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隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,單片機(jī)的發(fā)展正迅速滲透各行各業(yè),其迅猛和普及之勢是許多人始料不及的.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.又隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大和相關(guān)工藝的復(fù)雜性,使得自動化和先進(jìn)控制方法成為必不可少.現(xiàn)在由于計算機(jī)的微型化、網(wǎng)絡(luò)化、性能價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)在任何的場合,如實時控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信息處理等等.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.本文所研制的自動加料機(jī)主要應(yīng)用于染發(fā)行業(yè),染坊的工藝流程如下:首先制作假發(fā),然后根據(jù)顧客的需要將假發(fā)染成各種顏色,最后出售.自動加料機(jī)完成的功能是將制成的假發(fā)染成各種顏色.這里染發(fā)所需要的原材料主要是雙氧水和氨水,加料機(jī)負(fù)責(zé)對這兩種原料的添加.它可以根據(jù)待染發(fā)的底色和目標(biāo)色,以及待染發(fā)的重量確定所需要的原材料(雙氧水,氨水)的多少.由于加料機(jī)有好多臺,為了實現(xiàn)對其監(jiān)控和管理,在這里設(shè)上位計算機(jī)是必需的,另外上位機(jī)還可實現(xiàn)對整個加料過程的實時監(jiān)控,對雙氧水、氨水儲罐的液位進(jìn)行監(jiān)控,實時顯示出當(dāng)前儲料罐中剩余原料的量,當(dāng)儲料量減少到一定程時,可發(fā)出報警信號、實施報警提示和報警管理以及對歷史數(shù)據(jù)的記錄、統(tǒng)計、顯示和管理.自動加料系統(tǒng)可以對整個加料過程了如指掌,還可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄.這樣不僅提高了工作效率而且提高了整個系統(tǒng)的可靠性和實用性.該系統(tǒng)的移植性很強(qiáng),可以直接應(yīng)用于紡織、印染等行業(yè),另外對系統(tǒng)稍加改進(jìn)還可以應(yīng)用于加油站使用.
1　自動加料系統(tǒng)設(shè)計思想
這里主要介紹計量主板的設(shè)計思想.每次加料(雙氧水,氨水)時,系統(tǒng)開機(jī)時間保存在存儲器6264中,系統(tǒng)時間的設(shè)置和修改可以通過對DS1302的讀寫來實現(xiàn).為了得到芯片的片選信號,時鐘信號以及對電機(jī),閥門1,閥門2等的控制,由于單片機(jī)自帶的I/O端口不夠用,故需要擴(kuò)展I/O口,這里采用了兩個8D的鎖存器74HC574和一個緩沖器74LS245來實現(xiàn).每次加料開始,主系統(tǒng)都要和鍵盤系統(tǒng)及液晶驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行握手.握手的目的有兩個:第一,通知鍵盤板和液晶驅(qū)動控制系統(tǒng)計量板準(zhǔn)備好;第二,等待它們返回一些必要的控制信號,比如兩個8D的鎖存器74HC574和一個緩沖器74LS245的片選信號都是由液晶驅(qū)動控制器來產(chǎn)生的,然后對數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀/寫和對加料泵PUMP,大小閥門FAT1,FAT2的控制.加料開始時,首先必須選擇加料方式,加料方式有三種: 定量加料;º補(bǔ)充加料;計算加料.不管選擇的是何種方式,最終都必須得知加料量的多少,然后根據(jù)預(yù)先計算出來的每個脈沖所代表的流量,把加料量轉(zhuǎn)換為脈沖的個數(shù).開啟電磁閥、電機(jī),加料開始.加料開始后,所加料通過脈沖流量計輸出脈沖,然后將脈沖輸入計數(shù)器,計數(shù)器開始做減1計數(shù),當(dāng)減為零的時候加料過程結(jié)束.在加料期間可以實時動態(tài)的顯示當(dāng)前的加料量.加料完成后,要對該次加料記錄作保存,以便上位機(jī)對加料的歷史紀(jì)錄進(jìn)行查詢和管理.記錄在寫入時首先寫入存儲器AT45D041的緩沖區(qū)BUFFER1,等寫滿一頁(存夠20條記錄)時再存入AT45D041的主存儲頁.PC機(jī)讀記錄的過程是這樣的:先查詢未讀記錄數(shù),如果為零停止讀記錄,若不為零則發(fā)一條讀命令,當(dāng)計量板接到該命令后,將AT45D041中由存儲在X24C450A中的頁的內(nèi)容讀到AT45D041的BUFFER2中,并從BUFFER2中讀出連續(xù)13單元的數(shù)據(jù),送到CPU內(nèi)存中(待定),再發(fā)給PC機(jī).
