本文介紹了一種基於單片微處理器PIC16F877研製成功了六嘴回轉式電子秤顆粒包裝機的智能控製器，給出控製係統的硬件電路和軟件的設計思想，並闡述了控製器的工作原理。該控製器設計的高精度是本係統的重要性能。中斷嵌套是設計軟件中的難點。本控製係統還成功實現了與上位機的通信。
顆粒包裝機係統可用於粉末或顆粒物料（如水泥、化肥、糧食等）的定時定量包裝，自動化程度、計量精度要求越來越高。針對用戶的要求，本係統設計了一種基於PIC16F877單片機控製的電子秤水泥包裝機控製係統。
自動包裝控製係統包括調零、調滿、設定粗細流閾值、插袋、喂料、壓袋、推包、破袋處理等控製功能。另外，對檢測的質量進行數碼顯示，
對狀態采用LED指示。同時還完成了與上位機的通信，可以實時觀測質量變化及控製狀態的情況，並在硬件和軟件上分別采用了抗幹擾措施和係統保護措施。本係統硬件結構簡單，運行穩定可靠，軟硬兼備，具有完善的控製功能和抗幹擾能力。
1 包裝機控製器工作原理
電子秤是顆粒包裝機的一個獨立的控製部件，安裝在包裝機電控箱內，從包裝箱觀察窗可以看到電子秤的質量顯示和狀態LED指示。其控製係統由檢測電路、控製電路、設定顯示電路及與上位機的通信電路等幾部分組成。
係統經過調零調滿後，發出插袋信號。當檢測到包準備好信號時開始喂料，此時粗細閾一起打開，CPU根據由荷重傳感器檢測的質量信號，與由按鍵設定輸入的粗細閾流值進行比較判斷，先後控製關閉粗細閾。再由檢測的推包位置到和皮帶脈衝到信號，發出推包控製信號。另外，閾值設定和與上位機的通信在軟件中通過中斷來控製實現。顆粒物料的質量由數碼管實時顯示。
2 硬件電路設計
根據係統的控製功能，並結合進口顆粒包裝機機械構件的工作原理，在軟件設計過程中，應力求硬件結構簡單，控製可靠。軟硬協調，相得益彰。以下將對控製係統的CPU選擇及檢測部分、控製部分、顯示與閾值設定部分及串行通信部分的設計進行介紹。
2.1 CPU的選擇
用戶要求包裝質量精度比較高，即要求水漏質量的測量具有很高的精度，這就要求係統的A/D轉換精度比較高。另外，在喂料過程中采用粗流細流兩種方式，CPU需對粗流細流閾的設定值有掉電保護作用。美國Microship公司的PIC16F877單片機能滿足係統的這些要求。PIC16F877內含10位的A/D轉換器，價格便宜，外圍接口電路簡單，轉換精度高，對本係統而言控製精度可達0.05kg。這帶有256字節的電何擦寫的EEPROM存儲器。每次工作粗流細流閾值的設定值可以從EEPROM中讀出以前寫入的設定值，或重新按鍵設定並寫入EEPROM以備下次使用。另外PIC16F877有8K×14bit的FLASH存儲器，386×8bit的數據SRAM及同步串行模塊。充足的資源可供以後開發改進。看門狗可以對軟件運行出錯提供保護功能。RISC（精簡指令集計算機）指令易學易用。
2.2 檢測電路
檢測部分主要介紹模擬輸入電路和狀態檢測電路兩部分。
顆粒包裝控製器檢測電路
2.2 檢測電路
CPU的RA0、RA1、RA5為內部A/D轉換器的輸入，分別外接調零、調滿、質量檢測電路，RA2、RA3連接外部參考電壓。電位器RW1、RW2用於電子秤的標定，定時檢查標定，以免影響精度。另外，質量的測量主要從測量精度出發，荷重傳感器輸出電壓（0～5mV）經放大電路產生0～5V電壓，放大電路的微分環節是為了確保動態垢過程中質量測量的精度，用作動態校正。電位器RW5可以調節滿值。
顆粒包裝控製器放大電路
控製器放大電路
顆粒包裝機係統的工作是個順序的過程，需要檢測一係列的狀態信號。單片機的RE0、RE1、RE2口作為由電子秤外部產生的包準備好、推包位置、皮帶脈衝到狀態信號的檢測口。各種檢測回路中接有發交二極管，指示狀態檢測情況。
2.3 顯示與閾值設定電路
包裝機顯示電路在喂料時用於顯示顆粒物料質量，在閥值設定時用於顯示設定值。閾值設定由按鍵設定來實現。
控製器顯示與閾值設定電路
顯示與閾值設定電路
