【正文】 ，向機(jī)電結(jié)合、主輔機(jī)結(jié)合、成套聯(lián)線方向發(fā)展。：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。集機(jī)、電、氣、光、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。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(guò)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(guò)傳感器感受到液體重量，降低自身的阻值，來(lái)增加電流，并且驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器報(bào)警。方案3 ：通過(guò)51系列單片機(jī)作為主控單元，并且能夠通過(guò)傳感器把模擬信號(hào)通過(guò)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且讀取和顯示出來(lái)。2．輸入信號(hào)：+5V和+12V的直流電壓。10%。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(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，再送入單片機(jī)的I/O口，由單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別。本系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)稱重、計(jì)算、補(bǔ)償、標(biāo)定、鍵盤(pán)輸入、顯示、匯總等功能，除了連接硬件接口電路外，還要通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)編程。直流穩(wěn)壓電源的種類(lèi)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(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成所需參數(shù)的直流電，其中這類(lèi)ACDC穩(wěn)壓電源從原理的角度來(lái)看可分為線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源兩類(lèi)。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。 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220V/50Hz單相交流電，輸出為+5V和+12V的直流電。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。圖32 LM7812/LM7805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。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。 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I/O口、串行I/O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)。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。 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。其中VCC為+5V直流電壓。RLC04 S式拉壓力傳感器外觀如圖36所示。工作電壓為+12V，信號(hào)輸出端與信號(hào)放大電路相連。在一般信號(hào)放大的應(yīng)用中通常只要普通差動(dòng)放大電路即可滿足要求，然而基本的差動(dòng)放大電路精確度較差，而且差動(dòng)放大電路需要改變放大增益時(shí)，必須調(diào)整兩個(gè)電阻，應(yīng)用起來(lái)很不方便。 AD620的應(yīng)用電路本系統(tǒng)的信號(hào)放大電路如圖38所示。3腳接壓力傳感器的輸出端，用于輸入液體質(zhì)量信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大后從6腳輸出。TLC2543的主要特性如下：1．11個(gè)模擬輸入通道；2．66ksps的采樣速率；3．最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs；4．SPI串行接口；5．線性度誤差最大為177。TLC2543對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在單片機(jī)控制下，由DATAOUT將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。而在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，繼電器經(jīng)常作為較小電流控制較大電流的一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)使用，所以在該液體泵驅(qū)動(dòng)電路中，選擇了繼電器作為這樣一種開(kāi)關(guān)設(shè)備。圖310 HJR3FFSZ型繼電器引腳圖液體泵驅(qū)動(dòng)電路的原理圖如圖311所示。NPN型三極管9013的集電極與發(fā)射極被導(dǎo)通，從而繼電器線圈被導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3與觸點(diǎn)4閉合，液體泵與220V交流電接通開(kāi)始抽取液體。電阻RR10用于限流。3個(gè)按鍵分別與單片機(jī)的3個(gè)I/O口連接，當(dāng)按鍵按下時(shí)，相對(duì)應(yīng)的單片機(jī)I/O口接收到的為低電平，在程序控制下完成相應(yīng)動(dòng)作。在LCD板中還有行列驅(qū)動(dòng)器，8KB隨機(jī)存儲(chǔ)器，控制電路和時(shí)序電路等。每次上電后，有必要進(jìn)行一次軟件復(fù)位；7．顯示窗口長(zhǎng)度（列）已由硬件設(shè)置為40（字符數(shù)），即列數(shù)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)的最大值（超出屏幕部分不顯示）；8．顯示窗口寬度（行）已由硬件設(shè)置為128行；9．本模塊內(nèi)建128種字符，并允許用戶在顯示緩沖區(qū)內(nèi)任意設(shè)置一個(gè)區(qū)域作為外擴(kuò)的字符發(fā)生器CGROM；10．顯示緩沖區(qū)可分為文本顯示區(qū)，圖形顯示區(qū)和CGROM區(qū)；11．光標(biāo)可在字符方式下啟用，此時(shí)光標(biāo)與所在位的字符通過(guò)“或”顯示；12．文本特征方式只能在文本模式中（此時(shí)文本區(qū)和圖像區(qū)都必須打開(kāi)）；13．本模塊的控制指令有的需要參數(shù)，參數(shù)的輸入在指令代碼之前[8]。AT89C51的數(shù)據(jù)口P0直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口相連，AT89C51的RD、WR作為液晶顯示模塊的讀、寫(xiě)控制信號(hào)；液晶顯示模塊的RESET掛在+5V的電源上。 