随着现代工业与科学技术的飞速发展,单片机的发展正迅速渗透各行各业,其迅猛和普及之势是许多人始料不及的.单片机解放了人类的智力,提高了人类的能力和工作效率.又随着现代工业生产规模的日益扩大和相关工艺的复杂性,使得自动化和先进控制方法成为必不可少.现在由于计算机的微型化、网络化、性能价格比的上升和软件的功能日益强大,单片机控制系统不再是一种昂贵的系统,它几乎可以出现在任何的场合,如实时控制、监控、数据采集、信息处理等等.所以单片机在工业领域正成为不可缺少和不可替代的强有力的控制工具.本文所研制的自动加料机主要应用于染发行业,染坊的工艺流程如下:首先制作假发,然后根据顾客的需要将假发染成各种颜色,最后出售.自动加料机完成的功能是将制成的假发染成各种颜色.这里染发所需要的原材料主要是双氧水和氨水,加料机负责对这两种原料的添加.它可以根据待染发的底色和目标色,以及待染发的重量确定所需要的原材料(双氧水,氨水)的多少.由于加料机有好多台,为了实现对其监控和管理,在这里设上位计算机是必需的,另外上位机还可实现对整个加料过程的实时监控,对双氧水、氨水储罐的液位进行监控,实时显示出当前储料罐中剩余原料的量,当储料量减少到一定程时,可发出报警信号、实施报警提示和报警管理以及对历史数据的记录、统计、显示和管理.自动加料系统可以对整个加料过程了如指掌,还可对历史数据进行准确记录.这样不仅提高了工作效率而且提高了整个系统的可靠性和实用性.该系统的移植性很强,可以直接应用于纺织、印染等行业,另外对系统稍加改进还可以应用于加油站使用.
1　自动加料系统设计思想
这里主要介绍计量主板的设计思想.每次加料(双氧水,氨水)时,系统开机时间保存在存储器6264中,系统时间的设置和修改可以通过对DS1302的读写来实现.为了得到芯片的片选信号,时钟信号以及对电机,阀门1,阀门2等的控制,由于单片机自带的I/O端口不够用,故需要扩展I/O口,这里采用了两个8D的锁存器74HC574和一个缓冲器74LS245来实现.每次加料开始,主系统都要和键盘系统及液晶驱动控制系统进行握手.握手的目的有两个:第一,通知键盘板和液晶驱动控制系统计量板准备好;第二,等待它们返回一些必要的控制信号,比如两个8D的锁存器74HC574和一个缓冲器74LS245的片选信号都是由液晶驱动控制器来产生的,然后对数据存储器进行读/写和对加料泵PUMP,大小阀门FAT1,FAT2的控制.加料开始时,首先必须选择加料方式,加料方式有三种: 定量加料;º补充加料;计算加料.不管选择的是何种方式,最终都必须得知加料量的多少,然后根据预先计算出来的每个脉冲所代表的流量,把加料量转换为脉冲的个数.开启电磁阀、电机,加料开始.加料开始后,所加料通过脉冲流量计输出脉冲,然后将脉冲输入计数器,计数器开始做减1计数,当减为零的时候加料过程结束.在加料期间可以实时动态的显示当前的加料量.加料完成后,要对该次加料记录作保存,以便上位机对加料的历史纪录进行查询和管理.记录在写入时首先写入存储器AT45D041的缓冲区BUFFER1,等写满一页(存够20条记录)时再存入AT45D041的主存储页.PC机读记录的过程是这样的:先查询未读记录数,如果为零停止读记录,若不为零则发一条读命令,当计量板接到该命令后,将AT45D041中由存储在X24C450A中的页的内容读到AT45D041的BUFFER2中,并从BUFFER2中读出连续13单元的数据,送到CPU内存中(待定),再发给PC机.
