【正文】 MCU。 Communication。 weigh 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 研究意義 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 1 課題分析 2第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 方案的選擇 3 課題內(nèi)容及要求 3 系統(tǒng)整體框圖與流程 3第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 5 功能要求及方案確定 5 主要元器件的選擇 5 電路的設(shè)計(jì) 6 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 單片機(jī)的選擇 7 電路的設(shè)計(jì) 8 稱重傳感器的選擇 9 微弱信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì) 10 AD620芯片介紹 10 AD620的應(yīng)用電路 11 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 11 TLC2543芯片介紹 11 電路設(shè)計(jì) 12 液體泵驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 12 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 14 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì) 14 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 14 液晶顯示電路的設(shè)計(jì) 15 通信電路的設(shè)計(jì) 17 數(shù)據(jù)通信方式選擇 17 RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口總線 17 MAX232芯片介紹 18 通信接口電路 19第4章 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 21 軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 21 下位機(jī)程序的設(shè)計(jì) 21 初始化模塊的設(shè)計(jì) 22 讀取預(yù)設(shè)定值（鍵盤掃描）模塊的設(shè)計(jì) 22 灌裝程序模塊的設(shè)計(jì) 22 顯示程序模塊的設(shè)計(jì) 22 通信程序的設(shè)計(jì) 22 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì) 22 Visual Basic的特點(diǎn) 22 VB通信控件的介紹 22 軟件的界面設(shè)計(jì) 22第5章 系統(tǒng)測(cè)試與仿真 22 硬件系統(tǒng)的測(cè)試 22 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試 22 微弱信號(hào)放大電路的仿真及調(diào)試 22 液體泵驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試 22 聲光報(bào)警電路的測(cè)試 22 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 研究意義在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是在石油、化工、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(chǔ)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(guó)飲料酒（不含果露酒、發(fā)酵酒精）總產(chǎn)量已達(dá)2878萬千升，%。有關(guān)專家指出，我國(guó)飲料行業(yè)是高成長(zhǎng)性的行業(yè)，成熟飲品增長(zhǎng)穩(wěn)定，新的熱點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn)不斷涌現(xiàn)，新興飲品的增長(zhǎng)更快。同時(shí)，中國(guó)包裝機(jī)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(chǎng)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。但由于這些行業(yè)中多為有毒有腐蝕性的介質(zhì)，以致現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)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(shí)現(xiàn)多種液體混合的自動(dòng)控制，從而達(dá)到液體混合的目的，液體混合自動(dòng)配料勢(shì)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(shí)現(xiàn)控制功能，在相關(guān)的研究文獻(xiàn)報(bào)道中用基于AT89C51的控制系統(tǒng)對(duì)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(jì)就是基于以上問題進(jìn)行的一些探索。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況灌裝機(jī)主要是包裝機(jī)中的一小類產(chǎn)品,根據(jù)我國(guó)國(guó)情，包裝機(jī)械工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是： 1．引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，建立一批包裝機(jī)械骨干企業(yè)，包括個(gè)別中外合資企業(yè)。2．大多數(shù)企業(yè)要重點(diǎn)發(fā)展中、小型包裝機(jī)械。3．在包裝機(jī)械生產(chǎn)中，大量引入高新技術(shù)，使包裝機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dòng)化）水平高，向機(jī)電結(jié)合、主輔機(jī)結(jié)合、成套聯(lián)線方向發(fā)展。 4．以滿足重點(diǎn)商品的包裝為出發(fā)點(diǎn)，發(fā)展包裝機(jī)械新品種。國(guó)外飲料灌裝設(shè)備新動(dòng)向： 在飲料灌裝機(jī)設(shè)備方面，美國(guó)、德國(guó)、日本、意大利和英國(guó)的制造水平相對(duì)較高。我們可以通過這些國(guó)家的飲料灌裝機(jī)的新趨勢(shì)來確定我們國(guó)家與他們之間的差別應(yīng)該向哪個(gè)方面發(fā)展才能縮小之間的差別，使我國(guó)的灌裝機(jī)盡快擠進(jìn)世界先進(jìn)行業(yè)之列。：一臺(tái)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；、高產(chǎn)量：碳酸飲料灌裝機(jī)的灌裝速度最高達(dá)2000灌分，德國(guó)Hamp。K公司、SEN公司、KRONES公司，其灌裝機(jī)的灌裝閥分別達(dá)到165頭、144頭、178頭。非碳酸飲料灌裝機(jī)的灌裝閥50100頭，灌裝速度最高達(dá)1500灌分；、可靠性高：全線的自控水平高和全線效率高。在線監(jiān)測(cè)裝置和計(jì)量裝置配套完備，能自動(dòng)檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù)、計(jì)量精確。集機(jī)、電、氣、光、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。 課題分析單片機(jī)控制系統(tǒng)有微機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象兩大部分組成，其中包括硬件電路和軟件程序，整個(gè)控制系統(tǒng)是通過接口將計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)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(jī)控制電路、稱重傳感器電路、信號(hào)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(dòng)電路、通信電路、聲光報(bào)警。軟件程序主要是在Visual Basic 。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 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(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將設(shè)定的液體送入容器中并提示灌裝結(jié)束，設(shè)計(jì)方案如下： 方案1：通過傳感器感受到液體重量，降低自身的阻值，來增加電流，并且驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器報(bào)警。電路簡(jiǎn)單、可靠但是靈活性和實(shí)用性差。方案2：可以通過傳感器感知信號(hào)多級(jí)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(hào)時(shí)，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(dòng)三極管導(dǎo)通報(bào)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(jī)作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號(hào)通過AD信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且讀取和顯示出來。鍵盤可以通過不同的應(yīng)用場(chǎng)合和針對(duì)液體做出不同的重量設(shè)定，并且儲(chǔ)存報(bào)警的上限和報(bào)警時(shí)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、靈活性好等特點(diǎn)，易于廣泛推廣和普及，因此本設(shè)計(jì)選擇方案三。 