自动加料机控制系统技术方案

本发明专利技术自动加料机控制系统是运用单片机AT89S52来实现自动加料控制系统。在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起这愈来愈重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，自动化水平也越来越高。自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律运行。本设置的自动加料机控制系统就是采用自动控制技术来实现功能的，这样就大大提高了工作的效率，整个过程又快又稳。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术自动加料机控制系统是运用单片机AT89S52来实现自动加料控制系统。在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起这愈来愈重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，自动化水平也越来越高。自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律运行。本设置的自动加料机控制系统就是采用自动控制技术来实现功能的，这样就大大提高了工作的效率，整个过程又快又稳。主要技术指标（1）采用AT89S52单片机作为控制器控制步进电机。（2）用数码管进行显示，用按键进行调整。（3）使用反射式红外传感器进行工件计数。（4）可实现步进电机平滑调速、对工件进行计数。（5）分手动和自动两种工作模式。（6）自动状态壳实现定时开关，定量开关。（7）使用L298N电机驱动器对步进电机进行驱动。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止.本设置的由单片机控制的自动加料系统是根据加料工艺要求，其工作原理是：对传送带中的工件进行计数，可以定时启动电机或停止电机。可以设定产量，使其自动停止。可以改变传送带的传动速度以提高生产效率。使用反射式红外传感器对工件进行计数，一对单位时间内生产产量进行计算。用单片机来实现生产中的自动加料，须外接电机驱动器，我的设置采用市场上性能稳定驱动能力强的电机专用驱动芯片L298N，这样充分提高了电机的使用效率。更提高了控制电机的能力，减小误差较，减少软件编程的复杂度.按照系统设置功能的要求，初步确定设置系统由主控模块、传感器模块、存储模块、键盘接口模块、显示模块和电机驱动模块共6个模块组成。1.主控模块：以AT89S52单片机为核心。2.传感器模块：采用反射式传感器JX-359-403W3.存储模块：采用AT24C02。AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含256×8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。4.键盘接口模块：本设置共采用按键6个，分别与单片机的六个I/O管脚相连，功能分别为手动/自动切换、启动/停止、加速、减速、定时启动停止、定产量停止。5.显示模块：显示部分是由6个数码管显示4个一组显示生产数量。两个一组显示定时时间。6.电机驱动模块：使用电机驱动器L298N并使用TP521光电耦合器进行抗干扰隔离。题目来源及课题意义在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起这愈来愈重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，自动化水平也越来越高。自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律运行。本专利技术的自动加料机控制系统就是采用自动控制技术来实现功能的，这样就大大提高了工作的效率，整个过程又快又稳。自动加料机控制系统的工作原理及技术要求本专利技术的由单片机控制的自动加料系统是与料斗式干燥机配套的加料系统。根据加料工艺要求，其工作原理是：先将真空管关闭，启动电机，用低真空气流将塑料树脂粒子送入真空管，电机停转，再将粒子排入料斗，如此循环。在专利技术的控制系统中，可用一个电机控制两个加料生产线，由方向阀切换。两个生产线既可单独运行，也可同时运行。假如两者同时运行，当一生产线输送结束后，判断到另一个生产线排料已经结束，那么，电机不停转而方向阀换向，从而为另一个生产线送料。这样可以发挥控制系统和电机的效率，从而实现供料自动化。控制系统的控制器有单片机89C51和扩展电路组成，单片机控制继电器，继电器控制交流接触器，又由接触器控制电机等执行机构的运动。本控制系统可以根据送料工艺的需要，设置两条生产线的输送、排料、满料、空料等参数值，也可装载系统前次工艺参数值。系统的主要技术参数：（1）用一台电机控制两条生产线（2）要能检测到满料状态，并显示出输送、排料、满料时间（3）时间误差：0.1秒（4）具有抗干扰能力单片机的选择20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：美国Intel公司：MCS—51系列及其增强型系列美国Motorola公司：6801系列和6805系列美国Atmel公司：89C51等单片机美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8美国Fairchild公司：F8系列和3870系列美国Rockwell公司：6500/1系列美国TI（德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000系列NS（美国国家半导体）公司：NS8070系列等等。尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是Intel公司的MCS—51系列单片机和美国Atmel公司的89C51单片机MCS—51系列单片机包括三个基本型8031、8051、87518031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用8051是在8031的基础上，片内集成有4KROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。也不予采用。8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB的小系统。用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。但其价格相对8031较贵。8031外扩一片4KBEPROM的就相当与8751，它的最大优点是价格低。随着大规模集成电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。也不予采用。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序本文档来自技高网...

