自动送料机控制系统设计

摘要

粉粒、粒状等固态物料的实时、精确计量一直是固态送料领域的难题。经过几十年的发展，随着传感技术、计算机技术、机电设备的发展，送料设备不断地完善，现在自动送料系统是生产中一个中间关键环节，它的作用是将生产中粉状、粒状物料以一定量一定速度输送到后续设备，以实现整个生产的自动化。

本文设计了基于单片机控制的送料机自动送料机控制系统的结构组成，论述了单片机AT89C51在实现其生产过程控制的硬件与软件的设计方法。系统以AT89C51控制核心，用2864A做外扩存储器来存储系统的初始数据，其主要作用的是：为了给系统设置一个合适的初态，当出现系统程序错乱，能回到的初态；利用扩展并行接口来外接控制按键，以此来接收操作命令。同时为了让工作者能了解到各按键的状态，再给系统接入发光二极管来显示相应按键的状态；采用LED静态显示来显示工作时间量变化情况；为了使LED位信息与单片机输出的信息相对应，在两者之间接了译码器MC14511B；为了能及时确定生产线的满料状态，给系统设计了一个满料中断电路，同时为抗干扰，将满料信号进行光耦隔离；为了让系统能稳定工作，防止程序乱飞，给系统设计了一个看门狗电路；为解决各外设与单片机AT89C51速度不等的情况，在两者之间接了锁存器；最后给系统接了一个内部时钟振荡器。

本设计的最终目标是做到用一台电机控制两条生产线，由方向阀来控制系统是处于送料还是排料状态，具有抗干扰性，实现供料自动化，提高生产效率。同时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。

关键词：自动送料机控制系统、单片机、AT89C51 、硬件设计、软件设计

Abstract

The feeding for the powder and granule is the difficult problem in the dosing domain in the last several years，along with technology of measurement、computer、sensor made rapid progress，the feeding machine also made huge improvement. Now，automatic dosing system is a key part among the recipe—production system. The function of the automatic dosing system is，feed raw materials to its downstream machines according the recipe，to realize the automatic production.

In these papers the structure composition and working principle of automatic feed machine based on single chip microcomputer are introduced in these papers ，to realize its industrial process control’s hardware and software design method by AT89C51.AT89C51 is a system control center. SCM is based on doing things with the 2864A extended memory to store the system's initial data,mainly to the system settings to an appropriate initial state, when there are system procedures disorder, it can return to the initial state; Using the extended parallel interface to the external control buttons, in order to receive operation commands,and in order for workers to understand the state of the button, give the system access to light-emitting diode to display the status of the corresponding keys; With LED display to display a static amount of working time changes; For making LED digital information and microcontroller output information corresponding, connection decoders MC14511B between them; In order to determine the production line of full and timely material status, design a material interruption of the circuit over the same time as the anti-interference,Interference will be full of materials for the opto-isolated signal;designing a watchdog circuit for the system in order to make the system stable, and prevent disordering procedures; For the system to resolve the various peripherals and the microcontroller AT89C51 varying speed conditions, indirecting in both the latch; Finally installed an internal clock oscillator in the system.

The ultimate goal of this design is to do two production lines with a single motor control, valve to control the direction of the feed system is still nesting in the state, to have an anti-interference, to achieve feeding automation，to increase productivity. The

control system also can feed the needs of technology, set two production lines of transportation nesting, full of material, space materials and other parameters.

Key Words：automatic feed mechanism system 、single chip microcomputer AT89C51、Hardware design 、software design

目录

摘要 (ⅰ)

Abstract (ⅱ)

第1章绪论 (2)

1.1 设计背景和研究意义 (2)

1.2 自动送料机控制系统的工作原理及技术要求 (3)

1.3 系统的主要技术参数 (3)

1.4 系统设计方案的选择 (3)

第2章系统总体设计 (8)

2.1 单片机的选择 (8)

2.2 物位传感器的选择 (9)

2.3 存储器扩展电路的选择 (11)

2.4 LED显示电路选择 (14)

2.5 键盘输入电路 (15)

2.5 小结 (15)

第3章自动送料机主电路设计........................... 错误！未定义书签。

3.1 系统结构原理图............................... 错误！未定义书签。

3.2 主机电路核心器件介绍 (17)

3.3 显示电路 (26)

3.4 继电器控制电路 (30)

3.5 键盘及显示电路 (31)

3.6 外部存储器扩展电路 (36)

3.7 看门狗MAX813L电路 (40)

3.8 料位开关 (42)

3.9 硬件连接 (44)

3.10 小结 (45)

第4章系统软件设计 (48)

4.1 系统的抗干扰及可靠性 (48)

4.2 软件设计 (48)

4.3 小结 (53)

第5章结论 (54)

参考文献 (55)

程序清单 (56)

致谢 (76)

外文科技资料翻译 (77)

英文原文 (77)

中文译文 (81)

第1章绪论

1.1 设计背景和研究意义

制造业是现代文明的支柱之一，其既占有基础地位，有处于前沿关键；它是工业发展光的主体又是国民经济持续发展的基础。而在我国的乡镇企业、私营企业，由于受资金管理等方面的限制，一般送料绝大多数是采用人工手动送料，且缺乏保护装置，这造成“效率低，劳动强度大，事故发生率大”等特点。

