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1、第2 2 卷第1 期南通职业大学学报V 0 1 2 2 N o 12 0 0 8 年3 月J O U R N A LO FN A N T O N GV O C A T I O N A LC O L L E G EM a r 2 0 0 8C 8 0 51 F 1 2 0 单片机在物料流量控制系统中的应用徐胜，吴丽琴(南通职业大学，江苏南通2 2 6 0 0 7)摘要：为更好地控制物料流量的比例关系，以实现对工业物料流量的实时控制、显示，保证生产的正常进行，针对传统的P L C 系统存在的不足，探讨了基于C 8 0 5 1 F 1 2 0 单片机的物料流量控制系统，介绍了系统的硬件资源，并给出软
2、件设计思想和流程。关键词：物料流量；比例控制；C 8 0 5 1 F 1 2 0 单片机；H D 7 2 7 9 A 芯片中图分类号：T P 2 7 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 8 5 3 2 7(2 0 0 8)0 1-0 0 7 3-0 5在工业生产过程中。双流量按比例控制的问题很常见，一旦比例失调，就会影响生产，造成产品质量下降，甚至引发事故，例如啤酒厂要求原液与净水按固定比例混合，造纸厂要求纸浆和水按固定比例混合等。传统的P L E 控制存在功能有限、实时性差且D C S 系统价格昂贵，不利于企业降低生产成本等问题。为此本文运用C 8 0 5 l F l 2 0单片机开发一种
3、多功能的流量控制系统【1 2 1，其带有显示器实时显示物料流量。可通过面板按键的设定来实现对两物料比例的控制，运用闭环系统实时控制阀门的开度，并设有报警功能。1C 8 0 5 1 F 1 2 0 混合信号I S PF L A S H 单片机C 8 0 5 1 F 1 2 0 系列器件(3 5】使用S i l i c o nL a b 的专利C I P-5 1 微控制器内核，如图1 所示。其主要由中央处理器、数据储存器、S F R 总线接口、存储器接口、流水线结构、中断系统等组成。C I P-5 1 内核具有标准8 0 5 2 的所有外设部件，包括5 个1 6位的计数器定时器、两个全双工U A
4、R T、2 5 6 字节内部R A M、1 2 8 字节特殊功能寄存器(S F R)地址空间及8 4 个8 位宽的I O 端口。C I P 一5 1 采用流水线结构，与标准的8 0 5 1 结构相比指令执行速度有很大提高。扩展的中断系统向C I P 一5 1 提供2 0个中断源(标准8 0 5 1 只有7 个中断源)。允许大量的模拟和外设数字中断微控制器。在设计一个多任务实时系统时，增加的中断非常有效。一个中断驱动的系统需要较少的M C U 干预，因而有更高的执行效率。本课题采用C 8 0 5 1 F 1 2 0 的枷端口将模拟量转换成数字量，实现对流量的测量显示与控制，其中包括片内的1 2
5、位A D C O，及1 2 位的D A C l。下面简单介绍A D 转换所用的相关寄存器【3,4 1。D A C l 的设置和A D C 相似，且相对简单，因篇幅所限。不作赘述。1 1 输入方式寄存器A M X O C F图2 为输入方式寄存器A M X O C F，该8 位寄存器。用于选择A D 转换所用的输入方式，其各位作用如下：位4 7 未使用位3A I N 6 7 I C：A I N 6、A I N 7 输入方式选择位；位2A I N 4 5 I C：A I N 4、A I N 5 输入方式选择位；位1A I N 2 3 I C：A I N 2、A I N 3 输入方式选择位；位0A
6、I N 0 1 I C：A I N 0、A I N l 输入方式选择位；位0 3 选择0 或1 所对应的关系见表l。1。2 配置寄存器A D C O C F图3 为A D C 0 配置寄存器A D C O C F 其主要作用是选择M D 转换所用的系统时钟和A D C 内部放大器增益。位2。0A M P O G N 2 0 为A D C 内部放大器增益选择位其选择位和增益的对照如表2。收稿日期：2 0 0 8-0 1 2 3基金项目：南通职业大学2 0 0 5 年立项课题(0 5 0 6 1 1 5)作者简介：徐胜(1 9 8 0-)，男，助教，硕士研究生，主要从事计算机控制、网络拥塞控制等方
