隨著現代工業與科學技術的飛速發展,單片機的發展正迅速滲透各行各業,其迅猛和普及之勢是許多人始料不及的.單片機解放了人類的智力,提高了人類的能力和工作效率.又隨著現代工業生產規模的日益擴大和相關工藝的複雜性,使得自動化和先進控製方法成為必不可少.現在由於計算機的微型化、網絡化、性能價格比的上升和軟件的功能日益強大,單片機控製係統不再是一種昂貴的係統,它幾乎可以出現在任何的場合,如實時控製、監控、數據采集、信息處理等等.所以單片機在工業領域正成為不可缺少和不可替代的強有力的控製工具.本文所研製的自動加料機主要應用於染發行業,染坊的工藝流程如下:首先製作假發,然後根據顧客的需要將假發染成各種顏色,最後出售.自動加料機完成的功能是將製成的假發染成各種顏色.這裏染發所需要的原材料主要是雙氧水和氨水,加料機負責對這兩種原料的添加.它可以根據待染發的底色和目標色,以及待染發的重量確定所需要的原材料(雙氧水,氨水)的多少.由於加料機有好多台,為了實現對其監控和管理,在這裏設上位計算機是必需的,另外上位機還可實現對整個加料過程的實時監控,對雙氧水、氨水儲罐的液位進行監控,實時顯示出當前儲料罐中剩餘原料的量,當儲料量減少到一定程時,可發出報警信號、實施報警提示和報警管理以及對曆史數據的記錄、統計、顯示和管理.自動加料係統可以對整個加料過程了如指掌,還可對曆史數據進行準確記錄.這樣不僅提高了工作效率而且提高了整個係統的可靠性和實用性.該係統的移植性很強,可以直接應用於紡織、印染等行業,另外對係統稍加改進還可以應用於加油站使用.
1　自動加料係統設計思想
這裏主要介紹計量主板的設計思想.每次加料(雙氧水,氨水)時,係統開機時間保存在存儲器6264中,係統時間的設置和修改可以通過對DS1302的讀寫來實現.為了得到芯片的片選信號,時鍾信號以及對電機,閥門1,閥門2等的控製,由於單片機自帶的I/O端口不夠用,故需要擴展I/O口,這裏采用了兩個8D的鎖存器74HC574和一個緩衝器74LS245來實現.每次加料開始,主係統都要和鍵盤係統及液晶驅動控製係統進行握手.握手的目的有兩個:第一,通知鍵盤板和液晶驅動控製係統計量板準備好;第二,等待它們返回一些必要的控製信號,比如兩個8D的鎖存器74HC574和一個緩衝器74LS245的片選信號都是由液晶驅動控製器來產生的,然後對數據存儲器進行讀/寫和對加料泵PUMP,大小閥門FAT1,FAT2的控製.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,然後根據預先計算出來的每個脈衝所代表的K8凯发登录入口,把加料量轉換為脈衝的個數.開啟電磁閥、電機,加料開始.加料開始後,所加料通過脈衝K8凯发登录入口計輸出脈衝,然後將脈衝輸入計數器,計數器開始做減1計數,當減為零的時候加料過程結束.在加料期間可以實時動態的顯示當前的加料量.加料完成後,要對該次加料記錄作保存,以便上位機對加料的曆史紀錄進行查詢和管理.記錄在寫入時首先寫入存儲器AT45D041的緩衝區BUFFER1,等寫滿一頁(存夠20條記錄)時再存入AT45D041的主存儲頁.PC機讀記錄的過程是這樣的:先查詢未讀記錄數,如果為零停止讀記錄,若不為零則發一條讀命令,當計量板接到該命令後,將AT45D041中由存儲在X24C450A中的頁的內容讀到AT45D041的BUFFER2中,並從BUFFER2中讀出連續13單元的數據,送到CPU內存中(待定),再發給PC機.
