【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 許寫操作；接高電平的時(shí)候VCC，所有的寫操作被抑制；給引腳不接，內(nèi)部把它拉成低電平GND；（3）SCL：SCL輸入是用于時(shí)鐘信號(hào)，同步數(shù)據(jù)的輸入和輸出EEPROM；（4）SDA：SDA是一位一位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，形成一個(gè)數(shù)據(jù)串，而不是并行。該引腳為漏極驅(qū)動(dòng)，可以以別的漏極開路的設(shè)備直接連接；AT24C64設(shè)備的運(yùn)行條件：（1）時(shí)鐘和數(shù)據(jù)傳輸：SDA腳通常被拉高在接外部設(shè)備時(shí)；數(shù)據(jù)只有在SCL時(shí)鐘上的信號(hào)變成低電平時(shí)改變才是有效的；在SCL高電平，數(shù)據(jù)線變化形成開始和結(jié)束信號(hào)；（2）開始時(shí)序： SCL變成高電平，SDA產(chǎn)生一個(gè)高低變化的信號(hào)，這個(gè)就是開始信號(hào)，開始信號(hào)是對(duì)卡進(jìn)行其他一切操作的必須條件；（3）停止時(shí)序：在SCL高電平時(shí)，SDA產(chǎn)生一個(gè)由低變到高的信號(hào)，這個(gè)形成結(jié)束命令信號(hào)；停止命令必須發(fā)生在EEPROM在標(biāo)準(zhǔn)電壓工作的條件下；（4）應(yīng)答信號(hào)（ACKNOWLEDGE）：所有的地址和數(shù)據(jù)字被串行輸入輸出EEPROM（即每傳輸了8位數(shù)據(jù)），EEPROM在第九個(gè)時(shí)鐘周期就發(fā)一個(gè)‘0’信號(hào)，作為應(yīng)答已經(jīng)接受了每個(gè)字（即8為數(shù)據(jù)）； 顯示與人工設(shè)定模塊設(shè)計(jì) HD7279A芯片選擇在顯示與人工設(shè)定模塊中既有對(duì)鍵盤的信息讀入，又有對(duì)數(shù)碼管的顯示控制。通過比較，我們選用鍵盤/顯示器專用芯片HD7279A，這是一款串行控制芯片，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極LED數(shù)碼管和64鍵的鍵盤(8*8鍵盤矩陣)，采用動(dòng)態(tài)循環(huán)掃描。它最主要的特點(diǎn)就是與單片機(jī)之間采用串行接口方式，僅占用4根口線，簡(jiǎn)單方便。HD7279A內(nèi)部具有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有兩種譯碼方式。HD7279A引腳圖如下（） HD7279A引腳圖 表1 HD7279A引腳說明 HD7229A采用串行方式與單片機(jī)通訊，串行數(shù)據(jù)通過DATA引腳進(jìn)入芯片，并由CLK端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶螅珼ATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK的上升沿被寫入HD7279A的緩存寄存器內(nèi)。 模塊的電路設(shè)計(jì)奶牛識(shí)別模塊獲取了奶牛的編號(hào)，PIC單片機(jī)控制模塊根據(jù)編號(hào)得出了相應(yīng)的奶牛信息之后，就要進(jìn)入到顯示模塊，將奶牛的編號(hào)和飼料量一一顯示。本系統(tǒng)采用的是兩個(gè)數(shù)碼管S05641C（四位七段），左邊一側(cè)的數(shù)碼管用于顯示牛號(hào)，從0001到9999，足以滿足大多數(shù)牛場(chǎng)的需要；右邊一側(cè)的數(shù)碼管用于顯示飼料量以及電機(jī)的輸入脈沖數(shù)，當(dāng)在料量顯示狀態(tài)時(shí)以公斤計(jì)，從1Kg到99Kg，并且可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。鍵盤由17個(gè)鍵構(gòu)成，包括0到9的數(shù)字鍵、小數(shù)點(diǎn)鍵、增加鍵、減少鍵、料量修改鍵、手動(dòng)放料鍵、校準(zhǔn)鍵和確認(rèn)鍵。鍵盤的設(shè)置主要為了實(shí)現(xiàn)三種功能，第一種就是料量修改功能：當(dāng)奶牛由于年齡的增長(zhǎng)，之前設(shè)置的料量已經(jīng)和現(xiàn)時(shí)所需要的料量不符合時(shí)，工人可以按下料量修改鍵，重新設(shè)置所需的量，完畢后按下確認(rèn)鍵，在按鍵修改的同時(shí)數(shù)值會(huì)在右側(cè)的數(shù)碼管一一顯示；第二種就是手動(dòng)放料功能：當(dāng)由于各種故障，使得系統(tǒng)沒有能夠識(shí)別奶牛的信息，進(jìn)而不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行下料時(shí)，工人可以按下手動(dòng)放料鍵，然后輸入數(shù)據(jù)并按下確定鍵，就可以臨時(shí)性地驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，放出相應(yīng)的草料，同時(shí)料量也會(huì)通過右側(cè)的數(shù)碼管同步顯示；第三種就是校準(zhǔn)功能，當(dāng)奶牛的飼料品種更換時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)同樣步數(shù)所出的料量就有可能就會(huì)和上一批飼料的料量不同，出現(xiàn)偏高或者偏低的現(xiàn)象，所以工人在初次更換草料時(shí)就要對(duì)它進(jìn)行校準(zhǔn)，原本標(biāo)準(zhǔn)單位重量的草料對(duì)應(yīng)相應(yīng)脈沖數(shù)，如果新更換的草料通過電子秤稱重之后顯示少于標(biāo)準(zhǔn)單位重量，就要增加相應(yīng)的脈沖數(shù)，反之則應(yīng)該減少，到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)重量即為校準(zhǔn)完成，按下確定鍵就將標(biāo)準(zhǔn)單位重量的草料所對(duì)應(yīng)的新的脈沖數(shù)存入到E2PROM中，并且在校準(zhǔn)的同時(shí)會(huì)通過右側(cè)的數(shù)碼管將對(duì)應(yīng)的脈沖值顯示出來，方便工人查看。 