单片机的自动离心机
摘 要本课题设计的这款自动离心机控制系统同市面上大多数相关产品一样，都能够通过对电机的不同运动状态的控制，所不同的是本课题所设计的这款自动离心机系统具有更加灵活的动作操控，通过高性能的微处理器对电机转速的控制，实现对离心机不同转速的控制，另外本课题还为这款控制系统配置了一个重量检测电路，能够准确且快速的检测到样品的重量，从而使得智能微处理器能够判断出是否需要开始工作。为了提升整体的数据处理速度，这款系统在硬件电路方面采用的是STC89C51单片机芯片来作为主控芯片，通过合理的电路结构搭建，使得主控微处理器能够与它片外的LCD1602液晶屏幕、压力传感器、HX711重量检测转换器、直流电机驱动器和直流电机等器件实现高效高正确性的通信，从而能够保证整个硬件系统高效率工作，而在软件系统方面则通过从上而下的设计方法将每一个功能进行流程图的绘制，将功能执行过程中的重要节点进行分析，大幅度提升程序执行的效率。本课题还通过了行之有效的检验方法将设计结果进行了验证，依照每一条预期设计指标进行验证，验证结果表明系统能够长时间稳定运行。
目录
一、 引言 1
（一） 自动离心机的发展背景 1
（二） 自动离心机的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 自动离心机的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 自动离心机主控电路设计 4
（二） 重量采集电路设计 5
（三） 自动离心机的液晶显示电路设计 6
（四） 电机驱动控制电路设计 7
四、 系统软件设计 10
（一） 自动离心机的主程序流程设计 10
（二） 重量采集子程序设计 10
（三） 自动离心机的液晶显示子程序设计 11
（四） 电机驱动子程序流程设计 12
总结 13
功能调试 14
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
自动离心机的发展背景
自 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
动离心机系统在本课题中将通过STC89C51单片机来实现控制，考虑到目前市场上的大多数中高端性能的自动离心机系统产品的售价都非常高，经过资料查阅后可以知道其内部的整体架构也不过是一些常用的嵌入式系统架构，以中高端的单片机等微处理器芯片做主控，在单片机外部布置了一些高性能传感器来采集信号，这种结构我们大学期间已经经过系统的学习，所以本课题决定采用一款最为熟悉的STC89C51单片机来实现程序代码执行器，实现自动离心机系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关自动离心机系统的整体成本水平，将具有中高端性能的自动离心机系统实现普及化，大量淘汰一些性能低劣的产品。通过对自动离心机系统用户所反应上来的一些建议和改进措施来看，近几年来越来越多的产品用户表现出对目前市面上大多数自动离心机系统的使用不满，究其原因是随着科学技术的飞速发展，智能仪器智能电子设备已经在工业和民用领域取得了广泛的普及，就以智能手机来说，几乎当下所有的智能元素都能够在手机中得到实现，所以对已经习惯于使用智能产品的用户来说，自动离心机系统中一些跟不上潮流或者人机交互不完善的操作都会被引起用户的不满，所以在自动离心机系统的发展背景中，这种系统持续不断的被改进和优化，这个改进和优化的脚步一直没有停下来。一些自动离心机系统产品的技术资料里都会提到的一个关键指标就是这款产品的内核采用的是什么，按照时间线路来看，早期的自动离心机系统产品大多数采用的是以MCS51内核作为CPU的芯片，这种类型的内核能够实现较快的数据运算，这对于自动离心机系统的运行需求提供了基本的保障，随着时间向前推移，一些采用哈弗结构的16位CPU出现在市面上，如德州仪器公司的430式微处理器，此时自动离心机系统开始更新换代，其内部主控开始更新成16位CPU。而到了近段时间，32位型CPU研发技术已经变得成熟，ARM公司推出的32位型CPU是当下大多数自动离心机系统中都在使用的主控芯片。
自动离心机的国内外发展现状
