摘要：介紹掛蠟機控制器的設(shè)計方法，采用單片機控制，系統(tǒng)由鍵盤電路、單片機、A／D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示器、時間電路和驅(qū)動電路等組成。根據(jù)系統(tǒng)要求，對單片機選擇、鍵盤接口、時間電路接口、液晶顯示電路接口、A／D轉(zhuǎn)換器接口和驅(qū)動電路的設(shè)計作了較詳細的介紹，并對電路的工作原理進行了介紹。
關(guān)鍵詞：單片機；液晶顯示器；時間電路；A／D轉(zhuǎn)換器；溫度傳感器

1 控制器功能
    掛蠟機控制器是根據(jù)用戶對系統(tǒng)的要求研發(fā)而成的。該產(chǎn)品是膛體在出廠、封存時，需要在膛體內(nèi)表面均勻涂一層防護蠟，采用人工操作費時費力，需要的勞動力較多，增加了企業(yè)的經(jīng)濟負擔。基于此，掛蠟機運用單片機控制技術(shù)，采用選擇性一鍵式操作，自動完成蠟加溫、保溫、掛蠟全部過程。簡單快捷完成掛蠟任務(wù)，解放了生產(chǎn)勞動力，有利于企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

2 技術(shù)指標
    ●蠟加溫的溫度：最高120℃；
    ●蠟保溫的溫度；95℃～100℃；
    ●膛體內(nèi)掛蠟厚度：1～2毫米；
    ●一鍵操作，整個掛蠟過程全部自動完成；
    ●可對溫度和時間等進行設(shè)定。

3 功能分析
    膛體的出廠、封存是與其它相關(guān)部分形成一套完整設(shè)備時，進行出廠、封存，因此掛蠟任務(wù)必需在整套設(shè)備成品區(qū)完成；而蠟體在常溫常壓狀態(tài)下為固態(tài)，完成均勻掛蠟任務(wù)較困難。綜合分析，完成均勻掛蠟任務(wù)，必需對蠟體進行解溶，將掛蠟機與膛體連接，形成一套完整的掛蠟系統(tǒng)，因此掛蠟機控制器必需具備以下功能：
    (1)蠟體和膛體加溫功能；
    (2)對儲蠟箱的溫度和膛體溫度進行檢測功能；
    (3)自動掛蠟功能；
    (4)對溫度和時間等進行設(shè)定的功能。

4 設(shè)計方案
4．1 設(shè)計原則
    (1)可靠性、安全性要符合人性化設(shè)計原理；
    (2)控制系統(tǒng)設(shè)計，采用單片機控制技術(shù)，一鍵式操作，操作簡單，操作、維護人員少。
4．2 加熱、恒溫系統(tǒng)
    加熱、恒溫的執(zhí)行機構(gòu)均采用電熱管，升溫并恒溫蠟，保持蠟為液態(tài)。本系統(tǒng)分為存儲箱加熱裝置和恒溫裝置兩個部分，用以保證掛蠟前蠟體為液態(tài)。
    加熱、恒溫系統(tǒng)完全自動化控制，采用溫度傳感器來監(jiān)測溫度，用單片機控制加熱的時間與恒溫啟動的時間。加熱溫度最高為120℃，恒溫溫度最高為95℃～100℃。
    存儲箱加熱、恒溫裝置安裝于箱體底部，溫控信號的輸入、輸出由單片機直接控制，控制器安裝于箱體外。
4．3 控制系統(tǒng)
    控制系統(tǒng)采用單片機控制，硬件由單片機及接口電路、溫度傳感器、顯示電路、鍵盤電路和加溫驅(qū)動電路等組成。軟件完成對以上各部分的控制，可完成對整個系統(tǒng)控制，整個設(shè)備中的加熱、恒溫、掛蠟等均由單片機控制，操作員只需在控制面板上選擇操作命令即可。

5 系統(tǒng)控制要求
    (1)對兩個模擬信號進行采集：箱體溫度和膛體溫度(NTC電阻信號，4～20mA信號)。
    (2)有二個輸出控制點：二個開關(guān)輸出(給箱體和膛體加溫)。
    (3)控制要求：實測箱體溫度值與設(shè)定溫度值比較，當實測溫度低于設(shè)定的最低溫度值時，閉合1號開關(guān)，給箱體加溫。當實測溫度高于設(shè)定的最高溫度值時，打開1號開關(guān)，停止箱體加溫。實測膛體溫度值與設(shè)定溫度值比較，當實測溫度低于設(shè)定的最低溫度值時，閉合2號開關(guān)，給管腔加溫。當實測溫度高于設(shè)定的最高溫度值時，打開2號開關(guān)，停止管腔加溫。系統(tǒng)帶實時時鐘。
    (4)顯示要求：液晶文本顯示，顯示兩個測量溫度，分別顯示加溫和保溫狀態(tài)，顯示實時時鐘。
    (5)設(shè)計一組鍵盤：對溫度的控制范圍等進行設(shè)置和掛蠟的啟停控制。

6 系統(tǒng)設(shè)計
6．1 系統(tǒng)框圖
    根據(jù)系統(tǒng)要求所設(shè)計的硬件系統(tǒng)如圖1所示，其由9部分組成，各部分的作用如下：

