【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 并顯示料位（料位值即容器全高減去重錘行程之差）。顯示值一直保持到下次探索后刷新為另一值。開(kāi)始探索的觸發(fā)信號(hào)可由定時(shí)電路周期性地供給，也可以人為地啟動(dòng)。不進(jìn)行探索時(shí)，重錘保持在容器頂部，以免物料將重錘淹埋。萬(wàn)一重錘被物位埋沒(méi)，排放物料時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大拉力就可能拉斷鋼索報(bào)警措施及出料過(guò)濾柵。 但這種方法運(yùn)用了邏輯電路和數(shù)字技術(shù)，可連續(xù)測(cè)量料位值并輸出數(shù)字量，是數(shù)字傳感器，但其采樣是周期性的，對(duì)時(shí)間而言不連續(xù)，此設(shè)計(jì)不予采用； （ 2）旋槳或推板法：這是一種位式傳感器，或稱料位開(kāi)關(guān)。在容器壁的某一高度處裝小功率電動(dòng)機(jī)，其軸伸入容器內(nèi)，末端帶有槳狀葉片。葉片不接觸物料時(shí)，自由旋轉(zhuǎn)的空載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)的電流很小，一旦料位上升到與葉片接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增加，甚至成堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流顯著加大。根據(jù)電流的大小使繼電器的接點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)出料位報(bào)警或位式控制信號(hào)。如電機(jī)軸經(jīng)過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，則可帶動(dòng)活塞或平板在容器 中做推拉動(dòng)作，即成推板法。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)。所用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 共 91 頁(yè) 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(lèi)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?chē)諝鈱?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?，不難得到開(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)自動(dòng)送料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 91 頁(yè) 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 ,2864A 的片選端 CE 與高地址線 連接，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，即畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 91 頁(yè) 0000H~1FFFH,2021H~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) CE 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) CE 和 OE 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)存自動(dòng)送料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 91 頁(yè) 儲(chǔ)。 寫(xiě)方式時(shí)， CE 為低電平，在 WE 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) WE 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 BLWT 須滿足；3μS BLWT 20μS，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 WE 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(lèi)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。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 91 頁(yè) 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) 3 3 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) 4 4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)上拉自動(dòng)送料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 91 頁(yè) 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?，才能確定閉合鍵的位置。 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