單片機(jī)在灌裝控制器中的應(yīng)用

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，一些行業(yè)對包裝設(shè)備不斷提出新要求，國產(chǎn)包裝機(jī)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，進(jìn)口包裝機(jī)在包裝機(jī)市場占據(jù)很大份額。本文在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情，經(jīng)多年研究，開發(fā)出光、機(jī)、電一體化智能包裝機(jī)，技術(shù)指標(biāo)國內(nèi)領(lǐng)先，運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠，可與進(jìn)口機(jī)相比美，而價(jià)格只及同類進(jìn)口機(jī)型的1／3-1／5。智能化包裝機(jī)用于自動(dòng)化稱量包裝，包裝物形態(tài)為粉狀(洗衣粉、奶粉、咖啡等)和顆粒狀(種子、糖果、瓜籽、花生等)。

本文介紹一種基于ADμC812單片機(jī)的智能包裝機(jī)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、工作可靠、適用性強(qiáng)。且具有如下特點(diǎn)：

(1)通過電器自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)雙速給料，保證下料速度和精度；

(2)人工上袋，雙氣缸

挾持，自動(dòng)化程度高、工作可靠、操作簡單；

(3)儀表靈敏度高，采樣速度快，軟件功能強(qiáng)，有標(biāo)準(zhǔn)接口，可與計(jì)算機(jī)通信；

(4)稱量速度準(zhǔn)確，數(shù)字顯示，直觀易讀，穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便；

(5)控制柜采用密封形式，適用’了惡劣的粉塵環(huán)境。

2 ADμC81 2單片機(jī)簡介

ADμC812單片機(jī)是美國AD公司新推出的具有真正意義上的完整的數(shù)據(jù)采集芯片。其組成為：一個(gè)8通道5μs轉(zhuǎn)換時(shí)間且精度白校準(zhǔn)的12位逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)12位的D／A轉(zhuǎn)換器、8KB的閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器、640字節(jié)閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、80C52單片機(jī)的內(nèi)核。其他的一些重要功能模塊包括：一個(gè)看門狗定時(shí)器和電源監(jiān)控器、A／D轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的DMA電路、存儲(chǔ)保護(hù)電路、SPI和I2C總線接口。ADμC812優(yōu)點(diǎn)之一是集成了—個(gè)完全可編程的、自校準(zhǔn)、高精度的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。ADμC812另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它采用了閃速／電擦除存儲(chǔ)器，輔之以內(nèi)含的加載器和調(diào)試軟件，使系統(tǒng)的設(shè)編程、調(diào)試簡便。

3 控制器基本構(gòu)成

控制器前端稱重探頭采用應(yīng)變式稱重傳感器，它是一種將力信號轉(zhuǎn)換為電信號的機(jī)電元件，廣泛應(yīng)用于電子稱重領(lǐng)域，自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測領(lǐng)域等，是稱重和檢測系統(tǒng)的核心元器件；鍵盤、顯示管理應(yīng)用MAX7219芯片；語音電路使用的是ISD1110多段錄放語音芯片。整個(gè)機(jī)器在ADμC812單片機(jī)的管理下工作，控制器硬件電路如圖1。

4整機(jī)工作過程

控制器上電后， 自動(dòng)檢測數(shù)碼管、狀態(tài)指示燈及傳感器的接線是否正確。檢測通過后，主顯示顯示“HELLO”?？刂破骶哂惺謩?dòng)／自動(dòng)兩種工作狀態(tài)。在自動(dòng)狀態(tài)下(運(yùn)行指示燈亮，運(yùn)行輸出有效)控制器自動(dòng)控制快、中、慢加料及卸料、松袋全過程。

控制器在自動(dòng)控制過程中，首先啟動(dòng)大投、中投及小投信號進(jìn)行快速加料。當(dāng)稱重值>大投值時(shí)，關(guān)閉大投信號進(jìn)行中速加料。當(dāng)稱重值>中投值時(shí)，關(guān)閉中投信號，只用小投信號進(jìn)行慢速加料。當(dāng)稱重值>(目標(biāo)值—落差值)時(shí)，關(guān)閉小投信號停止加料，輸出定值結(jié)束信號。此時(shí)判別夾袋延時(shí)是否到，若不到則等待，若到則啟動(dòng)卸料信號進(jìn)行卸料，定值結(jié)束信號無效。當(dāng)稱重值<近零值時(shí)，再延時(shí)t3定時(shí)時(shí)間后，關(guān)閉卸料信號，同時(shí)啟動(dòng)t4及t6定時(shí)器。t6定時(shí)時(shí)間到后，發(fā)松袋信號。t4定時(shí)時(shí)間到后，啟動(dòng)下一循環(huán)。

