【正文】 _月）(保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議)作者簽名：_______ 導(dǎo)師簽名：______________年_____月_____日 _______年_____月_____日獨(dú) 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。在這段時(shí)間不僅大大提高了我的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也使我學(xué)到了許多書本上不曾接觸的知識(shí)，開拓了視野，增廣了知識(shí)面，提高了自己的自學(xué)能力，讓我在單片機(jī)方面受益匪淺。要做到以節(jié)約資源的方式，完成所有的功能，需要對(duì)程序及指令執(zhí)行效率做進(jìn)一步的研究探討，使程序簡(jiǎn)化?？垢蓴_技術(shù)有待進(jìn)一步研究。但由于時(shí)間有限以及本人在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面的經(jīng)驗(yàn)還不足，所以，該系統(tǒng)還存有很多方面需要進(jìn)一步修正。本次設(shè)計(jì)的液體灌裝機(jī)以89C51單片機(jī)為控制核心，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。將該仿真器與電路進(jìn)行連接，并在偉福仿真軟件下使用C語言編寫下位機(jī)程序進(jìn)行編譯、仿真。 聲光報(bào)警電路的測(cè)試聲光報(bào)警電路也是由單片機(jī)的IO口發(fā)出高低電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管，從而使發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)聲。圖52 示波器顯示的輸入輸出信號(hào)波形 液體泵驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試液體泵驅(qū)動(dòng)電路的工作過程是單片機(jī)的IO口發(fā)出高低電平，使三極管導(dǎo)通或截止，繼電器開關(guān)也隨之閉合或斷開，從而控制液體泵的工作狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)板上對(duì)該信號(hào)放大電路進(jìn)行實(shí)際連接，使用數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)作為AD620的輸入信號(hào)，使用示波器觀察輸出波形的變化情況。微弱信號(hào)放大電路的核心器件是AD620芯片，因此，對(duì)該電路的仿真與調(diào)試主要是對(duì)AD620芯片的仿真與調(diào)試。NI Multisim 10具有詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析等各種電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。它是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。本次設(shè)計(jì)的商用灌裝計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，也同樣要對(duì)相關(guān)電路及元器件進(jìn)行調(diào)試及仿真，其中主要需要調(diào)試或仿真的電路有直流穩(wěn)壓電源電路、微弱信號(hào)放大電路、液體泵驅(qū)動(dòng)電路、聲光報(bào)警電路。本系統(tǒng)的上位機(jī)程序主要由串行通信控件MSComm完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。也可以打開和關(guān)閉端口；4．Input：返回和刪除接收緩沖區(qū)中的字符。MSComm控件提供了兩種功能完善的串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能：一種是查詢法，通過檢查CommEvent屬性的值來輪詢（Polling）事件和通信狀態(tài)，可以使用定時(shí)器或DO…Loop程序?qū)崿F(xiàn)；另一種是事件驅(qū)動(dòng)法（Eventdriven），利用MSComm控件的OnComm事件捕獲串口通信錯(cuò)誤或事件，并在OnComm事件中編寫程序進(jìn)行相應(yīng)處理，這種方法響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。利用API函數(shù)編寫串行通信程序較為復(fù)雜，需要調(diào)用許多繁瑣的API函數(shù)，、事件和方法，從而比較容易、高效地實(shí)現(xiàn)串口通信。8．動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）Visual Basic是一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言,不具備低級(jí)語言的功能，對(duì)訪問機(jī)器硬件的操作可通過動(dòng)態(tài)鏈接庫（Dynamic Linking Library）技術(shù)將CC++或匯編語言編寫的程序加入到Visual Basic應(yīng)用程序中，可以像調(diào)用內(nèi)部函數(shù)一樣調(diào)用其它語言編寫的函數(shù)。Visual Basic提供了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換的編程技術(shù)，可在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)與其它Windows應(yīng)用程序建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，在不同的應(yīng)用程序之間進(jìn)行通信。Visual Basic提供開放式數(shù)據(jù)庫連接（Open DataBase Connectivity），即ODBC功能，可通過直接訪問或建立連接的方式使用并操作后臺(tái)大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，如SQL Server、Oracle等。