【技术保护点】
在掉点模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结；退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作；模式      程序存储器      ALE      /PSEN   P0   P1   P2   P3空闲模式        内部         1 1     数据      数据      数据      数据 空闲模式      外部         1 1     浮空      数据      地址      数据 掉电模式      内部         0 0     数据      数据      数据      数据 掉电模式      外部         0 0     浮空      数据      数据      数据  空闲和掉电模式外部引脚状态 程序存储器的加密AT89C51可使用对芯片上的3个加密位LB1、LB2、LB3进行编程（P）或不编程（U）来得到下表所示的功能： 加密位保护功能表                        程序加密位  保护类型       LB1       LB2       LB31     U    U    U    没有程序保护功能2PUU    禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容3     P     P     U    除上表功能外，还禁止程序校验4     P     P     P     除以上功能外，同时禁止外部执行当加密位LB1被编程时，在复位期间，EA端的逻辑电平被采样并锁存，如果单片机上电后一直没有复位，则锁存起的初始值是一个随机数，且这个随机数会一直保存到真正复位为止，为使单片机能正常工作，被锁存的EA电平必须与该引脚当前的逻辑电平一致；此外，加密位只能通过整片擦除的方法清除； Flash闪速存储器的编程AT89C51单片机内部有4K字节的Flash PEROM，这个Flash存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程；编程接口可接收高电压（+12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号；低电压编程模式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用EPROM编程器兼容；AT89C51单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式；用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息；AT89C51的程序存储器列阵采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的PEROM程序存储器写入一个非空字节，必须使用擦除的方式将整个存储器的内容清楚； 编程方法  编程前，先设置好地址，数据及控制信号，编程单元的地址加在P1口和P2口的P2.0—P2.3(11位地址范围为0000H—0FFFH)，数据从P0口输入，引脚P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的电平，PSEN为低电平，RST保持高电平，EA/Vpp引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）；编程时，可采用4—20MHz的时钟振荡器，AT89C51编程方法如下：1.    在地址线上加上要编程单元的地址信号；2.    在数据线上加上要写入的数据字节；3.    激活相应的控制信号；4.    在高电压编程方式时，将/EA/Vpp端加上+12V编程电压；5.    每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲；改变编程单元的地址和写入的数据，重复1—5步骤，直到全部文件编程结束；每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms 数据查询    AT89C51单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，如需读取最后写入的那个字节，则读出的数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高的反码，写周期完成后，有效的数据就会出现在所有输出端上，此时，可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询。...

【技术特征摘要】
1.在掉点模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结；退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作；
模式程序存储器ALE/PSENP0P1P2P3
空闲模式内部11数据数据数据数据
空闲模式外部11浮空数据地址数据
掉电模式内部00数据数据数据数据
掉电模式外部00浮空数据数据数据
空闲和掉电模式外部引脚状态
程序存储器的加密
AT89C51可使用对芯片上的3个加密位LB1、LB2、LB3进行编程（P）或不编程（U）来得到下表所示的功能：
加密位保护功能表
程序加密位保护类型
LB1LB2LB3
1UUU没有程序保护功能
2
P
U
U禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容
3PPU除上表功能外，还禁止程序校验
4PPP除以上功能外，同时禁止外部执行
当加密位LB1被编程时，在复位期间，EA端的逻辑电平被采样并锁存，如果单片机上电后一直没有复位，则锁存起的初始值是一个随机数，且这个随机数会一直保存到真正复位为止，为使单片机能正常工作，被锁存的EA电平必须与该引脚当前的逻辑电平一致；此外，加密位只能通过整片擦除的方法清除；
Flash闪速存储器的编程