顆粒物料質量是不斷變化的，要求可以時刻觀測質量的值，且精度可達到0.05kg。采用4個數碼管顯示，單片機的D口輸出8位二進製顯示值經電阻送到數碼管數據線。另外RB口的RB1、RB2、RB3、RB4經反相驅動器ULN2003分別驅動4個數碼管，作為片選信號。顯示時考慮到視覺暫存現象，每次顯示通過軟件延時200ms，使顯示得以正常工作。
按鍵設定電路中，按鍵S3按下時，粗流設定開始，再按下時，細流設定開始，再按下就設定退出；按鍵S2、S1進行設定值加減，並且每次按鍵按下都有對應的設定值通過數碼管顯示。如此工作完成對粗細流閾值的設定工作。
2.4 控製電路
本係統完成的控製有壓袋、推包、喂料、粗流下料等，分別由單片機雙向I/O端口的RC0、RC1、RC2和RC3輸出控製。單片機輸出的控製信號經過三極管放大、光耦隔離、又一級三極管放大，分別驅動控製繼電器K1、K2、K3和K4，使其按照控製的要求通電或斷電，繼而產生壓袋、粗流下料、喂料、推包等相應的控製動作；同時，在繼電器開關回路中，接有發光二極管，用以顯示控製狀態。此控製電路中的光耦隔離，增加了係統的抗幹擾性，也起到了保護作用。
自動包裝控製器的控製電路
控製電路
2.5 串行通信電路
本係統還要完成與上位機串行通信的功能。上位機為工控機，用來監測各種狀態。設置單片機的串行通信接口SC1為可以與工控機進行通信的全雙工異步係統。SCI是一種利用RC6、RC7兩個引腳作為通信線的二進製串行通信接口。把RC6和RC7分別設置成串行通信接口的發送/時鍾（TX/CK）線和接收/數據（RX/DT）線，並把單片機的串行通信接口設置為從動方式，由上位控製發送、接收。單片機通過響應中斷來實現與上位機的通信。
顆粒包裝係統串行通信電路
串行通信電路
串行通信接口（SCI）異步工作方式由以下重要部件組成：波特率發生器（BRG）、采樣電路、異步接收器、異步發送器。8位的BRG用來驅動來自振蕩器的時鍾產生標準的波特率頻率。接收線RX（RC7）上的數據通過1個三中取二檢測電路對其采樣3次，以決定RX（RC7）引腳上的電平是高電平還是低電平。SCI的發送器和接收器在功能上是獨立的，但它們所用的數據格式和波特率是相同的。串行通信接口采用標準的不歸零（NRZ）格式，即1位起始位、8位數據位和1位停止位。SCI接收和發送順序是從最低位（LSB）開始的。
3 軟件設計
在軟件設計中，既綜合了係統的功能、性能要求及硬件電路，又考慮了軟件的易維護性。采用模塊化結構，並盡量做到模塊的獨立性，減少模塊之間的交疊。整個軟件設計由主程序、各個功能子程序、中斷服務程序組成。下麵介紹主程序的設計及中斷服務程序的設計。
3.1 主程序設計
根據自動包裝機係統的工作原理，主程序由初始化、數據采集和處理、調零、調滿、讀設定值、顯示及檢測各種狀態位和控製各種狀態等幾部分組成。程序執行行中不循環檢測各種狀態位，並執行各種相關的子程序，完成控製任務。
3.2 中斷服務程序設計
在顆粒包裝機係統程序設計中，中斷程序的設計是個難點。其中按鍵設定閾值產生外部中斷，另外與上位機的通信也采用中方式實現，還有同部的定時中斷。考慮到多種中斷，存在中斷優先級的問題，選用的PIC16F877單片機的中斷功能有其獨立特性，即它隻有一個中斷入口地址0004h。每種中斷都要由此進入中斷程序，因此中斷程序開始現場保存垢，要進行各種中斷村汙位的順序檢測和判斷。當判斷到中斷標誌位時，轉到相應的中斷服務子程序中。根據檢測標誌位的順序，可以人為地定義中斷優先級。先判斷的優先級就高。本係統根據實際情況，定義串行通信中斷優先級最高，其次為定時中斷，然後是按鍵設定外部中斷。
另外，中斷存在嵌套問題。由於中斷入口地址隻有一個，因此，當出現中斷嵌套時，各級中斷返回的地址正確與否是很關鍵的。由調試過程，總結出要處理好每次中斷的現場保護和恢複現場是很重要的，並要注意其中的換頁位置。
該顆粒包裝機係統結構簡單，運行穩定可靠，定量控製精度高，具有完善的保護功能；可繼承性好，並為以後的技術改進留有一定的資源；成本低廉，經用戶試用和反應情況不錯。

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