這樣可以方便編程人員，提高效率。一個(gè)對(duì)象可能會(huì)產(chǎn)生多個(gè)事件，每個(gè)事件都可通過一段程序來響應(yīng)。其編輯器支持彩色代碼，可自動(dòng)進(jìn)行語法錯(cuò)誤檢查，同時(shí)具有功能強(qiáng)大且使用靈活的調(diào)試器和編譯器。在一般的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言中，對(duì)象由程序代碼和數(shù)據(jù)組成，是抽象的概念；而Visual Basic則是應(yīng)用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法（OOP），把程序和數(shù)據(jù)封裝起來作為一個(gè)對(duì)象，并為每個(gè)對(duì)象賦予應(yīng)有的屬性，使對(duì)象成為實(shí)在的東西。有時(shí)候，這種編程、編譯、修改的操作可能要反復(fù)多次，大大影響了編程效率。 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，上位機(jī)的軟件程序是在Visual Basic ，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編寫程序?qū)ο到y(tǒng)的資源占有極低，是程序編寫者編寫小型程序的第一選擇。在本程序模塊中數(shù)據(jù)上行（單片機(jī)向PC及傳送）和數(shù)據(jù)下行（PC機(jī)向單片機(jī)傳送）采用完全相同的數(shù)據(jù)幀格式。其程序結(jié)構(gòu)框圖如圖46所示。在與預(yù)設(shè)定值比較模塊中，通過計(jì)算，把處理后的數(shù)值（已轉(zhuǎn)換為液體質(zhì)量值）與預(yù)設(shè)定值進(jìn)行比較，若液體質(zhì)量值達(dá)到預(yù)設(shè)定值，則程序會(huì)指向下一模塊。由于系統(tǒng)在稱重、信號(hào)的放大、AD的轉(zhuǎn)換過程中，會(huì)存在一定干擾，從而會(huì)有一定誤差，也就會(huì)導(dǎo)致TLC2543的輸出值不穩(wěn)定，不能與液體的實(shí)際質(zhì)量值相對(duì)應(yīng)，基于這一因素考慮，在數(shù)值處理過程中，就要對(duì)TLC2543的輸出值加權(quán)就平均，盡可能地減小誤差。根據(jù)TLC2543的工作原理，在采集的過程中要完成以下工作：1．單片機(jī)向TLC2543送入時(shí)鐘信號(hào)及指令，選擇模擬信號(hào)的輸入通道，并確定TLC2543輸出數(shù)字信號(hào)的格式。最常用的方法是通過延時(shí)程序來避免機(jī)械抖動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，其具體方法是當(dāng)判別出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時(shí)間再判別該按鍵的狀態(tài)，若該按鍵仍閉合，則認(rèn)為該按鍵處于閉合期，否則認(rèn)為是按鍵的抖動(dòng)，不執(zhí)行任何動(dòng)作。 讀取預(yù)設(shè)定值（鍵盤掃描）模塊的設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)鍵盤為3個(gè)獨(dú)立按鍵——SSS3，分別代表“開始停止”、“設(shè)定值加”、“設(shè)定值減”。函數(shù)聲明部分用來對(duì)整個(gè)下位機(jī)程序中要使用的各個(gè)被調(diào)用函數(shù)進(jìn)行聲明，即向編譯系統(tǒng)聲明將要調(diào)用此函數(shù)，并將有關(guān)信息通知編譯系統(tǒng)，聲明的作用是把函數(shù)的名字、函數(shù)類型以及形參的類型、個(gè)數(shù)和順序通知編譯系統(tǒng)，以便在調(diào)用該函數(shù)時(shí)系統(tǒng)按此進(jìn)行對(duì)照檢查。其基本結(jié)構(gòu)如圖43所示。采用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)降低軟件開發(fā)的效率，因此多數(shù)情況下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者都會(huì)采用C語言來編寫程序。根據(jù)系統(tǒng)總體要實(shí)現(xiàn)的功能及性能要求，以及為了便于分析和調(diào)試，該液體灌裝系統(tǒng)的應(yīng)用程序采用結(jié)構(gòu)化程序模塊設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)的軟件程序可分為二個(gè)主要部分：下位機(jī)程序部分和上位機(jī)程序部分。電路連接后還要通過軟件程序來完成數(shù)據(jù)的傳輸和處理。15腳GND、16腳VCC（+5v）。由11114腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。圖316 MAX232芯片引腳圖第一部分是電荷泵電路。T1out、T2out、R1in、R2in為接RS232C電平的引腳[811]。該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIAEIA232F電平，可以把輸入的+5V電壓變換為RS232C輸出電平所需的10V～+10V電壓。RS232C的9引腳排列如圖315所示。圖315 RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)接口的9引腳排列圖從電器特性來看，RS232C總線的邏輯電平與TTL電平完全不兼容，總線中的任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系，邏輯“0”規(guī)定為+5V~+15V之間，邏輯“1”規(guī)定為5V～15V之間，噪聲容限為2V。RS232C接口較為常用，它已被內(nèi)置于每一臺(tái)PC機(jī)及很多與它們相連的設(shè)備中。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工方式。同步通信是一種連續(xù)串行傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只能傳送一幀信息。