【正文】 推板法。旋槳法或推板法不一定都是靠電機(jī)電流的大小時(shí)繼電器接點(diǎn)動(dòng)作，也可以利用離合器或連桿上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在葉片或推板負(fù)載增大時(shí)改變電接點(diǎn)的通斷狀態(tài)。所用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能在長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，或離合器打滑狀態(tài)下，不致過(guò)熱而損壞。這類原理構(gòu)成的料位開(kāi)關(guān)，只能安裝在容器壁上，安裝高度取決于動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的料位值。應(yīng)用不那么廣泛，所以此設(shè)計(jì)也不予采用。（3）音叉法：根據(jù)物料對(duì)振動(dòng)中的音叉有無(wú)阻力探知料位是否到達(dá)或超過(guò)某高度，并發(fā)出通斷信號(hào)，這種原理不需要大幅度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏而可靠。音叉由彈性良好的金屬制成，本身具有確定的固有頻率，如外加交變力的頻率與其固有頻率一致，則叉體處于共振狀態(tài)。由于周圍空氣對(duì)振動(dòng)的阻尼微弱，金屬內(nèi)部的能量損耗又很少，所以只需微小的驅(qū)動(dòng)功率就能維持較強(qiáng)的振動(dòng)。當(dāng)粉粒體物料觸及叉體之后，能量消耗在物料顆粒間的摩擦上，迫使振幅急劇衰減，音叉停振。為了給音叉提供交變的驅(qū)動(dòng)力，利用放大電路對(duì)壓電元件施加交變電場(chǎng)，靠逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械力作用在叉體上。用另外一組壓電元件的正壓電效應(yīng)檢測(cè)振動(dòng)，它把振動(dòng)力變?yōu)槲⑷醯慕蛔冸娦盘?hào)。再由電子放大器和移相電路，把檢振元件的信號(hào)放大。經(jīng)過(guò)移相，施加到驅(qū)動(dòng)元件上去，構(gòu)成閉環(huán)振蕩器。在這個(gè)閉環(huán)中，既有機(jī)械能也有電能，叉體是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，倘若受到物料阻尼難以振動(dòng)，正反饋的幅值和相位都將明顯的改變，破壞了振蕩條件，就會(huì)停振。只要在放大電路的輸出端接以適當(dāng)?shù)钠骷浑y得到開(kāi)關(guān)信號(hào)。為了保護(hù)壓電元件免受物料損壞和粉塵污染，將驅(qū)動(dòng)和檢振元件裝在叉體內(nèi)部，經(jīng)過(guò)金屬膜片傳遞振動(dòng)。如果在容器的上下方都裝叉體，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料或自動(dòng)出料的邏輯控制，或者把料位越限信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室。在控制室里的控制電路判斷料位是否越限，并按要求使被控的進(jìn)出料設(shè)備啟停。并且叉體的制造和裝配良好時(shí)，音叉也可用于液體測(cè)量和控制。在測(cè)量時(shí)不需要大幅度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏而可靠。綜上所述，此設(shè)計(jì)選擇音叉法阻力式料位傳感器。 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的選擇 24C01擴(kuò)展：串行總線上的各單片機(jī)或集成電路模塊，通過(guò)一條數(shù)據(jù)線(SDA)和一條時(shí)鐘線(SCL)，按照通信規(guī)則進(jìn)行尋址和信息傳輸。每個(gè)集成電路模塊都有唯—偽地址，既可以是主控機(jī)(能控制總線，并能完成一次傳輸過(guò)程的初始化和產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)及傳輸終止信號(hào)的器件)或被控機(jī)(被主控器尋址的器件)，可以是發(fā)送器(在總線1：發(fā)送信息的器件)或接收器(從總線上接收信息的器件) I178。C總線上的器件，根據(jù)它的不同工作狀態(tài)，可分為主控發(fā)送器、主控接收器、被控發(fā)送器、被控接收器。當(dāng)多個(gè)主控器同時(shí)企圖控制總線而不丟失信息，這叫多主競(jìng)爭(zhēng)。這時(shí)就要進(jìn)行仲裁，仲裁就是針對(duì)這種情況進(jìn)行裁決的過(guò)程。只允許其中一個(gè)主控器繼續(xù)占用總線，其它退出封藏器狀態(tài)。仲裁過(guò)程中還要保證總線的信息不丟失。多主競(jìng)爭(zhēng)時(shí)必須對(duì)所有參與競(jìng)爭(zhēng)的主控器的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步處理。信息傳輸時(shí)，SCL為高電平期間，SDA上的信息必須保持穩(wěn)定不變，只有SCL為低電平期間，SDA上的信息才允許變化。同時(shí)SDA上信息每一位部和SCL的時(shí)鐘脈沖相對(duì)應(yīng)。