水泥包装是水泥生产、销售的重要环节，也是水泥生产的最后一道环节．一条完整的水泥包装生产线一般是由上料系统、料位控制系统、定量包装系统、控袋系统及输送系统组成的，定量包装部分是生产线上最重要的部分［１］．目前中国中小型水泥厂生产的包装生产线中，采用的仍是老式的机械杠杆式包装机，这种包装机体积大，结构复杂，粉尘大，而且计量的精确度比较低，水泥包装袋重不容易控制和调整，操作工人在操作过程中的劳动强度很大，先进的仪器价格较高，无形中会增加产品的生产成本．所以，研制出经济实用的定量包装控制系统是非常有用的．考虑到水泥包装环境恶劣，为了提高袋重的合格率，提高生产效率，结合单片机具有体积小，功耗低，运算速度快，抗干扰能力强等特点，可以在包装机械中使用单片机，使包装技术与单片机技术相结合，实现机电一体化控制，从而提高包装机械的自动化程度、运行可靠性和稳定性［２］，利用软件对包装机进行自动校零、动态调整等全自动控制，使水泥的包装生产过程实现自动化．
１系统总体设计
１．１系统功能分析
结合水泥生产线的特点，所设计的控制系统主要具有以下功能：（１）可以为生产过程的机电装置提供必要的保护措施，能够自动识别传感器信号开路或短路故障；（２）具有自动调零功能，实时检测装袋的重量，经过数据处理后送３位ＬＥＤ数码管显示．当袋重的误差在设定的范围内波动时，可以直接由主机发一控制命令，继电器动作关闭阀门，同时计数器加１，表明装了１袋．当连续５袋或以上均超过或低于标准值时，则由主机实施动态调整，即提前或滞后关闭阀门；（３）有死机和应急处理措施，当变送器在工作过程中，超过一定时间没有将信号传入主机，主机则发出报警信号，等待人工处理；（４）一个包装单元（可以是箱、袋）应能在１～５０ｋｇ计量的范围内随意设定，当袋重不在设定值范围内，超过误差许可的范围时，经过５次调整均无效时，由主机发出报警信号并停止袋装，等待人工处理．
１．２系统原理
该定量包装电气控制系统主要由ＰＣ机、单片机、重量变送器、按键电路、ＬＥＤ显示器、声光报警系统、稳压电源等部分组成，整个控制系统的组成框图如图１所示．信号采集应用重量变送器，用来将水泥袋重转换成工业标准信号（如４～２０ｍＡ，０～５Ｖ），来自变送器的电信号接入单片机芯片的Ｉ／Ｏ接口，通过Ａ／Ｄ转换将模拟信号转换成数字信号，通过提高Ａ／Ｄ转换的时钟频率并调整有关外部元件数量，从而保证系统称量精度．主机完成数据的输入计算、比较并输出相应的显示、报警、控制等信号．

2系统硬件设计
核心控制电路采用美国Ａｔｍｅｌ公司的Ａｔｍａｇｅ８单片机，作为一款高性能、低功耗的８位ＡＶＲ微处理器，具有其他单片机许多功能如自带ＦＬＡＳＨ程序存储器、看门狗、ＥＥＰＲＯＭ、同／异步串行口、ＴＷＩ、ＳＰＩ、Ａ／Ｄ模数转换器、定时器／计数器等和多种功能增强可靠性的复位系统，具有降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器／计数器、具替换功能的Ｉ／Ｏ端口等［３］．电路如图２～５所示，在水泥生产的过程中通过重量变送器ＤＢＺ－２进行信号的采集，将水泥包的重量转变为标准模拟量，通过负载，把模拟量输入到ＡＤＣ０口，片内的Ａ／Ｄ转换器将模拟量转换为数字量，由主机进行比较处理后，送到３位ＬＥＤ显示器进行显示．当１袋水泥的重量符合误差范围内要求则对其进行包装，包装好后，同时片内的８位计数器加１，然后同时由主机发出命令，通过ＰＣ３口控制电磁铁关闭阀门．在水泥生产中，当连续５袋或以上均超过或低于标准值时，则由主机实施动态调整，即提前或滞后关闭阀门．当袋重不在设定值范围内，超过误差许可的范围时，经过５次调整均无效时，由主机发出报警信号，通过ＰＣ２口控制报警电路．当机电装置发生故障时，通过ＰＣ２口发出报警信号．端口ＰＢ（０～７）控制８段数码管，３个按键分别接ＰＤ５、ＰＤ６、ＰＤ７口．