7、面的教学和科研工作。7 3 万方数据南通职业大学学报2 0 0 8 年M O H 肼 L lX T L 2邂刻叫融型【虾而1 肆型授堆的内部振荡器V D E F O T N O o r N 0 1 I N 0 2 I N 0 3 I N 0 4 I N 05 I N 0 6 I“0 7C 卧C 1 日0-C P I+C P l 一8O51核S F R 总线端f l l!置寄存1 2 8 k 字节n S H6 4 x 4 字节高速缓存P C A定时器0，I，2 4定时器3，R T C图lC 8 0 5 1 F 1 2 0 原理框图A M X O C F 缶y 7 位6 位5 位4 位3位2位1位
8、0然E 工丑三E 卫匦巫匦匦强图2 输入方式寄存器A M X O C F表1A M X O C F 寄存器叽3 位输入方式的选择关系对应关系选择位差分输入(1)正端负端独立单端输入(0)A D C O C F 位7位6位5位4位3位2位1位0慧匡亚匦蜓囵亟巫亟匦亚亟正圆圈3 配置寄存器A D C O C F表2 内部放大器选择位与增益对照表7 4拧制总线地址总线A D C5 0 0 k s p 6(8 位)交叉开关P 0 0=_ P 0 7i 叫P l 肌I N 2 o钿P I 7 l A I N 2 7一P 2 01 P 2 7r P 3 0已蝴P 3 7=蝈1 4 0瓷器：刍。陇呻_ P
9、4 6 R D帼P 4 7 W RP 5 删A 8三P 5 7 A 1 5P 6 0 A 0三t)6 7 A 7塾苎兰竺趣 戮P T 0 D O1 3A D C A D C 0 控制寄存器A D C O C N图4 为A D C A D C 0 控制寄存器A D C O C N，该8 位寄存器用于控制与管理A D 转换的运行，并反映A D 转换的状态等。A D C O C N 位7位6位5位4位3位2位1位0地址ADOENADOTMAD01NTADOBUSYADOCMIADOCM0ABOW删ADOLISTE 8 HL L J J J J 一图4 控制寄存器A D C O C N位7A D O
10、E N 为A D C 控制位。当A D O E N=0时，禁止A D C 工作，A D C 处于低功耗停机状态；当A D O E N=1 时，允许A D C 工作，并准备转换数据。位4A D O B U S Y 为A D C 转换启动忙标志位。当对该位进行写操作时，此位为A D C 转换启动位。当向该位写l 时。若该寄存器的A D S T M I 一0位为0，则启动A D C 转换；当向该位写0 时，无作用。如果对该位进行读操作，则它反映A D C 转换状态。当A D O B U S Y=0 时。表示A D C 转换结果或复位以来没有有效的数据转换；当A D O B U S Y=1时，表示A
11、D C 正在进行转换。品二九塑i竺百ii丝黼罢蒸一驴亭妻室啪踹裟盎咖器器脚B B B 掣A MU X纂一 万方数据第l 期徐胜，等：C 8 0 5 1 F 1 2 0 单片机在物料流量控制系统中的应用位2-3A D O C M l A D O C M O 为A D C 转换启动方式选择位。当A D O C M l 一A D O C M 0=0 0 时。向A D O B U S Y 写l 时启动A D 转换：当A 踟C M I A D O C M 0=0 1 时，定时器3 溢出启动A I D 转换；当A D O C M l A D O C M O=1 0 时，C N V S T R 的上升沿启动
12、A D C 转换；当A D O C M l A D O C M 0=1 1 时，定时器2 溢出启动A D 转换。位0A D O I _ J S T 为A D C 数据对齐控制位。当A D O L J S T=0 时，A D C O H：A D C O L 寄存器数据右对齐；当A D O L J S T=1 时，A D C O H：A D C O L 寄存器数据左对齐。2 系统总体结构设计本系统由信号传感器、流量传感器及执行机构组成，其工艺流程如图5 所示f1 6 l。系统通过H D 7 2 7 9 A 串行接口芯片连接键盘。通过键盘设定原液浓度、稀释浓度，两个流量计实时测量原液流量及净水流量，
13、经过C 8 0 5 1 F 1 2 0 芯片自身的两路1 2 位加转换器将测量值信号经I S O A 4P 30 7(信号变送器)送到C 8 0 5 1 F 1 2 0 的存储单元中，然后，由C 8 0 5 l F l 2 0 高速计算目标净水流量、原液总量、净水总量、水阀开度、实时浓度等实时参量。最后，一路信号通过C 8 0 5 1 F 1 2 0 自身的D A转换器将水阀开度值信号经I S O U 3 一P 3 0 1(直流电压放大芯片)转换送到执行器中，调节净水流量；而另一路信号则送到L C D 中，进行实时显示。围5 工艺流程图2 1H D 7 2 7 9 A 串行接口及键盘智能控制芯