按照串行數(shù)據(jù)的同步方式，串行通信可以分為同步通信和異步通信兩類。圖314 TM240128A與單片機(jī)接口電路圖液晶顯示器的硬件電路接口設(shè)計(jì)完畢后還要通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)其顯示的內(nèi)容以及顯示的方法，具體實(shí)現(xiàn)過程將在第4章中進(jìn)行闡述。單片機(jī)利用數(shù)據(jù)總線與控制信號(hào)直接采用IO設(shè)備訪問形式控制該液晶顯示模塊。復(fù)位后可用開顯示指令完整地恢復(fù)顯示屏幕上的畫面內(nèi)容。TM240128A是內(nèi)藏T6963C控制器的240128點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，帶EL黃綠色背光。按鍵與單片機(jī)的接口電路如圖313所示。該電路可由單片機(jī)IO口直接控制，、發(fā)光二極管D4被點(diǎn)亮，PNP型三極管9012的集電極和發(fā)射極被導(dǎo)通，蜂鳴器LS2發(fā)聲。D3為續(xù)流二極管1N4148，與繼電器線圈并聯(lián)，由于線圈斷電后會(huì)產(chǎn)生很大的回流，該二極管的作用就是減少回流對(duì)整個(gè)電路的影響。其中有腳2為繼電器的線圈輸出線，另外3條可作為開關(guān)使用，在線圈不通電情況下，觸點(diǎn)3通與觸點(diǎn)5呈閉合狀態(tài)，觸點(diǎn)3與觸點(diǎn)4斷開，當(dāng)給2腳接通工作電壓時(shí)，觸點(diǎn)3與觸點(diǎn)5斷開，與觸點(diǎn)4閉合?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中要進(jìn)行大量液體的灌裝，因此這一過程需要選擇用交流220V電壓供電的大功率液體泵完成，對(duì)于單片機(jī)來說就要選擇合適的開關(guān)設(shè)備來完成對(duì)泵的控制。其中選擇AIN6作為模擬信號(hào)的輸入通道，IO CLOCK，DATA INPUT，DATAOUT， 端分別與單片機(jī)IO口相連，IO CLOCK，DATA INPUT，信號(hào)均由單片機(jī)送入。本次設(shè)計(jì)所用到的AD轉(zhuǎn)換器采用TI公司生產(chǎn)的TLC2543芯片，它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡(jiǎn)單的3線SPI串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。由于本次設(shè)計(jì)的商用灌裝計(jì)只需對(duì)正電壓放大，因此4腳接地，7腳接+12V直流電壓。圖37 AD620的引腳圖引腳功能：8：外接增益調(diào)節(jié)電阻；2：反向輸入端；3：同向輸入端；4：負(fù)電源；5：基準(zhǔn)電壓；6：信號(hào)輸出端；7：正電源。儀表放大電路則無上述的缺點(diǎn)。圖36 RLC04 S式拉壓力傳感器該傳感器有4條引線，其中紅色和黃色引線為工作電壓輸入，藍(lán)色和白色引線為傳感器信號(hào)輸出。該稱重傳感器采用高度可靠性及密封設(shè)計(jì)，即使在惡劣環(huán)境下，仍能長時(shí)間工作。CC3為30pF的瓷片電容， 、XTAL2端用于為單片機(jī)提供時(shí)鐘頻率。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]。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）。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。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。其三端依次為：輸入端、接地端和輸出端，如圖32所示。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。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]。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)。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。灌裝液體的預(yù)設(shè)定值是通過鍵盤設(shè)置的。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。5．供電電源：220VAC177。 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)。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。軟件程序主要是在Visual Basic 。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。我們可以通過這些國家的飲料灌裝機(jī)的新趨勢(shì)來確定我們國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，使我國的灌裝機(jī)盡快擠進(jìn)世界先進(jìn)行業(yè)之列。2．大多數(shù)企業(yè)要重點(diǎn)發(fā)展中、小型包裝機(jī)械。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。同時(shí)，中國包裝機(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)。 Communication。在設(shè)計(jì)方法上，將軟件工程的思想引用于單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的信息流向及整體功能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明確、清晰。本系統(tǒng)以89C51 單片機(jī)為控制核心，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。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的灌裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除灌裝工序及