在檢測組中每一次循環(huán)的滿秤值與空秤值均被記錄。滿秤值-空秤=卸料重量。檢測組中每次卸料重量的代數(shù)平均值，作為相鄰不檢測組中每次循環(huán)的卸料重量。在每次卸料結(jié)束后，本次卸料重量即累加到累計(jì)重量中，且累計(jì)次數(shù)加1。累計(jì)重量最大值與最小分度有關(guān)。
若控制器設(shè)置超、欠量報(bào)警方式有效(ALAon)，則在檢測組中每次卸料結(jié)束后，卸料重量與目標(biāo)值比較。若卸料重量>(目標(biāo)值—超量值)，則產(chǎn)生超量報(bào)警。若卸料重量<(目標(biāo)值—欠量值)，則產(chǎn)生欠量報(bào)警。在檢測組中，每次空秤值的代數(shù)平均值作為相鄰不檢測組及下一檢測組稱重的零點(diǎn)基準(zhǔn)。自動(dòng)調(diào)零能在允許的清零范圍內(nèi)對秤斗中殘留的物料進(jìn)行補(bǔ)償，若殘留物料重量超出清零范圍，則產(chǎn)生ErrorC報(bào)警。

在小投關(guān)閉后，由于機(jī)械動(dòng)作的延遲及空中料流的影響，還有一部分物料落到秤斗中，這部分物料重量稱為落差。由于種種原因，落差不是穩(wěn)定不變的。儀表的自動(dòng)落差修正功能，能夠?qū)β洳畹淖兓鞒鲅a(bǔ)償。在檢測組中，每次滿秤值的代數(shù)平均值與目標(biāo)值的差，作為相鄰不檢測組及廠一檢測組的落差值的正值。當(dāng)快加料料流比較大時(shí)，容易出現(xiàn)沒有慢加料過程就卸料，但實(shí)際重量并沒有達(dá)到目標(biāo)值，即過沖現(xiàn)象。這是由于大料流對秤斗的沖擊造成的。為避免過沖現(xiàn)象，在控制參數(shù)中設(shè)置了禁止判別時(shí)間t1。在U定時(shí)時(shí)間內(nèi)小投一直有

效，而不判別稱重值是否大于目標(biāo)值與落差值的差，從而避開大料流的沖擊在重量上形成的波峰。在控制參數(shù)中還設(shè)置了小投時(shí)間短報(bào)警延時(shí)定時(shí)器t7。t7定時(shí)時(shí)間大于t1定時(shí)時(shí)間。t1定時(shí)器與t7定時(shí)器同時(shí)開始計(jì)時(shí)。若在t7定時(shí)時(shí)間內(nèi)小投關(guān)閉，說明還有過沖現(xiàn)象，產(chǎn)生ErrorA報(bào)警。在自動(dòng)控制參數(shù)中，設(shè)置了過程循環(huán)超時(shí)報(bào)警定時(shí)器t8。若進(jìn)料及卸料循環(huán)周期超過t8延時(shí)時(shí)間，則產(chǎn)生過程超時(shí)報(bào)警ErrorB。

在自動(dòng)控制參數(shù)中，設(shè)置了秤體振動(dòng)判定時(shí)間t2。在檢測組中進(jìn)料結(jié)束至秤體穩(wěn)定的時(shí)間，若超過t2延時(shí)時(shí)間，則產(chǎn)生秤體振動(dòng)報(bào)警Error D?？刂破骺稍O(shè)置一批量數(shù)。在自動(dòng)控制過程中，當(dāng)進(jìn)料、卸料循環(huán)次數(shù)等于批量數(shù)時(shí)，儀表發(fā)出批量數(shù)完成報(bào)警ErrorE；若批量數(shù)設(shè)置為0，則不會(huì)產(chǎn)生批量數(shù)完成報(bào)警：控制器掉電后，批量數(shù)不保存；上電后為0。為了保證控制器運(yùn)行的可靠性，在控制器的輸入端和輸出端均加有光耦隔離器件。語音電路用的是ISDlll0多段錄放語音芯片，以改善人機(jī)界面效果。放音電路如圖2。

ADμC812使REC變高(不管；芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音)，芯片即開始錄音，錄音期間，REC一直保持為高。REC變低或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動(dòng)寫入一個(gè)信息結(jié)束標(biāo)志(EOM)，使以后的重放操作可以及時(shí)停止，然后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。REC的上升沿有84ms防顫，防止按鍵誤觸發(fā)。芯片開始放音，放音持續(xù)到EOM標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束，之后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。開始放音后，可以釋放PLAYE。使電平觸發(fā)放音(PLAYL)端從低變高時(shí)，芯片開始放音。放音持續(xù)至此端回到低電平，或遇到EOM標(biāo)志，或內(nèi)存結(jié)束。放音結(jié)束后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。使循環(huán)放音(PLAYE)端出現(xiàn)高電平時(shí)，即開始循環(huán)放音，只能斷電才能停止。

5 結(jié)語

該灌裝控制器硬件結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、應(yīng)性強(qiáng)，具有很高的推廣價(jià)值。