水泥包装机毕业论文设计正文终稿.doc

水泥包装机毕业论文水泥包装机毕业论文目 录目录. .第一章 前 言. .11.1 选题背景. .1 1.1.1老式水泥包装机. .1 1.1.2称重控制机构电子化发展概况.11.2本文主要工作. .2 1.2.1本设计工作的主要内容. .2 1.2.2系统设计思想. .3第二章 系统综述. .42.1 系统概述.42.2 系统的工作原理.42.3 设计方案选择. . .5 2.3.1电磁阀阀值控制方案论证系统.5 2.3.2显示方案选择.6 2.3.3信号放大环节方案选择.6 2.3.4皮中测量方案选择.7第三章 系统硬件设计.83.1称重单元 . 8 3.1.2精密放大器 . 9 3.1.3数模转化电路 . 12 3.2.80c51单片机示意图及应用. 14 3.3键盘及其显示单元 . 163.4 称重显示单元 . . 203.5报警控制 . . 223.6压袋落袋装置及传送带 . 223.7电源设计 . . 24第四章 系统软件设计 . . 254.1 主程序设计. . 254.2自检 . . 274.3中断服务程序INTO . 294.4模数转换子程序 . 31 4.4.1 ICL7135软件部分 . 31 4.4.2抗干扰部分 . 32 4.4.3MAX7219显示部分 . 334.5电磁阀门限值控制 . 344.6报警判断 . 37第五章 总结 . 37参考文献 . 38第一章 前 言1.1选题背景1.1.1老式水泥包装机过去的水泥包装机（如G4201）配备机械称，后来发展成为机电称，即在机械称上安装了感应接近开关，把机械的重量装换位位置信号把机械的重量装换位位置信号用户用位置信号自动关闭出料闸门，实现定量控制。水泥包装称重的特点是动态称量，在未关闸之前，托架上的重量总是不停地变化。包装机每个出料口的生产为15t、h，每袋包装时间小于125s，去掉上袋和携袋时间，实际每袋灌装时间约为85s，算得出料口工作时间的生产能力约为6kg.s。对于安装感应接近开关的机电秤，忽略机械刀口产生的误差之后，其位置测量精度最高只能达到0.3mm，灌装时称重指示位移0.3mm需0.15s，而在0.15s内的出料量是0.9kg，这0.9kg就是机电秤的极限分辨能力，为袋重的1.8%。可见，接近开关分辨力及机械惯性所致的动态计算精度较低和控制响应速度太低是袋重误差较大的原因。欲提高包装机定量控制精度，就必须提高动态称量精度和控制响应速度，因此，就必须放弃称量的机械结构，采用电子称量技术。1.1.2称重控制机构电子化发展概况 国外的水泥包装机使用电子和微机称量机构已有二三十年的历史。近年来，国内水泥包装机专用称量和定量控制电子设备的研制及生产开始有了长足进展。从技术来源看，有立足国内开发的，又引进国外较先进技术的，也有在国外产品基础上进行二次开发的，从技术角度则可以把这些产品划分为两大类，第一类是以模拟电子技术为主进行称量和定量的产品，第二类则是以数字电子技术位主的产品。模拟电子称：从力传感器输出表示称重量的毫伏信号Vin先经过处理整定，然后送到显示器作称重指示，另一路送到比较器COMP中与设定重量信号进行比较，当称重达到设定值时，比较器输出停止灌装的信号Vou，通过执行机构关闭出料阀门，完成一次包装换循环。这类模拟电子秤的根本特征为，实现秤量和定量控制是通过对模拟信号处理完成的。模拟电子秤响应速度比机械秤高得多，但由于处理的是模拟量，对漂移引起的误差不易控制，电器稳定性较低，股精度不尽人意；另外，使用中必须经常调整，操作不方便。由于前述的缺点的存在，这类早期产品能够长期运行的为数不多，生产厂家也由模拟化发展为数字化，但这类产品在取代机械秤称重的发展史上所占的地位是不可否认的。数字化电子秤：它的精度高，很容易达到千分之一的静态精度；其次，抗干扰能力强，因为数字电路是根据数字信号的有无（电平高低）工作的，；第三，稳定性好，受温度影响很小；第四，操作简单，只需按键，很少需要调整。力传感器的输出信号vin先经过处理后，再由模数转换A/D转换成数字信号送入微处理器cpu，微处理器把重量信号送到显示器，当称重达到设定值时，微处理器命令输出接口I/O输出控制信号vout，停止供料，完成一次装袋循环，其特征是通过对数字信号的处理及执行程序完成称量和定量控制。1.2研究内容及意义 目前我国中、小 随着全球科技的发展，发达国家已经把核能技术、微电子技术、激光技术、生物技术和系统工程融入了传统的机械制造技术中。新的合金材料、高分子材料、复合材料、无机非金属材料等新材料也得到了推广应用，食品水泥包装机械的集成化、智能化、网络化、柔性化将成为未来发展的主流。 水泥包装机械行业面对市场的需求和如何赶上甚至超越发达国家的食品水泥包装机械，及如何加大自主创新步伐，力争在短时间内开发出一批具有自主知识产权和国际先进水平的产品，是摆在我国食品水泥包装机械企业面前的紧迫任务。 实用产品包装的机械化和自动化，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效益。随着计算机技术的飞速发展，将微机应用于包装系统，改造传统的包装机械，有利于改造包装机械的性能，提高包装设备的计量精度、速度和自动化水平。利用自动化装置控制和管理包装过程，使其按照预先规定的程序自动进行。 第一章 水泥自动包装机的概述在水泥的生产过程中，包装是最后一道工序，产品的重量是否达标(50公斤，误差2)是一个很重要的指标。目前各县级的中、小型水泥厂的包装多是人工的凭经验的包装，常出现过重造成浪费，日积月累，也是相当可观的，而过少又不达标，产品不合格，影响工厂信誉。