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1、本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)智能配料儀的設(shè)計(jì) 系部名稱： 電子工程系 專業(yè)班級(jí)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 06-2 班學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 黑黑 龍龍 江江 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院二一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Intelligent IngredientsCandidate：Yan YongqiangSpecialty：Measurement & Control Technology and InstrumentationsClass：06-2Supervisor：Lecturer. Wu DongyanHei

2、longjiang Institute of Technology2010-06Harbin摘 要測(cè)量和控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和效益。人工配料需要分別計(jì)算出各種物料的多少，然后從各個(gè)料倉(cāng)中提取并放到電子稱上稱重，最后進(jìn)行混合。在這個(gè)過程中，工人操作復(fù)雜，出錯(cuò)率高，稱重?zé)o監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能被紀(jì)錄等不能保證企業(yè)的生產(chǎn)工藝。隨著現(xiàn)代自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、過程控制技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，智能電子配料系統(tǒng)也逐漸的發(fā)展起來。本設(shè)計(jì)分為六部分：電子稱重及運(yùn)放，信號(hào)采集和模-數(shù)轉(zhuǎn)換，按鍵功能的設(shè)定，液晶的顯示，機(jī)械閥門和電機(jī)的控制，AT89S52 中心處理器。通過設(shè)計(jì)的新型智能配料系

3、統(tǒng)它具有去皮、清零、凈重/毛重轉(zhuǎn)換、過載顯示及弱電源顯示等功能。此電子配料稱重系統(tǒng)最多可有 8 種物料同時(shí)進(jìn)行配置，配料量、配料比可隨意輸入，配料次序均可由鍵盤設(shè)定，簡(jiǎn)單實(shí)用，通過 LCD 液晶直觀顯示，準(zhǔn)確無誤，方便記錄。關(guān)鍵詞：電子稱重；智能配料系統(tǒng)；自動(dòng)稱量；壓力傳感器；機(jī)械閥門；直流電機(jī) ABSTRACTMeasurement and control is an important parameter in the process of industrial production, directly related to product quality and efficiency.

4、Need artificial ingredients of various materials were calculated how much, and then extracted from each silo and, put on the electronic weighing，and finally mixed. In the process, workers to operate complex, error rate is high, weighing no monitoring, production data can not be recorded and can not

5、guarantee the production process. Along with the development of modern automatic detection technology, process control technology and communication technology, the development of intelligent electronic batching system gradually developed. The design is divided into six parts: electronic weighing and

6、 op-amp, signal acquisition and simulation - digital conversion, keys function setting, LCD display, mechanical and electrical control valve, as the processor processing AT89S52. Through the design of new intelligent batching system it has peeled, clear, net weight / gross weight change, overload di

7、splay and low power display. The ingredient weighing system will have up to eight kinds of materials at the same time configuration, ingredient content, ingredients than are free to enter, the order of ingredients can be set by the keyboard, simple, practical, intuitive LCD by LCD display, accurate,

8、 easy recording.Key words: Electronic Weighing；Intelligent Batching System；Automatic Weighing；Pressure Sensor；Mechanical Valve；Dc Motor目 錄摘要IAbstractII第 1 章 引言11.1 概述11.1.1 選題的背景11.1.2 課題研究的目的和意義11.2 國(guó)內(nèi)外智能配料系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢(shì)21.2.1 國(guó)內(nèi)外智能配料系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀21.2.2 智能配料系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)31.2.3 國(guó)內(nèi)外水平對(duì)比分析41.3 設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容和擬達(dá)到的結(jié)果41

9、.3.1 設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容41.3.2 擬達(dá)到的結(jié)果4第 2 章 方案選擇與論證52.1 總體方案的比較與論證52.2 電壓信號(hào)放大電路模塊的選擇52.3 A/D 采樣電路方案的選擇62.4 下料閥門的選擇62.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案的選擇72.6 本章小結(jié)8第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.1 單片機(jī)電路93.2 稱重模塊123.2.1 傳感器的定義與組成123.2.2 壓力傳感器的選擇133.2.3 本設(shè)計(jì)采用的壓力傳感器133.3 電壓放大電路143.3.1 放大器芯片 TL084 的簡(jiǎn)介143.3.2 本設(shè)計(jì)中 TL084 放大芯片的應(yīng)用143.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路153.4.1 A/D 轉(zhuǎn)換

10、器的分類153.4.2 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)153.4.3 芯片 A/D 2543 的簡(jiǎn)介163.5 顯示系統(tǒng)173.5.1 液晶的簡(jiǎn)單描述173.5.2 本設(shè)計(jì)采用的顯示系統(tǒng)173.6 控制輸入193.7 電機(jī)控制模塊193.7.1 控制電路的設(shè)計(jì)193.7.2 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片介紹203.7.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)213.8 總體電源設(shè)計(jì)223.9 本章小結(jié)22第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)234.1 編譯工具的選擇234.1.1 編程語(yǔ)言的選擇234.1.2 C 語(yǔ)言編程的簡(jiǎn)單介紹234.1.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)244.2 軟件流程及介紹244.2.1 單片機(jī)數(shù)據(jù)處理程序

11、244.2.2 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)254.2.3 按鍵顯示程序設(shè)計(jì)264.3 本章小結(jié)27結(jié)束語(yǔ)28參考文獻(xiàn)29致謝31附錄32第 1 章 引 言1.1 概述智能電子配料系統(tǒng)1是隨著自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)、過程控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。配料儀廣泛應(yīng)用于化工、冶金、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等輕重工業(yè)，但隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，對(duì)設(shè)備精度和性價(jià)比的要求也越來越高，為了滿足不同的消費(fèi)群體，為了能夠更好的發(fā)揮其價(jià)值，為了滿足不同的功能需要，所以要根據(jù)不同的情況設(shè)計(jì)不同的配料儀，現(xiàn)在各大廠家生產(chǎn)的配料儀器對(duì)功能的實(shí)現(xiàn)上略有欠缺，不能夠針對(duì)一個(gè)行業(yè)制造出比較專業(yè)并切合實(shí)際的配料系統(tǒng)，為了能夠滿

