【文章內(nèi)容簡介】 關 鍵盤電路 上料、放料時間顯示 E2PROM 讀寫 電磁閥 開關電源模塊 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè) 設計 （論文） 第 6 頁 共 43 頁 物位傳感器的選擇 物位是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設備里的液體、粉粒壯固體、氣體之間的分界面位置，也可以是互不相溶的兩種液體間由于密度不等而形成的界面位置。根據(jù)具體用途分為液位、料位、界位傳感器或變送器。物位不僅是物料耗量 或產(chǎn)量計量的參數(shù)，也是保證連續(xù)生產(chǎn)和設備安全的重要參數(shù)。特別是在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)規(guī)模大，速度高，且常有高溫、高壓、強腐蝕性或易燃易爆物料，對于物位的監(jiān)視和自動控制更是至關重要。 例如顆粒形狀、尺寸的一致程度、是否受外力壓實、是否經(jīng)受過振動、有無黏結(jié)性等，所以粉粒體物料的體積儲量和質(zhì)量儲量之間不易精確換算，這是需要注意的。 阻力式料位傳感器 阻力式料位傳感器是指物料對機械運動所呈現(xiàn)的阻擋力。粉末顆粒狀物料比液態(tài)物質(zhì)流動性差，對運動物體有明顯的阻力，利用這一特點可構成各種料位傳感器 音叉法：根據(jù)物料 對振動中的音叉有無阻力探知料位是否到達或超過某高度，并發(fā)出通斷信號，這種原理不需要大幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機械結(jié)構簡單、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)。由于周圍空氣對振動的阻尼微弱，金屬內(nèi)部的能量損耗又很少，所以只需微小的驅(qū)動功率就能維持較強的振動。當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)動力，利用放大電路對壓電元件施加交變電場，靠逆壓電效應產(chǎn)生機 械力作用在叉體上。用另外一組壓電元件的正壓電效應檢測振動，它把振動力為微弱的交變電信號。再由電子放大器和移相電路，把檢振元件的信號放大。經(jīng)過移相，施加到驅(qū)動元件上去，構成閉環(huán)振蕩器。在這個閉環(huán)中，既有機械能也有電能，叉體是其中的一個環(huán)節(jié)，倘若受到物料阻尼難以振動，正反饋的幅值和相位都將明顯的改變，破壞了振蕩條件，就會停振。只要在放大電路的輸出端接以適當?shù)钠骷?，不難得到開關信號。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè) 設計 （論文） 第 7 頁 共 43 頁 為了保護壓電元件免受物料損壞和粉塵污染，將驅(qū)動和檢振元件裝在叉體內(nèi)部，經(jīng)過金屬膜片傳遞振動。如果在容器的上下方都裝叉體，可以實現(xiàn)自 動進料或自動出料的邏輯控制，或者把料位越限信號遠傳到控制室。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出料設備啟停。 并且叉體的制造和裝配良好時，音叉也可用于液體測量和控制。在測量時不需要大幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機械結(jié)構簡單、靈敏而可靠。此設計選擇音叉法阻力式料位傳感器。 LED顯示電路的選擇 LED 顯示器是由 N 個 LED 顯示塊拼接成 N 位 LED 顯示器。 N 個 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 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，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或 +5V）；每位的段選線（ a~dp）分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。所以稱為靜態(tài)顯示。各個 LED 的顯示字符一經(jīng)確定，相應鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。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。付出的代價是占用口線較多，若用 I/O 接口，則要占用 4 個8 位 I/O 口。如果顯示器 位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式更是無法適應，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。 所以，由于本系統(tǒng)只涉及到 2 位顯示輸出，就采用了 2 片 8 位移位寄存器串級使用的 LED 靜態(tài)顯示方式。 鍵盤輸入電路 的選擇 獨立式按鍵接口： 獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè) 設計 （論文） 第 8 頁 共 43 頁 但每個按鍵需要占用一個輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多 的輸入口線且電路結(jié)構復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè) 設計 （論文） 第 9 頁 共 43 頁 第三章 自動上 料機主電路 主電路采用 AT89S51，由于 AT89S51 內(nèi)含 4KB 容量，因此在設計中不需要外擴 ROM。硬件電路主要有 LED 顯示電路、鍵盤接受電路、繼電器控制電路、 EEPROM外部存儲器擴展電路，以及看門狗 X5045 等組成。 