SCL沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，SDA信息將停止傳輸處于等待狀態(tài)。這因?yàn)榫€“與”邏輯，使SCL在低電平時(shí)鉗住總線。實(shí)現(xiàn)線“與”邏輯功能各I178。C總線接口的輸出端必須是漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)。SCL保持高電平期間，SDA由高電平向低電平變化這種狀態(tài)定義為起始信號(hào)。SCL保持高電平期間，SDA由低電平向高電平變化，這種狀態(tài)定義為終止信號(hào)。SDA傳輸?shù)拿總€(gè)字節(jié)必須8位(最高有效位首先傳送)，每個(gè)傳送字節(jié)必須跟隨一位應(yīng)答位。與應(yīng)答信號(hào)相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)由主控器產(chǎn)生，發(fā)送器在這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)釋放SDA，使它處于高電平狀態(tài)，以便接收由接收器在這位發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)。這時(shí)接收器還必須SCL在這位高電平期間，在SDA上輸出一個(gè)恒定低電平信氣以完成應(yīng)答信號(hào)的輸出。整個(gè)傳輸過(guò)程中，傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)目是沒(méi)有限制的。數(shù)據(jù)傳輸一段時(shí)間后，接收器無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)，主控器同樣可以終止數(shù)據(jù)的傳送[2]。24C01是一種128字節(jié)串行CMOS EEPROM,它具有如下特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量為128字節(jié)。串行接口可使用普通兩根I/O接口。具有頁(yè)寫(xiě)模式：每頁(yè)4字節(jié)。同步周期小于10ms 。它只使用一條數(shù)據(jù)線和一條時(shí)鐘線，采用ATMEL公司的24C01串口存儲(chǔ)器，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，但是其編程較為復(fù)雜。 2864A芯片擴(kuò)展：2864A是一種并行EEPROM，它的特點(diǎn)同上，但每頁(yè)有16字節(jié)，2864A與8051單片機(jī)的接口電路如下圖所示,，P2．7=0才能選中2864A，這種線選法決定了2864A對(duì)應(yīng)多組地址空間，即0000H~1FFFH,2000H~3FFFH,4000H~5FFFH,6000H~7FFFH,這8K字節(jié)存儲(chǔ)器可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用,且掉電后數(shù)據(jù)不丟失 。圖 2864擴(kuò)展電路2864A的四種工作方式：（1）維持方式：當(dāng)為高電平時(shí)，2864A進(jìn)入低功耗維持狀態(tài)。此時(shí)，輸出線呈高阻狀態(tài)，芯片的電流從140mA下降至維持電流60mA。（2）讀方式：當(dāng) 和均為低電平而不為高電平時(shí)，內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器被打開(kāi)，數(shù)據(jù)送上總線，此時(shí)，可進(jìn)行讀操作。（3）寫(xiě)方式：2864A提供了兩種數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式：頁(yè)寫(xiě)入和字節(jié)寫(xiě)入。頁(yè)寫(xiě)入：為了提高寫(xiě)入速度，2864A片內(nèi)設(shè)置了16字節(jié)的“頁(yè)緩沖器”，并將整個(gè)存儲(chǔ)器陣列劃分成512頁(yè)，每頁(yè)16個(gè)字節(jié)。頁(yè)的區(qū)分可由地址的高9位（A4~A12）來(lái)確定，地址線的低四位(A0~A3)用以選擇頁(yè)緩沖器中的16個(gè)地址單元之一。對(duì)2864A的寫(xiě)操作可分為兩步來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一步，在軟件控制下把數(shù)據(jù)寫(xiě)入頁(yè)緩沖器，這部稱為頁(yè)裝載，與一般的靜態(tài)RAM寫(xiě)操作是一樣的。第二步，在最后一個(gè)字節(jié)（即第16個(gè)字節(jié)）寫(xiě)入到頁(yè)緩沖器后20ns自動(dòng)開(kāi)始，把頁(yè)緩沖器的內(nèi)容寫(xiě)到EEPROM陣列中對(duì)應(yīng)的地址單元中，這一步成為頁(yè)存儲(chǔ)。寫(xiě)方式時(shí)，為低電平，在下降沿，地址碼A0A12被片內(nèi)鎖存器鎖存，在上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被鎖存片內(nèi)還有一個(gè)字節(jié)裝載限時(shí)定時(shí)器，只要時(shí)間未到，數(shù)據(jù)可以隨機(jī)地寫(xiě)入頁(yè)緩沖器。