12、足畜牧行業(yè)的配料儀4，故提出了智能電子配料儀的設(shè)計(jì)。1.1.1 選題的背景在建材、化工、冶金、礦山、電力、食品、飼料加工等行業(yè)中，有許多產(chǎn)品是將某幾種原料按一定的比例混合，通過加工而成。這種按一定的比例混合原料的過程就是配料過程。配料過程中，物料混合比例是否按預(yù)先的配比進(jìn)行，將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量?，F(xiàn)在各行業(yè)對(duì)配料的效率和精度要求越來越高，人工配料已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。所以研制高效率、高精度自動(dòng)配料生產(chǎn)線勢(shì)在必行，而配料控制器7是關(guān)鍵的設(shè)備之一。在以往的配料設(shè)備8中存在以下幾方面不足：給料方式上只有快慢速給料，配料精度的合格率達(dá)不到要求；控制信號(hào)只有給料控制，其他動(dòng)作控制滿足不

13、了 ，即使采用 PLC 動(dòng)作配合也不理想，且控制算法也難以實(shí)現(xiàn)；一般均是單物料工作方式，不適合連續(xù)自動(dòng)配料生產(chǎn)線。同時(shí)，一般配料工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)粉塵大、工作環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染環(huán)境，不利于操作人員的身心健康；配料種類多，標(biāo)準(zhǔn)量各不相同，對(duì)每種物料下料速度和稱量精度都要求嚴(yán)格，生產(chǎn)也要求較高；因原料供應(yīng)廠家不同，料樣為粉料的情況下，物料的粘度、比重各不相同，且物料溫度、濕度變化易粘連、結(jié)塊，使物料的流動(dòng)性降低，對(duì)稱量精度有一定的影響。基于綜合考慮，特研制了一種用 AT89S52 為控制中心的智能配料控制器。1.1.2 課題研究的目的和意義智能電子配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是提高控制和作業(yè)精度。用于畜牧流程

14、中的新型的電子配料稱量系統(tǒng)，作為計(jì)量配料的主要設(shè)備，由于其具有快速準(zhǔn)確、直觀等優(yōu)點(diǎn)，正在逐步取代機(jī)械稱量系統(tǒng)。以單片機(jī)11作為控制核心的電子配料稱量系統(tǒng)，具有可設(shè)定、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、成本低廉、使用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是簡(jiǎn)單、小型電子配料稱量系統(tǒng)的發(fā)展方向。它具有去皮、清零、自動(dòng)零跟蹤處理、凈重/毛重轉(zhuǎn)換、過載顯示及弱電源顯示等功能。此電子配料稱重系統(tǒng)最多可有 8 種物料同時(shí)進(jìn)行配置，配料量、配料比可隨意輸入，配料次序均可由鍵盤設(shè)定，且可斷電記憶，簡(jiǎn)單實(shí)用。實(shí)際配料量打印、記錄和 LCD13顯示出來。通過以上的設(shè)計(jì)和功能的實(shí)現(xiàn)徹底滿足廣大顧客的需求。著重體現(xiàn)在以下方面：（1）配料精度：配料精度

15、是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和回報(bào)率；（2）可靠性：可靠性是重要的質(zhì)量指標(biāo)，直接影響故障率的發(fā)生；（3）性能價(jià)格比：這是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。自動(dòng)配料裝置的核心設(shè)備是配料秤, 配料秤性能好壞直接影響配料質(zhì)量的優(yōu)劣。隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，市場(chǎng)上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，在本設(shè)計(jì)中將智能化、自動(dòng)化、人性化用在了電子秤重的控制系統(tǒng)中。此設(shè)計(jì)在于通過自主進(jìn)行課題研究和探索，了解和掌握基本的科學(xué)研究方法和手段，本系統(tǒng)主要由單片機(jī)來控制，測(cè)量物體重量部分由稱重傳感器17及A/D轉(zhuǎn)換器組成，加上顯示單元，此電子秤量系統(tǒng)具備了功能多、性

16、能價(jià)格比高、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、使用方便直觀、速度快、測(cè)量準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中，需要掌握智能配料多路巡檢測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，配料儀電路的設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)及相關(guān)軟件的編寫22等，學(xué)會(huì)對(duì)典型智能測(cè)試實(shí)例進(jìn)行分析，掌握智能配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)步驟。對(duì)于配料系統(tǒng)是一門永遠(yuǎn)和社會(huì)同步的技術(shù)問題，對(duì)于不同工作環(huán)境所造成的現(xiàn)實(shí)問題，是智能稱量系統(tǒng)主要研究的課題。每年我國(guó)召開智能電子稱量系統(tǒng)的會(huì)議，希望能夠交流，研發(fā)出更現(xiàn)代化、更準(zhǔn)確化、更高效化、更廉價(jià)化的適合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需要的儀器和儀表。在原有機(jī)械配料、現(xiàn)有自動(dòng)配料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)改造，使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)智能

17、化和信息化；方便快捷是設(shè)計(jì)的基本追求，稱重準(zhǔn)確是計(jì)量的根本要求，低廉通用是行業(yè)的一直期待，一定要保質(zhì)保量使得生產(chǎn)得到更大的人性化。所以說此課題的研究對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和完善現(xiàn)代企業(yè)管理具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外智能配料系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 國(guó)內(nèi)外智能配料系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀自國(guó)務(wù)院頒布1994-2000年全國(guó)飼料工業(yè)發(fā)展納要正式將飼料工業(yè)綱入國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃之后，我國(guó)的飼料工業(yè)發(fā)展迅猛，取得了令人矚目的成就。目前，隨著自動(dòng)化控制程度的提高，在冶金、建材、化工、食品加工、飼料加工等行業(yè)廣泛地需要配料控制器來進(jìn)行物料配比自動(dòng)控制。比如在建筑業(yè)，混凝

