飲料灌裝機的單片機控制系統的研制

一、 引言：

當今飲料灌裝機分類繁多，按規模可分為兩類，一類是大規模的灌裝生產線，這種生產線適合于大型的企業，投資大，自動化程度比較高，控制系統比較復雜；另一類是小規模的單機飲料灌裝機，這種單機系統，適合于小型的企業，投資小，自動化程度相對不高，控制系統簡單。本文結合某飲料灌裝機自控系統的開發詳細介紹飲料灌裝機單片機系統的設計。

二、 灌裝機的工作示意圖及對控制系統的要求：

該灌裝機系統的工作示意圖如圖1。功能要求是，能灌裝50毫升、80毫升、100毫升、120毫升、150毫升、180毫升、200毫升、250毫升、 300毫升、350毫升、500毫升11種規格瓶裝飲料，并應能根據生產的實際情況在線修改產品規格及相應的延時時間，在線顯示日產量、月產量、總產量。控制流程為：開始電磁閥1、2得電，控制擋桿1、2伸出，延時0.5秒后，電磁閥2失電，使擋桿2退回，空的飲料瓶通過傳送帶傳送并計數，計數滿8個后，擋桿2伸出，延時0.2-2秒后，電磁閥4得電控制一排8個噴嘴下移，然后延遲一段時間(這個時間可調)，電磁閥3得電，控制活塞的運動，根據開始設定的容量開始灌裝，通過紅外光電開關判斷活塞是否達到規定的位置，即飲料瓶是否灌滿，延時0.1-0.20秒后，電磁閥3失電活塞下移，容器內重新充滿飲料，再延時0.1-0.25秒后，電磁閥4失電，一排噴嘴上移，然后電磁閥1失電控制擋桿1退回，裝滿飲料的瓶通過傳送帶傳送，并啟動計數，計數滿8個后，又返回。控制系統除了控制上述的機械運動外，且應具有液晶顯示功能來顯示各種參數及狀態，可以對容量、延時時間及時鐘進行設置。

三、 控制系統的組成：

1、原理框圖

本系統采用PHILIPS89C51單片機。以該單片機為核心的控制電路的原理框圖如圖2所示。為簡單，系統各接口尋址采用線選擇的片尋址.

2、單片機與各模塊的接口簡介

(1). 與OCM4*8C液晶顯示模塊的接口

OCM4*8C液晶顯示模塊是128*64點陣的漢字圖形型液晶顯示模，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字(16*16點陣)、128個字符 (8*16點陣)及64*256點陣顯示RAM(GDRAM)。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機：8位并行及串行兩種連接方式。本系統采用8位并行連接方式，其接口如圖3，RS、R/W、E分別為OCM4*8C的數據/命令控制位、讀/寫控制位和使能控制，PSB為并行、串行傳輸控制， LEDA、LEDK為背光電源正、負極用P2.4口控制背光的亮滅。

(2). 與時鐘芯片SD2000C的接口

SD2000C是一種具有內置晶振、支持IIC總線接口的高精度實時時鐘芯片。內置一次性充電電池，可用5-10年。內置串行NVSRAM為非易失性 SRAM，擦寫次數可達100億次。具有：年、月、日、星期、時、分、秒的BCD碼輸入/輸出；自動日歷到2099年(包括閏年自動換算功能)；內置穩壓電路及電源掉電檢測電路；內置電源管理電路，當VDD大于等于3.0V時，內部電池不耗電；內置16Kbit的串行NVSRAM。由于89C51單片機無 IIC串行總線通信口，本設計利用單片機二位通用I/O口與時鐘芯片的IIC總線相連，按IIC通信規則，用軟件實現串行數據的通信，連接方式如圖5。其中SDA、SCL為實時時鐘串行數據總線，SDAE、SCLE為SRAM串行數據總線。

*注：關于OCM4*8C液晶顯示模塊及時鐘芯片SD2000C使用方法及編程的詳細情況見參考文獻[3]，[4]。

(3).與鍵盤接口

本系統設有運行鍵、參數設置鍵、修改命令鍵、參數選擇上拉鍵、下拉鍵、左移鍵、右移鍵、確認鍵，為了減少面板尺寸，采用一鍵多用實際設置了5個鍵，鍵的狀態通過三態緩沖器與單片機的數據口P0口相連，采用中斷與查詢相結合的方式識別鍵的狀態。5個鍵的具體使用方法見主程序流程圖，即圖6所示。

(4).與輸入的接口

輸入信號包含三部分，第一部分為容量控制光電檢測信號(11路),第二部分為傳送帶電機及氣壓機運行狀態監視輸入(2路)，單片機均經三態緩沖器讀入這些信息，第三部分對未灌裝的飲料瓶及已灌滿的飲料瓶，通過單片機的計數輸入端計數。

(5).與輸出的接口

由前述易知，系統的繼電器輸出有6路，其中4路用來控制兩個轉動電磁閥和兩個檔桿電磁閥，另外兩個控制傳送帶電機和氣壓機運行。

四、 系統的軟件設計

根據系統的工作原理及控制要求，考慮軟件的總體結構設計，正確處理各實體之間的聯系，為此軟件采用模塊化的結構設計，自頂向下，逐步細化，利用子程序構成各模塊。整個軟件系統有良好的可讀性、可修改性，易于調試和維護。因篇幅有限。

五、 結束語

本系統選用8位單片機89C51作為核心控制芯片，具有成本低、體積小、集成度高、可靠性高等特點，是一種較理想的選擇。設計方法上，將軟件工程的思想引用于單片機系統的設計，使系統的信息流向及整體功能設計簡單明確、清晰。

參考文獻
[1] 張友德，趙志英，涂時亮 . 單片微型機原理、應用與實驗（實驗版）[M] .
上海：復旦大學出版社，1995
[2] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術[M] . 北京：清華大學出版社，1995
[3] 廣東金鵬科技有限公司 . 中文模塊C型液晶圖文顯示器使用說明
[4] 深圳威帆科技有限公司 . SD2000C應用電路與程序