系統(tǒng)硬件 電路圖 C330pFE A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10GND20VCC40I C 18 0 5 1x12MC430pFV C CS4放料增S3上料減S2上料增S5放料減V C C8/ W P3V S S4R E S E T7/ C S / W D I1S C K6SI5SO2X 5 0 4 3 / 4 5I C 2V C CS1開關R25KR35KU4T L P 5 2 1U3T L P 5 2 1U2T L P 5 2 1U1T L P 5 2 11234J3電磁閥+ 2 4 VC1104+ C C 14 7 0 U FV C CV C C + 2 4 VR 2 05 K * 3R 2 1 R 2 2 吸料機原理圖12D2 12D1 12D3 R4 R5 R6 R75 k * 5C2104+C C 24 7 0 U F+ 2 4 VR8 X 5 0 4 5M3I R F 5 4 0M1I R F 5 4 0M2I R F 5 4 0ST142238415D F IN6V E E7V S S8A9B 1 0C11D12E13G14F15V C C16I C 3C D 4 0 5 6ST142238415D F IN6V E E7V S S8A9B 1 0C11D12E13G14F15V C C16I C 4C D 4 0 5 62323123I N 4 0 0 7 * 3R25 R24 R23 5 K * 31234J1C O N 4+ 2 4 V 電源+ 5 V 電源R15K1 0 0 * 5C 1 1104R 3 65KE3E4E5C2 E3 E4 E5R 1 4R 1 5R 1 6R 1 7R 2 6 R 2 7 R 2 8 R 2 9 R 3 0A1A2A3A4A2A3A1A4A2A3A1A4C1C2C1B 1 1B 2 2B 3 3A1A2A3A4C3C4D4D5B 1 1B 2 2B 3 3D1D2D3D4D5D1D2D3a3b3c3d3e3f3g3a1b1c1d1e1f1g1abcdefga bfb1a1g1f1cgdec1d1e1b2a2f2b3a3g3f3c2g2d2e2c3d3e3C1C2C3C4R 1 1R 1 2R 1 3b1a2f 3vcc4vcc5b16a17g18f19e110d111c112dp113e14d15g16c17dp18S M G 1b1a2f 3vcc4vcc5b16a17g18f19e110d111c112dp113e14d15g16c17dp18S M G 2ST142238415D F IN6V E E7V S S8A9B 1 0C11D12E13G14F15V C C16I C 5C D 4 0 5 6A2A3A1A4a2b2c2d2e2f2g2ST142238415D F IN6V E E7V S S8A9B 1 0C11D12E13G14F15V C C16I C 6C D 4 0 5 6V C C C5104V C C+ 2 4 V123J2接近開關 圖 31 上 料機原理圖 電源電路 由于整個系統(tǒng)都是用單片機和各類芯片及電阻、電容組成的，其工作電壓為＋ 5V，不需 要負電壓，可采用三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器 7805 系列的芯片。其輸出電壓 5V，按輸出電流不同可分為 78M0 78L05，輸出電流分別為 和，轉(zhuǎn)換成功率分別為 和 5W。從整個系統(tǒng)的設計來看，其中有幾塊集成芯片和多個電阻、電容等器件，其功率總和應在 2W 左右，所以考慮整個系統(tǒng)安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè) 設計 （論文） 第 10 頁 共 43 頁 的功率裕量，采用 78M05 作為整個系統(tǒng)的供電芯片。 其主要電路如圖 32 所示： 圖 32 電源電路 其中輸入電壓為交流 220V，經(jīng)過變壓器其輸出為 5V 或者 24V，再進行整流。整流可通過四個二極管進行全波整流，也可以利用集 成整流堆來進行（同原理）。后面接電容 C C2為濾波電容進行濾波，注意電解電容應該要有一定裕量，否則不能起到很好的濾波效果。本電路中使用的電容大小為 470uf,耐壓為 25 伏。78L05 的輸出級接入兩個濾波電容，用于減小因為電源波動對系統(tǒng)造成的影響和濾波。其不需要采用大容量的電解電容器，容量大小為 100uf 耐壓為 25 伏，再接入 的電容器，便可減少因為電源波動的影響和濾去紋波，很好地改善負載的瞬態(tài)響應。然而，隨之產(chǎn)生一個弊端，即一旦 78M05 的輸入出現(xiàn)短路時，輸出端大電容上存儲的電荷，將通過集成穩(wěn)壓器內(nèi) 部放電，可能會造成內(nèi)部電路的損壞，故在其間跨接一個二極管，為放電提供放泄通路，對集成穩(wěn)壓器起到了分流保護作用。 電路核心器件介紹 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ ROM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元。安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè) 設計 （論文） 第 11 頁 共 43 頁 功能強大 AT89S51 單片機可提供許多高性價 比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 AT89S51 主要性能參數(shù) .與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 .4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 .1000 次擦寫周期 .全靜態(tài)操作： 0Hz33MHz .三級加密程序存儲器 .128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM .32 個可編程 I/O 口線 .2 個 16 位定時 /計數(shù)器 .6 個中斷源 .可編程串行 UART 通道 .低功率空閑和掉電模式 AT89S51 功能特性概述 及引腳功能說明 AT89S51 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/0 口線，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89S51 可將至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè) 設計 （論文） 第 12 頁 共 43 頁 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T012IN T113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S EN29A L E/ P30T X D11R X D10GND20VCC40 圖 33 AT89S51 單片機 .VCC： 電源電壓 .GND： 地 .P0 口 ： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O，也即地 址 /數(shù)據(jù)總線復用口 。 作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器