因此，大型的水泥厂一般都引进了自动装袋、配料等成套微机控制系统，但它须大规模地改建、扩建、配套等。投资大、技改时间长，很难在中小型水泥厂推广。本文介绍的技改、经实践验证微机自动控制好，成本、造价低，操作方便等优点，特别适合现有的中、小型水泥厂的技改，略加改造也适用于其它包装工厂，有推广价值。1.1水泥包装机的分类水泥包装机大都分为固定式和旋转式,固定式水泥包装机是指1-4嘴包装机,由人工移动插袋来完成水泥的灌装,旋转式水泥包装机是指6-14嘴,人工不动,包装机旋转来完成插袋灌装.旋转式水泥包装机的配套设备:振动筛,螺旋闸门.给料机,溜槽,包装机主机,接包输送机,正包输送机,清包输送机,荷重传感器,料位控制仪等,有时也根据水泥厂不同要求做为配套。1.2水泥包装机的特点：1）包装计量准确，袋重一致性好。由于采用简便的键盘设定袋重方式，操作工人可方便的将袋重调整到所需要的重量，以保证袋重合格率。2）自动化程度高，工人劳动强度低，人工只需完成插袋动作，其余如开闸、灌装、闭闸、推包等动作均由电脑控制，自动完成。3）包装机在包装过程中回灰量极小，同时采用了密闭顺流的收尘方式使扬尘减少，操作岗位空气含尘浓度达到了环保和劳动保护的要求，包装机工作时噪声低，在其它设备开动时几乎无法察觉包装机是否在运行，该设备在正常运行时噪声只有7分贝左右。4）采用了单元组合结构，使设备重量轻，标准化程度高，备品备件品种少，易购买，易更换。1.3水泥包装机的工作原理：当包装机工作时，人工将水泥纸袋插到料咀上，同时纸袋推动了装在料嘴上方摆杆，使摆杆上的开关信号接通，向微机发出启动信号，微电脑接到信号后，立即启动主电机，控制电力液压推动器打开三位出料闸门，使闸门全开。卸料室内的水泥在水平旋转叶片的加速作用下，靠离心力高速喷出，通过闸、橡胶较管和出料嘴灌入水泥袋内，同时传感器不断地将袋内水泥重量值转化为电模拟量，经运算放大器放大后，该模拟量送入微电脑，由微电脑计算处理。当袋内水泥装到45KG时，微电脑便关闭一位闸，使闸门处于半开位置，水泥以细流状灌装，到50KG时再使闸门全部关闭，此时推包电力液压推动器动作，从料架上推下水泥包，每装完一袋水泥后，电脑内的累加器自动进行加一计算，并实现累加产量。计算机的操作过程如下（1）按下启动键，微机显示运行状态。（2）插上纸袋时，插袋信号开关接通，电脑即自动启动主电机，开启大闸位电力液压推动器和小闸位电压液压推动器。（3）延时3.5 秒，袋重未达到5KG 时，则说明包装不正常，电脑会自动关所有电机。（4）灌装时包重达45KG 时，关闭大闸位电力液压推动器。（5）包装达到50KG 时，关闭主电机、小闸位电力液压推动器。（6）启动推包电力液压推动器至托盘上，重量小于50KG 时停推电力液压推动器，但另一嘴工作在细流灌装过程时，推包电力液压推动器暂缓复位，以减少对机械的冲击，以免另一嘴的计量精度受到影响，造成重量不足，这全由电脑自动完成。（7）累加单嘴包装数和总包数。（8）自动回到运行状态，等待插袋信号的到来，完成下一包灌装的全过程。 第二章 系统方案的确立本次设计是用单片机控制，以实现水泥包装的自动化。方案确立原则是在满足系统功能要求的前提下，力求投资少、性能高、效益好、方便易用等特点。因此我们的方案是：采用由单片机控制的数据采集、处理、送显并同时输出控制信号。系统设计思路框图如下：LED显示称重传感器AD转换器AT89C51单片机放大电路键盘输入输出控制电路路技术要求：l 误差称重范围：-1KG-+1kg l 电源电压：220V/50HZl 键盘：4*4矩阵按键l 显示输出：4个七段显示码l 传感器型号：HMD1003型电阻应变式称重传感器 第三章 系统方案论证与选型3.1 控制器部分3.1.1 单片机的简介目前单片机的品种很多，其中最具代表性的当属Intel公司的MCS51单片机系统。MCS51系列的典型的结构，完善的总线，SFR的集中管理模式，位操作系统和面向控制功能的丰富指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础。单片机就是在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU），存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。3.1.2 单片机的选择本设计采用的是AT89C51单片机，89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，89C51单片机与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51单片机是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1）主要特性：l 与MCS-51 兼容l 4K字节可编程闪烁存储器l 寿命：1000写/擦循环l 数据保留时间：10年l 全静态工作：0Hz-24Hzl 三级程序存储器锁定l 128*8位内部RAMl 32可编程I/O线l 两个16位定时器/计数器l 5个中断源l 可编程串行通道l 低功耗的闲置和掉电模式l 片内振荡器和时钟电路2）引脚图：AT89C51单片机引脚图如下图所示： 3）引脚说明：电源引脚： Vcc（40脚）：典型值5V。 Vss（20脚）：接低电平。