顯示與人工設(shè)定模塊原理圖 單片機(jī)控制模塊 本模塊的工作原理如下：，從奶牛識(shí)別模塊傳輸過來的232電平信號(hào)，經(jīng)過MAX232A芯片再次轉(zhuǎn)換為TTL電平，并被PIC單片機(jī)接收。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，進(jìn)入AT24C64進(jìn)行查表操作，得出該牛的信息。在單片機(jī)中，由于單位重量的飼料與步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖數(shù)的關(guān)系已預(yù)先設(shè)置好，所以明確了該奶牛的飼料量，就可以查出相應(yīng)的放料電機(jī)脈沖數(shù)，然后就可以對(duì)顯示與人工設(shè)定以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)模塊進(jìn)行操作。該模塊是自動(dòng)放料系統(tǒng)的核心，將各個(gè)模塊有機(jī)的串聯(lián)起來，起到了橋梁作用，并充分發(fā)揮了PIC單片機(jī)強(qiáng)大的控制與優(yōu)越的人性化性能。在該模塊中PIC的定時(shí)器模塊以及中斷系統(tǒng)得到了最大限度的發(fā)揮，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能來產(chǎn)生一定周期的脈沖從而準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，達(dá)到自動(dòng)放料和準(zhǔn)確放料的雙重目的?？刂颇K對(duì)顯示與人工設(shè)定模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的操作是利用PIC單片機(jī)接口的優(yōu)勢(shì)。PIC單片機(jī)I/0口多路復(fù)用，它對(duì)于單片機(jī)的外部特性具有選擇作用。通常當(dāng)使用外部功能時(shí)，這個(gè)引腳不可以作為正常的I/O口使用。 PIC控制模塊原理圖OSC1/CLKIN、OSC2/CLKOUT晶振的輸入/輸出引腳，使用20M的晶振。 MCLR/VRR為人工復(fù)位輸入端（低電平有效）/編程電壓輸入端。A0口接E2PROM的SCL,SCL變成高電平可以對(duì)AT24C64進(jìn)行操作。A1口接E2PROM的SDA，SDA變成高電平AT24C64進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。RB0～RB4接HD7279A的控制引腳。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 步進(jìn)電機(jī)的選擇飼料投放機(jī)構(gòu)需要用電機(jī)來帶動(dòng)，在直流電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)這幾種常用電機(jī)中，我們選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)，它的角位移和輸入脈沖嚴(yán)格成正比，具有良好的跟隨性；它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停；它的速度在相當(dāng)大的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，較低速度下仍能獲得較大轉(zhuǎn)矩；它簡(jiǎn)單易行，成本低。盡管它是開環(huán)控制系統(tǒng)，會(huì)存在失步和振蕩現(xiàn)象，但對(duì)于奶牛自動(dòng)放料系統(tǒng)來講，這些都是在其誤差允許范圍內(nèi)的。（1）選型原則 驅(qū)動(dòng)器電流：電流是判斷驅(qū)動(dòng)器能力大小的依據(jù)，是選擇驅(qū)動(dòng)器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動(dòng)器電流要略大于電機(jī)的標(biāo)稱電流，、,。 驅(qū)動(dòng)器的供電電壓：驅(qū)動(dòng)器電壓是判斷驅(qū)動(dòng)器升速能力的標(biāo)志。 驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分：細(xì)分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細(xì)分能改善精度。步進(jìn)電機(jī)都有低頻振蕩的特點(diǎn)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器能很好的改善這一缺點(diǎn)。細(xì)分比不細(xì)分，輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)各種電機(jī)都有不同程度的提升。（2）選型指導(dǎo) 要使系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，選型是比較重要的一環(huán)。因此可以從電機(jī)著手。選擇步進(jìn)電機(jī)大致分為以下幾種步驟：a. 計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩假設(shè)系統(tǒng)力學(xué)模型如圖所示：已知條件：所用絲桿為滾珠螺桿，直徑D=20mm,長(zhǎng)度L=1m，負(fù)載P=50KG,Z1,Z2為傳動(dòng)齒輪，Z1分度圓直徑為d1=210mm,Z2分度圓直徑為d2=70mm,寬度為2cm；u=.由此可計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩如下：T= =5020/2/1000 = 1. 計(jì)算傳動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠螺桿傳動(dòng)慣量：I0= =78001= 同理可以求得Z1和Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 I1= I2= 2. 