2　硬件設計
該係統主要由兩部分組成,第一部分是計量板係統,主要用來控製加料過程、控製與上位PC機的通信、控製與鍵盤板係統的通信以及控製加料泵、電機、電磁閥等硬件的工作.第二部分是鍵盤板係統,它主要用來控製參數的錄入和修改,並且在鍵盤板的液晶顯示器上可以顯示錄入的從係統框圖可以看出,主控製器采用的是目前流行的使用比較穩定的MCS-51係列單片機,鍵盤主要用來負責參數的錄入,液晶顯示用直觀的人機通訊、對加料過程實施監控並進行動態的顯示,這裏用的是T6963c液晶塊.實時時鍾用來提供當前的時間,時間格式由年、月、日、時、分、秒字段組成,時鍾用DS1302來實現,通過對DS1302的寫入可以對時間進行設定和修改,通過對DS1302的讀出可以得到當前的具體時間.加料泵,電磁閥,K8凯发登录入口計選擇的都是不鏽鋼,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,後開大閥門2,當加料量小於0,05L時,隻開小閥門。
1,不開大閥門2.K8凯发登录入口計通過輸出脈衝來測試K8凯发登录入口.上位計算機主要用來對加料缸的液位進行監控,當液位低於規定值時,可以自動報警,還可以通過上傳加料記錄來對曆史加料記錄進行保存和管理.通訊塊使用的是MAX485,單片機通過串行通信與上位計算機傳遞信息.
2.自動加料係統原理
自動加料機計量板的主控製器采用某公司的單片機芯片AT89C55,它是8位單片機,內部帶有20kB的FLASHROM,256B的數據存儲RAM,4個8位的I/O口、3個16位的定時器/計數器、6個外中斷源、一個全雙工的串行通訊口.外部可以擴展64kB的程序存儲器和64kB的數據存儲器.它主要用來與DS1302,X24C45,AT45D041,74HC574傳遞數據信息,掉電輸入,K8凯发登录入口計的脈衝輸入等.時鍾芯片采用的是DS1302;液晶驅動控製器使用了一塊AT89C51來實現其功能,AT89C51並非用來擴展I/O口,而是用來控製液晶顯示器的顯示,用來產生一些顯示所需的控製和數據信息,另外它還用來產生74LS245,74HC574A,74HC574B的片選信號.因為存儲容量大,需要的口線多,若采用並行存儲器雖然速度快,但因地址線位數太長,主控製器AT89C55的端口不夠用,所以在這裏存儲器采用的串行存儲器X24C45和AT45D041,串行存儲器雖然速度比並行存儲器慢,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、發重量、班組號字段組成,共占13個字節.AT45D041有2047頁,每頁264個字節可存20條記錄,共可以存儲40940條記錄.
3　軟件設計
該係統的軟件主要完成三部分的功能:¹加料過程的控製和處理.º與鍵盤板的通訊.»與上位PC機的通訊.加料過程的控製和處理主要實現在第一次上電時對係統芯片DS1302,X24C45,AT45D041的初始化設置;而在不是第一次上電時,對係統進行檢查,將係統複位到無錯誤的狀態.對電源掉電檢測、電源缺相檢測、電機缺相檢測;檢查有無脈衝發生器.若在檢測過程中其中任有一項出錯,則看門狗電路進行複位,清除加料記錄,並告知鍵盤係統和液晶驅動控製係統加料結束.在各項檢測都無誤的情況下開啟加料泵、電磁閥門.讀取DS1302的值並保存,因為在加料結束時需對加料明細進行保存,然後對K8凯发登录入口計的脈衝進行檢測,若來一個脈衝標誌,則計算體積和加料量四舍五入.判斷加料量是否超出0.05L.當一次加料量小於0.05L時,不做記錄,然後開始加料.在加料過程中隨時檢查加料量是否達到設定值,當達到設定值時,關閉電機、閥門1、閥門2,加料結束,並無條件向液晶驅動控製係統和鍵盤係統發加料結束命令.保存本次加料記錄,包括加料時間,加料種類,加料體積,發重量和班組號.然後清空結果,為下次零加料做準備.與鍵盤板的通訊,首先由計量板向鍵盤板發命令碼,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行具體的操作,可以實現以下功能:與計量板握手;加料開始,結束;加料明細查詢,查詢加料的時間、種類、槍號、發重量、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、參數查詢、查詢日誌、查詢月累;½硬件操作包括:泵操作、閥1操作、閥2操作;¾編程日期:編程係統時間、編程稅控時間;¿編程單價;À編程機閥量:機器號、提前量; 編程密碼、屏保等.與上位PC機的通訊,通信方式設定方式3;數據包:地址命令幀(1個字節),長度幀N(1個字節),數據1⋯數據N,校驗字節.接收過程:接收到的數據存放在80H開始的單元中,當接受到一個完整的數據包後設置RXDEND為1(其中80H存放的是地址命令幀),當處理完成後回送PC處理結果.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,數據幀:D7-D0為數據,D8為0.加料機從不主動與PC機聯係,隻有PC機對各加料機進行點名,數據格式為:一位起始位0,9位數據位,一位停止位.可以實現如下功能:查詢未讀記錄數、讀取新記錄、修改當量、讀取當量、設定時間、設置加料種類:00H氨水、01H雙氧水,存放在X24C45的00L、設置機閥值、查詢加料量總累計、查詢發重量總累計、下傳停止加料命令、下傳恢複加料命令、刷新係統、查詢加料機泵碼、查詢加料機當前加料、暫停加料、恢複加料、PC機修改係統時間.