2　硬件設(shè)計
該系統(tǒng)主要由兩部分組成,第一部分是計量板系統(tǒng),主要用來控制加料過程、控制與上位PC機(jī)的通信、控制與鍵盤板系統(tǒng)的通信以及控制加料泵、電機(jī)、電磁閥等硬件的工作.第二部分是鍵盤板系統(tǒng),它主要用來控制參數(shù)的錄入和修改,并且在鍵盤板的液晶顯示器上可以顯示錄入的從系統(tǒng)框圖可以看出,主控制器采用的是目前流行的使用比較穩(wěn)定的MCS-51系列單片機(jī),鍵盤主要用來負(fù)責(zé)參數(shù)的錄入,液晶顯示用直觀的人機(jī)通訊、對加料過程實施監(jiān)控并進(jìn)行動態(tài)的顯示,這里用的是T6963c液晶塊.實時時鐘用來提供當(dāng)前的時間,時間格式由年、月、日、時、分、秒字段組成,時鐘用DS1302來實現(xiàn),通過對DS1302的寫入可以對時間進(jìn)行設(shè)定和修改,通過對DS1302的讀出可以得到當(dāng)前的具體時間.加料泵,電磁閥,流量計選擇的都是不銹鋼,耐腐蝕材料.電磁閥有閥門1和閥門2,每次加料先開小閥門1,后開大閥門2,當(dāng)加料量小于0,05L時,只開小閥門。
1,不開大閥門2.流量計通過輸出脈沖來測試流量.上位計算機(jī)主要用來對加料缸的液位進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)液位低于規(guī)定值時,可以自動報警,還可以通過上傳加料記錄來對歷史加料記錄進(jìn)行保存和管理.通訊塊使用的是MAX485,單片機(jī)通過串行通信與上位計算機(jī)傳遞信息.
2.自動加料系統(tǒng)原理
自動加料機(jī)計量板的主控制器采用某公司的單片機(jī)芯片AT89C55,它是8位單片機(jī),內(nèi)部帶有20kB的FLASHROM,256B的數(shù)據(jù)存儲RAM,4個8位的I/O口、3個16位的定時器/計數(shù)器、6個外中斷源、一個全雙工的串行通訊口.外部可以擴(kuò)展64kB的程序存儲器和64kB的數(shù)據(jù)存儲器.它主要用來與DS1302,X24C45,AT45D041,74HC574傳遞數(shù)據(jù)信息,掉電輸入,流量計的脈沖輸入等.時鐘芯片采用的是DS1302;液晶驅(qū)動控制器使用了一塊AT89C51來實現(xiàn)其功能,AT89C51并非用來擴(kuò)展I/O口,而是用來控制液晶顯示器的顯示,用來產(chǎn)生一些顯示所需的控制和數(shù)據(jù)信息,另外它還用來產(chǎn)生74LS245,74HC574A,74HC574B的片選信號.因為存儲容量大,需要的口線多,若采用并行存儲器雖然速度快,但因地址線位數(shù)太長,主控制器AT89C55的端口不夠用,所以在這里存儲器采用的串行存儲器X24C45和AT45D041,串行存儲器雖然速度比并行存儲器慢,但在此也足以滿足要求[4].X24C45用來存放主存儲器AT45D041的使用情況.主存儲器AT45D041用來保存加料的記錄,每條加油記錄由年、月、日、時、分、加料量、發(fā)重量、班組號字段組成,共占13個字節(jié).AT45D041有2047頁,每頁264個字節(jié)可存20條記錄,共可以存儲40940條記錄.
