自动加料机控制系统的制作方法
【专利说明】自动加料机控制系统
[0001]本发明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。
[0002]主要技术指标
(I)采用AT89S52单片机作为控制器控制步进电机。
[0003](2)用数码管进行显示，用按键进行调整。
[0004](3)使用反射式红外传感器进行工件计数。
[0005](4)可实现步进电机平滑调速、对工件进行计数。
[0006]( 5)分手动和自动两种工作模式。
[0007](6)自动状态壳实现定时开关，定量开关。
[0008](7 )使用L298N电机驱动器对步进电机进行驱动。
[0009]AT89S52是一种低功耗、高性能CM0S8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OHz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。
[0010]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。
[0011]1.主控模块:以AT89S52单片机为核心。
[0012]2.传感器模块:采用反射式传感器JX-359-403W
3.存储模块:采用AT24C02。AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPR0M，它是内含256X8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1ms)等特点。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]6.电机驱动模块:使用电机驱动器L298N并使用TP521光电稱合器进行抗干扰隔离。
[0016]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。本发明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。
[0017]自动加料机控制系统的工作原理及技术要求
本发明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。
[0018]在发明的控制系统中，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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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、8751
8031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、I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4K R0M，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。
[0022]8751是在8031基础上，增加了 4K字节的EPR0M，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4KB EPROM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。
[0023]AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(ROM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。此发明就采用AT89C51。
[0024]物位传感器的选择
物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒壮固体、气体之间的分界面位置，也可以是互不相溶的两种液体间由于密度不等而形成的界面位置。根据具体用途分为液位、料位、界位传感器或变送器。物位不仅是物料耗量或产量计量的参数，也是保证连续生产和设备安全的重要参数。特别是在现代工业中，生产规模大，速度高，且常有高温、高压、强腐蚀性或易燃易爆物料，对于物位的监视和自动控制更是至关重要。
[0025]物位测量可用于计算物料储量。对于粉粒体，必须考虑到颗粒间有空隙，应区分密度和容重。密度是指不含空隙的物料每单位体积的质量，即通常的质量密度，如果乘以重力加速度g，就成为重力密度r，简称为重度。容重是包含空隙在内的每单位体积的重量V，也就是视在重度或宏观重度，它总要比颗粒物质本身的重度小，其差额决定于空隙率。而空隙率又取决与许多因素。例如颗粒形状、尺寸的一致程度、是否受外力压实、是否经受过振动、有无黏结性等，所以粉粒体物料的体积储量和质量储量之间不易精确换算，这是需要注意的。
[0026]容式物位传感器
利用物料介电常数恒定时极间电容正比与物位的原理，可构成电容式物位传感器。