自動加料係統設計：
4　自動加料機的基本工作流程
4.1　開機自檢
1)開機時間保存在6264的存儲單元中;
2)芯片的初始化(DS1302,X24C45,AT45D041,T6963C).
4.2　從鍵盤上進行加料方式選擇
1)定量加料;
2)補充加料;
3)計算加料.
4.3　當選擇加料方式後,進行參數錄入
定量加料參數錄入:班組號,發重量,加料量;
計算加料參數錄入:班組號,色號,發重量,加料量(由計算得到);
補充加料參數錄入:班組號,加料量.
當加料方式錄入完成後,按“啟/停”鍵,啟動泵開始工作,同時打開電磁閥,但不出料,當加料槍把
手壓下後開始加料.當加料完成後,停泵,關電磁閥,返回方式選擇界麵.
4.4　按菜單鍵可實施係統功能(加料過程不可進入菜單)
4.4.1　係統查詢
1)查詢工作累計.(發重量總累計、加料量總累計、加料次數累計)鍵盤板分三次查詢從計量板讀回
數據,進行顯示.
2)查詢加料明細.可輸入查詢到計數值,然後按“上”,
“下”鍵進行查詢,當計數值大於次數累計值
時或等於零時顯示“無次記錄”.3)查詢當前時間.顯示當前時間,時間信息保存在DS1302中,讀DS1302的值顯示即可.
4)查詢係統參數(顯示機器號、脈衝當量、加料種類).
4.4.2　係統設置
1)時間設置.通過寫入DS1302的值,可以修改當前時間,每次修改之後都必須讀一次DS1302的
值,以後讀去時間的時候才能正確地讀出.
2)屏保設置.通過定時器0中斷,根據TYPETIME0變化實現:通訊定時30Ms;屏保時間記時;
屏保時間切換,用COUNT-TIMER0和COUNT-TIMER1.屏保隻有調用:¹按鍵盤, 掉電,摘槍才退出.
3)係統自檢.AT45D041芯片錯誤檢查、時間芯片DS1302錯誤檢查、電機電路錯誤檢查、存儲器
不一致檢查等.
4.4.3　係統測試
1)加料泵測試.調試加料泵的開/關,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/關測試、大小閥門有無提前量的測試、小於0.05L的時候加料量的測試.
3)液晶測試.T6963C的初始化設置一般都由管腳設置完成,其指令係統集中於顯示功能的設置上.T6963C的指令可帶一個或兩個參數,或無參數.每條指令的執行都是先送入參數(如果有的話),再送入指令代碼.每次操作之前最好進行狀態字檢測,狀態位反映T6963C內部的運行狀態.由於狀態位作用不一樣,執行不同的指令必須檢測不同的狀態位.
5　結　論
該係統專門針對染發行業研製,通過對該係統軟件、硬件的反複測試,測試結果證明,該自動加料機係統的設計方案是成功的.采用MCS-51係列單片機設計該係統,成本低廉,性價比高,另外該係統還具有操作簡便,維護量小的優點.不僅克服了以前由於手工作業存在的精度不高,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,為企業創造了巨大的利潤.

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