AT89C51单片机内部有4K字节的FlashPEROM，这个Flash存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程；编程接口可接收高电压（+12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号；低电压编程模式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用EPROM编程器兼容；
AT89C51单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式；用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息；AT89C51的程序存储器列阵采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的PEROM程序存储器写入一个非空字节，必须使用擦除的方式将整个存储器的内容清楚；
编程方法
编程前，先设置好地址，数据及控制信号，编程单元的地址加在P1口和P2口的P2.0—P2.3(11位地址范围为0000H—0FFFH)，数据从P0口输入，引脚P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的电平，PSEN为低电平，RST保持高电平，EA/Vpp引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）；编程时，可采用4—20MHz的时钟振荡器，AT89C51编程方法如下：
1.在地址线上加上要编程单元的地址信号；
2.在数据线上加上要写入的数据字节；
3.激活相应的控制信号；
4.在高电压编程方式时，将/EA/Vpp端加上+12V编程电压；
5.每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲；
改变编程单元的地址和写入的数据，重复1—5步骤，直到全部文件编程结束；
每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms
数据查询
AT89C51单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，如需读取最后写入的那个字节，则读出的数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高的反码，写周期完成后，有效的数据就会出现在所有输出端上，此时，可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询。
2.Ready/Busy：字节编程的进度可通过RDY/BSY输出信号监测，编程期间，ALE变成高电平“H”后P3.4端电平被拉低，表示正在编程状态；编程完成后；P3.4变为高电平表示准备就绪状态；
程序校验及芯片擦除
如果加密位LB1、LB2没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据；采用下发明电路；程序存储器的地址由P1和P2口的P2.0-P2.3输入，数据有P0口读出，P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的控制信号保持低电平，ALE、和RST保持高电平；校验时P0口须接上10K左右的上拉电阻；
加密位不可直接校验，加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证；
利用控制信号的正确组合并保持ALE/引脚10ms的低电平脉冲宽度即可将PEROM阵列（4k字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需再编程之前进行；
读片内签名字节及编程接口
AT89C51单片机内有3个签名字节，地址为030H、031H和032H；用于声明该器件的厂商、型号和编程电压；读签名字节的过程和单元030H、031H和032H的正常校验相仿，只需将P3.6、P3.7保持低电平，返回值意义如下：
（030H）=1EH声明产品由ATMEL公式制造；
（031H）=51H声明为AT89C51单片机；
（032H）=FFH声明为12V编程电压；
（032H）=05H声明为5V编程电压；
编程接口：采用控制信号的正确组合可对Flash闪速存储阵裂中的每一代码字节进行写入和存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后它将自动定时到操作完成；
AT89C51的极限参数：
极限参数：工作温度………………-55℃to+125℃
储藏温度………………-65℃to+150℃
任一引脚对地电压………-1.0Vto+7.0V
最高工作电压………………………6.6V
直流输出电流……………………15.0mA
显示电路
在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择；LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行；LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件，其中七只发光二极管分别对应a～g笔端构成“日”字形，另一只发光二极管Dp作为小数点；因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。
3.LED数码管按电路中的连接方式可分为共阴型和共阳型两大类，共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，a～g、Dp各笔段通过限流电阻接控制端；某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光；控制某几段笔端发光，就能显示出某个数码或字符；共阴型是将各段发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光；