18、土的配置就是很重要的環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)系到工程質(zhì)量而且還關(guān)系到人身安全，在最早的混凝土配置中完全依靠大量的人力來完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大而且由于水泥粉塵的污染損壞了工人的身體健康和周圍的環(huán)境?，F(xiàn)在許多建筑工程和筑路，建橋、房屋建筑、工廠大規(guī)模的建設(shè)等都要求，承建建設(shè)任務(wù)的建筑公司必須使用智能配料控制器來控制物料的自動(dòng)配比，利用智能配料控制器進(jìn)行配料，只需一人或幾人就可以在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離物料配料場(chǎng)所進(jìn)行控制配料的完成，不僅節(jié)省了人力物力，也減少了環(huán)境污染，大大提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本。物料必須實(shí)現(xiàn)科學(xué)的配比，如建筑業(yè)中的混凝土24并非是水泥越多越好。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，物料必須實(shí)現(xiàn)科學(xué)的配比，在食品加

19、工、冶金、化工、飼料加工等行業(yè)也越來越注重物料配比的精度和配料的控制速度，也就需要高精度、高速度的智能配料控制器來進(jìn)行自動(dòng)控制。此設(shè)計(jì)的智能配料控制器也正是為了此目的。近十年來，我國(guó)各大廠商從英國(guó)、日本等地引進(jìn)了多種配料系統(tǒng)，也有一些廠商自主研發(fā)了各種形式的配料系統(tǒng)。但從稱量方式上看，有單秤累計(jì)稱量、多秤分別稱量和多秤部分累計(jì)稱量三種。單秤累計(jì)稱量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但由于需要選用大量程傳感器，稱量精度差，累計(jì)稱量速度慢，只能適用于小型廠小粉料配料速度、精度要求不高的場(chǎng)合。多秤分別稱量為一種物料采用一種秤，統(tǒng)一收集。它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、自動(dòng)化程度高、稱量精度25高、秤量速度快。多秤部分累計(jì)稱量一

20、般采用 24臺(tái)秤，同時(shí)對(duì)幾種物料進(jìn)行累計(jì)稱量，其特點(diǎn)介于二者之間。從自動(dòng)化程度分，有較簡(jiǎn)易的人工取料自動(dòng)稱量方式，也有自動(dòng)給料自動(dòng)稱量的全自動(dòng)配料系統(tǒng)。但不論每一種都很難做到普遍通用性，畢竟很難適合各種工作環(huán)境。1.2.2 智能配料系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)為了能夠最大滿足用戶需要，每年各大配料研究機(jī)構(gòu)都努力的研究最新的產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)的需要。技術(shù)不斷更新，專家不斷科研，配料系統(tǒng)也逐漸的走向了成熟。各種儀器廣泛應(yīng)用于建材工業(yè)、日化產(chǎn)品、干粉砂漿、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、飼料行業(yè)、水泥行業(yè)、以及較難處理的橡膠行業(yè)等等配料控制系統(tǒng)。所以說自動(dòng)配料系統(tǒng)是未來社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，在各方面對(duì)配料控制器的要求逐漸

21、趨向智能化、數(shù)字化。在智能化上要求儀器能自動(dòng)完成物料的稱重、自動(dòng)調(diào)校測(cè)量誤差、自動(dòng)進(jìn)料和卸料、以及能夠?qū)崿F(xiàn)微機(jī)集成控制，使操作人員坐在控制中心就可完成所有的工作，節(jié)省人力物力。在數(shù)字化上要求信號(hào)的處理及傳輸向數(shù)字方向發(fā)展，目的是提高系統(tǒng)的抗干擾性和精確度，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。1.2.3 國(guó)內(nèi)外水平對(duì)比分析1配料精度配料精度是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，直接關(guān)系到飼料產(chǎn)品的質(zhì)量、報(bào)酬率。目前國(guó)內(nèi)的智能配料系統(tǒng)一般都能達(dá)到靜態(tài) 0.1%F.S、動(dòng)態(tài) 0.2%F.S，與國(guó)外水平相當(dāng)。2可靠性可靠性是重要的質(zhì)量指標(biāo)。由于機(jī)械工藝、電子元件等基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展的滯后，國(guó)內(nèi)的智能配料系統(tǒng)可靠性與國(guó)外產(chǎn)品相比尚有

22、一定差距。3性能價(jià)格比這是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。國(guó)外的智能配料系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)同等水平的產(chǎn)品的35 倍之多，而且售后服務(wù)不如國(guó)產(chǎn)企業(yè)的及時(shí)和便利。由此可見，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的智能配料系統(tǒng)，配料精度已達(dá)國(guó)外同等水平，其主要性能指標(biāo)也與國(guó)外同類裝置相差無幾，但可靠性、穩(wěn)定性及使用壽命等與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備相比差距較大。優(yōu)勢(shì)是價(jià)格較低，僅為進(jìn)口的一半，維修服務(wù)也方便，因而國(guó)內(nèi)飼料企業(yè)還是樂意采用國(guó)產(chǎn)的配料系統(tǒng)。1.3 設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容和擬達(dá)到的結(jié)果1.3.1 設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容根據(jù)國(guó)內(nèi)外配料行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)有很多方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高，所以提出了以下幾個(gè)方面內(nèi)容：（1）價(jià)格低廉、體積在原有基礎(chǔ)上變小（2）性能穩(wěn)定