通信電路的設(shè)計(jì)隨著單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)前沿單片機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)電路進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的需要，單片機(jī)與上位機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信就顯得尤為重要。在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。同步通信中，同步字符可以采用同一標(biāo)準(zhǔn)格式，也可以由用戶約定。本設(shè)計(jì)采用半雙工方式來(lái)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)（MCU）和上位機(jī)（PC）間的通信[9]。它是實(shí)現(xiàn)通信的最簡(jiǎn)便易行的方法，鑒于本系統(tǒng)的實(shí)際性能要求，采用RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口，不僅能夠達(dá)到通信的目的，而且線路簡(jiǎn)單易行。即要求接收器能識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到3V的信號(hào)作為邏輯“1”。各引腳的信號(hào)功能如表32所示。所以采用此芯片接口串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。因此TTL/CMOS電平的T1in、T2in引腳應(yīng)接AT89C51的串行發(fā)送引腳TXD；R1out、R2out應(yīng)接AT89C51的串行接收引腳RXD。由6腳和4只電容構(gòu)成。 其中13腳（R1in）、12腳（R1out）、11腳（T1in）、14腳（T1out）為第一數(shù)據(jù)通道。 通信接口電路圖317 通信接口電路圖本系統(tǒng)的通信接口電路如圖317所示。第4章 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的工作。系統(tǒng)軟件總體程序結(jié)構(gòu)如圖41所示。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的液體灌裝系統(tǒng)的下位機(jī)程序我們采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，因?yàn)镃語(yǔ)言代碼的可讀性、可維護(hù)性、和可移植性均要優(yōu)于匯編語(yǔ)言，而上位機(jī)程序可以在Visual Basic 。圖43 下位機(jī)程序初始化結(jié)構(gòu)框圖端口定義主要是對(duì)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)端口（特別是I/O口）進(jìn)行明確定義。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能，當(dāng)系統(tǒng)上電后，液晶顯示器就要顯示一些文本信息，例如要在顯示屏幕的上方顯示“液體灌裝系統(tǒng)”，這些信息的顯示要通過(guò)液晶顯示的初始化來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的功能為當(dāng)按動(dòng)一下“設(shè)定值加”，預(yù)設(shè)定值會(huì)累加10，當(dāng)按動(dòng)一下“設(shè)定值減”，預(yù)設(shè)定值會(huì)減10，當(dāng)預(yù)設(shè)定值設(shè)置完成后，按動(dòng)一下“開(kāi)始/停止”鍵，灌裝過(guò)程開(kāi)始，在灌裝過(guò)程中如果按動(dòng)“開(kāi)始/停止”鍵，則灌裝過(guò)程會(huì)暫停，等待下一步指令，此時(shí)可以改變預(yù)設(shè)定值，再按動(dòng)該鍵，系統(tǒng)會(huì)按新的預(yù)設(shè)定值灌裝。圖44 讀取預(yù)設(shè)定值程序結(jié)構(gòu)框圖重新畫(huà) 灌裝程序模塊的設(shè)計(jì) 灌裝程序模塊用于對(duì)灌裝過(guò)程的控制，又可分為以下功能子模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、與預(yù)設(shè)定值比較模塊、灌裝停止模塊等。2．TLC2543對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在本次設(shè)計(jì)的程序中，將TLC2543的每10次輸出值作為一組加權(quán)就平均，把求得后的平均值作為和液體質(zhì)量值相對(duì)應(yīng)的值再進(jìn)一步處理。灌裝停止模塊主要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使液體泵停止工作，同時(shí)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒使用者本次灌裝完成。主要包括清顯示屏（即清顯示RAM）、建立偏置寄存器內(nèi)容、建立字符字模數(shù)據(jù)及定義字符代碼、寫(xiě)入CGRAM、中西文字符顯示等部分。在單片機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的過(guò)程中，每次通信都是由PC機(jī)發(fā)送命令數(shù)據(jù)幀開(kāi)始，AT89C51單片機(jī)被請(qǐng)求后根據(jù)命令數(shù)據(jù)幀中控制碼的要求做出響應(yīng)。 Visual Basic的特點(diǎn)Visual Basic是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可用于開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下的各類(lèi)應(yīng)用程序，可與Windows的專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)工具SDK相媲美。Visual Basic提供了可視化設(shè)計(jì)工具，把Windows界面設(shè)計(jì)的復(fù)雜性“封裝”起來(lái)，開(kāi)發(fā)人員不必為界面設(shè)計(jì)而編寫(xiě)大量程序代碼，只需要按設(shè)計(jì)要求的屏幕布局，用系統(tǒng)提供的工具，在屏幕上畫(huà)出各種“部件”，即圖形對(duì)象，并設(shè)置這些圖形對(duì)象的屬性。在設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí)，不必編寫(xiě)建立和描述每個(gè)對(duì)象的程序代碼，而是用工具畫(huà)在界面上，Visual Basic自動(dòng)生成對(duì)象的程序代碼并封裝起來(lái)。Visual Basic是解釋型語(yǔ)言，在輸入代碼的同時(shí)，解釋系統(tǒng)將高級(jí)語(yǔ)言分解翻譯成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的機(jī)器指令，并判斷每個(gè)語(yǔ)句的語(yǔ)法錯(cuò)誤。