随着32位微处理器研发技术和应用技术的不断成熟，越来越多的研发设计师已经掌握了对这种高性能CPU内部寄存器的控制方法，而将这种高端CPU嵌入到自动离心机系统中是一项提升该系统性能较为行之有效的方法，所以目前市面上越来越多的自动离心机产品开始采用处理速度更高的微处理器来实现控制。目前自动离心机系统的国内外的发展水平具有一定的差距，市面上较大比例的高性能产品的核心研发技术掌握在欧美国家的一些企业手中，由于国内要进口这种自动离心机系统的产品需要较高的成本，所以售价较高，而国内为了赶超这些高性能产品的研发技术，较多企业投入了较多的资金来大力开发自动离心机系统的高端性能。
本文主要研究内容
本课题的主要内容是成功实现了一款具有多项智能功能的自动离心机系统，经过了多项测试这款自动离心机系统表现出了非常高的稳定性和实用性，这款自动离心机系统具有灵活的动作操控，通过高性能的微处理器对电机转速的控制，实现对离心机不同转速的控制，另外本课题还为这款控制系统配置了一个重量检测电路，能够准确且快速的检测到样品的重量，从而使得智能微处理器能够判断出是否需要开始工作。本课题对这款自动离心机系统的硬件电路和软件系统进行了详细的设计，将整个控制系统划分成多个功能模块，从而分别进行设计，最终将各个模块进行连接合并，实现总体功能的统一。
自动离心机的方案设计
本课题将采用下图中的结构框图来对自动离心机系统进行模块化设计，在硬件系统和软件系统两个层面上将整个系统划分成了STC89C51单片机最小系统电路、LCD1602显示电路、重量传感器电路、模数转换电路、L298N直流电机驱动电路和直流电机驱动电路等部分，在下文的软硬件设计部分将详细对这些模块的软硬件驱动进行设计，其中STC89C51单片机最小系统的作用是起到整个系统的控制作用，实现对LCD1602液晶屏电路、重量采集电路、HX711模数转换电路、L298N直流电机驱动电路和直流电机电路的驱动。为了实现是否有样品进行准确测量，本课题将通过测量样品重量的方案来实现这一功能，因此通过重量传感器和A/D模块配置了一个重量测量电路，如下图的方案框图所示，通过微处理器对A/D模块的驱动，持续不断的采集重量传感器输出的模拟电压信号，该模拟电压值的大小按照一定比例反映了样品重量的大小。为了实现通过微处理器控制不同模式的转动，从而实现各种不同模式，本课题采用了驱动器加电机的方式来实现这一功能，驱动器的主要作用是将微处理器输出的微弱驱动信号进行功率放大，将放大后的强信号送入电机后，使得电机按照信号的规则来执行动作。为了实现将自动离心机控制系统运行过程中产生的多个工作参数显示给用户，本课题通过下图中的方案，采用了LCD1602液晶屏来构建显示电路，通过微处理器并行接口的驱动，将参数高清晰度地显示在液晶屏上。
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图1 自动离心机内部框图设计
系统硬件设计
自动离心机主控电路设计
目录
一、 引言 1
（一） 自动离心机的发展背景 1
（二） 自动离心机的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 自动离心机的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 自动离心机主控电路设计 4
（二） 重量采集电路设计 5
（三） 自动离心机的液晶显示电路设计 6
（四） 电机驱动控制电路设计 7
四、 系统软件设计 10
（一） 自动离心机的主程序流程设计 10
（二） 重量采集子程序设计 10
（三） 自动离心机的液晶显示子程序设计 11
（四） 电机驱动子程序流程设计 12
总结 13
功能调试 14
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
自动离心机的发展背景
自 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
动离心机系统在本课题中将通过STC89C51单片机来实现控制，考虑到目前市场上的大多数中高端性能的自动离心机系统产品的售价都非常高，经过资料查阅后可以知道其内部的整体架构也不过是一些常用的嵌入式系统架构，以中高端的单片机等微处理器芯片做主控，在单片机外部布置了一些高性能传感器来采集信号，这种结构我们大学期间已经经过系统的学习，所以本课题决定采用一款最为熟悉的STC89C51单片机来实现程序代码执行器，实现自动离心机系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关自动离心机系统的整体成本水平，将具有中高端性能的自动离心机系统实现普及化，大量淘汰一些性能低劣的产品。