2　硬件设计
该系统主要由两部分组成,第一部分是计量板系统,主要用来控制加料过程、控制与上位PC机的通信、控制与键盘板系统的通信以及控制加料泵、电机、电磁阀等硬件的工作.第二部分是键盘板系统,它主要用来控制参数的录入和修改,并且在键盘板的液晶显示器上可以显示录入的从系统框图可以看出,主控制器采用的是目前流行的使用比较稳定的MCS-51系列单片机,键盘主要用来负责参数的录入,液晶显示用直观的人机通讯、对加料过程实施监控并进行动态的显示,这里用的是T6963c液晶块.实时时钟用来提供当前的时间,时间格式由年、月、日、时、分、秒字段组成,时钟用DS1302来实现,通过对DS1302的写入可以对时间进行设定和修改,通过对DS1302的读出可以得到当前的具体时间.加料泵,电磁阀,流量计选择的都是不锈钢,耐腐蚀材料.电磁阀有阀门1和阀门2,每次加料先开小阀门1,后开大阀门2,当加料量小于0,05L时,只开小阀门。
1,不开大阀门2.流量计通过输出脉冲来测试流量.上位计算机主要用来对加料缸的液位进行监控,当液位低于规定值时,可以自动报警,还可以通过上传加料记录来对历史加料记录进行保存和管理.通讯块使用的是MAX485,单片机通过串行通信与上位计算机传递信息.
2.自动加料系统原理
自动加料机计量板的主控制器采用某公司的单片机芯片AT89C55,它是8位单片机,内部带有20kB的FLASHROM,256B的数据存储RAM,4个8位的I/O口、3个16位的定时器/计数器、6个外中断源、一个全双工的串行通讯口.外部可以扩展64kB的程序存储器和64kB的数据存储器.它主要用来与DS1302,X24C45,AT45D041,74HC574传递数据信息,掉电输入,流量计的脉冲输入等.时钟芯片采用的是DS1302;液晶驱动控制器使用了一块AT89C51来实现其功能,AT89C51并非用来扩展I/O口,而是用来控制液晶显示器的显示,用来产生一些显示所需的控制和数据信息,另外它还用来产生74LS245,74HC574A,74HC574B的片选信号.因为存储容量大,需要的口线多,若采用并行存储器虽然速度快,但因地址线位数太长,主控制器AT89C55的端口不够用,所以在这里存储器采用的串行存储器X24C45和AT45D041,串行存储器虽然速度比并行存储器慢,但在此也足以满足要求[4].X24C45用来存放主存储器AT45D041的使用情况.主存储器AT45D041用来保存加料的记录,每条加油记录由年、月、日、时、分、加料量、发重量、班组号字段组成,共占13个字节.AT45D041有2047页,每页264个字节可存20条记录,共可以存储40940条记录.
3　软件设计
该系统的软件主要完成三部分的功能:¹加料过程的控制和处理.º与键盘板的通讯.»与上位PC机的通讯.加料过程的控制和处理主要实现在第一次上电时对系统芯片DS1302,X24C45,AT45D041的初始化设置;而在不是第一次上电时,对系统进行检查,将系统复位到无错误的状态.对电源掉电检测、电源缺相检测、电机缺相检测;检查有无脉冲发生器.若在检测过程中其中任有一项出错,则看门狗电路进行复位,清除加料记录,并告知键盘系统和液晶驱动控制系统加料结束.在各项检测都无误的情况下开启加料泵、电磁阀门.读取DS1302的值并保存,因为在加料结束时需对加料明细进行保存,然后对流量计的脉冲进行检测,若来一个脉冲标志,则计算体积和加料量四舍五入.判断加料量是否超出0.05L.当一次加料量小于0.05L时,不做记录,然后开始加料.在加料过程中随时检查加料量是否达到设定值,当达到设定值时,关闭电机、阀门1、阀门2,加料结束,并无条件向液晶驱动控制系统和键盘系统发加料结束命令.保存本次加料记录,包括加料时间,加料种类,加料体积,发重量和班组号.然后清空结果,为下次零加料做准备.与键盘板的通讯,首先由计量板向键盘板发命令码,键盘板接收正确置A=0,接收错误置A=1,校验错误置A=2.接收正确时,通过判断命令码来执行具体的操作,可以实现以下功能:与计量板握手;加料开始,结束;加料明细查询,查询加料的时间、种类、枪号、发重量、体积、班组号;查询加料总累计:包括班累计、体积总累计、发重量总累计、流水号总累计等;¼其它查询还可以有:查询时间、参数查询、查询日志、查询月累;½硬件操作包括:泵操作、阀1操作、阀2操作;¾编程日期:编程系统时间、编程税控时间;¿编程单价;À编程机阀量:机器号、提前量; 编程密码、屏保等.与上位PC机的通讯,通信方式设定方式3;数据包:地址命令帧(1个字节),长度帧N(1个字节),数据1⋯数据N,校验字节.接收过程:接收到的数据存放在80H开始的单元中,当接受到一个完整的数据包后设置RXDEND为1(其中80H存放的是地址命令帧),当处理完成后回送PC处理结果.帧格式:地址命令帧:高4位为地址(D7-D4),低4位为命令(D3-D0),D8位为1,数据帧:D7-D0为数据,D8为0.加料机从不主动与PC机联系,只有PC机对各加料机进行点名,数据格式为:一位起始位0,9位数据位,一位停止位.可以实现如下功能:查询未读记录数、读取新记录、修改当量、读取当量、设定时间、设置加料种类:00H氨水、01H双氧水,存放在X24C45的00L、设置机阀值、查询加料量总累计、查询发重量总累计、下传停止加料命令、下传恢复加料命令、刷新系统、查询加料机泵码、查询加料机当前加料、暂停加料、恢复加料、PC机修改系统时间.