[0027]根据电机的结构可将容式物位传感器分为三中:(I)适用与导电容器中的绝缘性物料，且容器为立式圆筒形，器壁为一极，沿轴线插入金属棒为另一极，其间构成的电容C与物位成比例。也可悬挂带重锤的软导线作为电机。(2)适用与非金属容器，或虽为金属容器但非立式圆筒形，物料为绝缘性的。这时在棒壮电极周围用绝缘支架套装金属筒，筒上下开口，或整体上均匀分布多个孔，使内外物位相同。中央圆棒和与之同轴的套筒构成两个电极，其间电容和容器形状无关，只取决于物位。所以这种电极只用于液位，粉粒体容易滞留在极间。(3)用于导电性物料，起外形和(I) 一样，但中央圆棒电极上包有绝缘材料，电容是由绝缘材料的介电常数和物位决定的，与物料的介电常数无关，导电物料使筒壁与中央电极间的距离缩短为绝缘层的厚度，物位升降相当于电极面积改变。
[0028]电容式物位传感器无可动部件，与物料密度无关，但应注意物料中含水分时将对测量结果影响很大，并且要求物料的介电常数与空气介电常数差别大，需用高频电路。所以不予米用。
[0029]阻力式料位传感器
阻力式料位传感器是指物料对机械运动所呈现的阻挡力。粉末颗粒状物料比液态物质流动性差，对运动物体有明显的阻力，利用这一特点可构成各种料位传感器。
[0030](I)重锤探索法:在容器顶部安装由脉冲分配器控制的步进电机，此电机正转时缓缓释放悬有重锤的钢索。重锤下降到与料面接触后，钢索受到的合力突然减小，促使力传感器发出脉冲。此脉冲改变门电路的状态，使步进电机改变转向重锤提升，同时开始脉冲计数。待重锤升至顶部触及行程开关，步进电机停止转动，同时计数器也停止计数并显示料位(料位值即容器全高减去重锤行程之差)。显示值一直保持到下次探索后刷新为另一值。开始探索的触发信号可由定时电路周期性地供给，也可以人为地启动。不进行探索时，重锤保持在容器顶部，以免物料将重锤淹埋。万一重锤被物位埋没，排放物料时产生的强大拉力就可能拉断钢索报警措施及出料过滤栅。
[0031]但这种方法运用了逻辑电路和数字技术，可连续测量料位值并输出数字量，是数字传感器，但其采样是周期性的，对时间而言不连续，此发明不予采用。
[0032](2)旋桨或推板法:这是一种位式传感器，或称料位开关。在容器壁的某一高度处装小功率电动机，其轴伸入容器内，末端带有桨状叶片。叶片不接触物料时，自由旋转的空载状态下电动机的电流很小，一旦料位上升到与叶片接触，转动阻力增加，甚至成堵转状态，电流显著加大。根据电流的大小使继电器的接点动作，发出料位报警或位式控制信号。如电机轴经过曲柄连杆机构变为往复运动，则可带动活塞或平板在容器中做推拉动作，即成推板法。旋桨法或推板法不一定都是靠电机电流的大小时继电器接点动作，也可以利用离合器或连杆上的传动机构，在叶片或推板负载增大时改变电接点的通断状态。所用电动机应能在长时间堵转状态下，或离合器打滑状态下，不致过热而损坏。
[0033]这类原理构成的料位开关，只能安装在容器壁上，安装高度取决于动作所对应的料位值。应用不那么广泛，所以次发明也不予采用。
[0034](3)音叉法:根据物料对振动中的音叉有无阻力探知料位是否到达或超过某高度，并发出通断信号，这种原理不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。
[0035]音叉由弹性良好的金属制成，本身具有确定的固有频率，如外加交变力的频率与其固有频率一致，则叉体处于共振状态。由于周围空气对振动的阻尼微弱，金属内部的能量损耗又很少，所以只需微小的驱动功率就能维持较强的振动。当粉粒体物料触及叉体之后，能量消耗在物料颗粒间的摩擦上，迫使振幅急剧衰减，音叉停振。
[0036]为了给音叉提供交变的驱动力，利用放大电路对压电元件施加交变电场，靠逆压电效应产生机械力作用在叉体上。用另外一组压电元件的正压电效应检测振动，它把振动力为微弱的交变电信号。再由电子放大器和移相电路，把检振兀件的信号放大。经过移相，施加到驱动元件上去，构成闭环振荡器。在这个闭环中，既有机械能也有电能，叉体是其中的一个环节，倘若受到物料阻尼难以振动，正反馈的幅值和相位都将明显的改变，破坏了振荡条件，就会停振。只要在放大电路的输出端接以适当的器件，不难得到开关信号。
[0037]为了保护压电元件免受物料损坏和粉尘污染，将驱动和检振元件装在叉体内部，经过金属膜片传递振动。如果在容器的上下方都装叉体，可以实现自动进料或自动出料的逻辑控制，或者把料位越限信号远传到控制室。在控制室里的控制电路判断料位是否越限，并按要求使被控的进出料设备启停。
[0038]并且叉体的制造和装配良好时，音叉也可用于液体测量和控制。在测量时不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。此发明选择音叉法阻力式料位传感器。
[0039]存储器扩展电路的选择 24C01扩展:
串行总线上的各单片机或集成电路模块，通过一条数据线(SDA)和一条时钟线(SCL)，按照通信规约进行寻址和信息传输。每个集成电路模块都有唯一伪地址，既可以是主控机(能控制总线，并能完成一次传输过程的初始化和产生时钟信号及传输终止信号的器件)