【文章內(nèi)容簡介】 流量計數(shù)。 溫度檢測模塊：進(jìn)行溫度采集。 觸碰開關(guān)：模擬滿料狀態(tài)。 顯示模塊：顯示時間和日期，以及溫度和物料數(shù)量。 時鐘模塊：時間顯示，時鐘產(chǎn)生，使數(shù)據(jù)產(chǎn)生具有實時性。 存儲模塊：存儲傳輸?shù)奈锪蠑?shù)， 斷電后數(shù)據(jù)仍然可以保存。 報警模塊：溫度過高進(jìn)行報警。 電機控制模塊：用繼電器控制電機轉(zhuǎn)動，模擬傳送帶進(jìn)行物料的傳送。 電源模塊：對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電。 本文的自動加料機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要是由以下幾個部分組成的 :1) STC89C52 單片機系統(tǒng) 。2) 溫度傳 感器 。3)穩(wěn)壓電路； 4） LCD1602顯示電路 。5)按鍵輸入電路； 6）紅外對射計數(shù)電路； 7）繼電器電路； 8）聲光報警電路。 9）霍爾傳感器； 10）觸碰開關(guān)電路。 CPU 的選擇與應(yīng)用 單片機選擇 采用 STC89C52 單片機作為系統(tǒng)核心， STC89C52 單片機共有 40個引腳。由 4組 I/O口分別對外圍51 單 片 機 按鍵輸入 計數(shù)模塊 溫度檢測模塊 觸碰開關(guān) 顯示模塊 時鐘模塊 存儲模塊 報警模塊 電機控制模塊 電源模塊 9 電路進(jìn)行控制與交流。由第 1 19腳連接 12M晶振提供晶振信號是單片機進(jìn)行工作，由第 9腳連接復(fù)位電路，進(jìn)行整個單片機的復(fù)位實現(xiàn)。主要用到由 1 15腳分別為 T0、 T1腳進(jìn)行對外圍電路進(jìn)行計數(shù)。并有優(yōu)點 ： I/O口較多、編程可以采用匯編或者 C語音進(jìn)行編程比較容易編程和修改、而且價格比較低、易于安裝、調(diào)試簡單、比較常見、價格低廉。 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 超強抗干擾 ——高抗靜電（ ESD保護(hù)）；經(jīng) 2KV/4KV快速脈沖干擾（ EFT）測試；寬電壓供電，不怕電源抖動； I/O口、內(nèi)部時鐘電路、復(fù)位電路、看門狗電路經(jīng)特殊處理。 超低功耗 ——掉電模式下典型功耗 ；空閑模式下典型功耗 2mA；正常工作模式下典型功耗4~7mA。通過外部中斷可喚醒掉電模式。因而特別適合用于電池供電的場合。 針對 STC89C52RC芯片的在線下載操作非常簡單。前提是，先用串行電纜連接 PC機 COM口和實驗主板上的 RS232串口，然后在 PC機端運行 STCISP程序，在斷電情況下將 40腳 DIP封裝的芯片直接插入實驗板的 CPU插座，即可進(jìn) 行應(yīng)用程序的下載，從而完全省去對編程器的使用。 其芯片引腳圖如圖 31所示。 圖 31 STC89C52 芯片引腳結(jié)構(gòu)圖 主要引腳介紹： VCC（ 40）：＋ 5V。 GND（ 20）：接地。 P0口（ 39－ 32）： P0口為 8位漏極開路雙向 I/O口，每引腳可吸收 8個 TTL門電流。 P1口（ 1－ 8）： P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收和輸出 4個 TTL門電流。 P2口（ 21－ 28）： P2口為內(nèi)部上拉電阻器的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收和輸出 4個 TTL門 電流。 P3口（ 10－ 17）： P3口是 8個帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向 I/O口，可接收和輸出 4個 TTL門電流，P3口也可作為 AT89C51的特殊功能口。 RST（ 9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持 RST引腳 2個機器周期的高電平時間。 10 ALE/PROG（ 30）：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當(dāng)訪問 外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過 1個 ALE脈沖。 PSEN（ 29）：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期 2次 PSEN有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這 2次有效的 PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP（ 31）：當(dāng) EA保持低電平時，外部程序存儲器地址為（ 0000H－ FFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1（ 19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2（ 18）：來自反向振蕩器的輸出。