3　軟件設(shè)計
該系統(tǒng)的軟件主要完成三部分的功能:¹加料過程的控制和處理.º與鍵盤板的通訊.»與上位PC機(jī)的通訊.加料過程的控制和處理主要實現(xiàn)在第一次上電時對系統(tǒng)芯片DS1302,X24C45,AT45D041的初始化設(shè)置;而在不是第一次上電時,對系統(tǒng)進(jìn)行檢查,將系統(tǒng)復(fù)位到無錯誤的狀態(tài).對電源掉電檢測、電源缺相檢測、電機(jī)缺相檢測;檢查有無脈沖發(fā)生器.若在檢測過程中其中任有一項出錯,則看門狗電路進(jìn)行復(fù)位,清除加料記錄,并告知鍵盤系統(tǒng)和液晶驅(qū)動控制系統(tǒng)加料結(jié)束.在各項檢測都無誤的情況下開啟加料泵、電磁閥門.讀取DS1302的值并保存,因為在加料結(jié)束時需對加料明細(xì)進(jìn)行保存,然后對流量計的脈沖進(jìn)行檢測,若來一個脈沖標(biāo)志,則計算體積和加料量四舍五入.判斷加料量是否超出0.05L.當(dāng)一次加料量小于0.05L時,不做記錄,然后開始加料.在加料過程中隨時檢查加料量是否達(dá)到設(shè)定值,當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時,關(guān)閉電機(jī)、閥門1、閥門2,加料結(jié)束,并無條件向液晶驅(qū)動控制系統(tǒng)和鍵盤系統(tǒng)發(fā)加料結(jié)束命令.保存本次加料記錄,包括加料時間,加料種類,加料體積,發(fā)重量和班組號.然后清空結(jié)果,為下次零加料做準(zhǔn)備.與鍵盤板的通訊,首先由計量板向鍵盤板發(fā)命令碼,鍵盤板接收正確置A=0,接收錯誤置A=1,校驗錯誤置A=2.接收正確時,通過判斷命令碼來執(zhí)行具體的操作,可以實現(xiàn)以下功能:與計量板握手;加料開始,結(jié)束;加料明細(xì)查詢,查詢加料的時間、種類、槍號、發(fā)重量、體積、班組號;查詢加料總累計:包括班累計、體積總累計、發(fā)重量總累計、流水號總累計等;¼其它查詢還可以有:查詢時間、參數(shù)查詢、查詢?nèi)罩尽⒉樵冊吕?½硬件操作包括:泵操作、閥1操作、閥2操作;¾編程日期:編程系統(tǒng)時間、編程稅控時間;¿編程單價;À編程機(jī)閥量:機(jī)器號、提前量; 編程密碼、屏保等.與上位PC機(jī)的通訊,通信方式設(shè)定方式3;數(shù)據(jù)包:地址命令幀(1個字節(jié)),長度幀N(1個字節(jié)),數(shù)據(jù)1?數(shù)據(jù)N,校驗字節(jié).接收過程:接收到的數(shù)據(jù)存放在80H開始的單元中,當(dāng)接受到一個完整的數(shù)據(jù)包后設(shè)置RXDEND為1(其中80H存放的是地址命令幀),當(dāng)處理完成后回送PC處理結(jié)果.幀格式:地址命令幀:高4位為地址(D7-D4),低4位為命令(D3-D0),D8位為1,數(shù)據(jù)幀:D7-D0為數(shù)據(jù),D8為0.加料機(jī)從不主動與PC機(jī)聯(lián)系,只有PC機(jī)對各加料機(jī)進(jìn)行點名,數(shù)據(jù)格式為:一位起始位0,9位數(shù)據(jù)位,一位停止位.可以實現(xiàn)如下功能:查詢未讀記錄數(shù)、讀取新記錄、修改當(dāng)量、讀取當(dāng)量、設(shè)定時間、設(shè)置加料種類:00H氨水、01H雙氧水,存放在X24C45的00L、設(shè)置機(jī)閥值、查詢加料量總累計、查詢發(fā)重量總累計、下傳停止加料命令、下傳恢復(fù)加料命令、刷新系統(tǒng)、查詢加料機(jī)泵碼、查詢加料機(jī)當(dāng)前加料、暫停加料、恢復(fù)加料、PC機(jī)修改系統(tǒng)時間.