３个按键控制包装量，占用比较少量的Ｉ／Ｏ口．采用非矩阵式键盘，这种简连接方式使得程序对按键的识别变得非常容易，将每个按键的一端接地，另一端分别接到ＰＤ５、ＰＤ６、ＰＤ７，采取查询的方式来实现按键的识别，这时ＣＰＵ只要一有空闲就调用键盘扫描程序，查询键盘，识别键值，并予以处理．
显示器电路采用３位８段ＬＥＤ动态显示．其中段码线占用了１个８位Ｉ／Ｏ口，即ＰＢ０～ＰＢ７，而位选线占用１个３位Ｉ／Ｏ口（ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）．各位ＬＥＤ能够同时显示出与本位相应的显示字符，必须采用动态显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态．同时，段码线上输出相应位要显示字符的段码．这样在同一时刻，３位ＬＥＤ中只有选通的那１位显示出字符，而其他两位则是熄灭的．同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他位则是熄灭的，如此循环下去．
当有故障发生，则发出报警信号，主机由ＰＣ２口通过２００３驱动芯片对１２Ｖ的有源蜂鸣器进行驱动，声音报警提示．主机由ＰＣ３口通过２００３驱动芯片对继电器进行控制，从而实现控制阀门的闭合，完成水泥包装的要求．
Ａｔｍｅｇａ８单片机的电压源要求是＋５Ｖ的固定电压，选择７８系列的集成稳压器７８０５．稳压电源电路如图５所示，电源部分分两路，一路直接提供１２Ｖ的直流电源，主要是提供给继电器和蜂鸣器及２００３驱动芯片使用的，另一路通过三端稳压芯片７８０５稳压成５Ｖ直流电源提供给Ａｔｍａｇｅ８单片机使用．

单片机应用系统中，数据通信主要采用的是异步串行通信方式．在设计通信接口时必须根据需要选择标准接口，并考虑电平转换、传输介质等问题．现在已经颁布了很多种串行通信标准总线．如ＲＳ－２３２、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４８５等．ＰＣ机和大多数仪器仪表及数字化设备中均采用的是ＲＳ－２３２串行通信标准总线接口.
３系统软件设计
控制系统硬件部分以单片机为核心，元件不仅要完成袋重的实时检测、显示、电磁铁的关门动作以及计数器的记数等功能，还要完成系统的自动调零、动态调整、人为装卸干扰以及发出报警信号等．为了便于调试和修改，系统软件采用Ｃ语言进行编程，分为主程序和几个子程序模块，这几个模块分别为：数据采集子程序、外部中断子程序、完成超欠量的动态子程序、显示子程序．系统主程序如图６所示．当空载放大器输入值小于１ｋｇ时，将此时的采样值存入ａ单元，否则将１ｋｇ所对应的采样值存入ａ单元作为系统自动调零初值．关闭门限初值设为５０ｋｇ，存放在ｂ单元中，以便与每袋的实测值进行比较，从而确定超欠量调整是否进行．中断初始化后，反复调用显示子程序，实时显示袋重测量值．当Ａ／Ｄ转换器转换１次，就向单片机发出１次中断．在中断服务程序中完成数据采集、运算处理、码制转换以及比较判断、动态调整等．

４结语
定量包装机械总的趋势是提高自动化、生产率、灵活性、技术含量和先进程度．该控制系统设计通过应用ＡＶＲ单片机Ａｔｍａｇｅ８实现水泥生产中的定量包装和水泥包计数，对出现故障进行报警，及控制电磁铁对阀门动作等功能，实现水泥生产线上定量包装和计数主要的功能，这些功能保证了在水泥包装生产中水
泥包重量的准确性以及计数的精确性，另外还为生产过程的机电装置提供必要的保护措施，能够自动识别传感器信号开路或短路故障．在产品开发当中，资金投入相对较少，成本不会很高，并且适合应用于其他各种物料的定量包装生产，比如水泥、尿素、饲料、食盐的定量包装，在市场上具有良好的实用价值，市场很广阔．

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