【正文】 工作機的轉(zhuǎn)速， r/min； ?w 工作機的效率 基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 10 總效率按下式計算： ????? na ...321? 式中???? n...321分別為運動鏈中各運動副（如齒輪、軸承及聯(lián)軸器等）的效率。在選用的時候還應該查出電動機類型和額定功率、相應的轉(zhuǎn)速和安裝尺寸。選擇電動機首先要解決的問題是功率的確定： 因為電動機的功率選擇的是否合適，對其工作和經(jīng)濟都有影響：如采用功率小于工作機的要求功率，就不能保證工作機的正常工作，甚至使用時間久了電動機因為長期過載而過早損壞；如果電動機的額定功率大于所要求的功率，則電動機價格高，容量也未得到充分利用，以致制造成本高，而且浪費 [7]。因為在生產(chǎn)中要經(jīng)常啟動、制動以及反轉(zhuǎn)的場合，所以要求電動機的轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，則選用鼠籠或繞線式三相異步電動機。 圖 25 實物圖 圖 26 內(nèi)部原理圖 紅外對射傳感器 紅外對射傳感器選用的是一個發(fā)光二極管和一個紅外接受管組成，用來檢測 檢測加料容器內(nèi)的原材料是否用完的檢測， 正常情況下接收管可以檢測到有發(fā)光二極管發(fā)出的光，單片機檢測到的是高電平信號，表示容器內(nèi)的原 材料沒有用完，所以系統(tǒng)繼續(xù)進行灌裝工作；當紅外接受管接受不到光線，單片機檢測到的是低電平信號，表示容器內(nèi)的原材料已用完，則開始下一步的報警信號，同時灌裝部基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 9 分的系統(tǒng)停止工作，其功能演示圖如下圖 27所示，本系統(tǒng)中選用的是凌創(chuàng)傳感器廠的 M12對射傳感器，如下圖 28所示 [6]。通常，這類開關(guān)被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。本設(shè)計選用的是鴻龍牌的 JQX38F小型大功率繼電器，參數(shù)選擇為：線圈電壓 AC380V；額定電流 40A；觸點數(shù) 6觸點（三常開，三常閉）。具體電磁繼電器的實物圖如圖 24所示。所以其工作原理為：電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來使 D和 E接觸，工作電路閉合。斷開開關(guān) S，電磁鐵失去磁性，對銜鐵無吸引力。閉合開關(guān) S，銜鐵被電磁鐵吸下來，動觸點同時與兩個靜觸點接觸，使 D、 E間連通。連接好工作電路，在常態(tài)時， D、 E間未連通，工作電路斷開。電磁繼電器工作電路可分為低壓控制電路和 高壓工作電路組成。 AT89S52引腳圖如圖 22所 示?？臻e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。 AT89S52 有 40個引腳，片內(nèi)有 8K字 節(jié) Flash 程序存儲器， 256字節(jié) 的 RAM， 32個外部雙向輸入 /輸出口， 5個中斷優(yōu)先級， 一個 6向量 2級中斷 嵌套， 3個 16位可編程定時 器 /計數(shù)器， 2個數(shù)據(jù)指針， 2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT） 定時 電路， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng) .單片機經(jīng)過 3， 3 代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU功能在不斷增強，內(nèi)部資源在增多，引腳實現(xiàn)多功能 化，以及低電壓低功耗 [3]。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 6 第二章 硬件系統(tǒng)的主要器件選擇與說明 系統(tǒng)硬件模塊關(guān)系 各硬件模塊關(guān)系圖如圖 21所示。 (4)采用行程開關(guān)來實現(xiàn)對容器到來的檢測，采用光電傳感器來實現(xiàn)對加料容器內(nèi)的原材料是否用完的檢測。本設(shè)計選用的是鴻龍牌的 JQX38F小型大功率繼電器，參數(shù)選擇為：線圈電壓 AC380V；額定電流 40A；觸點數(shù) 6觸點（三常開，三常閉）。 (2)采用電磁繼電器驅(qū)動電路。本系統(tǒng)中，采用了數(shù)碼管的動態(tài)顯示，節(jié)省單片機的內(nèi)部資源。按 鍵采用單按鍵進行灌裝量的時間和生產(chǎn)個數(shù)的設(shè)定。 方案二：采用四位 LED七段數(shù)碼管顯示灌裝量的時間和生產(chǎn)個數(shù)，不需要利用相應的控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程也不需要花太多的時間，同時數(shù)碼管的顯示亮度比 LCD要高很多，對在工廠工作很有實用性。液晶顯示屏（ LCD）具有 功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。 圖 12 原料檢測裝置 圖 13 加料檢測裝置 （ 5） 顯示與按鍵輸入模塊 根據(jù)題目要求，灌裝量的時間和生產(chǎn)個數(shù)需要由人工設(shè)定，并能實時顯示。 在 電氣控制系統(tǒng) 中，位置開關(guān)的作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測 ，在此系統(tǒng)中當有容器過來時碰到行程開關(guān)，控 制芯片接受到此行程開關(guān)的信號執(zhí)行相應動作。 它是 利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。 （ 4） 報警與檢測模塊 在本設(shè)計中，要自動給傳送帶上傳送來的容器進行灌裝，在有擋板擋住的前提下，還要檢測是否有容器的到來，只有檢測到有容器的到來，電磁水開關(guān)才打開加料。 方案一：利用兩個紅外線傳感器和一個直流小電機來實現(xiàn)擋板的功能，由于直流小電機的存在，基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 4 在系統(tǒng)搭建的時候要用到變壓器降低 220V 的交流電，還要用到整流橋?qū)⒔档偷慕涣麟娮兂芍绷麟姾蠊┙o直流小電機使用，這將增加控制系統(tǒng)的成本；同時，小電機轉(zhuǎn)速快，控制起來不太容易。繼電器無需外加光耦，自身即可實現(xiàn)電氣隔離，能夠起到保護系統(tǒng)的功能。 （ 2）驅(qū)動模塊 依據(jù)設(shè)計要求，智能控制傳送帶電機工作，首先需要給傳送帶電機輸入電壓，因為本設(shè)計是用弱電控制 220V 的電機驅(qū)動電壓，所以利用繼電器來實現(xiàn)其功能。單片機算術(shù)運算功能強，軟件程序靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點 [2]。 但 PLC還是有一定的缺陷，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一、它只能對給定的一種容積的容器灌裝，這樣的生產(chǎn)線不適用于產(chǎn)品多樣化的灌裝，并且若采用設(shè)定不同初始值的若干機器來滿足要求將會造成成本以及人力的浪費；二、同樣的灌裝技術(shù)應用到家具生活方面就不夠人性化，因為家具生活中盛裝液體的容器體積不定，這時候應用定容自動灌裝就很不方便了。對控制器的選擇有以下兩種方案： 方案一：采用 可編程邏輯控制器 PLC作為系統(tǒng)控制器。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計方案并進 行了論證。 系統(tǒng)基本方案 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、傳感器檢測模塊、按鍵輸入模塊、電機驅(qū)動模塊、步進電機模塊、數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器報警模塊共 7個模塊組成。 （ 4）用兩個四位數(shù)碼管分別顯示灌裝的個數(shù)和單個灌裝量的時間。 （ 2） 灌裝的量的時間控制精度： 。灌裝的量的時間可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，可自動記憶調(diào)試時人工控制灌裝的時間，生產(chǎn)時用以控制同種產(chǎn)品灌裝的時間，也可在線上更改灌裝的量的時間，以達到自己的灌裝的要求。 (3) 在皮帶傳輸過程 當中，由于運輸系統(tǒng)不能時而停止，時而工作，因為這樣對電機的損耗很大，電量損耗也很大，所以不能適用這種方法，在本設(shè)計中采用的運輸系統(tǒng)是一直工作狀態(tài)，在系統(tǒng)中，選擇在傳送帶的上方放置一個步進電機帶動工作的齒輪擋板來對瓶子進 行攔截。 基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 2 第一章 系統(tǒng)方案的選擇與論證 系統(tǒng)設(shè)計簡述 此畢業(yè)設(shè)計是為了實現(xiàn)工業(yè)飲料或者其他液體產(chǎn)品的自動灌裝，由于資金有限，不能夠搭建起真正的自動灌裝控制系統(tǒng)，只能夠模擬實現(xiàn)自動灌裝的功能，對于此模擬灌裝系 統(tǒng)有以下幾點需要說明： (1) 關(guān)于皮帶運輸，經(jīng)過網(wǎng)上查找資料選用了速度可調(diào)的電機，配合皮帶以實現(xiàn)運輸容器，由于價格的原因，在模擬系統(tǒng)中是通過繼電器來控制發(fā)光二級管點亮與熄滅來模擬電機的工作狀態(tài)，發(fā)光二極管點亮表示主軸電機開始工作（即自動灌裝系統(tǒng)開始工作）；發(fā)光二極管熄滅表示主軸電機停止工作（即自動灌裝系統(tǒng)停止工作）。 本系統(tǒng)按照灌裝的要求 以及設(shè)計的具體情況需求 ，采用 AT89S52單片機為核心設(shè)計一個自動灌裝控制系統(tǒng)， 灌裝的對象為各種水飲料產(chǎn)品，在一定 的范圍內(nèi) 控制灌裝的量的時間精度在 ， 具有良好的快速性。 1895 年市場上出現(xiàn)玻璃瓶灌裝機； 1902年出現(xiàn)壓力灌裝機； 20世紀末，德國制造出自動啤酒灌裝和壓蓋機，灌裝得到了飛速發(fā)展。指導老師也給了我 很多的建議，最終確定自動灌裝控制系統(tǒng)這一課題，對我專業(yè)的學習和實踐將會有很大的幫助。基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 1 基于 AT89S52 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 引 言 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，自動控制在現(xiàn)代科學技術(shù)的許多領(lǐng)域中大量使用，自動控制技術(shù)起著愈來愈重要的作用，人們的生產(chǎn)生活中已經(jīng)離不開自動控制，并且，隨著生產(chǎn)和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化水平也越來越高 [1]。 2020年 7月我到浙江山蒲照明電器有限公司實習時，公司讓我們實習生到車間各個崗位上去看工藝流程，他們的自動芯柱機給我印象深刻，一個人就可以同時控制幾臺機械，而且工作效率高，整個工作過程是又快又穩(wěn)定，我這一次畢業(yè)設(shè)計課題選擇的思想就來于此。 礦泉水、啤酒、乳品飲料、植物油、調(diào)味品和各種酒類產(chǎn)品在我們的生活中司空見慣，液體灌裝伴隨著飲料工業(yè)的產(chǎn)生而出現(xiàn)，并隨其發(fā)展而不斷地進步。但在我國，灌裝行業(yè)起步較晚，包裝的自動化水平低，而隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，我們對工作、生活的要求越來越趨于自動化、智能化，對市場自動化灌裝設(shè)置要求也越來越高 [2]。采用三相異步電機和減速器帶動傳送帶不僅價格低廉，且具有很高的工程應用價值和現(xiàn)實意義。 (2) 加料系統(tǒng)選用了電磁水開關(guān)，由于沒有實際的電磁水開關(guān)，在模擬系統(tǒng)中也是利用發(fā)光二極管代替，二極管發(fā)亮表示電磁水開關(guān)打開，系統(tǒng)開始加料；二極管熄滅表示電磁水開關(guān)關(guān)閉，系統(tǒng)停止加料。 