在連續(xù)向頁(yè)緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)的過(guò)程中，不用擔(dān)心限時(shí)定時(shí)器會(huì)溢出，因?yàn)槊慨?dāng)下降沿時(shí)，限時(shí)定時(shí)器自動(dòng)被復(fù)位并重新啟動(dòng)計(jì)時(shí)。限時(shí)定時(shí)器要求寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的操作時(shí)間須滿足；3μS20μS，這樣是正確完成對(duì)2864A頁(yè)面寫(xiě)入操作的關(guān)鍵。當(dāng)一頁(yè)裝載完畢，不再有信號(hào)時(shí)，限時(shí)定時(shí)器將溢出，于是頁(yè)存儲(chǔ)操作隨即自動(dòng)開(kāi)始。首先把選中頁(yè)的內(nèi)容擦除，然后寫(xiě)入的數(shù)據(jù)由頁(yè)緩沖器傳遞到EEPROM陣列中。字節(jié)寫(xiě)入：字節(jié)寫(xiě)入的過(guò)程與頁(yè)寫(xiě)入的過(guò)程類似，不同之處在于僅寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)，限時(shí)定時(shí)器就溢出。（4）數(shù)據(jù)查詢方式：數(shù)據(jù)查詢是指用軟件來(lái)檢測(cè)寫(xiě)操作中的頁(yè)存儲(chǔ)周期是否完成。在頁(yè)存儲(chǔ)期間，如對(duì)2864A執(zhí)行讀操作，那么讀出的是最后寫(xiě)入的字節(jié)，若芯片的轉(zhuǎn)儲(chǔ)工作未完成，則讀出數(shù)據(jù)的最高位是原來(lái)寫(xiě)入字節(jié)最高位的反碼。據(jù)此，CPU可判斷芯片的編程是否結(jié)束。如果讀出的數(shù)據(jù)與寫(xiě)入的數(shù)據(jù)相同，表示芯片已完成編程，CPU可繼續(xù)向2864A裝載下一頁(yè)數(shù)據(jù)。并且編程起來(lái)比較簡(jiǎn)單，所以此設(shè)計(jì)采用此方案[3]。 LED顯示電路選擇 LED顯示器是由N個(gè)LED顯示塊拼接成N位LED顯示器。N個(gè)LED顯示塊有N跟位選線，根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同，段選線控制顯示字符的字型，而位選線為各個(gè)LED顯示塊的公共端，它控制該LED顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。 LED靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或+5V）；每位的段選線（a~dp）分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連。所以稱為靜態(tài)顯示。各個(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正因此如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易。付出的代價(jià)是占用口線較多，若用I/O接口，則要占用4個(gè)8位I/O口，若用鎖存器接口，則要用4片74LS373芯片。如果顯示器位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式更是無(wú)法適應(yīng)，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 LED動(dòng)態(tài)顯示方式 在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，有一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。其中段選線占用一個(gè)8位I/O口，而位選線占用一個(gè)4位I/O口。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對(duì)各位來(lái)說(shuō)都是相同的，因此，同一時(shí)刻，如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話，4位LED將顯示相同的字符。若要各位LED能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字節(jié)的段碼。在確定LED不同位顯示的時(shí)間間隔，不能太短，因?yàn)榘l(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太短，發(fā)光太弱人眼無(wú)法看清。但也不能太長(zhǎng)，因?yàn)楫吘挂芟抻谂R界閃爍頻率，如果此時(shí)間越長(zhǎng)，占用CPU時(shí)間也越多，另外，顯示位增多，也將占用大量的CPU時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)顯示實(shí)質(zhì)是一犧牲CPU時(shí)間來(lái)?yè)Q取元件的減少。所以，由于本系統(tǒng)只涉及到2位顯示輸出，就采用了和2片8位移位寄存器串級(jí)使用的LED靜態(tài)顯示方式。 鍵盤(pán)輸入電路 矩陣式鍵盤(pán)接口：矩陣式鍵盤(pán)（也稱行列式鍵盤(pán)）適用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交點(diǎn)上。