23、26、精確度在進(jìn)一步提高（3）抗干擾能力、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，并且可以滿足市場(chǎng)上較難處理的固體物料（4）整體操作簡(jiǎn)單，便于直觀讀數(shù)，可隨意更改配料比例，滿足不同顧客的需求（5）配料種類多，需求工作人員少，有比較明顯的推廣價(jià)值1.3.2 擬達(dá)到的結(jié)果通過此智能配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以滿足多種飼料的配比，并且根據(jù)自身需要可隨意更改比例，精確度高、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、抗干擾等適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。它具有去皮、清零、自動(dòng)零跟蹤處理、凈重/毛重轉(zhuǎn)換、過載顯示及弱電源顯示等功能。第 2 章 方案選擇與論證2.1 總體方案的比較與論證方案一：采用把若干個(gè)控制回路以及所有的變量的顯示、操作和控制集中在單一計(jì)算機(jī)上來實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)

24、框圖如圖 2.1 所示。DCS 系統(tǒng)接口主機(jī)系統(tǒng)配置功能稱重設(shè)備 1稱重設(shè)備 n 圖 2.1 集中型配料系統(tǒng)框圖方案二：采用單片機(jī)，壓力傳感器設(shè)計(jì)出具有智能配料功能的精確測(cè)量控制系統(tǒng)。智能配料稱量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 2.2 所示。重物稱重傳感器調(diào)零電路放大器顯示器電源A/DCPU鍵盤圖 2.2 智能配料稱量系統(tǒng)框圖方案比較：方案一的做法會(huì)產(chǎn)生問題：即集中的脆弱性問題，單臺(tái)計(jì)算機(jī)控制著所有的回路，把危險(xiǎn)也集中了，一旦計(jì)算機(jī)有故障，則導(dǎo)致全面癱瘓；方案二的設(shè)計(jì)體積小、成本低、計(jì)量精度高、工作穩(wěn)定的小量程電子稱。2.2 電壓信號(hào)放大電路模塊的選擇方案一：應(yīng)用 OP07 是一種低噪聲,非斬波穩(wěn)零的雙極性

25、運(yùn)算放大電路，具有非常低的輸入失調(diào)電壓，無需額外的調(diào)零措施，超低偏移，低輸入偏置電流穩(wěn)定性好，這種低失調(diào)高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)方面，OP07 信號(hào)放大器如圖 2.3 所示。OA1-IN2+IN3V-4NC5OUT6V+7OA8UO1OP07圖 2.3 OP07 信號(hào)放大器功能框圖方案二：采用集成運(yùn)放芯片 TL084 將基本的差分放大電路和正相放大電路有機(jī)的組合起來。對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選擇不同的阻值就可以產(chǎn)生不同的放大倍數(shù)。使之成為適合 A/D 轉(zhuǎn)換的（010V）的模擬電壓信號(hào)。方案比較：雖然方案一的運(yùn)放在各個(gè)方面

26、都有出色的表現(xiàn)和明顯的優(yōu)勢(shì)，TL084雖然在放大倍數(shù)、溫度漂移以及其它很多特性上比不上 OP07，但是從本設(shè)計(jì)應(yīng)用的角度來考慮，其工作環(huán)境以及其它方面要求的條件，TL084 完全可以勝任，其中最為關(guān)鍵的是 TL084 價(jià)格低廉、通用性好，而 OP07 單片價(jià)格昂貴、成本高，從成本上考慮本設(shè)計(jì)，選擇通用性更好、價(jià)格更低的 TL084。2.3 A/D 采樣電路方案的選擇方案一：ADC0809 轉(zhuǎn)換器采用 CMOS 工藝制造，8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器、5V單電源供電、8 通道輸入、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并行輸出，工作溫度范圍為 0至 70，共有 28個(gè)引腳，占用單片機(jī) I/O 數(shù)量多，接口復(fù)雜，不易操作。方案

27、二：TLC254327采用 CMOS 工藝，具備 12 位分辨率、11 個(gè)模擬輸入通道，該芯片采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口（SPI）與外設(shè)通信，只需 4 條信號(hào)線便可與單片機(jī)等微控制器連接。片內(nèi)集成采樣-保持電路，且具有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出引腳 EOC。方案比較：綜合考慮，方案一 ADC0809 為 8 位，轉(zhuǎn)換精度低，轉(zhuǎn)換速度慢，且轉(zhuǎn)換精度受環(huán)境溫度影響較大，引腳數(shù)量多，在硬件電路的設(shè)計(jì)上占用的空間大；方案二 TLC2543 為 12 位分辨率精度轉(zhuǎn)換器，采用標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 通信模式，引腳數(shù)量少，節(jié)省空間，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，抗干擾能力強(qiáng)。2.4 下料閥門的選擇方案一：蝶閥又叫翻版閥29，是一

28、種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)閥，用圓形蝶板作啟閉件并隨閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)來開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)流體通道的一種閥門。蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為 090之間，旋轉(zhuǎn)到 90時(shí)，閥門則處于全開狀態(tài)。廣泛應(yīng)用在石油、煤氣、化工、水處理等一般工業(yè)上。方案二：旋塞閥是關(guān)閉件或柱塞形的旋轉(zhuǎn)閥，通過旋轉(zhuǎn)90 度使閥塞上的通道口與閥體上的通道口相同或分開，實(shí)現(xiàn)開啟或關(guān)閉的一種閥門。旋塞閥最適于作為切斷和接通介質(zhì)以及分流適用，但是依據(jù)適用的性質(zhì)和密封面的耐沖蝕性，有時(shí)也可用于節(jié)流。由于旋塞閥密封面之間運(yùn)動(dòng)帶有擦拭作用，而在全開時(shí)可完全防止與流動(dòng)介質(zhì)的接觸，故它通常也能用于帶懸浮

