摘 要：本文介紹了基于at89c51的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，并給出了at24c01a和max813l等芯片接口方法，分析了控制系統(tǒng)的抗干擾措施。
關(guān)鍵詞：at89c51單片機(jī)；自動(dòng)加料機(jī)；控制系統(tǒng)

自動(dòng)加料機(jī)的工作原理
本文設(shè)計(jì)的由單片機(jī)控制的自動(dòng)加料系統(tǒng)是與料斗式干燥機(jī)配套的加料系統(tǒng)。根據(jù)加料工藝要求，其工作原理是：先將真空管關(guān)閉，啟動(dòng)電機(jī)，用低真空氣流將塑料樹(shù)脂粒子送入真空管，電機(jī)停轉(zhuǎn)，再將粒子排入料斗，如此循環(huán)。在設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，可用一個(gè)電機(jī)控制兩個(gè)加料生產(chǎn)線，由方向閥切換。兩個(gè)生產(chǎn)線既可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。假如兩者同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)一生產(chǎn)線輸送結(jié)束后，判斷到另一個(gè)生產(chǎn)線排料已經(jīng)結(jié)束，那么，電機(jī)不停轉(zhuǎn)而方向閥換向，從而為另一個(gè)生產(chǎn)線送料。這樣可以發(fā)揮控制系統(tǒng)和電機(jī)的效率，從而實(shí)現(xiàn)供料自動(dòng)化。
控制系統(tǒng)的控制器由單片機(jī)89c51和擴(kuò)展電路組成。單片機(jī)控制繼電器，繼電器控制交流接觸器，又由接觸器控制電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。本控制系統(tǒng)可以根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)置兩條生產(chǎn)線的輸送、排料、滿料、空料等參數(shù)值，也可裝載系統(tǒng)前次工藝參數(shù)值。