14、片H D 7 2 7 9 A 是片具有串行接口的，可同时驱动8 位共阴式数码管(或6 4 只独立L E D)的智能显示驱动芯片【7 1(如图6 所示)。该芯片还可同时连接多达6 4 键的键盘矩阵，单片即可完成L E D显示、键盘接口的全部功能。H D 7 2 7 9 A 内部含有译码器，可直接接受B C D 码或6 进制码，并同时具有2 种译码方式。此外它还可发出多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。该芯片具有片选信号，能方便地实现多于8 位的显示或多于6 4 键的键盘接口。图6H D 7 2 7 9 A 平面图2 2 流量传感器及执行机构的选择本系统选用上海光华仪表厂生产的L D
15、 G 一1 0 S 型的流量计采集两路实时数据(原液流量、净水流量)，这种电磁式流量传感器可测量流体的体积流量，且可与显示、记录仪表、积算器或调节器配套，对流量进行检测、积算、调节和控制，并实现信号的远距离传送。仪表的安装形式为分体式，其主要技术指标如表3【s-。表3L D G-1 0 S 型流量计主要技术指标项目指标最大流量，(m 3 h。1)最大工作温度，公称通径m m最大工作压力，M P a成套精度输出信号O 4 t 5 01 540 5 D C4 2 0 m A系统采用上海巨良电磁阀制造有限公司生产的J L Q 9 4 1 F 电动球阀(调节型)，作调节净水流量的执行机构(调节阀)。此
16、阀采用一体化结构，具有功能强、体积小、性能可靠、流通能力大等优点，能直接接收工业自动化仪表4 2 0m A 或1 5V7 5一随c瞰研踊瞵肼尬耋|贼啪PB一|鱼耽似啉吣眦眦眦啪眦嗍叩弘船啪啪懈一鸥似mj萤；眈5眈 万方数据南通职业大学学报2 0 0 8 正D C 信号。其主要技术参数如表4【9 1。表4J L Q 9 4 1 F 电动球阀技术参数项目参数公称通径r a m压力范围b a r动作时间，s电机保护耐压强度防护等级安装方式电源电压流量特性输入信号阀门控制精度1 51 61 5 6 0热敏电阻A C：l5 0 0 VI P 6 5任意位置A C：2 2 0 V1 0 5 0 H z 6
17、 0 H z线性4-2 0 m AO 1 一3 2 3 信号转换器的选择两路流量传感器输出信号规格为4 2 0m A，但输出的模拟信号不能直接送人C 8 0 5 8 1 F 1 2 0 的A D C 人口。为此。选用深圳顺源科技有限公司生产的双输入双输出(D I N2 X 2)信号变送器D I N2 X 2I S O A 4 _ P 3 0 7I l O 其输入信号规格为4 2 0m A；输出信号规格为O 2V，可送入C 8 0 5 8 1 F 1 2 0的A D C 入口。C 8 0 5 1 F 1 2 0 的D A C 输出信号规格为0 2V，但不能直接送人执行器。为此，选用深圳顺源科技有
18、限公司生产的直流电压信号(v i)放大芯片I S O U 3P 3O I。其输入信号规格为O 2V；输出信号规格为4 2 0m A。这样。输出信号便可直接送入执行器。3 系统软件设计3 1 主程序设计思想通过键盘设定原液浓度和稀释浓度且记为Y N、S N 并实时进行L C D 显示，如果S N 大于Y N则报警(返回键盘设定)，反之继续。定时器3 定时1 0 m s，记数器1(记为J 1)赋值9 9，每次定时时间到J 1 1，如果J 1 不为O，则跳过主程序：如果J 1=0 则记数器2(记为J 2)j J f l1 1。实时测量原液流量记为Y L、净水流量记为J L，则目标净水流量(记为M J
19、 L)为：M J L=(Y L 宰Y N S N)一Y L如果M J L 大于最大净水流量0 D 1 5 H(2V)，7 6则报警(返回键盘设定)，反之继续。计算实时浓度(记为S S N)：S S N=(Y L 木Y N)，(Y L+J L)计算实时水阀开度(记为S K)：S K=儿，最大净水流量0 D 1 5 H估算原液总量(记为Y Z)：Y Z=Y Z+Y L估算净水总量(记为J z)：J Z=Y Z+儿然后比较S S N=S N?，相等则跳到最后L C D显示，不等则继续。采用增量式P I D 控制算法计算增量L：L=M J L 一儿计算待输出信号L：L=儿+L经D A C 将待输出信号
20、L 转换为0 2V 电压输出再经过比例升压送到执行器中进而调节净水流量。最后L C D 分两屏显示这8 个量：屏幕l 显示原液浓度、稀释浓度、原液流量、净水流量；屏幕2显示原液总量、净水流量、实时浓度、水阀开度。当有键按下时显屏幕2。反之显屏幕1，等待至下一次定时时问到。3 2 主流程图主流程如图7 所示。4 结束语本系统充分利用C 8 0 5 1 F 1 2 0 单片机功能强大、速度快、体积小、重量轻、可靠性高、性价比高、自带A D 和D A 转换器等的优点，发挥L C D显示清晰、界面友好的特点，并结合工业现场的物料流量控制的实际需要进行了研究与设计。可满足多数工业流控制的需要。参考文献：