    (1)鍵盤電路：對系統(tǒng)進行各種參數(shù)的設(shè)置和對系統(tǒng)進行控制，共設(shè)6個鍵。
    (2)時間電路：產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時間，如產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒，并對這些參數(shù)進行存儲。
    (3)單片機：是系統(tǒng)的核心，用它對系統(tǒng)各部分進行管理控制。
    (4)電源電路：對220 V交流電壓進行變壓、穩(wěn)壓，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種電壓。
    (5)顯示電路：用來顯示系統(tǒng)的工作情況，如溫度、日期和時間。
    (6)A／D轉(zhuǎn)換電路：將溫度傳感器檢測到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機。
    (7)溫度傳感器：將測試點溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流送A／D轉(zhuǎn)換器。
    (8)驅(qū)動電路：將單片機輸出的控制信號變成執(zhí)行機構(gòu)所需功率的驅(qū)動信號送執(zhí)行機構(gòu)。
    (9)執(zhí)行機構(gòu)：在驅(qū)動信號的作用下，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。
6．2 系統(tǒng)電路設(shè)計
    各部分電路設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)要求和以上系統(tǒng)框圖1進行了電路的詳細設(shè)計，下面就各電路芯片的選擇和電路設(shè)計作一介紹，電路原理圖如圖2所示。

6．2．1 鍵盤電路設(shè)計
    該部分的功能是對系統(tǒng)進行各種參數(shù)的設(shè)置和對系統(tǒng)進行控制。參數(shù)設(shè)置主要包括對箱體和膛體的溫度值進行設(shè)定，另一就是對日期和時間進行設(shè)置?？刂浦饕▎?、停止和各種參數(shù)的選擇等。由于系統(tǒng)要求功能不多，所以共設(shè)置了6個鍵，這6個鍵與單片機的P20～P25相連，由于單片機的引腳目前還夠用，所以采用最簡單的連接方式。
6．2．2 時間電路
    系統(tǒng)要求顯示日期和時間，單片機雖然可以產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時間，一但系統(tǒng)關(guān)機后，日期和時間將無法統(tǒng)計，所以選擇了時間電路DS1302。此電路可自動對日期和時間進行統(tǒng)計，如產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒，并對這些參數(shù)進行存儲。當需要顯示日期和時間時，單片機直接從DS1302讀取，經(jīng)處理后送液晶顯示器。
6．2．3 單片機的選擇
    單片機是系統(tǒng)的核心部分，用它對系統(tǒng)各部分進行管理控制。根據(jù)系統(tǒng)要求選擇了AT89C52，AT89C52有4個8位的并口，8KB閃存等，完全可以滿足系統(tǒng)要求。單片機與其它各部分的連接全部采用直接連接方式，這樣可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用器件少，成本低等優(yōu)點。
6．2．4 電源電路設(shè)計
    電源電路采用變壓器對220 V交流變壓，變成12 V經(jīng)整流器整流濾波，供繼電器使用，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后產(chǎn)生+5 V后供單片機和其它需+5 V的電路使用。+5 V的另一路就是對可充電電池充電，供DS1302使用。
6．2．5 顯示電路設(shè)計
    由于系統(tǒng)要求顯示漢字，行數(shù)為4行。所以選擇了OCMJ4X8C-8點陣式液晶屏，其內(nèi)部有顯示RAM，字型產(chǎn)生器，內(nèi)置2M位中文字型ROM，總共提供8192中文字型(16 x16點陣)，16K位半寬字型ROM，總共提供126個(16×8點陣)，點陣數(shù)為128 x 64，共可顯示4行，每行8個漢字。單片機通過P0口傳輸信息，用P1口的對應(yīng)位傳輸控制信號。我們用此顯示屏來顯示系統(tǒng)的工作情況：如設(shè)置溫度、壓力，實測溫度和壓力，日期和時間等。
6．2．6 A／D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計
    要求能對兩路模擬電壓進行轉(zhuǎn)換，將溫度和壓力傳感器檢測到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機。這里選用了8路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，電路通過P0口輸入數(shù)據(jù)，通過P15、P16和P17對其進行控制。
6．2．7 溫度傳感器選擇
    對膛體、箱體的溫度進行測試，將測試點的溫度轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流送A／D轉(zhuǎn)換器。供單片機分析判斷。
6．2．8 驅(qū)動電路設(shè)計
    其驅(qū)動電路的作用是將單片機輸出的控制信號變成執(zhí)行機構(gòu)所需功率的驅(qū)動信號送執(zhí)行機構(gòu)。由于被控對象要求采用220 V交流電，因此采用了分立元件和繼電器電路，由單片機的P33、P34共兩路輸出，經(jīng)三極管驅(qū)動后使繼電器吸合，接通220 V給執(zhí)行機構(gòu)供電。
6．2．9 執(zhí)行機構(gòu)
    圖中末畫出此部分電路圖，單片機經(jīng)驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換將TTL電平轉(zhuǎn)換成220 V交流電壓，送到相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，如加溫的電熱管等，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。

7 結(jié)論
    根據(jù)用戶的要求設(shè)計了圖2所示電路，此電路采用了較先進的單片機、點陣式液晶顯示器和時間電路等，電路結(jié)構(gòu)簡單。電路經(jīng)組裝、調(diào)試和運行，電路工作穩(wěn)定可靠，完全符合設(shè)計要求。