【正文】 大提高了工作的效率，使整個(gè)工作過程又快又穩(wěn)并且保證了操作人員的人身安全。 混凝土加料機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r19世紀(jì)40年代，在德、美、俄等國家出現(xiàn)了以蒸氣機(jī)為動(dòng)力源的自落式攪拌機(jī)，其攪拌腔由多面體狀的木制筒構(gòu)成。1888年，法國申請(qǐng)登記了第一個(gè)用于修筑戰(zhàn)前公路的混凝土攪拌機(jī)專利。形狀的改進(jìn)避免了混凝土在拌筒內(nèi)壁上的凝固沉積，提高了攪拌質(zhì)量和效率。1908年，美國出現(xiàn)了第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌機(jī)，隨后電動(dòng)機(jī)則成為主要?jiǎng)恿υ础?950年，亞洲大陸的日本開始用攪拌機(jī)生產(chǎn)預(yù)拌混凝土。自落式攪拌機(jī)依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成攪拌。單片機(jī)解放了人類的智力, 提高了人類的能力和工作效率。當(dāng)今因?yàn)橛?jì)算機(jī)的微型化、網(wǎng)絡(luò)化、性能價(jià)格比的上升和軟件的功能日益強(qiáng)大， 單片機(jī)控制系統(tǒng)不再是一種昂貴的系統(tǒng)，它幾乎可以出現(xiàn)在任何的場(chǎng)合，如實(shí)時(shí)控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信息處理等，所以單片機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域正成為不可缺少和不可替代的強(qiáng)有力的控制工具。國內(nèi)使用的裝載機(jī)加砂石料具有良好的發(fā)展前景，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1） 使用靈活方便 在總體結(jié)構(gòu)上一般采用組合裝載式，整體性好、運(yùn)輸轉(zhuǎn)移和快速安裝都靈活方便，所以這種形式特別適合城市建設(shè)、公路建設(shè)等混凝土工程施工。從成本而言只是其余兩種加料機(jī)的30%~50%左右；從使用方面來看，裝載機(jī)在生產(chǎn)中可對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行散料的堆積工作，提高了裝載機(jī)加料的機(jī)械利用率。 本文需要研究的問題控制系統(tǒng)的控制器由單片機(jī)和擴(kuò)展電路組成，單片機(jī)控制繼電器，繼電器控制交流接觸器。根據(jù)加料工藝要求，其工作原理是：先將真空管關(guān)閉，啟動(dòng)電機(jī)，用低真空氣流將塑料樹脂粒子送入真空管，電機(jī)停轉(zhuǎn)，再將粒子排入料斗，如此循環(huán)。兩個(gè)生產(chǎn)線既可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。這樣可以發(fā)揮控制系統(tǒng)和電機(jī)的效率，從而實(shí)現(xiàn)供料自動(dòng)化。第2章 自動(dòng)加料機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 自動(dòng)加料機(jī)設(shè)計(jì)圖混凝土自動(dòng)加料機(jī)整體設(shè)計(jì)圖如下圖21所示。通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使傳送帶牽動(dòng)加料斗往上傳輸，到攪拌機(jī)進(jìn)料口后電機(jī)停轉(zhuǎn)，加料斗卡槽處開始往攪拌機(jī)里送料。整個(gè)過程的滿料、送料的時(shí)間通過顯示器可以觀測(cè)出。 控制系統(tǒng)硬件的組成 單片機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用中使用的單片機(jī)品種繁多，但是在我國使用最多的是Intel公司的MCS51系列單片機(jī)及其增強(qiáng)型、擴(kuò)展型的衍生機(jī)型。這些公司在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上，也加上了自身優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展了針對(duì)滿足不同測(cè)控對(duì)象要求的外圍電路，準(zhǔn)確來說是與MCS51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。它們對(duì)8051一般都作了一些補(bǔ)充，更具有特點(diǎn)，這些單片機(jī)的功能和市場(chǎng)競(jìng)爭力也更強(qiáng)。目前使用的MCS51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分為以下幾種：典型產(chǎn)品：8031/8051/8751。代表產(chǎn)品：80C31/87C51/80C51。：PHILIPS公司的80C552/87C552/83C552。在眾多MCS51單片機(jī)及其各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的兼容機(jī)中，PHILIPS公司生產(chǎn)的80C552/87C552/83C552系列單片機(jī)和ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)在我國使用較多。它是一個(gè)低功耗、高性能的含有4KB閃爍存儲(chǔ)器的8位CMOS單片機(jī)，始終頻率高達(dá)20MHz，與MCS51的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。此外，89C51還支持由軟件選擇的2種掉電工作方式，非常適合電池供電或其它要求低功耗的場(chǎng)合。 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。本文就采用AT89C51。因?yàn)閿嚢铏C(jī)每次攪拌時(shí)有可能存在少量攪拌的情況，而且在進(jìn)料的過程中，骨料和水的添加順序也是根據(jù)攪拌機(jī)的工作方式而變化。因而，使用壓力傳感器就能夠簡化這個(gè)問題。壓力傳感器是壓力檢測(cè)儀表的重要組成部分，它可以滿足自動(dòng)化系統(tǒng)集中檢測(cè)與控制的要求，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛使用。此外還有光電式、光纖式、超聲式壓力傳感器等。