一個(gè)33的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)有9個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。同理，一個(gè)44的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16鍵的鍵盤(pán)，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比，要節(jié)省很多的I/O口線。按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開(kāi)關(guān)兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平，列線電平如果為高電平，則行線電平為高電平。這是識(shí)別矩陣鍵盤(pán)按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤(pán)中行列線為多鍵公用，各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列信號(hào)配合起來(lái)比做適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。 獨(dú)立式按鍵接口：獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。由于此系統(tǒng)中共有啟動(dòng)兩條生產(chǎn)線的“啟動(dòng)1”鍵和“啟動(dòng)2”鍵，分秒選擇鍵，時(shí)間設(shè)置加，時(shí)間設(shè)置減，生產(chǎn)線狀態(tài)的切換鍵，時(shí)間設(shè)置鍵，時(shí)間切換鍵。只有這8個(gè)鍵，比較簡(jiǎn)單。所以就采用獨(dú)立式按鍵接口電路。 小結(jié)本章主要討論了單片機(jī)、傳感器、存儲(chǔ)器、LED顯示電路、鍵盤(pán)輸入電路這五個(gè)部分。重點(diǎn)論述各個(gè)部分里可選擇方案在使用上的利弊端，最后介紹并論證了本設(shè)計(jì)在各個(gè)部分里所選的方案可行性。第3章 自動(dòng)送料機(jī)主電路設(shè)計(jì) 主電路采用AT89C51，由于AT89C51內(nèi)含4KB容量，因此在設(shè)計(jì)中不需要外擴(kuò)ROM。硬件電路主要有LED顯示電路、鍵盤(pán)接收電路、繼電器控制電路、EEPROM外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，以及看門(mén)狗MAX813L等組成。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖主電路采用AT89C51，由于AT89C51內(nèi)含4KB容量。硬件電路主要有LED顯示電路、鍵盤(pán)接受電路、繼電器控制電路、EEPROM外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，以及看門(mén)狗MAX813L等組成。電路原理框圖如下： 自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖 主機(jī)電路核心器件介紹 AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），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)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51主要性能參數(shù).與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容.4K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器.1000次擦寫(xiě)周期.全靜態(tài)操作：0Hz24MHz.三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器.1288字節(jié)內(nèi)部RAM.32個(gè)可編程I/O 口線.2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器.6個(gè)中斷源.可編程串行UART通道.低功率空閑和掉電模式 AT89C51 功能特性概述AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/0 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，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?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C51 引腳功能說(shuō)明 AT89C51的引腳圖.VCC：電源電壓.GND：接地.P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在Flash編程時(shí)，P0接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。.P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上