基于at89c51智能飲料機控制系統設計本科畢業論文設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 定的標準稱量，如平臺秤、料斗稱量系統等，尤其適用于一些要求精度高的工業稱量系統。該稱重傳感器采用高度可靠性及密封設計，即使在惡劣環境下，仍能長時間工作。RLC04 S式拉壓力傳感器外觀如圖36所示。RLC04 S式拉壓力傳感器具有以下技術特點。1．高精度，低漂移；2．量程范圍寬，適用范圍廣；3．具有很強的抗偏、抗側能力；4．可選擇模擬量輸出：0~5V，0~10mA；5．經濟實用。圖36 RLC04 S式拉壓力傳感器該傳感器有4條引線，其中紅色和黃色引線為工作電壓輸入，藍色和白色引線為傳感器信號輸出。工作電壓為+12V，信號輸出端與信號放大電路相連。灌裝過程中，傳感器的輸出信號電壓會隨液體質量的變化而相應地發生變化。 微弱信號放大電路的設計 AD620芯片介紹AD620儀表放大器使用說明:在一般訊號放大的應用通常只要透過差動放大電路即可滿足需求，然而基本的差動放大電路精密度較差，且差動放大電路變更放大增益時，必須調整兩個電阻，影響整個訊號放大精確度的變因就更加復雜。儀表放大電路則無上述的缺點。在一般信號放大的應用中通常只要普通差動放大電路即可滿足要求，然而基本的差動放大電路精確度較差，而且差動放大電路需要改變放大增益時，必須調整兩個電阻，應用起來很不方便。儀表放大器則無以上缺點，因此本次設計中的放大器選用AD公司生產的儀表放大器AD620。AD620的引腳圖如圖37所示。圖37 AD620的引腳圖引腳功能：8：外接增益調節電阻；2：反向輸入端；3：同向輸入端；4：負電源；5：基準電壓；6：信號輸出端；7：正電源。 AD620的應用電路本系統的信號放大電路如圖38所示。圖38 系統信號放大電路計算R選用阻值為470Ω的精密電阻，經計算，放大倍數約為106。使用精密電阻主要是因為其電阻阻值受溫度的影響比較小，從而使放大倍數較穩定。由于本次設計的商用灌裝計只需對正電壓放大，因此4腳接地，7腳接+12V直流電壓。3腳接壓力傳感器的輸出端，用于輸入液體質量信號，該信號經放大后從6腳輸出。5腳接公共地，表示6腳的輸出即為與地之間的相對電壓。 AD轉換電路的設計 TLC2543芯片介紹由于單片機所能識別的信號為數字信號，而稱重傳感器的輸出信號經過放大后仍為模擬量，所以要將其轉換為數字量，這就要用到AD轉換器。本次設計所用到的AD轉換器采用TI公司生產的TLC2543芯片，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線SPI串行接口可方便地與微機進行連接，是12位數據采集系統的最佳選擇器件之一。TLC2543的主要特性如下：1．11個模擬輸入通道；2．66ksps的采樣速率；3．最大轉換時間為10μs；4．SPI串行接口；5．線性度誤差最大為177。1LSB；6．低供電電流（1mA典型值）；7．掉電模式電流為4μA[2]。 電路設計本次設計的商用灌裝系統的AD轉換電路如圖39所示。其中選擇AIN6作為模擬信號的輸入通道，IO CLOCK，DATA INPUT，DATAOUT， 端分別與單片機IO口相連，IO CLOCK，DATA INPUT，信號均由單片機送入。TLC2543對模擬輸入信號進行采樣，并在單片機控制下，由DATAOUT將轉換后的數字信號送入單片機。 圖39 AD轉換電路這個圖用visio重新畫 液體泵驅動電路的設計在該液體灌裝系統中，主要使用液體泵來完成液體的灌裝過程，其主要工作是將原容器中的液體，抽取到欲灌裝容器中。液體泵抽取液體的開始及停止要由單片機發出命令信號進行控制。考慮到實際應用中要進行大量液體的灌裝，因此這一過程需要選擇用交流220V電壓供電的大功率液體泵完成，對于單片機來說就要選擇合適的開關設備來完成對泵的控制。而在實際工業應用中，繼電器經常作為較小電流控制較大電流的一種自動開關使用，所以在該液體泵驅動電路中，選擇了繼電器作為這樣一種開關設備。HJR3FFSZ型電磁繼電器廣泛應用于電子設備中，也同樣適用于本電路中。該繼電器共有5條引腳，如圖310所示。其中有腳2為繼電器的線圈輸出線，另外3條可作為開關使用，在線圈不通電情況下，觸點3通與觸點5呈閉合狀態，觸點3與觸點4斷開，當給2腳接通工作電壓時，觸點3與觸點5斷開，與觸點4閉合。圖310 HJR3FFSZ型繼電器引腳圖液體泵驅動電路的原理圖如圖311所示。圖311 液體泵驅動電路原理圖在該電路中，使用單片機的IO口發出信號來控制繼電器的工作狀態，從而使液體泵工作。上拉電阻R12用來增強單片機IO口的驅動能力，繼電器選擇+12V工作電壓，其開關觸點與液體泵串聯并與交流220V市網電壓連接。