應(yīng)變?cè)墓ぷ髟砘趯?dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”，即當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化。2. 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。硅平膜片在微小變形時(shí)有良好的彈性特征，當(dāng)硅片受壓時(shí)，膜片是變形使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。4. 振頻式壓力傳感器振頻式壓力傳感器利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力的關(guān)系，通過測(cè)量頻率信號(hào)的變化來檢測(cè)壓力。這種傳感器體積小，精確度高，適用于氣體檢測(cè)?？紤]到成本和市場(chǎng)使用的廣泛性，論文中選用抗沖擊拉壓力傳感器。廣泛運(yùn)用在工業(yè)稱重系統(tǒng)、平臺(tái)秤、電子秤、吊鉤秤、配料秤等測(cè)力場(chǎng)合[2][3]。系統(tǒng)擴(kuò)展是以MCS51單片機(jī)為核心進(jìn)行的，擴(kuò)展內(nèi)容包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、I/O接口部件及I/O設(shè)備等。較新的E2PROM產(chǎn)品在寫入時(shí)能夠自動(dòng)完成擦除，且不在需要專用的編程電源，可以直接使用單片機(jī)系統(tǒng)的+5V電源。它使單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是調(diào)試試驗(yàn)更為方便、靈活。當(dāng)然，與RAM芯片相比，E2PROM寫操作速度是很慢的。因此應(yīng)注意均衡使用各單元，不然有些芯片會(huì)提前結(jié)束壽命。因此，論文中選用E2PROM芯片來外擴(kuò)存儲(chǔ)器。 LED顯示電路自動(dòng)加料機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要顯示滿料、進(jìn)料以及出料時(shí)間，所以輸出采用成本低廉但配置靈活的LED顯示器。常用的LED顯示器8段（或7段，8段比7段多了1個(gè)小數(shù)點(diǎn)“dp”段）。這種顯示器有共陽極和共陰極2種。N個(gè)LED顯示塊有N位位選線和8N根斷碼線。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示2種顯示方式。之所以稱為靜態(tài)顯示，是因?yàn)楦鱾€(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)字符的段碼為止。系統(tǒng)在每一次顯示輸出后，能保持顯示不變，僅僅在待顯示數(shù)字需要改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容，這種顯示占用CPU時(shí)間少，顯示穩(wěn)定可靠。2. LED動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線并聯(lián)在一起，由1個(gè)8位I/O口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陽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。這種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，占用 I/O少。本論文所設(shè)計(jì)的混凝土自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)因?yàn)樗x的攪拌機(jī)型號(hào)或應(yīng)用場(chǎng)所的不同，可選用的LED片數(shù)也會(huì)不同。 鍵盤輸入電路鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工預(yù)單片機(jī)的主要手段。獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)鍵被按下。中斷方式的獨(dú)立式鍵盤工作電路，只要有一個(gè)鍵按下，與門的輸出即為低電平，向8031發(fā)出中斷請(qǐng)求，在中斷服務(wù)程序下，對(duì)按下的鍵進(jìn)行識(shí)別。同時(shí)也可用擴(kuò)展的I/O口作為獨(dú)立式鍵盤接口電路，采用8255A擴(kuò)展I/O口，也有用三態(tài)緩沖器擴(kuò)展的I/O口。行列式（也稱矩陣式）鍵盤用于按鍵數(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。同理，一個(gè)44的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16鍵的鍵盤，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口線。行線通過上拉電阻接到+5V上。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。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵公用，各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。本論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)加料機(jī)中需要最少的按鍵有：運(yùn)送加料斗生產(chǎn)線的啟動(dòng)鍵和停止鍵，分秒選擇鍵、時(shí)間設(shè)置加和時(shí)間設(shè)置減鍵，顯示生產(chǎn)線狀態(tài)的切換鍵、時(shí)間設(shè)置鍵、時(shí)間切換鍵這8個(gè)按鍵。所以，論文中采用8255A來擴(kuò)展并行口。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器是一種利用各種物理量的變化，將電量或非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁力（有觸頭式）或使輸出狀態(tài)發(fā)生階躍變化（無觸頭式），從而通過其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其它器件或裝置動(dòng)作的一種控制元件。自動(dòng)加料機(jī)將混凝土骨料以及水通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的帶動(dòng)，牽引到攪拌機(jī)進(jìn)料口，此時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，加料斗的小門打開開始給攪拌機(jī)送料。