課題內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)一種基于AT89C51灌裝機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大量液體的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移等功能的控制，具體要求如下：1．輸出信號(hào)：一定范圍電壓信號(hào)。2．輸入信號(hào)：+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：220VAC177。10%。6．。 系統(tǒng)整體框圖與流程經(jīng)過分析，該稱重式液體灌裝機(jī)主要應(yīng)該由電源電路、單片機(jī)控制電路、稱重傳感器電路、信號(hào)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(dòng)電路、下位機(jī)與上位機(jī)通信電路以及聲光報(bào)警電路等硬件接口電路組成，系統(tǒng)整體功能框圖如圖21所示。圖21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(shí)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(hào)也隨容器B中液體質(zhì)量的增多而逐漸變大，由于該信號(hào)比較微弱，不便于傳輸，所以還要對(duì)其進(jìn)行放大。另外，傳感器輸出的電壓是模擬量，單片機(jī)不能正常識(shí)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(jī)的IO口，由單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)容器B中液體質(zhì)量達(dá)到預(yù)設(shè)定質(zhì)量時(shí)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)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(shí)報(bào)警電路會(huì)提示本次灌裝結(jié)束。在灌裝過程中，灌裝液體的質(zhì)量會(huì)顯示在液晶顯示屏上，并且會(huì)通過單片機(jī)串口送入PC機(jī)中，通過上位機(jī)編程統(tǒng)計(jì)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(shí)現(xiàn)稱重、計(jì)算、補(bǔ)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(jī)和下位機(jī)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)要求的功能及性能。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)電源的設(shè)計(jì)是電子電路設(shè)計(jì)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(jì)的成敗。電源電路的設(shè)計(jì)，因系統(tǒng)供電形式、系統(tǒng)對(duì)電源的要求等具體情況的不同其構(gòu)成原理、設(shè)計(jì)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)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ACDC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(duì)于單片機(jī)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(duì)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(shì)。因此，針對(duì)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(jì)。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(huì)引入電網(wǎng)中的干擾，也不會(huì)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)定度及負(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(jiǎn)單，便于維修，更重要的是工作可靠，故障率低，具有明顯優(yōu)點(diǎn)，并且經(jīng)濟(jì)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(huì)影響電路中其他元器件的性能，從而不能使整個(gè)系統(tǒng)工作正常。考慮到本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能，最終決定使用線性穩(wěn)壓電源作為灌裝計(jì)的供電電源[2]。 功能要求及方案確定本次設(shè)計(jì)的灌裝機(jī)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31 線性直流穩(wěn)壓電源原理框圖 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。濾波電容的選擇：選用1000μF50V和470μF25V的電解電容。整流橋的選擇：可以選用四支型號(hào)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7807807807807817817824等。LM78XX系列的集成穩(wěn)壓器特點(diǎn)是外圍電路簡(jiǎn)單，[1]。在該電源電路的設(shè)計(jì)中，我們采用了LM7805和LM7812集成穩(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32所示。圖32 LM7812LM7805封裝圖 電路的設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的要求，該電源的電路圖如圖33所示。圖33 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CC2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CC4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)用于產(chǎn)生+12V的直流電壓，所以可以采用“二級(jí)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33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(gè)大功率電阻。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇單片機(jī)全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microputer），它是將計(jì)算機(jī)的基本部件如CPU、ROM、RAM、并行IO口、串行IO口、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)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(jì)的灌裝機(jī)系統(tǒng)的特性，可以選擇Atmel公司的AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是一個(gè)低電壓、高性能的COMS型8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀存儲(chǔ)器和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。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)MCS51指令系統(tǒng)，單片機(jī)內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。共有40個(gè)有效引腳，32個(gè)外部雙向輸入輸出（IO）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口[34]。AT89C51有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝形式，本次設(shè)計(jì)選用PDIP封裝形式的AT89C51，其引腳圖如圖34所示。圖34 AT89C51單片機(jī)引腳圖AT89C51單片機(jī)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(chǔ)器；3．1000次擦寫周期；4．時(shí)鐘頻率范圍：0 Hz至24 MHz；5．三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；6．1288字節(jié)內(nèi)部RAM；7．32個(gè)可編程I O口線；8．兩個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器；9．6個(gè)中斷源；10．可編程串行通道；11．低功耗空閑和掉電模式[5]。 電路的設(shè)計(jì)對(duì)于該單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)復(fù)位電路以及外部晶體振蕩電路，所以除了AT89C51單片機(jī)外還要選擇晶振、電容、電阻等元件。AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖35所示。C1為100μF的電解電容，R1為10KΩ的電阻，二者與單片機(jī)的第9腳（RST）相連，起到上電復(fù)位的作用。CC3為30pF的瓷片電容， 、XTAL2端用于為單片機(jī)提供時(shí)鐘頻率。其中VCC為+5V直流電壓。圖35 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 稱重傳感器的選擇在實(shí)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(jì)的商用灌裝機(jī)為稱重式灌裝，而且精度要求很高，因此選擇RLC04 S式拉壓力傳感器。該稱重傳感器適用于指