29、顆粒的介質(zhì)。方案三：電動(dòng)機(jī)械閥門30，是通過電帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過機(jī)械構(gòu)造完成操作的一種閥門。適應(yīng)能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度可根據(jù)需要調(diào)整，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)需要。特別適合顆粒狀材質(zhì)，是目前對(duì)待大塊堅(jiān)固顆粒下料的最為有效的閥門。由大功率的電機(jī)帶動(dòng)，驅(qū)動(dòng)強(qiáng)勁。方案比較：方案一的使用壓力和工作范圍小，主要用于液體，密封性差；方案二廣泛地應(yīng)用于油田開采、輸送和精練設(shè)備中，價(jià)格比較昂貴，但對(duì)于不適合大體顆粒物質(zhì)。方案三專為固體物質(zhì)設(shè)計(jì)，特別是較難處理的大顆粒物質(zhì)，通過占空比設(shè)置時(shí)間的控制，輸入脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開關(guān)，并可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)操作等功能。2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案的選擇方案一：采用三極管驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)計(jì)中應(yīng)用了 H

30、 橋臂開關(guān)電路，如圖 2.5 所示。Q28050Q39013Q58550Q18050Q48550D14148D34148D24148D44148MM1MotorR11KVCCGNDR21KQ69013R31KVCCGNDR41KVCCGNDPWM1PWM2圖 2.5 三極管驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路方案二：利用專業(yè)的 L298N 芯片來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，性能穩(wěn)定，通過對(duì)功能模塊的設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并提供了一種用單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn) PWM 調(diào)速的方法，如圖 2.6 所示。D7D8D9D10D11D12D13D14GNDVCC_9VIN1IN2IN3IN4GNDMM3MotorMM4MotorIN412I

31、N310IN27IN15ENABLEB11ENABLEA6CSB15CSA1VSS9GND8VS4OUT12OUT23OUT313OUT414U8L298NVCCGNDVCC_9VVCC圖 2.6 L298N 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)電路方案比較：方案一的設(shè)計(jì)雖然也能實(shí)現(xiàn)其功能，通過放大功率倍數(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，安裝了二極管的保護(hù)功能，防止電流過大致使電機(jī)燒毀，但是只能驅(qū)動(dòng)小功率的電機(jī)，對(duì)于大功率的電機(jī)不能很好的體現(xiàn)其性能，正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間過長(zhǎng)，不易于操作；方案二采用了專業(yè)的芯片，增設(shè)了外圍電路，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可保護(hù)過壓、過流、過熱等情況的發(fā)生，造成燒毀電機(jī)。并通過對(duì) PWM 的設(shè)置可調(diào)節(jié)電機(jī)速度，從功能上滿足

32、設(shè)計(jì)的需求。2.6 本章小結(jié)本章介紹了兩種智能配料系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和各模塊選擇的方案對(duì)比，經(jīng)過對(duì)控制功能的實(shí)現(xiàn)，硬件電路的設(shè)計(jì)，各個(gè)器件性能的優(yōu)劣，成本造價(jià)的高低等方面的綜合考慮，選擇出了合理的設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)各器件的選擇均滿足需求，得到了實(shí)用性的最大化。第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)電路單片機(jī)采用具有 8 位微控制器和 8K 字節(jié)系統(tǒng)可編程 Flash 的 AT89S52，它是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許

33、程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 的具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié)的 Flash，256 字節(jié)的 RAM，32 位的 I/O口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有 6 個(gè)向量的 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方

34、式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52 主要性能如下：（1） 與 MCS-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容（2） 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器（3） 1000 次擦寫周期（4） 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz（5） 32 個(gè)可編程 I/O 口線（6） 三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（7） 八個(gè)中斷源（8） 全雙工 UART 串行通道（9） 低功耗空閑和掉電模式（10）掉電后中斷可喚醒（11）看門狗定時(shí)器（12）雙數(shù)據(jù)指針（13）掉電標(biāo)識(shí)符（14）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器AT89S52 的引腳如圖 3.1 所示。P1.0/T21P1.1/T

35、2 EX2P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17A8/P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627A15/P2.728AD7/P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138AD0/P0.039RST9XTL218XTL119GND20VCC40PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31UO2AT89S52 圖

36、 3.1 AT89S52 引腳圖VCC：電源。GND：地。P0 口：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫 1 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時(shí)，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此

37、時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（I）。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表 3.1 所示，在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。表 3.1 P1 口的描述引腳號(hào)第二功能P1.0T2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的外部引腳時(shí)鐘輸出P1.1T2EX 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制P1.2MOSI 在系統(tǒng)編程用P1.3MISO 在系統(tǒng)編程用P1.4SCK 在系統(tǒng)編程用P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部

38、上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4

39、 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P3 口也接收一些控制信號(hào)。P3 口的第二功能描述如表 3.2 所示。表 3.2 P3 口的描述引腳號(hào)第二功能P3.0RXD 串行輸入P3.1TXD 串行輸出P3.2INT0 外部中斷 0P3.3INT1 外部中斷 1P3.4T0 定時(shí)器 0 外部輸入P3.5T1 定時(shí)器 1 外部輸入P3.6WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

40、讀選通RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能無效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位PROG地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情PROG況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為

41、 8EH 的 SFR 的第 0 位置 1，ALE 操作將無效。這一位置 1，ALE僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)PSENPSENAT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而PSEN在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不被激活。PSEN/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程EA序存儲(chǔ)器讀取指令，必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程

42、序指令，應(yīng)該接 VCC。EAEA在 flash 編程期間，也接收 12 伏 VPP 電壓。EA單片機(jī)的應(yīng)用都是建立在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，最小系統(tǒng)也就是單片機(jī)工作的必要條件。AT89S52 最小系統(tǒng)原理圖如圖 3.2 所示。1KR910uFC8VCCGNDRSTS1GND1M ISO2RST3M OSI4SCK5VCC6IS1ISP6GNDVCCP16RSTP15P1730pfC930pfC10P1.0/T21P1.1/T2 EX2P1.23P1.34P1.45P1.5/M OSI6P1.6/M ISO7P1.7/SCK8P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/I

