水泥包裝是水泥生產、銷售的重要環節，也是水泥生產的最後一道環節．一條完整的水泥包裝生產線一般是由上料係統、料位控製係統、定量包裝係統、控袋係統及輸送係統組成的，定量包裝部分是生產線上最重要的部分［１］．目前中國中小型水泥廠生產的包裝生產線中，采用的仍是老式的機械杠杆式包裝機，這種包裝機體積大，結構複雜，粉塵大，而且計量的精確度比較低，水泥包裝袋重不容易控製和調整，操作工人在操作過程中的勞動強度很大，先進的儀器價格較高，無形中會增加產品的生產成本．所以，研製出經濟實用的定量包裝控製係統是非常有用的．考慮到水泥包裝環境惡劣，為了提高袋重的合格率，提高生產效率，結合單片機具有體積小，功耗低，運算速度快，抗幹擾能力強等特點，可以在包裝機械中使用單片機，使包裝技術與單片機技術相結合，實現機電一體化控製，從而提高包裝機械的自動化程度、運行可靠性和穩定性［２］，利用軟件對包裝機進行自動校零、動態調整等全自動控製，使水泥的包裝生產過程實現自動化．
１係統總體設計
１．１係統功能分析
結合水泥生產線的特點，所設計的控製係統主要具有以下功能：（１）可以為生產過程的機電裝置提供必要的保護措施，能夠自動識別傳感器信號開路或短路故障；（２）具有自動調零功能，實時檢測裝袋的重量，經過數據處理後送３位ＬＥＤ數碼管顯示．當袋重的誤差在設定的範圍內波動時，可以直接由主機發一控製命令，繼電器動作關閉閥門，同時計數器加１，表明裝了１袋．當連續５袋或以上均超過或低於標準值時，則由主機實施動態調整，即提前或滯後關閉閥門；（３）有死機和應急處理措施，當變送器在工作過程中，超過一定時間沒有將信號傳入主機，主機則發出報警信號，等待人工處理；（４）一個包裝單元（可以是箱、袋）應能在１～５０ｋｇ計量的範圍內隨意設定，當袋重不在設定值範圍內，超過誤差許可的範圍時，經過５次調整均無效時，由主機發出報警信號並停止袋裝，等待人工處理．
１．２係統原理
該定量包裝電氣控製係統主要由ＰＣ機、單片機、重量變送器、按鍵電路、ＬＥＤ顯示器、聲光報警係統、穩壓電源等部分組成，整個控製係統的組成框圖如圖１所示．信號采集應用重量變送器，用來將水泥袋重轉換成工業標準信號（如４～２０ｍＡ，０～５Ｖ），來自變送器的電信號接入單片機芯片的Ｉ／Ｏ接口，通過Ａ／Ｄ轉換將模擬信號轉換成數字信號，通過提高Ａ／Ｄ轉換的時鍾頻率並調整有關外部元件數量，從而保證係統稱量精度．主機完成數據的輸入計算、比較並輸出相應的顯示、報警、控製等信號．

2係統硬件設計
核心控製電路采用美國Ａｔｍｅｌ公司的Ａｔｍａｇｅ８單片機，作為一款高性能、低功耗的８位ＡＶＲ微處理器，具有其他單片機許多功能如自帶ＦＬＡＳＨ程序存儲器、看門狗、ＥＥＰＲＯＭ、同／異步串行口、ＴＷＩ、ＳＰＩ、Ａ／Ｄ模數轉換器、定時器／計數器等和多種功能增強可靠性的複位係統，具有降低功耗抗幹擾的休眠模式、品種多門類全的中斷係統、輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器／計數器、具替換功能的Ｉ／Ｏ端口等［３］．電路如圖２～５所示，在水泥生產的過程中通過重量變送器ＤＢＺ－２進行信號的采集，將水泥包的重量轉變為標準模擬量，通過負載，把模擬量輸入到ＡＤＣ０口，片內的Ａ／Ｄ轉換器將模擬量轉換為數字量，由主機進行比較處理後，送到３位ＬＥＤ顯示器進行顯示．當１袋水泥的重量符合誤差範圍內要求則對其進行包裝，包裝好後，同時片內的８位計數器加１，然後同時由主機發出命令，通過ＰＣ３口控製電磁鐵關閉閥門．在水泥生產中，當連續５袋或以上均超過或低於標準值時，則由主機實施動態調整，即提前或滯後關閉閥門．當袋重不在設定值範圍內，超過誤差許可的範圍時，經過５次調整均無效時，由主機發出報警信號，通過ＰＣ２口控製報警電路．當機電裝置發生故障時，通過ＰＣ２口發出報警信號．端口ＰＢ（０～７）控製８段數碼管，３個按鍵分別接ＰＤ５、ＰＤ６、ＰＤ７口．