自動加料系統(tǒng)設(shè)計：
4　自動加料機(jī)的基本工作流程
4.1　開機(jī)自檢
1)開機(jī)時間保存在6264的存儲單元中;
2)芯片的初始化(DS1302,X24C45,AT45D041,T6963C).
4.2　從鍵盤上進(jìn)行加料方式選擇
1)定量加料;
2)補(bǔ)充加料;
3)計算加料.
4.3　當(dāng)選擇加料方式后,進(jìn)行參數(shù)錄入
定量加料參數(shù)錄入:班組號,發(fā)重量,加料量;
計算加料參數(shù)錄入:班組號,色號,發(fā)重量,加料量(由計算得到);
補(bǔ)充加料參數(shù)錄入:班組號,加料量.
當(dāng)加料方式錄入完成后,按“啟/停”鍵,啟動泵開始工作,同時打開電磁閥,但不出料,當(dāng)加料槍把
手壓下后開始加料.當(dāng)加料完成后,停泵,關(guān)電磁閥,返回方式選擇界面.
4.4　按菜單鍵可實施系統(tǒng)功能(加料過程不可進(jìn)入菜單)
4.4.1　系統(tǒng)查詢
1)查詢工作累計.(發(fā)重量總累計、加料量總累計、加料次數(shù)累計)鍵盤板分三次查詢從計量板讀回
數(shù)據(jù),進(jìn)行顯示.
2)查詢加料明細(xì).可輸入查詢到計數(shù)值,然后按“上”,
“下”鍵進(jìn)行查詢,當(dāng)計數(shù)值大于次數(shù)累計值
時或等于零時顯示“無次記錄”.3)查詢當(dāng)前時間.顯示當(dāng)前時間,時間信息保存在DS1302中,讀DS1302的值顯示即可.
4)查詢系統(tǒng)參數(shù)(顯示機(jī)器號、脈沖當(dāng)量、加料種類).
4.4.2　系統(tǒng)設(shè)置
1)時間設(shè)置.通過寫入DS1302的值,可以修改當(dāng)前時間,每次修改之后都必須讀一次DS1302的
值,以后讀去時間的時候才能正確地讀出.
2)屏保設(shè)置.通過定時器0中斷,根據(jù)TYPETIME0變化實現(xiàn):通訊定時30Ms;屏保時間記時;
屏保時間切換,用COUNT-TIMER0和COUNT-TIMER1.屏保只有調(diào)用:¹按鍵盤, 掉電,摘槍才退出.
3)系統(tǒng)自檢.AT45D041芯片錯誤檢查、時間芯片DS1302錯誤檢查、電機(jī)電路錯誤檢查、存儲器
不一致檢查等.
4.4.3　系統(tǒng)測試
1)加料泵測試.調(diào)試加料泵的開/關(guān),加料量的誤差精度.
2)電磁閥門的測試.大小閥門的測試,包括閥門的開/關(guān)測試、大小閥門有無提前量的測試、小于0.05L的時候加料量的測試.
3)液晶測試.T6963C的初始化設(shè)置一般都由管腳設(shè)置完成,其指令系統(tǒng)集中于顯示功能的設(shè)置上.T6963C的指令可帶一個或兩個參數(shù),或無參數(shù).每條指令的執(zhí)行都是先送入?yún)?shù)(如果有的話),再送入指令代碼.每次操作之前最好進(jìn)行狀態(tài)字檢測,狀態(tài)位反映T6963C內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài).由于狀態(tài)位作用不一樣,執(zhí)行不同的指令必須檢測不同的狀態(tài)位.
5　結(jié)　論
該系統(tǒng)專門針對染發(fā)行業(yè)研制,通過對該系統(tǒng)軟件、硬件的反復(fù)測試,測試結(jié)果證明,該自動加料機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計方案是成功的.采用MCS-51系列單片機(jī)設(shè)計該系統(tǒng),成本低廉,性價比高,另外該系統(tǒng)還具有操作簡便,維護(hù)量小的優(yōu)點.不僅克服了以前由于手工作業(yè)存在的精度不高,原料浪費的缺點,而且還減少了工人的勞動量,提高了工人的勞動效率,為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的利潤.

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