系統(tǒng)的設(shè)計任務和要求 設(shè)計一個自動灌裝控制系統(tǒng)，控制對象為各種不同容積的水飲料產(chǎn)品。 模擬灌裝系統(tǒng) 的主要性能指標 （ 1） 灌裝的量的時間設(shè)定范圍： 0～ ，最小區(qū)分度為 。 （ 3）灌裝的計數(shù)個數(shù)范圍： 0～ 9999個。 （ 5）當瓶子灌裝過程出現(xiàn)臥倒現(xiàn)象時報警且灌裝停止，當原料桶中原料不足時報警并停機。系統(tǒng)的框 圖基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 3 如圖 11所示。 控制器模塊電 機 驅(qū) 動 模 塊擋 板 驅(qū) 動 模 塊數(shù) 碼 管 顯 示 模 塊蜂 鳴 器 報 警 模 塊電 機 驅(qū) 動 模 塊傳 感 器 檢 測 模 塊I n p u tO u t p u t 圖 11 系統(tǒng)基本模塊方框圖 各模塊電路的方案選擇及論證 （ 1） 控制器模塊 依據(jù)設(shè)計要求，控制器主要用于對灌裝的量的時間的控制，對灌裝個數(shù)的計數(shù)的控制，對步進電機的控制，對蜂鳴器的控制以及對傳感器檢測的信號的處理。 PLC是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，它采用可 編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時 /計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 方案二：采用 ATMEL公司的 AT 89S52作為系統(tǒng)控制器。 基于以上兩種方案的分析比較， 結(jié)合機電一體化的發(fā)展要求以及本設(shè)計的具體情況需求， 最終決定采用方案二，以 AT89S52單片機作為控制核心來 實現(xiàn)自動灌裝的功能。 使用繼電器可以通過較高的電壓和電流， 在正常條件下，工作十分可靠。 （ 3） 擋板驅(qū)動模塊 在本設(shè)計中，要對傳送帶上的瓶子進行攔截，使其能夠安全穩(wěn)定地灌裝， 對擋板驅(qū)動模塊有以下兩種方案。 方案二：利用一個步進電機實現(xiàn)擋板的功能，由 于步進電機是靠脈沖控制，用單片機控制容易實現(xiàn)，并且步進電機本身的轉(zhuǎn)速就比較慢，這對系統(tǒng)應用非常方便，它的轉(zhuǎn)矩也比直流小電機大，所以在本設(shè)計中利用步進電機控制擋板比方案一更加精確，同時節(jié)省了紅外傳感器，即采集方案二。在此系統(tǒng)中我選用的 是一種常用的小電流 主令電器 —— 行程開關(guān) 。通常，這類開關(guān)被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。 報警檢測模塊是檢測在加料過程中出現(xiàn)異常情況的時候報警，一個是利用光電傳感器來實現(xiàn)對加料容器內(nèi)的原材料是否用完的檢測，如果用完則報警，同時灌裝部分系統(tǒng)停止工作，原料檢測裝置如下圖 12 所示，當原料儲存器中有原料時，浮壺在液體上方，則檢測部分中是透明部分，不能擋住光電傳感器，此時正常工作，當沒有原來時，浮壺會隨這原料的下降而下降，當下降到擋光部分在檢測部分中時光電傳感器檢測不到信號，此時系統(tǒng)報警提示加原料，直到原料加到擋光部分上移后系統(tǒng)正常工作；一個是在自動灌裝的時候 出現(xiàn)正在加料的容器突然反倒或者容器在加料還沒有完成的時候加料檢測傳感器檢測不到有容器存在的時候體統(tǒng)開始報警，并且停止加料，加料檢測裝置如下圖 13 所示當有容器時檢測到低電平開始加料，沒有容器時為高點平，系統(tǒng)不加料，當在加料過程中突然檢測不到容器時，系統(tǒng)報警。對鍵盤和顯示模塊有基于 51 單片機的自動灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計 5 下面兩種方案： 方案一：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