３個按鍵控製包裝量，占用比較少量的Ｉ／Ｏ口．采用非矩陣式鍵盤，這種簡連接方式使得程序對按鍵的識別變得非常容易，將每個按鍵的一端接地，另一端分別接到ＰＤ５、ＰＤ６、ＰＤ７，采取查詢的方式來實現按鍵的識別，這時ＣＰＵ隻要一有空閑就調用鍵盤掃描程序，查詢鍵盤，識別鍵值，並予以處理．
顯示器電路采用３位８段ＬＥＤ動態顯示．其中段碼線占用了１個８位Ｉ／Ｏ口，即ＰＢ０～ＰＢ７，而位選線占用１個３位Ｉ／Ｏ口（ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）．各位ＬＥＤ能夠同時顯示出與本位相應的顯示字符，必須采用動態顯示方式，即在某一時刻，隻讓某一位的位選線處於選通狀態，而其他各位的位選線處於關閉狀態．同時，段碼線上輸出相應位要顯示字符的段碼．這樣在同一時刻，３位ＬＥＤ中隻有選通的那１位顯示出字符，而其他兩位則是熄滅的．同樣，在下一時刻，隻讓下一位的位選線處於選通狀態，而其他各位的位選線處於關閉狀態，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，隻有選通位顯示出相應的字符，而其他位則是熄滅的，如此循環下去．
當有故障發生，則發出報警信號，主機由ＰＣ２口通過２００３驅動芯片對１２Ｖ的有源蜂鳴器進行驅動，聲音報警提示．主機由ＰＣ３口通過２００３驅動芯片對繼電器進行控製，從而實現控製閥門的閉合，完成水泥包裝的要求．
Ａｔｍｅｇａ８單片機的電壓源要求是＋５Ｖ的固定電壓，選擇７８係列的集成穩壓器７８０５．穩壓電源電路如圖５所示，電源部分分兩路，一路直接提供１２Ｖ的直流電源，主要是提供給繼電器和蜂鳴器及２００３驅動芯片使用的，另一路通過三端穩壓芯片７８０５穩壓成５Ｖ直流電源提供給Ａｔｍａｇｅ８單片機使用．

單片機應用係統中，數據通信主要采用的是異步串行通信方式．在設計通信接口時必須根據需要選擇標準接口，並考慮電平轉換、傳輸介質等問題．現在已經頒布了很多種串行通信標準總線．如ＲＳ－２３２、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４８５等．ＰＣ機和大多數儀器儀表及數字化設備中均采用的是ＲＳ－２３２串行通信標準總線接口.
３係統軟件設計
控製係統硬件部分以單片機為核心，元件不僅要完成袋重的實時檢測、顯示、電磁鐵的關門動作以及計數器的記數等功能，還要完成係統的自動調零、動態調整、人為裝卸幹擾以及發出報警信號等．為了便於調試和修改，係統軟件采用Ｃ語言進行編程，分為主程序和幾個子程序模塊，這幾個模塊分別為：數據采集子程序、外部中斷子程序、完成超欠量的動態子程序、顯示子程序．係統主程序如圖６所示．當空載放大器輸入值小於１ｋｇ時，將此時的采樣值存入ａ單元，否則將１ｋｇ所對應的采樣值存入ａ單元作為係統自動調零初值．關閉門限初值設為５０ｋｇ，存放在ｂ單元中，以便與每袋的實測值進行比較，從而確定超欠量調整是否進行．中斷初始化後，反複調用顯示子程序，實時顯示袋重測量值．當Ａ／Ｄ轉換器轉換１次，就向單片機發出１次中斷．在中斷服務程序中完成數據采集、運算處理、碼製轉換以及比較判斷、動態調整等．

４結語
定量包裝機械總的趨勢是提高自動化、生產率、靈活性、技術含量和先進程度．該控製係統設計通過應用ＡＶＲ單片機Ａｔｍａｇｅ８實現水泥生產中的定量包裝和水泥包計數，對出現故障進行報警，及控製電磁鐵對閥門動作等功能，實現水泥生產線上定量包裝和計數主要的功能，這些功能保證了在水泥包裝生產中水
泥包重量的準確性以及計數的精確性，另外還為生產過程的機電裝置提供必要的保護措施，能夠自動識別傳感器信號開路或短路故障．在產品開發當中，資金投入相對較少，成本不會很高，並且適合應用於其他各種物料的定量包裝生產，比如水泥、尿素、飼料、食鹽的定量包裝，在市場上具有良好的實用價值，市場很廣闊．

本文源於網絡轉載，如有侵權，請聯係刪除