外部晶振： X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地 输入输出口引脚： P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 控制引脚： RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。 第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。 ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。 第二功能：编程脉冲输入。 -PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。 -EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。 第二功能：编程电压输入端（+21V）。4）详细说明P0口：是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。作为输出端口时，每位能以吸收电流的方式驱动8 个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间将激活内部的上拉电阻。 P1口：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器时和16位外部地址的外部数据存储器（如执行 MOVX DPTR）时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX RI）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器(SFR)区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。 P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2 数据采集部分水泥包装的数据采集部分主要包括称重传感器、放大处理电路、AD转换电路。3.2.1传感器的选择本设计采用了HMD1003型电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。其工作原理如下图3-2-1所示： 3-2-1 称重传感器原理图HMD1003型电阻应变式称重传感器主要技术指标如下：技术指标单位参数型号HMD1003综合误差0.02 0.03输出灵敏度mV/V2.00.25%非线性%F.S.0.02 0.03重复性%F.S.0.02 0.02蠕变(30min) %F.S0.02 0.03零点温度漂移%F.S/100.002 0.003额定输出温度漂移%F.S/100.002 0.003零点输出%FS1输入电阻40030输出电阻3503绝缘电阻M5000推荐激励电压V（DC/AC）512工作温度范围-30+80过载能力%F.S.150量程10200kg防护等级IP66表3-2-1 HMD1003型电阻应变式称重传感器主要技术指标主要特点如下：1、结构简单，安装维护方便 2、综合精度高 3、结构紧凑 4、安装高度低 5、长期稳定性好 适用于：机电结合秤、包装秤、料斗秤3.2.2放大电路的选择称重传感器输出电压振幅范围020mV，而A/D转换的输入电压要求为02V，因此放大环节要有100倍左右的增益。本设计拟采用OP07运算放大集成电路。你设计的放大电路如下图3-2-2所示：图3-2-2 运算放大电路3.2.3 A/D转换器的选择A/D转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会舍得整个设计毫无意义。目前，世界上有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型等等。本设计采用典型的AD转换器：DC0804。AD转换器主要技术指标如下：1) 高阻抗状态输出 (2) 分辨率：8 位(0255) (3) 存取时间：135 ms (4) 转换时间：100 ms (5) 总误差：-1+1LSB (6) 工作温度：ADC0804C为0度70度；ADC0804L为-40 度85 度 (7) 模拟输入电压范围：0V5V (8) 参考电压：2.5V (9) 工作电压：5V (10) 输出为三态结构ADC0804引脚图如下图：3.3键盘处理部分方案确立考虑到控制面板按键过多，采用矩阵式键盘方案：矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。图3.2.4给出了4*4的矩阵键盘结构的键盘接口电路。图中的每一个按键通过不同的行线和列线与主机相连着。4*4矩阵键盘共可安装16个键，但只需要8条测试线。当键盘数量大于8时，一般都采用矩阵式键盘。图3-3 矩阵式键盘3.4 显示电路部分的选择数据显示是水泥自15V稳压电路 第五章 系统软件设计程序设计室一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。其步骤可以概括为以下三点：（1）分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法以及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。这是能否编制出高质量程序的关键。