPU的一個專用I/O口或一個總路線口上。RESET是復(fù)位信號輸出引腳，接到CPU的復(fù)位輸入腳。MAX692的WDI定時周期是1.6s，復(fù)位脈沖寬度是200ms。如果WDI保持高或低超過看門狗定時周期（1.6s），7腳端通過74LS04：A（U22）反射器反向后，將給8031的9腳發(fā)生200ms寬的負脈沖使CPU復(fù)位。圖中的上拉電容起上電復(fù)位作用。該電路優(yōu)點是系統(tǒng)所用外圍元件少，缺點是定時周期固定無法改變，而且成本較高。同系列的MAX693芯片增加了正脈沖復(fù)位輸出，而且WDI定時周期及復(fù)位脈沖寬度可變，但價格更高。3．3鍵盤顯示器接口設(shè)計用單片機驅(qū)動LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口，該接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機再發(fā)送新的字形碼。動態(tài)顯示又稱動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把年有顯示器的8個筆劃段同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，由單片機決定何時顯示到哪一位了。動態(tài)掃描分時的方法輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較多；動態(tài)顯示需要CPU時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。在一般較為簡單的系統(tǒng)中，為了降低成本，動態(tài)顯示方案具備一定的實用性，也是目前單片機數(shù)碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。有關(guān)動態(tài)掃描顯示的方法和電路設(shè)計是本方案所采用的方法。內(nèi)容如下所述。鍵盤顯示器接口芯片選擇8155，系統(tǒng)連接的電路原理如圖3．12所示。鍵盤編碼00~07與圖2．11控制面板對應(yīng)關(guān)系已在圖中給出，LED1~LED4對應(yīng)面板的下4位顯示器從高位到低位，LED5~LED8對應(yīng)上4位顯示器從高位到低位。圖3．12鍵盤顯示器接口設(shè)計3．4A/D和D/A模擬量轉(zhuǎn)換接口電路的擴展3．4．1AD574的擴展AD574A是美國AnalogDevice公司生產(chǎn)的12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其主要特點是：有參考電壓基準(zhǔn)和時鐘電路，不需外部時鐘就可以工作；轉(zhuǎn)換速率高，12位轉(zhuǎn)換25s，8位轉(zhuǎn)換16s；8位或16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接掛在單片機的數(shù)據(jù)總線上而無需接口電路；溫度適應(yīng)范圍大，在-55~+125℃范圍內(nèi)滿足線性要求。其管腳排列如圖3．13所示。主要功能引腳介紹如下：AG：模擬地；DG：數(shù)字地；CS：片選信號，低電平有效；CE：啟動轉(zhuǎn)換信號線，高電平有效；R/C：讀/啟動信號，高電平讀數(shù)據(jù)，低轉(zhuǎn)換；12/8：數(shù)據(jù)格式選擇，高電平12位數(shù)據(jù)同時有效，低電平時第一次輸出高8位，第二次輸出低四位有效，中四位為零；A0：內(nèi)部寄存器控制輸入端，在12/8接地的情況下，高電平時高8位數(shù)據(jù)有效，低電平時低4位有效，中間4位為零，高4位為高阻態(tài)；在R/C為低的情況下，高電平啟動12位轉(zhuǎn)換，低電平啟動8為轉(zhuǎn)換；STS：工作狀態(tài)輸出端，高電平表示正在轉(zhuǎn)換，低電平表示轉(zhuǎn)換完畢。圖3．13AD574A引腳圖圖3．14為系統(tǒng)中AD574的擴展原理圖。圖中AD574連接成12位同時輸出方式，輸出數(shù)據(jù)由2片74LS244三態(tài)門U14和U15電路控制。U14輸出A/D轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)，使能端1和19腳由隔離地址Y’1控制。A/D轉(zhuǎn)換啟動信號接隔離控制總線P1.7’，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號STS經(jīng)隔離控制總線I’1付給8031的INT0圖3．14AD574擴展原理圖3．4．2DAC1210的擴展DAC1210在系統(tǒng)連接的電路原理如圖3．15所示，其輸出的范圍為-5V~+5V。系統(tǒng)用隔離地址Y’2作為片選信號，由隔離地址A’0作為高8位和低4位數(shù)據(jù)的選擇信號。當(dāng)A’0=1時，寫信高8位數(shù)據(jù)；當(dāng)A’0=0時，寫入低4位數(shù)據(jù)，并將12位數(shù)據(jù)一起寫入12位DAC寄存器。圖3．15DAC1210擴展原理圖3．5強電設(shè)備控制接口設(shè)計在微機應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常會遇到控制電機的啟動或停止，控制閥門打開或關(guān)閉等。在這種情況下需要通過光電隔離或電磁隔離器件將主機的控制信號付給強電控制設(shè)備。在電磁振動定量給料控制系統(tǒng)中有4個電機和1個電振機需要單片控制的啟動和停止。圖3．16為本系統(tǒng)的強電控制電路原理圖。系統(tǒng)通過TTL芯片74LS273（U38）擴展了一個輸出并行口，并行口輸出經(jīng)2片TLP521-4隔離后驅(qū)動12V直流繼電器的線圈，再由直流繼電器的觸點控制強電繼電器的線圈，進而控制各強電設(shè)備的啟動和停止。本系統(tǒng)中需要五個電機，2個垂直螺旋輸送機的振動電機，2個水平輸送機的振動電機，電振機。圖3．16強弱電轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)原理圖參考文獻1．劉杰等機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)與產(chǎn)品設(shè)計冶金工業(yè)出版社20032．余錫存、曹國華單片機原理及接口技術(shù)西安電子科技大學(xué)出版社20003．聞邦春振動機械的理論及應(yīng)用機械工業(yè)出版社19924．王福瑞單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全北京航空航天大學(xué)出版社19995.余錫存主編：《單片機原理及接口技術(shù)》，西安電子科技大學(xué)出版社第二版20076.P.Glynne-Jones,M.J.Tudor?,S.P.Beeby,N.M.WhiteAnelectromagnetic,vibration-poweredgeneratorforintelligentsensorsystemsP.Glynne-Jonesetal./SensorsandActuatorsA110(2004)344–349致謝四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴謹，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。

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作者簽名:二〇一〇年九月二十日

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作者簽名:二〇一〇年九月二十日

致謝時間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個課題，為本人日后從事計算機方面的工作提供了經(jīng)驗，奠定了基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進步。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進方案。郭謙功老師淵博的知識、嚴謹?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。再次對周巍老師表示衷心的感謝。其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對我的嚴格要求，感謝他們對我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。另外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實，給我留下了很多難忘的回憶。最后，我要感謝我的父母對我的關(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學(xué)習(xí)生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學(xué)業(yè)。四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實際工作中去?；厥姿哪?，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護。學(xué)友情深，情同兄妹。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留