D3為續流二極管1N4148，與繼電器線圈并聯，由于線圈斷電后會產生很大的回流，該二極管的作用就是減少回流對整個電路的影響。，NPN型三極管9013的集電極與發射極被導通，從而繼電器線圈被導通，開關觸點3與觸點4閉合，液體泵與220V交流電接通開始抽取液體。，三極管的集電極與發射極被截止，繼電器開關斷開，液體泵停止工作。 聲光報警電路的設計當灌裝完畢后會顯示并提醒本次灌裝完成，電路圖如圖312所示。該電路可由單片機IO口直接控制，、發光二極管D4被點亮，PNP型三極管9012的集電極和發射極被導通，蜂鳴器LS2發聲。電阻RR10用于限流。圖312 聲光報警電路圖 鍵盤及顯示電路的設計 鍵盤電路的設計系統在實施灌裝動作前，要預先設定灌裝液體的質量值，這一過程可由鍵盤完成。本系統的鍵盤采用3個獨立按鍵：按鍵1用于設置灌裝動作的開始與停止，按鍵2用于使灌裝質量值增加，按鍵3用于使灌裝質量值減少。按鍵與單片機的接口電路如圖313所示。3個按鍵分別與單片機的3個IO口連接，當按鍵按下時，相對應的單片機IO口接收到的為低電平，在程序控制下完成相應動作。圖313 鍵盤與單片機接口電路圖 液晶顯示電路的設計液晶顯示器（LCD）具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優點,近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產品中，LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點陣式LCD，其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數字的簡單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點陣式LCD不僅可以顯示字符、數字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現屏幕上下左右滾動、動畫、分區開窗口、反轉、閃爍等功能，用途十分廣泛。本系統的設計選用點陣式液晶顯示器TM240128A。TM240128A是內藏T6963C控制器的240128點陣圖形液晶顯示模塊，帶EL黃綠色背光。在LCD板中還有行列驅動器，8KB隨機存儲器，控制電路和時序電路等。通過對T6963C的編程，可以實現點陣式LCD的各種應用。TM240128A還具有以下特點：1．本模塊可直接適配于8080MPU和Z80MPU的接口信號；2．可以設置字符方式與圖形方式的合成顯示（即字符顯示的內容和圖形顯示區的內容通過模塊式設置同時顯示在屏幕上）；3．允許MOU隨機訪問顯示緩沖區，甚至可以進行位操作；4．顯示字符的字體可以分為6 8點陣和8 8點陣；5．對模塊的操作都進行狀態字的判斷；6．復位信號將把行、列計數器和顯示寄存器清零，并且關顯示。復位后可用開顯示指令完整地恢復顯示屏幕上的畫面內容。每次上電后，有必要進行一次軟件復位；7．顯示窗口長度（列）已由硬件設置為40（字符數），即列數數據個數的最大值（超出屏幕部分不顯示）；8．顯示窗口寬度（行）已由硬件設置為128行；9．本模塊內建128種字符，并允許用戶在顯示緩沖區內任意設置一個區域作為外擴的字符發生器CGROM；10．顯示緩沖區可分為文本顯示區，圖形顯示區和CGROM區；11．光標可在字符方式下啟用，此時光標與所在位的字符通過“或”顯示；12．文本特征方式只能在文本模式中（此時文本區和圖像區都必須打開）；13．本模塊的控制指令有的需要參數，參數的輸入在指令代碼之前[8]。TM240128A引腳如表31所示。表31 TM240128A引腳引腳號引腳名稱功能說明1FG框架地（連接金屬框架）2VSS地3VDD電源正電壓4VO電源負電壓5WR寫數據（低電平有效）6RD讀數據（低電平有效）7CE片選信號8CD命令數據選擇9RESET控制復位10～17DB0～DB7數據線18FS字形選擇19ALED背光的陽極20KLED背光的陰極TM240128A液晶顯示器與單片機接口電路如圖316所示。單片機利用數據總線與控制信號直接采用IO設備訪問形式控制該液晶顯示模塊。AT89C51的數據口P0直接與液晶顯示模塊的數據口相連，AT89C51的RD、WR作為液晶顯示模塊的讀、寫控制信號；液晶顯示模塊的RESET掛在+5V的電源上。電路中，TM240128A的CE。圖314中，R11是阻值為10KΩ的電位器，與LCD的V0引腳相連，當調節電位器、改變電位器接入電路中的阻值時，V0端的電壓也隨之改變，從而可以改變顯示屏字符、圖形的灰度值，一般該V0端的電壓調到10V左右。