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)如圖 32所示 圖 32 最小系統(tǒng)原理圖 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作時，除了進(jìn)入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動?？紤]本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，干擾小，采用按鍵復(fù)位。按鍵電平復(fù)位通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 VCC電源接通而實現(xiàn)的 復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號。 為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。 該 設(shè)計采用含有電阻的復(fù)位電路， 復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降（電池電壓不足）等引起的問題，在電源電壓瞬間下降時可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作 。該時鐘電路由兩個電容和一個晶體振蕩器組成。 X1是接外部晶體管的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳 X2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 電路中的 C1和 C2一般取 30PF左右，本電路中取 22PF，而晶體震蕩器的頻率范圍通常是 ~12MHZ,而電路中采用 12MHZ，晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。 溫度模塊方案的設(shè)計 DS18B20是 DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3引腳 TO－ 92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9位～ 12位 A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測溫度用符號擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出，支持 3V～ ，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活 方便；其 11 工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B20可以并聯(lián)到 3根或 2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使 DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM中，掉電后依然保存。 DS18B20使電壓 特性有更多的選擇，讓我們 可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。 DS18B20的測溫原理如圖 33所示，圖中，低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，主要用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號并送給減法計數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振在溫度變化時，其振蕩頻率有明顯改變，它所產(chǎn)生的信號可作為減法計數(shù)器 2的脈沖輸入，圖中隱含著的計數(shù)門打開時， DS18B20即對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成信號采集。 圖 33 DS18B20 的測溫原理 在 DS18B20 中， DQ 為數(shù)字信號輸人／輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端。圖34是 DS18B20 的引腳排列圖。 圖 34 DS18B20的引腳排列圖 DS18B20在光刻 ROM中的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 系統(tǒng)原理圖如 35所示。 12 圖 35 18B20 溫度檢測原理圖 有兩種方法可確保 DS18B20 在有效轉(zhuǎn)換期內(nèi)得到足夠的電源電流。