（2）根据算法画流程图：画程序框图可以把算法和解题步骤具体化，以减少处错误的可能性。（3）编写程序：根据程序框图所表示的算法和步骤选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。 程序数据的一种理想方法是结构化程序设计方法，结构化程序设计由迪克斯特拉在1969年提出，是以模块化设计为中心，将待开发的软件系统划分为若干个相互独立的模块，这样使完成每一个模块的工作变单纯而明确，为设计一些较大的软件打下了良好的基础。 由于模块相互独立，因此在设计其中一个模块时，不会受到其它模块的牵连，因而可将原来较为复杂的问题化简为一系列简单模块的设计。模块的独立性还为扩充已有的系统、建立新系统带来了不少的方便，因为我们可以充分利用现有的模块作积木式的扩展。 按照结构化程序设计的观点，任何算法功能都可以通过由程序模块组成的三种基本程序结构的组合: 顺序结构、选择结构和循环结构来实现。 结构化程序设计的基本思想是采用自顶向下，逐步求精的程序设计方法和单入口单出口的控制结构。自顶向下、逐步求精的程序设计方法从问题本身开始，经过逐步细化，将解决问题的步骤分解为由基本程序结构模块组成的结构化程序框图；单入口单出口的思想认为一个复杂的程序，如果它仅是由顺序、选择和循环三种基本程序结构通过组合、嵌套构成，那么这个新构造的程序一定是一个单入口单出口的程序。据此就很容易编写出结构良好、易于调试的程序来。结构化程序设计是对利用到的控制结构类程序做适当的限制，特别是限制转向语句的使用，从而控制了程序的复杂性，力求程序的上、下文顺序与执行流程保持一致性，使程序易读易理解，减少逻辑错误和易于修改、调试。本系统的软件设计主要由主程序、键盘扫描程序、显示程序等构成5.1 主程序设计主程序流程图5.2 子程序设计系统子程序包括A/D转换启动及数据读取程序设计、键盘输入控制程序设计等等。4.2.1 A/D转换启动及数据读取程序设计A/D转换子程序主要是指在系统开始运行时，把称重传感器传递过来的模拟信号转换成数字信号并传递到单片机所涉及到的程序设计。设计流程图如图4-2-1所示开始ADC0804初始化启动AD转换AD转换完成数据显示数据存储图4-2-1 A/D转换启动及数据读取程序设计5.2.2键盘扫描子程序的设计将16个键的特征编码按照顺序排成一张表，然后用当前读得的特征编码来查表，当表中有该特征编码时，它的位置就是对应的顺序编码。键盘扫描子程序流程图如图4-2-2所示键盘扫描延时去键抖动计算键值建立有效标志返回闭合键释放扫描键盘找到闭合键有键闭合建立无效标志图4-2-2 键盘扫描子程序流程图 设计总结随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使得电子一起的整体水平发生巨大变化，传统的一起逐步被智能仪器所取代。智能仪器的核心是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。传感器好比人体五官的模拟物，它是一种能将特定的被测量信息按照一定规律转换成某种可用信号输出的期间或装置。本次设计中的水泥包装机就是以传感器为基础设计而成的。因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各个部分之间的关系才能达到要求。首先是传感器的精密度，它将直接影响测重的准确度。传感器发出的信号有时候不是很稳定，所以如果选用精密度较高的传感器，效果会好得多。其次是数据采集阶段，此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集，主要分为信号放大、采集，然后进行A/D转换。该阶段需要注意的地方是对传感器输出的信号进行放大时，应当选取合适的运算放大电路，最好是预先计算好应该放大的倍数以便选取。 致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，做为一个本科毕业生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促和指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里我要感谢我的导师王老师，他平日工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂繁琐，但是老师仍然细心的纠正图纸中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。最后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下专业知识的基础，同时还要感谢所有的同学，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。 参考文献1张毅刚 MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.2003；2贾伯年，俞朴 传感器技术M.东南大学出版社.2000；3单成祥 传感器理论设计基础及应用M.北京：国防工业出版社.1999；4李群芳 单片机微型计算机与接口技术M.电子工业出版社；5周立功 单片机实验与时间M.北京：北京航空航天大学出版社.2004.6；6童诗白，华成英 模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社.2001；