随着信息科技迅猛、市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，尤其是随着高新科技日新月异，产品的类型、工艺外形越来越复杂，精度要求越来越高，再加上企业经营与发展必会面对劳工的短缺、人工成本上要省力化、合理化与自动化的发展趋向！传统的手工送料已经不能满足要求，这时自动送料机就应运而生。在今天现代科学技术的许多领域中，什么是送料机呢？顾名思义，送料机就是专门用于粒料,粉料,片状料，带状等材料的自动化，数控化，精确化的输送机器，是无论是轻工行业还是重工业都不可缺少的设备。传统观念，送料机是借助于机器运动的作用力加力于材料，对材料进行运动运输的机器。近代的送料料机发生了一些变化，开始将高压空气、超声波等先进技术用于送料技术中。

近年来，由于单片机控制技术、检测技术及电力电子技术的发展，作为辅助装置的送料机构自动化水平也需越来越高。提高自动化的水平不仅可以提高效率、产品的质量同时也能保证工人的人身安全。而单片机就是实现自动控制重要的一环，它是单片微型计算机的简称；是把微型计算机的各个功能部件（中央处理CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器、计算器以及串行通信接口）集成在一块芯片上，构成一个完整的计算机。单片机具有集成度高，体积小，成本低，控制能力强等诸多优点，

综上所述，在本着节约资金、降低成本，提高生产效率，保障人身安全的科学人性化管理的方针下对送料机构进行自动化设计。此设计中自动加料机控制系统就是采用以单片机为核心的自动控制技术来实现功能的，这样就可以在不购买新设备的基础上对旧设备进行自动化改良，这不仅大大提高了工作的效率，使整个过程又快又稳又节约资金。

1.2 自动送料机控制系统的工作原理及技术要求

本设计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：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。本控制系统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，通过单片机控制继电器，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。控制系统的控制器由单片机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。

1.3 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

1.4 系统设计方案的选择

1.4.1 方案一分析

采用一台电动机控制一条生产线，以方向阀的换向来调换生产线的工状态。具体做法是：是以单片机AT89C51为基础，利用外扩存储器来存储系统的初始数据，这主要是为了给系统设置一个合适的初态，当出现系统程序错乱，能回到的初态；利用扩展并行接口来外接控制按键，以此来接收操作命令，同时为了让工作者能了解到各按键的状态，再给系统接入发光二极管来显示相应按键的状态；采用LED静态显示来显示工作时间量变化情况，为了使LED位信息与AT89C51输出的信息相对应，在两者之间接了译码器；为了能及时确定生产线的满料状态，给系统设计了一个满料中断电路，同时为抗干扰，将满料信号进行光耦隔离；为了让系统能稳定工作，防止程序乱飞，给系统设计了一个看

门狗电路；为解决各外设与单片机AT89C51速度不等的情况，给两者之间接了锁存器；最后给系统接了一个内部时钟振荡器。具体硬件接图如下：

图1.1 方案一系统硬件接图

这种设计方案的优点在于：两条生产线既可单独运行，也可同时运行。当生产线满料时，电机不停转而方向阀换向还切换生产状态，充分发挥控制系统和电机的效率，但这种方案需要的单片机输出控制端口较多，且不满足设计要求——一台电机控制两条生产线。所以此次设计不予采用。

1.4.2 方案二分析

将料装在小车里，利用行程开关与继电器状态的变化来实现对送料的状态的控制。具体做法是：开机之后，先给系统输入参数。根据启动哪条生产线点击相应自动键，系统自动运行。系统首先检查回零行程开关状态，若送的物料不在零位，则启动电机带动送料器回零位。接着检测装在送料器里的压力继电器状态，若是在空载状态，就启动送料器，使之运行到位，当到相应位置时，撞到相应行程开关时，送料器停止运行。当要使系统进行排料时，就按下状态切换按钮进行排料。接着检测装在送料器里的压力继电器状态,若是在空载状态下，则停止卸料，送料机向反向移动，直至回到零位，如此循环。系统采用单

片机8051来控制，外接8279键盘来进行控制命令输入，系统工作状态检测输入开关I/O，外控输出电机驱动，显示时间电路等。具体硬件接图如下：

图1.2 方案二系统硬件接图

这种设计方案的优点在于：系统是顺序控制系统，属于分时控制，集成度高、加工精度高、自动化水平高、操作方便。但此系统所需输入接口多，电机也多，所以在经济上占下风。还有就是实时性不高。所以此次设计不予采用。

1.4.3 方案三分析

采用一台电动机控制两条生产线，采用两个方向阀，一个是用来切换生产线的生产状态，一个是用来实现生产线的切换。实现具体的做法是以AT89C51为基础，用2864A做外扩存储器来存储系统的初始数据，这主要是为了给系统设置一个合适的初态，当出现系统程序错乱，能回到的初态；利用扩展并行接口来外接控制按键，以此来接收操作命令，同时为了让工作者能了解到各按键的状态，再给系统接入发光二极管来显示相应按键的状态；采用LED静态显示来显示工作时间量变化情况，为了使LED位信息与AT89C51输出的信息相对应，在两者之间接了译码器MC14511B；为了能及时确定生产线的满料状态，给系统设计了一个满料中断电路，同时为抗干扰，将满料信号进行光耦隔离；

为了让系统能稳定工作，防止程序乱飞，给系统设计了一个看门狗电路；为解决各外设与单片机AT89C51速度不等的情况，给两者之间接了锁存器；最后给系统接了一个内部时钟振荡器。具体硬件接图如下：

图1.3 方案三系统硬件接图