自动加料系统设计：
4　自动加料机的基本工作流程
4.1　开机自检
1)开机时间保存在6264的存储单元中;
2)芯片的初始化(DS1302,X24C45,AT45D041,T6963C).
4.2　从键盘上进行加料方式选择
1)定量加料;
2)补充加料;
3)计算加料.
4.3　当选择加料方式后,进行参数录入
定量加料参数录入:班组号,发重量,加料量;
计算加料参数录入:班组号,色号,发重量,加料量(由计算得到);
补充加料参数录入:班组号,加料量.
当加料方式录入完成后,按“启/停”键,启动泵开始工作,同时打开电磁阀,但不出料,当加料枪把
手压下后开始加料.当加料完成后,停泵,关电磁阀,返回方式选择界面.
4.4　按菜单键可实施系统功能(加料过程不可进入菜单)
4.4.1　系统查询
1)查询工作累计.(发重量总累计、加料量总累计、加料次数累计)键盘板分三次查询从计量板读回
数据,进行显示.
2)查询加料明细.可输入查询到计数值,然后按“上”,
“下”键进行查询,当计数值大于次数累计值
时或等于零时显示“无次记录”.3)查询当前时间.显示当前时间,时间信息保存在DS1302中,读DS1302的值显示即可.
4)查询系统参数(显示机器号、脉冲当量、加料种类).
4.4.2　系统设置
1)时间设置.通过写入DS1302的值,可以修改当前时间,每次修改之后都必须读一次DS1302的
值,以后读去时间的时候才能正确地读出.
2)屏保设置.通过定时器0中断,根据TYPETIME0变化实现:通讯定时30Ms;屏保时间记时;
屏保时间切换,用COUNT-TIMER0和COUNT-TIMER1.屏保只有调用:¹按键盘, 掉电,摘枪才退出.
3)系统自检.AT45D041芯片错误检查、时间芯片DS1302错误检查、电机电路错误检查、存储器
不一致检查等.
4.4.3　系统测试
1)加料泵测试.调试加料泵的开/关,加料量的误差精度.
2)电磁阀门的测试.大小阀门的测试,包括阀门的开/关测试、大小阀门有无提前量的测试、小于0.05L的时候加料量的测试.
3)液晶测试.T6963C的初始化设置一般都由管脚设置完成,其指令系统集中于显示功能的设置上.T6963C的指令可带一个或两个参数,或无参数.每条指令的执行都是先送入参数(如果有的话),再送入指令代码.每次操作之前最好进行状态字检测,状态位反映T6963C内部的运行状态.由于状态位作用不一样,执行不同的指令必须检测不同的状态位.
5　结　论
该系统专门针对染发行业研制,通过对该系统软件、硬件的反复测试,测试结果证明,该自动加料机系统的设计方案是成功的.采用MCS-51系列单片机设计该系统,成本低廉,性价比高,另外该系统还具有操作简便,维护量小的优点.不仅克服了以前由于手工作业存在的精度不高,原料浪费的缺点,而且还减少了工人的劳动量,提高了工人的劳动效率,为企业创造了巨大的利润.

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