通过对自动离心机系统用户所反应上来的一些建议和改进措施来看，近几年来越来越多的产品用户表现出对目前市面上大多数自动离心机系统的使用不满，究其原因是随着科学技术的飞速发展，智能仪器智能电子设备已经在工业和民用领域取得了广泛的普及，就以智能手机来说，几乎当下所有的智能元素都能够在手机中得到实现，所以对已经习惯于使用智能产品的用户来说，自动离心机系统中一些跟不上潮流或者人机交互不完善的操作都会被引起用户的不满，所以在自动离心机系统的发展背景中，这种系统持续不断的被改进和优化，这个改进和优化的脚步一直没有停下来。一些自动离心机系统产品的技术资料里都会提到的一个关键指标就是这款产品的内核采用的是什么，按照时间线路来看，早期的自动离心机系统产品大多数采用的是以MCS51内核作为CPU的芯片，这种类型的内核能够实现较快的数据运算，这对于自动离心机系统的运行需求提供了基本的保障，随着时间向前推移，一些采用哈弗结构的16位CPU出现在市面上，如德州仪器公司的430式微处理器，此时自动离心机系统开始更新换代，其内部主控开始更新成16位CPU。而到了近段时间，32位型CPU研发技术已经变得成熟，ARM公司推出的32位型CPU是当下大多数自动离心机系统中都在使用的主控芯片。
自动离心机的国内外发展现状
随着32位微处理器研发技术和应用技术的不断成熟，越来越多的研发设计师已经掌握了对这种高性能CPU内部寄存器的控制方法，而将这种高端CPU嵌入到自动离心机系统中是一项提升该系统性能较为行之有效的方法，所以目前市面上越来越多的自动离心机产品开始采用处理速度更高的微处理器来实现控制。目前自动离心机系统的国内外的发展水平具有一定的差距，市面上较大比例的高性能产品的核心研发技术掌握在欧美国家的一些企业手中，由于国内要进口这种自动离心机系统的产品需要较高的成本，所以售价较高，而国内为了赶超这些高性能产品的研发技术，较多企业投入了较多的资金来大力开发自动离心机系统的高端性能。
本文主要研究内容
本课题的主要内容是成功实现了一款具有多项智能功能的自动离心机系统，经过了多项测试这款自动离心机系统表现出了非常高的稳定性和实用性，这款自动离心机系统具有灵活的动作操控，通过高性能的微处理器对电机转速的控制，实现对离心机不同转速的控制，另外本课题还为这款控制系统配置了一个重量检测电路，能够准确且快速的检测到样品的重量，从而使得智能微处理器能够判断出是否需要开始工作。本课题对这款自动离心机系统的硬件电路和软件系统进行了详细的设计，将整个控制系统划分成多个功能模块，从而分别进行设计，最终将各个模块进行连接合并，实现总体功能的统一。
自动离心机的方案设计
本课题将采用下图中的结构框图来对自动离心机系统进行模块化设计，在硬件系统和软件系统两个层面上将整个系统划分成了STC89C51单片机最小系统电路、LCD1602显示电路、重量传感器电路、模数转换电路、L298N直流电机驱动电路和直流电机驱动电路等部分，在下文的软硬件设计部分将详细对这些模块的软硬件驱动进行设计，其中STC89C51单片机最小系统的作用是起到整个系统的控制作用，实现对LCD1602液晶屏电路、重量采集电路、HX711模数转换电路、L298N直流电机驱动电路和直流电机电路的驱动。为了实现是否有样品进行准确测量，本课题将通过测量样品重量的方案来实现这一功能，因此通过重量传感器和A/D模块配置了一个重量测量电路，如下图的方案框图所示，通过微处理器对A/D模块的驱动，持续不断的采集重量传感器输出的模拟电压信号，该模拟电压值的大小按照一定比例反映了样品重量的大小。为了实现通过微处理器控制不同模式的转动，从而实现各种不同模式，本课题采用了驱动器加电机的方式来实现这一功能，驱动器的主要作用是将微处理器输出的微弱驱动信号进行功率放大，将放大后的强信号送入电机后，使得电机按照信号的规则来执行动作。为了实现将自动离心机控制系统运行过程中产生的多个工作参数显示给用户，本课题通过下图中的方案，采用了LCD1602液晶屏来构建显示电路，通过微处理器并行接口的驱动，将参数高清晰度地显示在液晶屏上。
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图1 自动离心机内部框图设计
系统硬件设计
自动离心机主控电路设计
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