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
2.3 方案确定及分析 - 8
第3章 PID调节原理简介 - 10
3.1 PID调节简介 - 10
3.2 数字PID调节原理 - 11
3.3采样周期T的选择 - 12
3.3.1香农采样定理 - 12
3.3.2决定采样周期T的其它因素： - 12
第4章 软件包装称重控制系统硬件设计 - 13
4.1 主要元器件选型 - 13
4.1.1 单片机的选型 - 13
4.1.2 称重传感器的选型 - 13
4.1.3 A/D转换器的选型 - 14
4.1.4步进电机的选型 - 15
4.1.4看门狗的选型 - 16
4.2 输入通道的设计 - 17
4.2.1 称重传感器电路设计 - 17
4.2.2 信号放大电路的设计 - 19
4.2.3模数转换电路的设计 - 20
4.2.4 包装袋到位检测电路的设计 - 21
4.3 人机交互接口的设计 - 22
4.3.1 矩阵式键盘的设计 - 22
4.3.2 LCD液晶显示器电路的设计 - 23
4.4外部数据存储器的扩展 - 24
4.5 输出通道的设计 - 25
4.5.1 异步电机驱动电路设计 - 25
4.5.3 步进电机驱动电路设计 - 26
4.6 看门狗监控电路的设计 - 28
4.7 电源电路的设计 - 29
第五章 乳粉包装称重控制系统软的件设计 - 30
5.1 软件资源及地址分配 - 30
5.2 主程序设计 - 30
5.3界面显示程序设计 - 31
5.4增量式PID程序设计 - 32
5.5  A/D转换程序的设计 - 34
5.5.1  AD转换的实现 - 34
5.5.2  AD转换值的量化 - 34
5.6 步进电机驱动程序的设计 - 35
5.7 键盘扫描程序的设计 - 36
5.8 历史包装数据查询程序设计 - 36
5.9 系统运行程序设计 - 37
5.10 系统调试程序设计 - 38
5.11 包装参数设定程序设计 - 39
5.12 看门狗监控程序的设计 - 39
第六章 乳粉包装称重控制系统的调试与仿真 - 40
6.1 仿真软件简介 - 40
6.1.1  Keil uision2简介及使用 - 40
6.1.2 Multisim 2001简介及使用 - 41
6.1.3  Proteus 仿真软件简介及使用 - 41
6.2 程序调试 - 42
6.3 Proteus单元电路及系统仿真 - 43
6.3.1 键盘扫描功能仿真调试 - 43
6.3.2 显示界面仿真调试 - 44
6.3.3 AD转换仿真 - 45
6.3.4 系统运行调试功能仿真调试 - 46
6.3.5 系统调试功能仿真调试 - 47
6.3.6 参数设定功能仿真调试 - 48
6.3.7 历史数据查询功能仿真调试 - 48
6.3.8 信号放大电路仿真 - 49
结    论 - 51
参考文献 - 52
致    谢 - 53
附录1 系统电路图 - 54
附录3 源程序清单 - 55

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