在自动加料机控制系统中运行是要显示输送、排料、满料、空料时间，有时间切换键和标志哪条生产线的发光二极管表示，显示的位数少，所以就采用静态显示的方式；LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段选线（a~dp）分别与一个8位的锁存器输出相连；所以称为静态显示；各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止；也正因此如此，静态显示器的亮度都较高；这种显示方式接口编程容易；若用I/O接口，则要占用4个8位I/O口，若用锁存器接口，则要用4片74LS373芯片；如果显示器位数增多，则静态显示方式便无法适应；
在发明中，LED显示电路采用74LS377驱动器和MC14511B译码器控制LED数码管；
74LS377芯片介绍
.D0～D7：8个信号输入端；
.Q0～Q7：8个信号输出端；
.CLK：时钟信号输入端；
.：锁存允许信号；当=0时，CLK端的上跳变将把8位D输入端的数据打入8位锁存器；
74LS377真值表
CLKDQ
1XXQ0
0↑11
0↑00
X0XQ0
MC14511B芯片介绍
.A～D：四个信号输入端；
.a～g：七个信号输出端；
.LT、BI：接地；
.LE：接电源；
LED接口电路
LED显示电路采用74LS377驱动器和MC14511B译码器控制LED数码管；两个LED显示一条生产线一个工作过程的秒数；两片MC14511B把P0口的高四位和低四位译码成十进制控制LED显示；
继电器控制电路
在电气控制领域或产品中，凡是需要逻辑控制的场合，几乎都需要使用继电器，从家用电器到工农业应用，甚至国民经济各个部门，可谓无所不见；继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力（有触头式）或使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件；根据转化的物理量的不同，可以构成各种各样的不同功能的继电器，以用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，从而控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的；被转化或施加于继电器的电量或非电量称为继电器的激励量，当继电器被激励，从一个起始位置达到预定的工作位置，并完成电路的切换动作，称为继电器的工作特性，包括吸合；不吸合，保持与释放状态；当输入量变化到高于它的吸合值或低于它的释放值时，继电器动作，对于有触头式继电器其触头闭合或断开，对于无触头式继电器起输出发生阶跃变化，以此提供一定的逻辑变量；
自动加料机是把塑料粒子送到一个真空管，在输送时真空管关闭合，排料时真空管需要打开，将粒子送到排料漏斗；本发明共需2个继电器控制交流接触器，一个接带动生产的电动机；另一个为控制工作方向的方向阀；经考虑采用4123无极12V直流控制24V的交流继电器，并利用光耦合器件P521和MCU隔开；89C51的P1初始值为0FFH，所以加一个74LS04反相器使得继电器初始不产生闭合，使用MC1413为无源驱动器，IN4007组成继电器的续流二极管；
键盘及显示电路
键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干扰单片机的主要手段；本发明采用8255A为I/O扩展。
4.键盘接口
非编码键盘与单片机的接口单片机系统所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种；
编码键盘本身除了按键之外，还包括产生键码的硬件电路，只要按下某一个键，就能产生这个键的代码，一般称为键码，同时，还能产生一个脉冲信号，以通知CPU接收（输入）键码；这种键盘的使用比较方便，亦不需要编写很多程序，但使用的硬件较复杂，在微型计算机控制系统中使用还不多；
非编码键盘是由一些按键排列成的一个行列矩阵；按键的作用，只是简单地实现接点的接通和断开，但必须有一套相应的程序与之配合，才能产生出相应的键码；非编码键盘几乎不需要附加什么硬件电路，目前，在微型计算机控制系统中使用比较普遍；
使用非编码键需要用软件来解决按键的识别，防止抖动以及键码的产生等工作；
设有一个6行×5列的非编码键盘，其中有16个为数字键0～F，其余的为控制键，用以发布各种控制命令；键盘的行线接8155C口的六条线PC5～PC0，键盘的列线则接8155B口的5条线；在没有任何键按下时，所有键盘列线上的信号都是高电平；当有按键按下时，就会出现键的识别、防止抖动以及确定键码等一系列问题；
按键识别有各种方法，此系统只“行扫描”法：
（1）确定是否有按键按下；CPU通过并行口输出000000到键盘的行线，然后检测键盘的列线信号；若没有键按下，则为11111；若有任一个按键按下，则有某一条列线为0，也就是当PB4～PB0不为11111时，就表示有键按下；
（2）通过“行扫描”确定已按键的行、列位置；所谓行扫描就是依次给每条行线输入0信号，而其余各行都输入1，并检测每次扫描时所对应的列信号；在发明2中就是在C口先输出111110（PC5～PC0），然后是111101，直到最后是011111，并检测每次所对应的B口输入；
只有在某行上有键按下时，在这一行上输入0（其他行为1），在列输出上才能检测到0信号；若是输入为0的这一行上没有按键按下，则收到的列信号仍然全是1；因此，只要记下列信号不全为1时的C口输出及B口输入，就能确定以按键的位置；设发明2中处于第3行第1列的键已按下，则必须是行输出信号为110111，检测到的列信号为11101；对应于其他的行信号，列信号都是11111；这样，通过行扫描，就可以确定按键的行、列坐标；
（3）确定是否有多键同时按下；有时一次按下的键不止一个，这在一般情况下是由于误操作引起的，是不应该出现的通常称为窜键；出现这种情况时，就可能有不止一次会得到列信号不为全1，这时就不容易判断哪个键是真正需要按下的；为了处理这种情况可采取两种办法：一是行扫描一定是扫到最后一行才结束，而不是检测到列信号不为全1时就结束，以便发现窜键；二是如果出现了窜键，最简单的处理办法就是这次行扫描不算，再来一遍，即以最后放开的那个键为准；实际上，由于扫描的...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝金娥，
申请(专利权)人：上海汇轶环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31