計(jì)算傳動(dòng)比I21=d1/d2= 33. 計(jì)算電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tm=T/I21+(I0+I1)ψ/I21+I2ψ =+(+)314/3+314 =++ = 考慮到其他因素，將其乘以一個(gè)系數(shù)，此系數(shù)請(qǐng)以實(shí)際情況酌情選擇。在此取K=,則T=TmK= 根據(jù)實(shí)際情況,我們選擇8牛米的步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)，我們選擇常州蘇泰電器有限公司的ST29HB步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它采用美國(guó)高性能專用微步距電腦控制芯片，實(shí)現(xiàn)高頻斬波，恒流驅(qū)動(dòng)，具有很強(qiáng)的抗干擾性、高頻性能好、頻率高、控制信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)實(shí)現(xiàn)光電隔離，細(xì)分?jǐn)?shù)可根據(jù)用戶需求專門設(shè)計(jì)。它應(yīng)用了新型的雙極性恒流斬波技術(shù)，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。從驅(qū)動(dòng)方式上來看，采用了高壓、低壓兩個(gè)電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在步進(jìn)電機(jī)繞組開始上電的時(shí)候用高壓來供電，使得繞組中電流快速上升，然后切斷高壓改用低壓維持繞組中的電流，由于繞組的電阻很小，所以低壓足以為繞組提供較大電流，電機(jī)可以正常運(yùn)行。模塊工作原理如下：從PIC單片機(jī)控制模塊傳來的電機(jī)輸入脈沖以及方向控制信號(hào)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，由于電機(jī)步數(shù)與料量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)完成之后放料機(jī)構(gòu)便會(huì)放出相應(yīng)重量的飼料，從而實(shí)現(xiàn)了飼料的準(zhǔn)確配給。 ACP A BDIR B RB0 RB2 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 PIC單片機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖5 ACFCS系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上一章介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，本章將介紹各個(gè)功能模塊的軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的思想就是采用模塊化的設(shè)計(jì)，把整個(gè)編程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊都能夠完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能，這樣編制的程序易于調(diào)試修改，可讀性好。這種思路對(duì)于可以重復(fù)使用的子程序顯得尤為優(yōu)越，因?yàn)椴粌H程序結(jié)構(gòu)清晰，而且節(jié)約程序空間。 程序的主循環(huán)流程 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想，是以PIC單片機(jī)為核心，對(duì)其他外設(shè)進(jìn)行全面有效地控制操作。主要實(shí)現(xiàn)的功能就是對(duì)放料電機(jī)的控制，LED數(shù)碼管的顯示，對(duì)料量等參數(shù)的修改，對(duì)電機(jī)控制脈沖數(shù)的校準(zhǔn)以及對(duì)出現(xiàn)讀卡失敗等情況時(shí)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)供給的保障。主程序，實(shí)現(xiàn)的功能就是自動(dòng)放料，這是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心，是系統(tǒng)最主要也是最基本的功能。開始初始化 讀入奶牛RFID編碼？ N Y 查表得出料量的脈沖數(shù) 將脈沖數(shù)送電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)判斷脈沖數(shù)是否為零 Y 主程序流程圖 軟件開發(fā)環(huán)境軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)很重要環(huán)節(jié)是確定開發(fā)工具和編程語言。在進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā)時(shí)，本課題使用PICMATE2002軟件來編寫、調(diào)試、編譯程序。PICMATE2002是一套用來開發(fā)PIC16F87X系列及大部分中級(jí)PIC單片機(jī)的低價(jià)開發(fā)工具。為了方便軟件的通用性，本設(shè)計(jì)使用匯編語言。PIC指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練，絕大部分是單字節(jié)指令，是最容易學(xué)、最容易運(yùn)用的單片機(jī)品種之一。 RS232串行通信 通信協(xié)議射頻卡（RFID）開發(fā)板采用RS232串口與PIC單片機(jī)進(jìn)行通信，為了能正常的進(jìn)行通信，必須建立起一種互相遵循的通信協(xié)議。UART協(xié)議的所有命令的發(fā)送和接受均采用數(shù)據(jù)包的方式。數(shù)據(jù)包的格式如下：1） 發(fā)送格式（單片機(jī)→RFID