基于单片机的自动配料控制系统设计

【摘 要】本论文介绍了一种以STC12C5A60S2单片机为主要控制器件的自动配料控制系统.主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计.由于采用了24位ADC通道设计,与传统的配料控制系统相比,本配料控制系统具有精度高,人机交互好、低成本和易使用的特点.

【关 键 词】单片机；24位AD；STC12C5A60S2；自动配料控制系统

1.前言

在大规模工业生产中,需要对物料进行称量配比.目前工厂一般使用两种方法,第一种方法采用人工称重,然后将成比例的各种原料同时放入配料机中搅拌；另一种方法是自动称重,自动搅拌.由于很多原始材料为粉状或颗粒,人工配料时,人体容易吸入粉尘等杂物,导致职业病出现,增加了生产风险和劳动力资本,同时配料品种繁多,数量巨大,因此人工配料难以现场管理,很容易出现误配,不但质量难以保证,同时增加了管理成本.为了保证产品质量、提高生产效率和降低工作人员的劳动强度,要求采用准确、可靠的自动配料系统.目前现有的配料系统主要是用工控机或者PLC来控制.工控机控制系统结构复杂,体积大,成本高,维护难,等缺点；PLC系统的数据处理能力较弱；人机界面需要PC机支持[1,2,3].本文采用单片机控制方式具有体积小,编程方便,对于处理专门任务具有运算速度快,实时性能好,可靠性高,成本低廉等优点.

2.原理

文中以两种物料的混合配比为例,采用基于STC12C5A60S2单片机为核心的控制系统进行实现.控制器启动后,利用压力应变传感器对物料进行测重,信号经A/D转换后送入控制器,与设定值相比较,进而调节储物仓阀门达到控制物料配比的目的.各物料的加载量及调节参数经计算后送入输出端工上位机操作人员参考及调整.相对于传统的80C51系列单片机,文中的设计计算速度提高10倍左右[4],并且具有低功耗,高抗干扰的优势,适用于工况环境恶劣的场合.

硬件

系统硬件构图如图1所示,压敏传感器产生的电压测量信号经过放大和A/D转换后,控制器经标度计算后将其与设定值进行比较,输出信号既控制电机调节储物仓阀门,同时与上位机发生通信.硬件电路设计主要包括电源模块、放大电路、A/D转换模块以及显示电路.

3.信号放大

如图2所示,AD623是一个集成单电源仪表放大器,在无外接电阻的条件下,AD623被设置为单位增益；外接电阻后,AD623可编程设置增益,其增益最高可达1000倍.压敏传感器输出信号0-20mV,经放大后为0-5V电压信号.信号经放大后,采用稳压电路保持信号的完整可靠性.稳压电路基于LM7805（如图3所示）、LM7905（如图4所示）设计,同时满足+5V及-5V信号的稳压要求,为消除有害的输入/输出尖峰信号或噪声,在稳压集成电路的输入端和输出端加上两个电容.

4.A/D转换

如图5所示,A/D转换采用AD7190芯片实现,该器件可配置为具有两个差分输入或4个伪差分输入.芯片上的通道序允许几个渠道已经启用,并且启用了AD7190每个通道的顺序转换.这简化了部分沟通.芯片上的492MHz的时钟可以作为时钟源到ADC,或者,一个外部时钟或晶体都可以使用.

5.外设模块

如图6所示,外设模块完成显示功能和与上位机进行通信的要求.显示电路采用8位共阳极LED数码管以动态扫描法直读显示.需要74LS373锁存器来控制锁存段码,74LS138锁存位码.

6.主程序流程描述（如图7所示）

（1）初始化A/D

（2）读AD

（3）数据调零

（4）判断状态1：大仓门,小仓门都开；（仓门一）

（5）判断状态2：大仓门关小仓门开；（仓门一）

（6）判断状态3：大小仓门都关；（仓门一）

（7）判断状态4：出料口打开；（仓门一）

（8）判断状态5：转入仓口二等

7.结束语

本文介绍的基于STC12C5A60S2单片机为核心的自动配料系统,运算速度快、简单可靠、易于维护,且实现了与上位机通信功能,便于控制人员监视操作.在实际的工况生产环境中,能够有效克服复杂环境带来的干扰.