采用STC12C5A60S2單片機(jī)為核心實現(xiàn)自動配料控制系統(tǒng)的設(shè)計

1.前言

在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，需要對物料進(jìn)行稱量配比。目前工廠一般使用兩種方法，第一種方法采用人工稱重，然后將成比例的各種原料同時放入配料機(jī)中攪拌；另一種方法是自動稱重，自動攪拌。由于很多原始材料為粉狀或顆粒，人工配料時，人體容易吸入粉塵等雜物，導(dǎo)致職業(yè)病出現(xiàn)，增加了生產(chǎn)風(fēng)險和勞動力資本，同時配料品種繁多，數(shù)量巨大，因此人工配料難以現(xiàn)場管理，很容易出現(xiàn)誤配，不但質(zhì)量難以保證，同時增加了管理成本。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低工作人員的勞動強(qiáng)度，要求采用準(zhǔn)確、可靠的自動配料系統(tǒng)。目前現(xiàn)有的配料系統(tǒng)主要是用工控機(jī)或者PLC來控制。工控機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，成本高，維護(hù)難，等缺點；PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力較弱；人機(jī)界面需要PC機(jī)支持。本文采用單片機(jī)控制方式具有體積小，編程方便，對于處理專門任務(wù)具有運(yùn)算速度快，實時性能好，可靠性高，成本低廉等優(yōu)點。

2.原理

文中以兩種物料的混合配比為例，采用基于STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)進(jìn)行實現(xiàn)。控制器啟動后，利用壓力應(yīng)變傳感器對物料進(jìn)行測重，信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入控制器，與設(shè)定值相比較，進(jìn)而調(diào)節(jié)儲物倉閥門達(dá)到控制物料配比的目的。各物料的加載量及調(diào)節(jié)參數(shù)經(jīng)計算后送入輸出端工上位機(jī)操作人員參考及調(diào)整。相對于傳統(tǒng)的80C51系列單片機(jī)，文中的設(shè)計計算速度提高10倍左右，并且具有低功耗，高抗干擾的優(yōu)勢，適用于工況環(huán)境惡劣的場合。

硬件系統(tǒng)硬件構(gòu)圖如圖1所示，壓敏傳感器產(chǎn)生的電壓測量信號經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換后，控制器經(jīng)標(biāo)度計算后將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出信號既控制電機(jī)調(diào)節(jié)儲物倉閥門，同時與上位機(jī)發(fā)生通信。硬件電路設(shè)計主要包括電源模塊、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及顯示電路。

3.信號放大

如圖2所示，AD623是一個集成單電源儀表放大器，在無外接電阻的條件下，AD623被設(shè)置為單位增益；外接電阻后，AD623可編程設(shè)置增益，其增益最高可達(dá)1000倍。

壓敏傳感器輸出信號0-20mV,經(jīng)放大后為0-5V電壓信號。信號經(jīng)放大后，采用穩(wěn)壓電路保持信號的完整可靠性。穩(wěn)壓電路基于LM7805（如圖3所示）、LM7905（如圖4所示）設(shè)計，同時滿足+5V及-5V信號的穩(wěn)壓要求，為消除有害的輸入/輸出尖峰信號或噪聲，在穩(wěn)壓集成電路的輸入端和輸出端加上兩個電容。

4.A/D轉(zhuǎn)換

如圖5所示，A/D轉(zhuǎn)換采用AD7190芯片實現(xiàn)，該器件可配置為具有兩個差分輸入或4個偽差分輸入。芯片上的通道序允許幾個渠道已經(jīng)啟用，并且啟用了AD7190每個通道的順序轉(zhuǎn)換。這簡化了部分溝通。芯片上的492MHz的時鐘可以作為時鐘源到ADC,或者，一個外部時鐘或晶體都可以使用。

5.外設(shè)模塊

如圖6所示，外設(shè)模塊完成顯示功能和與上位機(jī)進(jìn)行通信的要求。顯示電路采用8位共陽極LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法直讀顯示。需要74LS373鎖存器來控制鎖存段碼，74LS138鎖存位碼。

6.主程序流程描述如圖7所示。

（1）初始化A/D

（2）讀AD

（3）數(shù)據(jù)調(diào)零

（4）判斷狀態(tài)1:大倉門，小倉門都開；（倉門一）

（5）判斷狀態(tài)2:大倉門關(guān)小倉門開；（倉門一）

（6）判斷狀態(tài)3:大小倉門都關(guān)；（倉門一）

（7）判斷狀態(tài)4:出料口打開；（倉門一）

（8）判斷狀態(tài)5:轉(zhuǎn)入倉口二……

7.結(jié)束語

本文介紹的基于STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的自動配料系統(tǒng)，運(yùn)算速度快、簡單可靠、易于維護(hù)，且實現(xiàn)了與上位機(jī)通信功能，便于控制人員監(jiān)視操作。在實際的工況生產(chǎn)環(huán)境中，能夠有效克服復(fù)雜環(huán)境帶來的干擾。