圖314 TM240128A與單片機接口電路圖液晶顯示器的硬件電路接口設計完畢后還要通過軟件編程來實現其顯示的內容以及顯示的方法，具體實現過程將在第4章中進行闡述。 通信電路的設計隨著單片機應用系統對前沿單片機、現場電路進行遠程控制的需要，單片機與上位機之間實現通信就顯得尤為重要。 數據通信方式選擇數據通信方式有兩種，即并行數據通信和串行數據通信。并行通信傳輸速度快，硬件開銷大，而串行通信只需要一對傳輸線進行傳送信息，而且成本低。按照串行數據的同步方式，串行通信可以分為同步通信和異步通信兩類。在異步通信中，數據通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發送端一幀一幀地發送，通過傳輸線被接收設備一幀一幀地接收。發送端可以有各自的時鐘來控制數據的發送和接收，這兩個時鐘彼此獨立。同步通信是一種連續串行傳輸數據的通信方式，一次通信只能傳送一幀信息。同步通信中，同步字符可以采用同一標準格式，也可以由用戶約定。數據的傳輸速率較高，但同步通信要求發送時鐘和接收時鐘保持嚴格同步，在硬件的實現上比較復雜，系統成本高。因此，在本設計中選擇串行異步通信方式。按照數據傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工方式。本設計采用半雙工方式來實現下位機（MCU）和上位機（PC）間的通信[9]。 RS232C標準接口總線在實現計算機與計算機、計算機與外設間的串行通信時，通常采用標準的通信接口。常用的標準異步串行通信接口有以下幾類：1．20mA電流環；2．USB通用接口；3．RS232C；4．RS422,RS423和RS485。RS232C接口較為常用，它已被內置于每一臺PC機及很多與它們相連的設備中。它是實現通信的最簡便易行的方法，鑒于本系統的實際性能要求，采用RS232C標準接口，不僅能夠達到通信的目的，而且線路簡單易行。RS232C是美國電子工業協會（EIA）于1962年正式頒布的，在異步串行通信中應用最廣的總線標準。該標準適用于數據通信設備DCE和數據終端設備DTE間的串行二進制通信，最大傳輸距離為15m。圖315 RS232C總線標準接口的9引腳排列圖從電器特性來看，RS232C總線的邏輯電平與TTL電平完全不兼容，總線中的任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系，邏輯“0”規定為+5V~+15V之間，邏輯“1”規定為5V～15V之間，噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到3V的信號作為邏輯“1”。就機械特性而言，RS232C包括標準的25引腳及其簡化的9引腳排列。實際上，RS232C的25條引腳中有許多是很少使用的，在計算機與終端通信中一般只使用3~9條引腳[8]。RS232C的9引腳排列如圖315所示。各引腳的信號功能如表32所示。表33 RS232C總線標準的9引腳功能引腳號引腳名稱功能1DCD載波信號監測2TXD發送3RXD接收4DTRDTE準備就緒5GND信號地6DSRDCE準備就緒7RTSDTE請求發送數據8CTSDCE清除發送9RI振鈴指示 MAX232芯片介紹由于RS232C規定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，所以必須進行電平轉換，在本系統中可以采用MAX232轉換芯片。Max232產品是由MAXIM公司推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發生器電路提供TIAEIA232F電平，可以把輸入的+5V電壓變換為RS232C輸出電平所需的10V～+10V電壓。所以采用此芯片接口串行通信系統只需單一的+5V電源就可以了。另外，該芯片價格適中，硬件接口電路簡單，因此被廣泛應用。引腳T1in、T2in、R1out、R2out為接TTLCMOS電平的引腳。T1out、T2out、R1in、R2in為接RS232C電平的引腳[811]。因此TTLCMOS電平的T1in、T2in引腳應接AT89C51的串行發送引腳TXD；R1out、R2out應接AT89C51的串行接收引腳RXD。與之對應的RS232C電平的T1out、T2out應接PC機的接收端RD；R1in、R2in應接PC機的發送端TD。MAX232芯片的引腳結構如圖316所示。圖316 MAX232芯片引腳圖第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和12v