43、NT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17A8/P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627A15/P2.728AD7/P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138AD0/P0.039RST9XTL218XTL119GND20VCC40PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31U3at89s5212Y1XTALGNDGNDRST123456789U24.7K123456789U64.7K123456789U14.7K123456789U54.7KVCCGNDVCCVCC

44、VCCP14P15P16P17IN1IN2IN3IN4P34P35P36P37SHSTDSADCSDATAADDRADCLKLCDRSRWLCDENRET2KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5圖 3.2 AT89S52 最小系統(tǒng)原理圖3.2 稱重模塊3.2.1 傳感器的定義與組成傳感器（Transducer/Sensor）在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB76651987）中的定義是：“能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，組成框圖如圖 3.3 所示。被測(cè)量電量敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路圖 3.3 傳感器組成框圖敏感

45、元件：它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。基本轉(zhuǎn)換電路：將電路參量接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器只完成被測(cè)參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換，然后輸入到測(cè)控電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測(cè)值或進(jìn)行過程控制。3.2.2 壓力傳感器的選擇各種傳感器，由于原理、結(jié)構(gòu)不同，使用環(huán)境、條件、目的不同，其技術(shù)指標(biāo)也不可能相同。但是有些一般要求，卻基本上是共同的，包括：可靠性、靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)性能、量程、抗干擾能力、分辨力、靈敏度、成本、能耗、對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響等。傳感器是通過檢測(cè)功能來達(dá)

46、到各種技術(shù)指標(biāo)的目的，很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下工作，精度不夠、動(dòng)態(tài)性能不好或出現(xiàn)故障，整個(gè)工作就無法進(jìn)行。在某些系統(tǒng)中或設(shè)備上往往裝上許多傳感器，若有一個(gè)傳感器失靈，會(huì)影響全局。所以傳感器的工作可靠性、靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能是最基本的要求。3.2.3 本設(shè)計(jì)采用的壓力傳感器本設(shè)計(jì)中采用的是中原電測(cè)儀器廠生產(chǎn)的微型稱重傳感器 1B，可滿足 1-20KG量程范圍內(nèi)的測(cè)量；鋁合金材料，平衡梁結(jié)構(gòu)；硅橡膠密封，表面陽(yáng)極化，耐腐蝕性佳；整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用方便；適用于電子天平等各類電子稱重設(shè)備。微型傳感器 1B 的技術(shù)指標(biāo)如表 3.3 所示。表 3.3 微型傳感器 1B 技術(shù)指標(biāo)量程kg5,6,10,12

47、,15,20綜合誤差0.03輸出靈敏度mV/V1.80.1非線性%F.S0.02重復(fù)性%F.S0.02滯后%F.S0.03蠕變(5min)%F.S0.03零點(diǎn)溫度漂移%F.S/100.3額定輸出溫度漂移%F.S/100.03零點(diǎn)輸出mV/V0.1輸入電阻105510輸出電阻100010絕緣電阻M3000推薦激勵(lì)電壓V10工作溫度范圍-10+40過載能力%F.S150微型傳感器 1B 的樣品如圖 3.4 所示。圖 3.4 微型傳感器 1B3.3 電壓放大電路3.3.1 放大器芯片 TL084 的簡(jiǎn)介TL084 系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器，與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比

48、，他們有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。該放大器工作在低到 3.0V，高到 32V 的電源下，靜態(tài)電流大致為其他放大器靜態(tài)電流的五分之一。TL084 的特性如下：（1）寬泛的供電范圍（2）低輸入偏置和偏置電流（3）短路保護(hù)輸出（4）J-FET 高阻抗輸入（5）內(nèi)部頻率補(bǔ)償放大器 TL084 的管腳圖如 3.5 所示。OUT11IN1-2IN1+3VCC+4IN2+5IN2-6OUT27OUT38IN3-9IN3+10VCC-11IN4+12IN4-13OUT414UPTL084圖 3.5 TL084 的管腳圖3.3.2 本設(shè)計(jì)中 TL084 放大芯片的應(yīng)用采用集成運(yùn)放芯片 TL084 將基本的差分放大電路和正

49、相放大電路有機(jī)的組合起來。對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理，其放大電路圖如圖 3.6 所示。前端模擬信號(hào)來自壓力傳感器，信號(hào)很微弱，不足以顯示出來，通過 TL084 放大后作為 AD2543 的輸入。在放大的過程中，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選擇不同的阻值就可以產(chǎn)生不同的放大倍數(shù)。使之成為適合 A/D 轉(zhuǎn)換的的模擬電壓信號(hào)。圖中輸出的前端采用了 RC 濾波電路，有效的濾出了高次諧波，去除干擾。R13 100KR16 100KR171MGNDR111MVCCR15 100KR6100KGNDR101MVCCR14 100KR7100KR81MVCCR122KC1281093411U7CTL0847562411U7

50、BTL0841321411U7ATL084DC_INDC_INAD_INAD_IN圖 3.6 電壓信號(hào)放大處理電路3.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路3.4.1 A/D 轉(zhuǎn)換器的分類A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，可以按各種不同的方法進(jìn)行分類。一般按 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)、精度、速度、工作原理進(jìn)行分類。比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理實(shí)質(zhì)上是將被轉(zhuǎn)換的模擬量與轉(zhuǎn)換器內(nèi)部產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。由于基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生及比較方法不同，比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器中又分為若干種。其中斜坡比較式屬于開環(huán)比較式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換的是被測(cè)量的瞬時(shí)值，但抗干擾能力差，準(zhǔn)確度低。逐次逼近式屬于閉環(huán)比較式，速度快，