硬件電路設(shè)計(jì)
硬件框圖如圖1所示。由于at89c51內(nèi)含4kb容量，因此本設(shè)計(jì)中不需要外擴(kuò)rom。硬件電路主要有l(wèi)ed顯示電路、鍵盤接收電路、繼電器控制電路、eeprom外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路at24c01a，以及看門狗電路max813l等組成。
外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路
自動(dòng)加料機(jī)存在兩條生產(chǎn)線的輸送、排料、滿料、空料，共8個(gè)設(shè)置的重要數(shù)據(jù)需要讀/寫(xiě)，并且能夠提供掉電保護(hù)。如果擴(kuò)展外部ram，則需要外加電源維護(hù)，這就增加了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。為此采用了atmel公司的具有掉電保護(hù)功能的24c01a。24c01a串行eeprom遵守i2c總線標(biāo)準(zhǔn)，容量為128b。本系統(tǒng)24c01a的clk接89c51的rxd，sda 接txd端。
本設(shè)計(jì)按24c01a頁(yè)寫(xiě)入方式幀格式編程寫(xiě)入數(shù)據(jù)，先發(fā)送啟動(dòng)位，接著是器件地址(#0a0h)、應(yīng)答位、eeprom存儲(chǔ)單元首地址、應(yīng)答位，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)。每?jī)蓚�(gè)數(shù)據(jù)位之間發(fā)一個(gè)應(yīng)答位，最后發(fā)送停止位。讀出數(shù)據(jù)時(shí)，格式和寫(xiě)入類似，器件地址是#0a1h。
led顯示電路
加料機(jī)在運(yùn)行時(shí)要顯示輸送、排料、滿料、空料時(shí)間，由時(shí)間切換鍵和標(biāo)志哪條生產(chǎn)線的發(fā)光二極管表示。led顯示電路采用74ls377驅(qū)動(dòng)器和mc14511b譯碼器控制led數(shù)碼管。74ls377的片選端接74ls138的輸出y0。兩個(gè)led顯示一條生產(chǎn)線一個(gè)工作過(guò)程的秒數(shù)。兩片mc14511b把p0口的高四位和低四位譯碼成十進(jìn)制數(shù)控制led顯示。電路如圖2所示。
8255控制電路
自動(dòng)加料系統(tǒng)有8個(gè)按鍵：?jiǎn)?dòng)兩條生產(chǎn)線的“啟動(dòng)1”鍵和“啟動(dòng)2”鍵、分秒選擇鍵、時(shí)間設(shè)置加、時(shí)間設(shè)置減、顯示生產(chǎn)線狀態(tài)的切換鍵、時(shí)間設(shè)置(set)鍵、時(shí)間切換鍵。另外，還有8個(gè)用于顯示控制狀態(tài)的發(fā)光二極管。由于單片機(jī)的并行口有限，本系統(tǒng)采用8255a擴(kuò)展并行口。
8255a是通用可編程并行接口芯片，包含三個(gè)8位并行口pa、pb、pc和一個(gè)控制寄存器，并具有三種操作方式。本系統(tǒng)pa接8個(gè)按鍵，pb接8個(gè)發(fā)光二極管， /cs接74ls138的輸出腳y1。采用方式0基本i/o方式，pa輸入、pb輸出，此時(shí)8255a的控制字為98h。
繼電器控制電路
自動(dòng)加料機(jī)把塑料粒子送到一個(gè)真空管，在輸送時(shí)真空管閉合，排料時(shí)真空管需要打開(kāi)，將粒子送到排料漏斗。本設(shè)計(jì)共需4個(gè)繼電器控制交流接觸器，經(jīng)考慮采用4123無(wú)極12v直流控制24v的交流繼電器，并利用光耦合器件p521和mcu隔開(kāi)。電路如圖3(只畫(huà)出一個(gè)繼電器控制電路)所示。
89c51的p1初始值為0ffh，所以加一個(gè)74ls04反相器使得繼電器初始不產(chǎn)生閉合。圖3中mc1413是無(wú)源驅(qū)動(dòng)器，in4007組成繼電器的續(xù)流二極管。mc1413的com腳接外部模擬地，p521的腳2接數(shù)字地。
看門狗max813l電路
自動(dòng)加料機(jī)工作在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),要通過(guò)繼電器控制交流接觸器，由于干擾較大,可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。為此采用了maxim公司的max813l芯片，它能在單片機(jī)上電時(shí)可靠復(fù)位，下電時(shí)能防止程序跑飛而導(dǎo)致24c01a中數(shù)據(jù)被修改。max813l的wdi端接89c51的p2.0端，rst端接89c51的reset端，程序設(shè)計(jì)時(shí)，規(guī)定時(shí)間間隔1.2s定時(shí)中斷0中p1.7發(fā)出脈沖信號(hào)。如果外部干擾使單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，p1.7無(wú)脈沖發(fā)出，這時(shí)rst端產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)復(fù)位89c51。另外，本系統(tǒng)也加了手動(dòng)復(fù)位電路，以防止max813l由于某種原因不能可靠復(fù)位。

系統(tǒng)的抗干擾及可靠性
單片機(jī)系統(tǒng)供電線路是干擾的主要來(lái)源，電源采用隔離變壓器接入電網(wǎng)，隔離變壓器在初級(jí)和次級(jí)之間加了一層屏蔽層。交流接觸器是繼電器控制的，在緊靠交流接觸器的輸入端口并上一個(gè)電阻和電容串聯(lián)的電路濾去高次諧波。每個(gè)集成電路芯片的電源和地之間要并上0.1mf的陶瓷電容。在輸入輸出通道上要加光藕p521。除了在繼電器通道上外，兩個(gè)滿料信號(hào)也要經(jīng)過(guò)p521光藕才送至int0、int1。另外，數(shù)字地和模擬地要分開(kāi)，數(shù)字地線要粗而短。
軟件抗干擾方面，本系統(tǒng)采用指令冗余和軟件陷阱。當(dāng)cpu受到干擾后，會(huì)把一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，引