21、【1】宋浩。田丰单片机原理及应用【m i 北京：清华大学出版社,2 0 0 5：l-9【2】谢剑英，贾青微型计算机控制技术 M】北京：国防工业出版社2 0 0 1：2 6 2-2 6 8【3】大连新华龙公司C 8 0 5 1 F 1 2 0 混合信号I S PF L A S H 微控制器数据手册【Z】2 0 0 4：1-2 8 0 1 4 1U S AS i l i c o nL a t)0 r a t o r l e aI n e C 8 0 5 1 F 1 2 0U s e rG u i d e Z 2 0 0 3：1-1 9 3【5】张迎新，雷文，姚静波C 8 0 5 1 F 系列S O
22、 C 单片机原理夏应用【M】北京：国防工业出版社，2 0 0 5：1-3 4 1【6】严家明，扬燕翔基于单片机的L C D 显示原理与实现【刀工程地质计算机应用，2 0 0 5，3 8(2)：2 0-2 2【7】大连比高科技H D 7 2 7 9 A 串行接口L E D 及键盘智能控制芯片 万方数据第l 期徐胜，等：C 8 0 5 1 F 1 2 0 单片机在物料流量控制系统中的应用应用手册田2 0 0 1：1 2 7【8】上海光华仪表厂L D G-1 0 S 型的流量计应用手册同2 0 0 1：l-3 0 9 1 上海巨良电磁阀制造有限公司J L Q 9 4 1 F 电动球阈(调节型)应用手
23、册【z】2 0 0 3：l|0【1 0 深圳顺源科技有限公司信号转换芯片介绍【Z】2 0 0 2：1-2 8 图7 主流程框图责任编辑谭华A p p l i c a t i o no fC 8 0 5 1 F 1 2 0i nt h eM a t e r i a lD i s c h a r g eS y s t e mX US h e n g W UL i-q i n(N a n t o n gV o c a t i o n a lC o l l e g e，N a n t o n g2 2 6 0 0 7，C h i n a)A b s t r a c t：T or e a l i z e
24、ag o o da n dr e a lt i m ec o n t r o lo fp e r c e n t a g eo ft h em a t e r i a li nd i s c h a r g e sa n de n s u r et h ep r o d u c t i o n，a i m i n ga tt h es h o r t c o m i n go ft r a d i t i o n a lP L C，t h ep a p e rt h ec o n t r o ls y s t e mo fm a t e r i a ld i s c h a r g eb a
25、s e do nt i l eC 8 0 51F 1 2 0 I ta l s oi n t r o d u c e st h eh a r d w a r e，d e s i g ni d e o l o g ya n dt h ep r o c e s so ft h es y s t e m K e yW o r d s：d i s c h a r g ec o n t r o l；r a t ec o n t r o l；C 8 0 51 F 1 2 0；H D 7 2 7 9 A 万方数据C8051F120单片机在物料流量控制系统中的应用C8051F120单片机在物料流量控制系统中的
26、应用作者：徐胜，吴丽琴，XU Sheng，WU Li-qin作者单位：南通职业大学,江苏,南通,226007刊名：南通职业大学学报英文刊名：JOURNAL OF NANTONG VOCATIONAL COLLEGE年，卷(期)：2008，22(1)引用次数：0次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.宋浩.田丰 单片机原理及应用 20052.谢剑英.贾青 微型计算机控制技术 20013.大连新华龙公司 C8051F120混合信号ISP FLASH微控制器数据手册 20044.USA Silicon Laboratories Inc C8051F120 User Guide 20035.张迎新.雷文.姚静波 C8051F系列SOC单片机原理及应用 20056.严家明.扬燕翔 基于单片机的LCD显示原理与实现 2005(2)7.大连比高科技 HD7279A串行接口LED及键盘智能控制芯片 相似文献(0条)相似文献(0条)本文链接：http:/