51、準(zhǔn)確度高，應(yīng)用廣泛。此外還有技術(shù)比較式、跟蹤比較式等。積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器通過對(duì)被測(cè)量進(jìn)行積分，將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成中間量時(shí)間或頻率，然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器測(cè)量的是被測(cè)量的平均值，它的抗干擾能力強(qiáng)，準(zhǔn)確度高，但速度較慢。積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器可分為電壓時(shí)間 V/T 轉(zhuǎn)換式和電壓頻率 V/F 轉(zhuǎn)換式，每一種根據(jù)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)又分為若干類。3.4.2 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有：轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度等。選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)除考慮這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)注意滿足其輸入電壓的范圍、輸出數(shù)字的編碼、工作溫度范圍和電壓穩(wěn)定度等方面的要求。（1）分辨率：A/

52、D 轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。它說明 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間：是指 A/D 轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換電路的類型有關(guān)。其中并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最高，逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器次之，間接 A/D 轉(zhuǎn)換器的速度最慢。3.4.3 芯片 A/D 2543 的簡(jiǎn)介TLC2543 采用 CMOS 工藝，具備 12 位分辨率、11 個(gè)模擬輸入通道，該芯片采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口（SPI）與外設(shè)通信，只需 4 條信號(hào)線便可與單片機(jī)等微控制器連接。片內(nèi)集成采樣-保持電路，

53、且具有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出引腳 EOC33。TLC2543 引腳圖如圖 3.7 所示。AIN11AIN22AIN33AIN44AIN55AIN66AIN77AIN88AIN99AIN1011AIN1112GND10RES-13RES+14CS15DOUT16DIN17CLK18EOC19VCC20UTTLC2543圖3.7 TLC2543引腳圖串行輸出線DATAOUT是串行數(shù)據(jù)輸出總線，讀周期內(nèi)數(shù)據(jù)從此引腳上移出，數(shù)據(jù)由串行時(shí)鐘的下降沿同步輸出。數(shù)據(jù)從TLC2543傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。串行輸入線DATAIN是串行數(shù)據(jù)輸入引腳。通道地址選擇在此引腳上輸入，數(shù)據(jù)由串行時(shí)鐘的上升沿鎖存。數(shù)據(jù)從單片機(jī)傳輸?shù)絋LC2

54、543。TLC2543引腳功能如表3.4所示。表3.4 TLC2543引腳功能引腳號(hào)名稱功能引腳號(hào)名稱功能19、11、12IN0IN10模擬輸入端18CLK輸入輸出時(shí)鐘15CS片選端14REF+正基準(zhǔn)電壓端17DATAIN串行輸入端13REF-負(fù)基準(zhǔn)電壓端16DATAOUTA/D轉(zhuǎn)換輸出端20Vcc正電源端19EOCA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束10GND負(fù)電源端A/D 轉(zhuǎn)換首要的考慮因素就是精度和速度。在設(shè)計(jì)中人們往往即要要求速度，又要求精度。為了在溫度采集時(shí)有一個(gè)較高的精度的同時(shí)又能保持較高的采樣率，所以選取TL2543作為AD轉(zhuǎn)換電路。TLC2543電壓采集電路如圖3.8所示。TLC2543 的主要特性

55、如下： （1）11 個(gè)模擬輸入通道 （2）266ksps 的采樣速率 （3）最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10s （4）SPI 串行接口 （5）線性度誤差最大為1LSB （6）低供電電流（1mA 典型值） （7）掉電模式電流為 4A1234567891011PX1VCCC7104+C5100ufC6104VCCGNDA01A12A23A34A45A56A67A78A89A911A1012VCC20GND10CLK18REF-13REF+14CS15DA/O16ADD17EOC19U4 TLC2543ADCLKADDRDATAADCSAD_IN圖3.8 TLC2543電壓采集電路TLC2543采取MSB高位先

56、發(fā)的方式進(jìn)行串行通信，若設(shè)置為12位A/D采集，可以采取兩種形式：12位數(shù)據(jù)輸出格式和16為數(shù)據(jù)輸出格式。一開始，片選為高，CSCLK和DATAIN被禁止，DATAOUT為高阻狀態(tài)，變低，開始轉(zhuǎn)換過程，CLK和CSDIN使能，并使DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。8位數(shù)據(jù)流從DIN端輸入，在CLK的上升沿存入輸入寄存器。在傳送這個(gè)數(shù)據(jù)流的同時(shí)，輸入/輸出時(shí)鐘的下降沿也將前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果從輸出數(shù)據(jù)寄存器移到DATAOUT端。輸入的數(shù)據(jù)是一個(gè)8位的數(shù)據(jù)流。設(shè)計(jì)中采用了12位的通信方式，因此采用了軟件模擬的SPI通信，對(duì)于單片機(jī)一方來說，可以使用任意4個(gè)空閑的I/O來模擬SPI時(shí)序完成通信。3.5 顯示系

57、統(tǒng)3.5.1 液晶的簡(jiǎn)單描述液晶顯示器（LCD）是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。LCD 是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件。包括段顯示方式的字符段顯示器件；矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件；矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等。液晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時(shí)導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時(shí)，排列則變得混亂，阻止光線通過。液晶在一般情況下，分子結(jié)構(gòu)排列整齊有序，非常透明。但加上直流電場(chǎng)后，分子結(jié)構(gòu)被電場(chǎng)擾亂了，使透射光或反射光的強(qiáng)度和方向發(fā)生變化，液晶變得不透明了，這叫電光效應(yīng)。這是計(jì)算器液晶顯示屏顯示數(shù)字的

58、原理。3.5.2 本設(shè)計(jì)采用的顯示系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用的是型號(hào)為 MS12864A-1 的液晶，通過液晶可以顯示更加直觀，方便操作，便于記錄?？娠@示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字（1616 點(diǎn)陣） 、128 個(gè)字符（816 點(diǎn)陣）及 64256 點(diǎn)陣顯示 RAM（GDRAM） 。1模塊引腳說明12864 液晶詳細(xì)引腳說明如表 3.5 所示。表 3.5 12864 液晶引腳說明引腳號(hào)引腳名稱方向功能說明1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端3V0LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào)5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號(hào)；串行的數(shù)據(jù)口6E(C

