Single Chip Microcomputer applications in the cement packaging
引言
随着全球科技的发展，发达国家已经把核能技术、微电子技术、激光技术、生物技术和系统工程融入了传统的机械制造技术中。新的合金材料、高分子材料、复合材料、无机非金属材料等新材料也得到了推广应用，食品水泥包装机械的集成化、智能化、网络化、柔性化将成为未来发展的主流。
水泥包装机械行业面对市场的需求和如何赶上甚至超越发达国家的食品水泥包装机械，及如何加大自主创新步伐，力争在短时间内开发出一批具有自主知识产权和国际先进水平的产品，是摆在我国食品水泥包装机械企业面前的紧迫任务。
实用产品包装的机械化和自动化，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效益。随着计算机技术的飞速发展，将微机应用于包装系统，改造传统的包装机械，有利于改造包装机械的性能，提高包装设备的计量精度、速度和自动化水平。利用自动化装置控制和管理包装过程，使其按照预先规定的程序自动进行。 第一章 水泥自动包装机的概述
在水泥的生产过程中，包装是最后一道工序，产品的重量是否达标(50公斤，误差2％)是一个很重要的指标。目前各县级的中、小型水泥厂的包装多是人工的凭经验的包装，常出现过重造成浪费，日积月累，也是相当可观的，而过少又不达标，产品不合格，影响工厂信誉。因此，大型的水泥厂一般都引进了自动装袋、配料等成套微机控制系统，但它须大规模地改建、扩建、配套等。投资大、技改时间长，很难在中小型水泥厂推广。本文介绍的技改、经实践验证微机自动控制好，成本、造价低，操作方便等优点，特别适合现有的中、小型水泥厂的技改，略加改造也适用于其它包装工厂，有推广价值。
1.1水泥包装机的分类
水泥包装机大都分为固定式和旋转式,固定式水泥包装机是指1-4嘴包装机,由人工移动插袋来完成水泥的灌装,旋转式水泥包装机是指6-14嘴,人工不动,包装机旋转来完成插袋灌装.
旋转式水泥包装机的配套设备:
振动筛,螺旋闸门.给料机,溜槽,包装机主机,接包输送机,正包输送机,清包输送机,荷重传感器,料位控制仪等,有时也根据水泥厂不同要求做为配套。
1.2水泥包装机的特点：
1）包装计量准确，袋重一致性好。由于采用简便的键盘设定袋重方式，操作工人可方便的将袋重调整到所需要的重量，以保证袋重合格率。
2）自动化程度高，工人劳动强度低，人工只需完成插袋动作，其余如开闸、灌装、闭闸、推包等动作均由电脑控制，自动完成。
3）包装机在包装过程中回灰量极小，同时采用了密闭顺流的收尘方式使扬尘减少，操作岗位空气含尘浓度达到了环保和劳动保护的要求，包装机工作时噪声低，在其它设备开动时几乎无法察觉包装机是否在运行，该设备在正常运行时噪声只有7分贝左右。
4）采用了单元组合结构，使设备重量轻，标准化程度高，备品备件品种少，易购买，易更换。
1.3水泥包装机的工作原理：
当包装机工作时，人工将水泥纸袋插到料咀上，同时纸袋推动了装在料嘴上方摆杆， 使摆杆上的开关信号接通，向微机发出启动信号，微电脑接到信号后，立即启动主电机， 控制电力液压推动器打开三位出料闸门，使闸门全开。卸料室内的水泥在水平旋转叶片 的加速作用下，靠离心力高速喷出，通过闸、橡胶较管和出料嘴灌入水泥袋内，同时传感 器不断地将袋内水泥重量值转化为电模拟量，经运算放大器放大后，该模拟量送入微电 脑，由微电脑计算处理。当袋内水泥装到45KG时，微电脑便关闭一位闸，使闸门处于半 开位置，水泥以细流状灌装，到50KG时再使闸门全部关闭，此时推包电力液压推动器动 作，从料架上推下水泥包，每装完一袋水泥后，电脑内的累加器自动进行加一计算，并实 现累加产量。
计算机的操作过程如下
（1）按下启动键，微机显示运行状态。
（2）插上纸袋时，插袋信号开关接通，电脑即自动启动主电机，开启大闸位电力液压 推动器和小闸位电压液压推动器。
（3）延时3.5 秒，袋重未达到5KG 时，则说明包装不正常，电脑会自动关所有电机。 （4）灌装时包重达45KG 时，关闭大闸位电力液压推动器。 （5）包装达到50KG 时，关闭主电机、小闸位电力液压推动器。
（6）启动推包电力液压推动器至托盘上，重量小于50KG 时停推电力液压推动器，但另一嘴工作在细流灌装过程时，推包电力液压推动器暂缓复位，以减少对机械的冲击，以免另一嘴的计量精度受到影响，造成重量不足，这全由电脑自动完成。 （7）累加单嘴包装数和总包数。
（8）自动回到运行状态，等待插袋信号的到来，完成下一包灌装的全过程。
第二章 系统方案的确立
本次设计是用单片机控制，以实现水泥包装的自动化。方案确立原则是在满足系统功能要求的前提下，力求投资少、性能高、效益好、方便易用等特点。因此我们的方案是：采用由单片机控制的数据采集、处理、送显并同时输出控制信号。系统设计思路框图如下：
技术要求：
? 误差称重范围：-1KG----+1kg ? 电源电压：220V50HZ ? 键盘：4*4矩阵按键 ? 显示输出：4个七段显示码
? 传感器型号：HMD1003型电阻应变式称重传感器
第三章 系统方案论证与选型
3.1 控制器部分
3.1.1 单片机的简介
目前单片机的品种很多，其中最具代表性的当属Intel公司的MCS—51单片机系统。MCS—51系列的典型的结构，完善的总线，SFR的集中管理模式，位操作系统和面向控制功能的丰富指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础。单片机就是在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU），存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入、输出接口（定时器计数器，并行IO口，串行口，AD转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。
3.1.2 单片机的选择
本设计采用的是AT89C51单片机，89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，89C51单片机与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁
存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51单片机是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1）主要特性： ? 与MCS-51 兼容 ? 4K字节可编程闪烁存储器 ? 寿命：1000写擦循环 ? 数据保留时间：10年 ? 全静态工作：0Hz-24Hz ? 三级程序存储器锁定 ? 128*8位内部RAM ? 32可编程IO线 ? 两个16位定时器计数器 ? 5个中断源 ? 可编程串行通道
? 低功耗的闲置和掉电模式 ? 片内振荡器和时钟电路 2）引脚图：
AT89C51单片机引脚图如下图所示：
3）引脚说明：
①电源引脚：
Vcc（40脚）：典型值＋5V。 Vss（20脚）：接低电平。 ②外部晶振：
X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，
X2接振荡信号，X1接地
③输入输出口引脚：
P0口：IO双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P1口：IO双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P2口：IO双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P3口：IO双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 ④控制引脚：
RSTVpd、ALE-PROG、-PSEN、-EAVpp组成了MSC-51的控制
总线。
RSTVpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。
第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不