董效汶 赵冬倩 李光宇 梁业雨 金未龙
（宿州学院 机械与电子工程学院 安徽 宿州 ）
【摘要】
基于单片机控制的高精度定量供给系统装置是由STC89C51单片机、步进电机、螺杆、液晶显器等原件组成的电路系统，实现对粉末状或者颗粒状材料的高精度定量供给的目的，其电路包括单片机的最小系统、显示模块、按键模块、控制模块等多个部分，利用STC89C51单片机程序编写伺服或者步进系统驱动电机运作，实现高精度的物料挑选功能。
【关键词】STC89C51单片机；电机驱动；HX711模块；1602LCD液晶显示模块；
一.设计背景及意义
1.1背景：
如今，对许多元器件或材料的选择精度要求很大，其中对质量的精度要求尤为苛刻，比如对粉末状的物质进行精度称重的要求就很高。有些产品的制作，例如中药研磨分类、制作面包材料的比例、西药胶囊粉末的称重分拣等，都有很严格的质量精度要求。本产品就针对粉末状的材料进行称重并进行简单的分拣，该装置能有效的减小误差，提高精度标准。
1.2意义：
基于单片机控制的高精度定量供给系统，是顺应当今时代设备功能需求，对其基本组成和工作原理进行设计，并对液晶的工作原理和信号检测装置程序设计方法进行改良后，完成的一个装置,实现对产品的高精度供给功能。该装置是适应现如今社会对精度要求高这一实际现象的一个应对之策，解决了许多工业的需求。
二.简介
2.模块介绍
2.1 HX711模块
HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端 MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道 A 或通道 B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道 A 的可编程增益为 128 或 64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道 B 则为固定的 32 增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的 A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
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2.2显示模块
显示电路：液晶显示器是一种借助于薄膜晶体管(TFT)驱动的有源矩阵液晶显示器，它主要是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。IPS、TFT、SLCD都属于LCD的子类。液晶显示控制用于点阵型液晶显示驱动的控制，该控制器属于计算机I/O设备接口，受控于MPU，操纵着液晶显示驱动器，以实现在点阵型液晶显示器件上的各种显示功能，该系统是用的是液晶显示器1602LCD展示显示效果，其工作原理是：在电场的作用下，利用液晶分子的排列方向发生变化，使外光源透光率改变（调制），完成电一光变换，再利用R、G、B三基色信号的不同激励，通过红、绿、蓝三基色滤光膜，完成时域和空间域的彩色重显。如下图所示原理图。
2.3按键模块
按键电路：按键通常分为独立式和矩阵式，采用独立式电路较为简单，且与输入线相连。输入线连到单片机的I/O口上，按下按键后，所接电压通过电阻在通过按键最终进入GND端，形成通路，通过控制按键控制高低电平。
3.系统硬件设计
3.1单片机最小系统
单片机的最小系统：主要的三要素为电源、晶振、复位电路。复位电路是由单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号,保证电容的充放电时间大于2US,实现复位。基于单片机控制的高精度定量供给系统采用的是STC89C51单片机
3.1电机驱动
电机的运作：利用一个轴的闭环控制系统，传感器控制装置只对电动机输出轴的速度和转角位移量进行控制，整个机构系统的精度将受机械装置的精度的影响。当机械系统的精度比系统总精度高或高许多时，应尽可能采用小闭环系统。单片机编写程序给予信号，发出脉冲控制电路中电机的转速和圈数，利用伺服或步进驱动系统来控制电机运作，配合螺杆实现高精度的操作,以下是电机接口以及电机控制的原理图。
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3.2电源电路
电源：电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点 (POL)电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。
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4.系统框图
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5.元器件的安装与调试
5.1元器件的安装
根据我们项目的要求，提前购买我们所需要的电子元器件以及所需的各类模块、电阻、电容，并需要一一检测其好坏，用万用表检测所购买的电阻是否符合我们的要求，检测完毕后，根据电路原理图，将相应元器件焊接在在电路板上，完成硬件电路制作和安装。
5.2实物调试
进行精确度试验，用颗粒状或粉末状试品先用精确度较高的是称测量后进入电机，进行复测称时，误差在精确度范围内即可，超出精确度范围，则进行硬件检查和系统程序调试。
【参考文献】
[1]王志新.《电机控制技术》：各类电动机的控制技术及其相关技术的原理及应用.机械工业出版社，2011.
[2]郭天祥.新概念单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略.北京：电子工业出版社，2009.
[3]谭浩强. C程序设计[M].北京：清华大学出版社，1999 .
宿州学院大学生创新创业训练计划资助
项目名称：基于单片机控制的高精度定量供给系统
项目编号：S202010379152