AT89C51的P1初始值是0FFH，還要再加上一個(gè)74LS04反相器使得繼電器在初始時(shí)不會(huì)閉合，用MC1413作為無源驅(qū)動(dòng)器以及IN4007構(gòu)成繼電器的續(xù)流二極管。指令冗余和軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困擾，則系統(tǒng)會(huì)完全癱瘓。但是操作人員不可能一直呆守在監(jiān)控系統(tǒng)畫面前，即使是時(shí)刻對(duì)著電腦不眨眼，也往往是在引起不良反應(yīng)后才進(jìn)行處理。若發(fā)生時(shí)間超過已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，此時(shí)計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使程序運(yùn)行進(jìn)入軌道。這就要求系統(tǒng)應(yīng)首先檢測(cè)到電源的變化，然后通過切換電路把備用電池接入到系統(tǒng)中以保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。所以，MCS51只需擴(kuò)展一片微處理器監(jiān)控器芯片即可。而在單片機(jī)中應(yīng)用這種芯片，就可大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力以及可靠性。 控制系統(tǒng)總方框圖 綜上所述，系統(tǒng)的大體方框圖如下圖22所示。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖31 AT89C51引腳圖 AT89C51的引腳AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)FLASH同時(shí)，AT89C51可降至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。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。（1） Vcc（40引腳）：供電電壓，接+5V。2. 時(shí)鐘引腳2個(gè)時(shí)鐘引腳XTALXTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號(hào)。（1） XTAL1（19引腳）：接外部晶體的1個(gè)引腳。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。（2） XTAL2（18引腳）：外接晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部方向放大器的輸出端。（1） RST/Vpd（9引腳）：RST（RESET）是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。PROG （2） ALE/PROG (30引腳) ：ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，此引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。PROG（3） （29引腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。Vpp為本引腳的第二功能。4. I/O口引腳（1） P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。（3） P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。 AT89C51的CPU1. 運(yùn)算器運(yùn)算器主要用來對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。2. 控制器 控制器是單片機(jī)的指揮控制部件，控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。 AT89C51的存儲(chǔ)器和并行I/O端口 MCS51單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是各自獨(dú)立的。它的存儲(chǔ)空間可劃分為5類：程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能存儲(chǔ)器、位地址空間和外部數(shù)據(jù)寄存器。P0~P3的端口寄存器屬于特殊功能寄存器，這4個(gè)端口除了按字節(jié)尋址之外，還可按位尋找。 AT89C51振蕩器特性和芯片擦除特性 1. 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下，CPU停止工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。AT89S51與AT89C51相比，外型引腳完全相同，AT89C51的HEX程序無須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT89S51運(yùn)行，結(jié)果一樣。它們之間主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)：1. 引腳功能：管腳幾乎相同,變化的有,、即這3個(gè)引腳的第二功能組成了串行ISP編程的接口。在編程電壓方面,AT89C51的編程電壓除正常工作的5V外，另Vpp需要12V,而AT89S51僅僅需要45V即可。4. 工作頻率更高：AT89C51極限工作頻率是24MHZ，而AT89S51最高工作頻率是33MHz，(AT89S51芯片有兩中型號(hào)，支持最高工作頻率分別為24MHz和33MHz)從而具有更快的計(jì)算速度。：AT89S51內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器(Watchdog Timer)，而AT89C51需外接看門狗計(jì)時(shí)器電路，或者用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器構(gòu)成軟件看門狗來實(shí)現(xiàn)軟件抗干擾。并且它的價(jià)格便宜、容易購買，網(wǎng)上或者書面資料豐富容易查到，程序燒寫的過程也比較簡單。 外擴(kuò)電路論文選用的E2PROM芯片是2864A。圖32 2864A E2PROM引腳圖2864A的主要性能如下表31所示[7]。表32 2864A的工作方式CEOEWE 輸入/輸出 引腳號(hào)（2