例如，命令按鈕是一個(gè)對(duì)象，當(dāng)用戶單擊該按鈕時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)“單擊”（Click）事件，而在產(chǎn)生該事件時(shí)將執(zhí)行一段程序，用來(lái)實(shí)現(xiàn)指定的操作。5．訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)Visual Basic系統(tǒng)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。在應(yīng)用程序中，可以使用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言SQL數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，直接訪問(wèn)Server上的數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供簡(jiǎn)單的面向?qū)ο蟮膸?kù)操作指令和多用戶數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的加鎖機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的SQL的編程技術(shù)，為單機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)提供SQL網(wǎng)絡(luò)接口，以便在分布式環(huán)境中快速而有效地實(shí)現(xiàn)客戶/服務(wù)器（Client/Server）方案。7．對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）對(duì)象的鏈接與嵌入（Object Linking and Embedding）將每個(gè)應(yīng)用程序都看作是一個(gè)對(duì)象（Object），將不同的對(duì)象鏈接（Link）起來(lái)，再嵌入（Embed）到某個(gè)應(yīng)用程序中，可得到具有聲音、影像、圖像、動(dòng)畫(huà)、文字等各種信息的集合式文件。此外，通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，還可調(diào)用Windows應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，實(shí)現(xiàn)SDK所具有的功能。MSComm 控件通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。 MSComm控件有許多重要的屬性，其中比較主要的有以下幾種：1．CommPort：設(shè)置或返回通信端口號(hào)，如MSComm1. CommPort=2表示通信端口為COM2口；2．Settings：以字符串的形式設(shè)置或返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位。5．Output圖47為上位機(jī)程序的主界面。 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試在直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先在實(shí)驗(yàn)板上對(duì)電路進(jìn)行連接，連接過(guò)程中用示波器及萬(wàn)用表對(duì)該電路中各點(diǎn)的波形和電壓值進(jìn)行測(cè)量，比如對(duì)變壓器的輸出端和集成穩(wěn)壓器輸出端電壓及波形進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)使用相關(guān)不同型號(hào)的元器件進(jìn)行多次電路搭接，并進(jìn)行多次測(cè)量，對(duì)不同情況下的波形及電壓值進(jìn)行對(duì)比，選擇性能較好的電路進(jìn)行實(shí)際焊接。NI Multisim 10 的元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用。它還可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機(jī)接口電路等。在Multisim10環(huán)境下，將微弱信號(hào)放大電路所需的元器件按電路圖進(jìn)行連接進(jìn)行仿真。圖51 微弱信號(hào)放大電路的仿真電路圖重新用multisim畫(huà)圖在Multisim10環(huán)境下，將微弱信號(hào)放大電路所需的元器件按電路圖進(jìn)行連接進(jìn)行仿真。對(duì)該電路的測(cè)試主要是對(duì)三極管導(dǎo)通或截止的控制，進(jìn)而控制繼電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。聲光報(bào)警電路的測(cè)試與液體泵驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試方法相似，測(cè)試電路中所需要的電壓都可以由直流穩(wěn)壓電源提供。主要進(jìn)行調(diào)試的下位機(jī)程序有灌裝程序、顯示程序、單片機(jī)串口通信程序等。硬件上確定了灌裝機(jī)的工藝要求，進(jìn)行了硬件配置及主要元器件的選型與布置。1．系統(tǒng)的抗干擾能力。2．上位機(jī)通信方式較為單一。參考文獻(xiàn)[1] [J].機(jī)電信息,2008,（11）.[2] 翟玉文,梁偉,艾學(xué)忠,[M].北京:中國(guó)電力出版社，.[3] [M].北京:清華大學(xué)出版社,.[4] [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,.[5] [M].北京:高等教育出版社,，118130.[6] [J].科技信息,2007,（02）:12.[7] 劉法治,趙明富,[J].機(jī)床與液壓,2005,（09）:23.[8] 林士偉,于軍,[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2005,（03）:13.[9] 姚成虎,[J].計(jì)算機(jī)輔助工程,2003,（03）:23.[10] 夏莉英,[J].電子工程師,2006,（09）:24.[11] Katsuhiko Control Engneering[M].Publishing house of electronics .[12] Adel and Ed[M].New York:Oxford Unicersity,1998 .1532.[13] Mark Circuits and Ed[M].New Jersey:Prentice Hall Inc.,.[14] Kuo,Benjamin control systems[M].Englewood Cliffs,.: Prentice Hall,1991.[15] weighing and cartonfilling machaine for small ponents[J].Automation,1969.致 謝值此本科學(xué)位論文完成之際。付老師誨人不倦的工作作風(fēng)，一絲不茍的工作態(tài)度，嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)風(fēng)格給我留下了深刻的印象，值得我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)。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注明并表示