飲料灌裝機的單片機控制系統的研制

一、 引言：

當今飲料灌裝機分類(lèi)繁多，按規?？煞譃閮深?lèi)，一類(lèi)是大規模的灌裝生產(chǎn)線(xiàn)，這種生產(chǎn)線(xiàn)適合于大型的企業(yè)，投資大，自動(dòng)化程度比較高，控制系統比較復雜；另一類(lèi)是小規模的單機飲料灌裝機，這種單機系統，適合于小型的企業(yè)，投資小，自動(dòng)化程度相對不高，控制系統簡(jiǎn)單。本文結合某飲料灌裝機自控系統的開(kāi)發(fā)詳細介紹飲料灌裝機單片機系統的設計。

二、 灌裝機的工作示意圖及對控制系統的要求：

該灌裝機系統的工作示意圖如圖1。功能要求是，能灌裝50毫升、80毫升、100毫升、120毫升、150毫升、180毫升、200毫升、250毫升、 300毫升、350毫升、500毫升11種規格瓶裝飲料，并應能根據生產(chǎn)的實(shí)際情況在線(xiàn)修改產(chǎn)品規格及相應的延時(shí)時(shí)間，在線(xiàn)顯示日產(chǎn)量、月產(chǎn)量、總產(chǎn)量?？刂屏鞒虨椋洪_(kāi)始電磁閥1、2得電，控制擋桿1、2伸出，延時(shí)0.5秒后，電磁閥2失電，使擋桿2退回，空的飲料瓶通過(guò)傳送帶傳送并計數，計數滿(mǎn)8個(gè)后，擋桿2伸出，延時(shí)0.2-2秒后，電磁閥4得電控制一排8個(gè)噴嘴下移，然后延遲一段時(shí)間(這個(gè)時(shí)間可調)，電磁閥3得電，控制活塞的運動(dòng)，根據開(kāi)始設定的容量開(kāi)始灌裝，通過(guò)紅外光電開(kāi)關(guān)判斷活塞是否達到規定的位置，即飲料瓶是否灌滿(mǎn)，延時(shí)0.1-0.20秒后，電磁閥3失電活塞下移，容器內重新充滿(mǎn)飲料，再延時(shí)0.1-0.25秒后，電磁閥4失電，一排噴嘴上移，然后電磁閥1失電控制擋桿1退回，裝滿(mǎn)飲料的瓶通過(guò)傳送帶傳送，并啟動(dòng)計數，計數滿(mǎn)8個(gè)后，又返回?？刂葡到y除了控制上述的機械運動(dòng)外，且應具有液晶顯示功能來(lái)顯示各種參數及狀態(tài)，可以對容量、延時(shí)時(shí)間及時(shí)鐘進(jìn)行設置。

三、 控制系統的組成：

1、原理框圖

本系統采用PHILIPS89C51單片機。以該單片機為核心的控制電路的原理框圖如圖2所示。為簡(jiǎn)單，系統各接口尋址采用線(xiàn)選擇的片尋址.

2、單片機與各模塊的接口簡(jiǎn)介

(1). 與OCM4*8C液晶顯示模塊的接口

OCM4*8C液晶顯示模塊是128*64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模，可顯示漢字及圖形，內置8192個(gè)中文漢字(16*16點(diǎn)陣)、128個(gè)字符 (8*16點(diǎn)陣)及64*256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM)?？膳cCPU直接接口，提供兩種界面來(lái)連接微處理機：8位并行及串行兩種連接方式。本系統采用8位并行連接方式，其接口如圖3，RS、R/W、E分別為OCM4*8C的數據/命令控制位、讀/寫(xiě)控制位和使能控制，PSB為并行、串行傳輸控制， LEDA、LEDK為背光電源正、負極用P2.4口控制背光的亮滅。

(2). 與時(shí)鐘芯片SD2000C的接口

SD2000C是一種具有內置晶振、支持IIC總線(xiàn)接口的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。內置一次性充電電池，可用5-10年。內置串行NVSRAM為非易失性 SRAM，擦寫(xiě)次數可達100億次。具有：年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的BCD碼輸入/輸出；自動(dòng)日歷到2099年(包括閏年自動(dòng)換算功能)；內置穩壓電路及電源掉電檢測電路；內置電源管理電路，當VDD大于等于3.0V時(shí)，內部電池不耗電；內置16Kbit的串行NVSRAM。由于89C51單片機無(wú) IIC串行總線(xiàn)通信口，本設計利用單片機二位通用I/O口與時(shí)鐘芯片的IIC總線(xiàn)相連，按IIC通信規則，用軟件實(shí)現串行數據的通信，連接方式如圖5。其中SDA、SCL為實(shí)時(shí)時(shí)鐘串行數據總線(xiàn)，SDAE、SCLE為SRAM串行數據總線(xiàn)。

*注：關(guān)于OCM4*8C液晶顯示模塊及時(shí)鐘芯片SD2000C使用方法及編程的詳細情況見(jiàn)參考文獻[3]，[4]。

(3).與鍵盤(pán)接口

本系統設有運行鍵、參數設置鍵、修改命令鍵、參數選擇上拉鍵、下拉鍵、左移鍵、右移鍵、確認鍵，為了減少面板尺寸，采用一鍵多用實(shí)際設置了5個(gè)鍵，鍵的狀態(tài)通過(guò)三態(tài)緩沖器與單片機的數據口P0口相連，采用中斷與查詢(xún)相結合的方式識別鍵的狀態(tài)。5個(gè)鍵的具體使用方法見(jiàn)主程序流程圖，即圖6所示。

(4).與輸入的接口

輸入信號包含三部分，第一部分為容量控制光電檢測信號(11路),第二部分為傳送帶電機及氣壓機運行狀態(tài)監視輸入(2路)，單片機均經(jīng)三態(tài)緩沖器讀入這些信息，第三部分對未灌裝的飲料瓶及已灌滿(mǎn)的飲料瓶，通過(guò)單片機的計數輸入端計數。

(5).與輸出的接口

由前述易知，系統的繼電器輸出有6路，其中4路用來(lái)控制兩個(gè)轉動(dòng)電磁閥和兩個(gè)檔桿電磁閥，另外兩個(gè)控制傳送帶電機和氣壓機運行。

四、 系統的軟件設計

根據系統的工作原理及控制要求，考慮軟件的總體結構設計，正確處理各實(shí)體之間的聯(lián)系，為此軟件采用模塊化的結構設計，自頂向下，逐步細化，利用子程序構成各模塊。整個(gè)軟件系統有良好的可讀性、可修改性，易于調試和維護。因篇幅有限。

五、 結束語(yǔ)

本系統選用8位單片機89C51作為核心控制芯片，具有成本低、體積小、集成度高、可靠性高等特點(diǎn)，是一種較理想的選擇。設計方法上，將軟件工程的思想引用于單片機系統的設計，使系統的信息流向及整體功能設計簡(jiǎn)單明確、清晰。

參考文獻
[1] 張友德，趙志英，涂時(shí)亮 . 單片微型機原理、應用與實(shí)驗（實(shí)驗版）[M] .
上海：復旦大學(xué)出版社，1995
[2] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術(shù)[M] . 北京：清華大學(xué)出版社，1995
[3] 廣東金鵬科技有限公司 . 中文模塊C型液晶圖文顯示器使用說(shuō)明
[4] 深圳威帆科技有限公司 . SD2000C應用電路與程序