基于单片机的乳粉包装称重控制系统设计

论文编号:JD518 附开题报告,调研报告,外文翻译,论文字数:27461,页数:84 

AT89C51单片机,程序:C语言

摘要
随着中国经济持续稳定的发展和人民生活水平的日益提高,带动了中国乳制品行业进入了一个高速发展期。与此相适应，乳粉包装也成为了包装应用领域中的重要增长点。随着企业经济效益的提高，乳粉包装对计量精度和包装速度的要求也越来越高。因此乳粉包装称重控制系统的研究与设计具有十分重要的实际意义。
本课题根据乳粉包装的工艺和要求，论证了基于单片机控制系统设计的方案，并完成了系统的软硬件设计。本课题采用AT89C52单片机为主控器，通过电阻应变式压力传感器采集乳粉重量信号。采集来的重量信号经放大滤波后送A/D转换。单片机读取A/D转换后的数据与给定值进行比较，其偏差进行PID运算，并将运算后的结果输出控制异步电机的粗调和步进电机的细调。硬件包括差动电桥电路、信号放大滤波电路、包装袋到位检测电路、A/D转换电路、键盘电路、LCD显示电路、外部存储器扩展电路、看门狗监控电路、电机控制及驱动电路以及电源电路；软件包括LCD显示程序、键盘扫描程序、A/D转换程序、PID运算程序、参数设置程序、参数保存程序、系统单步执行及系统运行程序。
本设计的软硬件通过Proteus及Multisim仿真软件进行了仿真调试，其结果论证了方案的可行性，能达到系统设计要求。

关键词：单片机；A/D转换；PID；LCD显示；仿真
课题主要内容
   本论文采用AT89C51单片机为主控器，通过应变式压力传感器采集重量信号。采集来的信号经过调理后送A/D转换，将模拟信号转变成单片机可接收的数字信号。单片机将采集的数据进行PID运算，并将运算处理后的数据输出控制异步电机和步进电机工作。矩阵式键盘包括功能键和数字键，用户可通过键盘来操作系统执行相应的动作和设定参数。LCD显示器滚动显示加工信息。X25045集EEPROM功能、掉电保护功能、看门狗和上电复位功能于一身。多路电源提供系统工作电源。
2．创新之处
   创新1：采用数字PID控制算法。PID控制的优点是使系统响应快速、稳态精度高、超调量小。系统设计中加入PID控制算法，能提高包装速度和精度。
   创新2：采用LCD显示器。LCD显示的信息量大，而且可以显示汉字，使得信息显示更直观，人机界面更友好。
   创新3：用C51语言编程。C51语言可移植性和可读性都很强，也有利于程序的维护和修改，很适合于大中规模软件开发。

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及实际意义 1

1.2 课题研究动态 1

1.3课题主要内容 3

第2章 设计方案选择及分析 4

2.1 系统构成及工艺流程 4

2.2 设计任务与要求 4

2.3 设计方案的选择 5

2.3.1 控制器的选择 5

2.3.2 压力传感器的选择 6

2.3.3 控制算法的选择 7

2.4 方案确定及分析 8

第3章 乳粉包装称重控制系统的硬件设计 10

3.1 主要元器件选型 10

3.1.1 单片机的选型 10

3.1.2 称重传感器的选型 10

3.1.3 A/D转换器的选型 11

3.1.4步进电机的选型 12

3.1.5看门狗的选型 13

3.2 输入通道的设计 14

3.2.1 称重传感器电路设计 14

3.2.2 信号放大电路的设计 16

3.2.3  A/D转换电路的设计 17

3.2.4 包装袋到位检测电路的设计 18

3.3 人机交互接口的设计 19

3.3.1 矩阵式键盘的设计 19

3.3.2  LCD液晶显示器电路的设计 20

3.4外部数据存储器的扩展 21

3.5 输出通道的设计 22

3.5.1 异步电机控制及驱动电路设计 22

3.5.2异步电机主电路的设计 23

3.5.3 步进电机控制及驱动电路设计 23

3.6 看门狗监控电路的设计 25

3.7 电源电路的设计 26

第4章 乳粉包装称重控制系统的软件设计 27

4.1 软件资源及地址分配 27

4.2 主程序设计 27

4.3界面显示程序设计 28

4.4增量式PID程序设计 29

4.4.1数字PID调节原理 30

4.4.2 PID参数及采样周期T的确定 31

4.4.3 增量式PID算法 32

4.5  A/D转换程序的设计 34

4.5.1 AD转换的实现 34

4.5.2 AD转换值的量化 34

4.6 步进电机驱动程序的设计 35

4.7 键盘扫描程序的设计 36

4.8 数据查询程序设计 36

4.9 系统运行程序设计 37

4.10 单步运行程序设计 38

4.11 参数设定程序设计 39

4.12 看门狗监控程序的设计 39

第5章 乳粉包装称重控制系统的仿真调试 42

5.1 仿真软件简介 42

5.1.1  Keil uision2简介及使用 42

5.1.2 Multisim 2001简介及使用 43

5.1.3  Proteus 仿真软件简介及使用 43

5.2 程序调试 44

5.3 Proteus单元电路及系统仿真 45

5.3.1 键盘扫描功能仿真调试 45

5.3.2 显示界面仿真调试 46

5.3.3 AD转换仿真 47

5.3.4 历史数据查询功能仿真调试 48

5.3.5 单步运行功能仿真调试 48

5.3.6 参数设定功能仿真调试 49

5.3.7 系统运行功能仿真调试 50

5.3.8 信号放大电路仿真 51

结    论 53

参考文献 54

致    谢 55

附录A 系统电路图 54

附录B 程序清单 55

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