第一種方法是在溫度變換時，在 I／ O口接一個強的上拉。第二種是將其連到 VCC外部電源，這樣就不用在 I／ O口接強上拉，也可在溫度變換期間使口線保持高電平。以在變換時間內(nèi)允許其它數(shù)據(jù)在單總線上傳輸。也可使用外部電源通過發(fā)跳過 ROM命令和變換命令 T來完成溫度變換 。需要注意的是：在工作狀態(tài)， GND不能懸空。 穩(wěn)壓電路 采用（ 8V~12v）變壓器使交流電 220V降壓后變成低壓（大概 8V~12v）交流電再將降壓后的交流電壓通過橋堆整流后變成不穩(wěn)定的直流電壓，然后再通過電解電容進(jìn)行整流后再通過電容濾波后再將電壓傳送到 7805進(jìn)行降壓與穩(wěn)壓到 5V再輸出，為了避免輸出端短路在 7805的輸出端到輸入端加了個二極管，并在輸出端通過電解電容和瓷片電容再次進(jìn)行再次整流濾波這樣大大的提高了電路的安全性和穩(wěn)定性。且 7805易于購買，價格便宜。 根據(jù) 與題目要求我們設(shè)計的穩(wěn)壓電源電路圖 如下圖所示 : 圖 36 穩(wěn)壓電源電路圖 輸出顯示模塊設(shè)計 采用 LCD液晶顯示屏 ,液晶顯示屏的顯示功能強大、 體積小、重量輕 、 功耗低 可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 ,顯示質(zhì)量高 ，并且 數(shù)字式接口 和 STC89C52 已經(jīng)接好，省了很多麻煩。 LCD1602可以在 LCD顯示屏上完整顯示 32個英文字符和日文等一些字符 ,適合顯示英文文字信息量較小的地方 .可以應(yīng)用在計算器 ,頻率計 ,信號發(fā)生器 ,時鐘等產(chǎn)品上 . 本設(shè)計中引腳接口如下圖所示。其中第 15管腳使用 R24可以防止瞬時電流過大而導(dǎo)致液晶背光燒壞。 圖 37 LCD 顯示電路 按鍵輸入設(shè)計 采用獨立按鍵輸入對時間和要警報的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以通過按鍵選擇要進(jìn)行的功能模塊進(jìn)行修改或者調(diào)用存儲模塊。優(yōu)點：不占用單片機的 I/O 口、省材料、易于編程。 電路圖如下圖所示 。 13 圖 38 按鍵輸入電路 紅外計數(shù)電路 采用紅外對射管檢測，其原理 ： 一旦有物體經(jīng)過該區(qū)域時，就會遮擋發(fā)射頭與接收頭間的紅外線，這時接收端就接受不到信號從而接收管就截止并將信號輸出到運放器進(jìn)行比較后輸出一個低電 平信號給單片機，相反當(dāng)物體通過后就輸出一個高電平給單片機這樣兩次的高低電平輸送到單片機完成一次的計數(shù)。此方案穩(wěn)定性高、靈敏度高、安裝簡單、價格低。 主動紅外線對射式由發(fā)射頭和接收頭正對安裝組成。 一旦有物體經(jīng)過該區(qū)域時，就會遮擋發(fā)射頭與接收頭間的紅外線，這時接收端指示燈點亮并輸出一個高電平的脈沖；如果沒有物體經(jīng)過該區(qū)域時，發(fā)射頭與接收頭間的紅外線就不會被遮擋，此時接收端指示燈不亮并輸出一個低電平的脈沖。 【 11】 利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并裝將其放大、整流形成高電平信號。當(dāng)有人或物擋 住紅外光時，接收管沒有接收到紅外信號，放大器將輸出低電平。這個便是外部計數(shù)脈沖信號。這個計數(shù)脈沖信號送入 STC89C52 單片機中進(jìn)行計數(shù)控制，在經(jīng)過擴(kuò)展，顯示驅(qū)動完成最后的顯示過程。 電路圖如下圖所示。 圖 39 紅外計數(shù)電路 電機控制電路 采用繼電器直接對電機進(jìn)行控制，如果需要調(diào)速直接加一個調(diào)速模塊到電機上，然后再將接到繼電器上，這樣編程比較簡單，造價比較低。 電路中利用繼電器控制電機的轉(zhuǎn)動模擬傳送帶動作。該系統(tǒng)設(shè)計的繼電器電路如圖 310所示 。 14 圖 310 繼電器電路 在線圈兩端接發(fā)光二極管 VD1，當(dāng)控制電壓為正時，三極管導(dǎo)通，繼電器 J吸合，同時發(fā)光二極管被點亮，表明繼電器線圈已加上電源。 聲光報警方案設(shè)計 當(dāng)傳送帶溫度過高，電位處理后把信號轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的紅燈和蜂鳴器報警響應(yīng)，以避免事故發(fā)生。主要實現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的報警功能，以此避免更大的損失和災(zāi)難。 系統(tǒng)報警電路由一個運算放大器、一個發(fā)光二極管和一個喇叭組成。如圖 311所示 圖 311 聲光 報警電路 當(dāng)溫度過高時，則單片機 STC89C52 便給 ，使得報警電路工作，實現(xiàn)聲光報警。 存儲模塊 采用 24C08存儲芯片擴(kuò)展保存數(shù)據(jù)，可