59、LK)H/L并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘7DB0H/L數(shù)據(jù) 08DB1H/L數(shù)據(jù) 19DB2H/L數(shù)據(jù) 210DB3H/L數(shù)據(jù) 311DB4H/L數(shù)據(jù) 412DB5H/L數(shù)據(jù) 513DB6H/L數(shù)據(jù) 614DB7H/L數(shù)據(jù) 715PSBH/L并/串行接口選擇：H-并行，L-串行16NC 空腳17RETH/L復(fù)位，低電平有效18NC 空腳19LED_A背光源正極（LED+5V）20LED_K背光源負(fù)極（LED-0V）2主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性（1）電源：VDD +3.3V+5V（內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓）（2）顯示顏色：黃綠（3）顯示角度：6：00 鐘直視（4）與 MCU 接口：8 位或 4 位并

60、行/3 位串行（5）配置 LED 背光（6）多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等（7）邏輯工作電壓（VDD）：4.55.5V（8）電源地（GND）：0V（9）工作溫度（Ta）：060（常溫）/ -2075（寬溫）為了節(jié)省單片機(jī)上的 I/O 口，本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)外接 74S595 擴(kuò)展外部接口，這樣節(jié)省了單片機(jī)七個(gè)引腳，74S595 與液晶的連接如圖 3.9 所示。GNDVCCLCDRSRWLCDENGNDVCCGNDVCCQ015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q79VCC16GND8M R10OE13DS14SHcp11STcp12U_174595123456

61、7891011121314151617181920LCD1VCCRET1DSSHST圖 3.9 74S595 與液晶的連接3.6 控制輸入系統(tǒng)應(yīng)用了五個(gè)按鍵對(duì)單片機(jī)進(jìn)行操控，每個(gè)按鍵都有不同的功能，具體的功能通過軟件編程實(shí)現(xiàn)。其中有功能鍵、開關(guān)鍵、數(shù)字鍵、光標(biāo)移動(dòng)鍵等來實(shí)現(xiàn)智能配料系統(tǒng)的功能要求。按鍵控制輸入電路如圖 3.10 所示。S2keyS3keyS4keyS5keyS6keyGNDKEY1KEY2KEY3KEY4KEY5圖 3.10 按鍵控制輸入電路3.7 電機(jī)控制模塊3.7.1 控制電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)接收從傳感器檢測(cè)電路輸入的邏輯信號(hào)，并將輸入的信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，以控制電壓的形式輸出給

62、被控制的單元電路，完成各項(xiàng)任務(wù)要求。3.7.2 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片介紹1L298N 的工作原理L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) VSS，VSS 可接 4.57 V 電壓。4 腳 VS 接電源電壓，VS 電壓范圍 VI

63、H 為2.546 V。輸出電流可達(dá) 2.5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1、OUT2 和 OUT3、OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA，ENB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。L298N 外部引腳如圖 3.11 所示。ENA6ENB11SENSEA1SENSEB15IN15IN27IN310IN412GND8OUT414OUT313OUT23OUT12+VSS9+VS4ULL298N圖 3.1

64、1 L298N 外部引腳圖2PWM 基本原理PWM 即脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation） ，它是指將輸出信號(hào)的基本周期固定，通過調(diào)整基本周期內(nèi)工作周期的大小來控制輸出功率的方法。在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。PWM 控制原理如圖 3.12 所示，VdV0tTV max圖 3.12 PWM 控制原理圖在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減小。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 V，設(shè)占空比為，則電機(jī)

65、的平均速度為：max/Dt TV =V D （3.1）dmax式中：V 表示電機(jī)的平均速度；V表示電機(jī)全通電時(shí)的速度（最大） ；dmax表示占空比。由公式（3.1）可見，當(dāng)改變占空比 D 時(shí)，就可以得到不同的電/Dt T機(jī)平均速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3.7.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的控制閥門采用機(jī)械閥門，用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)控制一個(gè)閥門，每個(gè)閥門承擔(dān)著一個(gè)物料下口的開關(guān)，電機(jī)的速度控制是由 PWM 調(diào)制實(shí)現(xiàn)，通過占空比的調(diào)節(jié)以滿足設(shè)計(jì)的需要。并且通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)閥門的開與關(guān)。應(yīng)用 L298N 芯片，在原有的基礎(chǔ)上增設(shè)了外圍電路，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可保護(hù)過壓、

66、過流、過熱等情況的發(fā)生，造成燒毀電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如 3.13所示。D7D8D9D10D11D12D13D14GNDVCC_9VIN1IN2IN3IN4GNDMM3MotorMM4MotorIN412IN310IN27IN15ENABLEB11ENABLEA6CSB15CSA1VSS9GND8VS4OUT12OUT23OUT313OUT414U8L298NVCCGNDVCC_9VVCC圖 3.13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 L298N 功能模塊設(shè)置如表 3.6 所示。表 3.6 L298N 功能模塊ENAIN1IN2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)HIN2IN1快速停止LXX停止3.8 總體電源設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì)35如圖 3.13 所示。穩(wěn)壓器輸出 9V 電源，經(jīng)保護(hù)二極管 D1 后連接470uF 的儲(chǔ)能電容和 0.1uF 的濾波電容。這里采用大小電容并接的連接方式，大電容濾除低頻干擾，小電容濾除高頻干擾，達(dá)到相互補(bǔ)充的效果，然后接到穩(wěn)壓芯片7805 后輸出 5V 的電源，輸出端同樣采用大小電容并聯(lián)的連接方式，使電源更加穩(wěn)定可靠，后端一個(gè)串聯(lián)的 200電阻和發(fā)光二極管連到正負(fù)兩端作為電源