液压式茶饼紧压机械的单片机控制设计研究

刘峥（湖南工业职业技术学院，湖南长沙 410208）

液压式茶饼紧压机械的单片机控制设计研究

刘峥
（湖南工业职业技术学院，湖南长沙 410208）

基于茶饼紧压生产的特征，笔者探讨基于单片机操控的液压式茶饼紧压机械。液压式茶饼紧压机械的单片机设计可利用手动编制相应的紧压程序，以此即时改变茶饼紧压生产的压力大小，通过操控紧压反弹松弛来生产不同硬质的茶饼产品。

液压式；茶饼紧压机械；单片机；设计

随着茶饼产品需求量增大，对茶饼紧压机械的要求也越来越苛刻。当前，茶饼紧压生产主要采取人机结合的方式，即“人工紧压+机械紧压”。例如，湖南省地区采取“踩捆成包”紧压法为人工紧压。机械紧压法因驱动性质不同又包括动力装置与非动力装置两种。湖南省地区也采取了摩擦轮压机来紧压茶饼属于动力装置范畴，此法在大规模生产中较为适用。而早期的茶饼生产多采取花砖机械式螺旋手摇机和《小型螺杆式紧压茶叶机的研制》给出的一手轮螺杆选择紧压茶饼设备，它是一种非动力装置。此非动力装置由省力机构组成，通过手动操作将茶饼紧压，装置的整体结构相对简单化，操作较为便利，但加工效率不高，仅在小规模作坊中适用。

1　单片机的技术原理与基本结构

1.1技术原理

单片机实际上是一台微型计算机，其内部构造与普通计算机无太多异处，均配有相似功能的运行模块，如CPU、内存处理器、并行总线和其他存储元件等。他们的不同点在于此元件相较于普通计算机性能相对较弱，且花费成本较低，通常不会高于10块钱。利用单片机控制电器设备的过程非常复杂，诸如排烟罩、DVD等点用电器均能发现单片机的存在。单片机主要的功用是整个电气设备核心控制部分的中枢元件。

单片机单纯指控制芯片，其系统主要为达成对某个应用程序的控制而设计，总体围绕单片机控制芯片搭建计算机控制系统，也就是我们所讲的单片机控制系统。单片机研发系统则是指控制芯片开发与调试的实际工具。自单片机正式出现以来，其功能不断得到完善和改进，它的应用不断拓展应用程序的控制需求，且因单片机永远集成程度好、性能强劲、效率高和成本低廉等优点，未来将完全取代多片机控制系统。单片机可以实现完成任务的自我赋予，即具体的执行过程，它通过若干条执行指令将单片机执行操作的各种命令形式记录，此点正是由设计者来赋予指令具体的内容。通常，一条指令代表一种操作方式，单片机容纳所有可执行的指令构成整套指令系统，而不同的单片机将用于与众不同的指令系统。为能够保证单片机可以自行完成任务，需将待解决问题汇编为一组可被单片机正确识别与执行的指令，完整的指令集合构成程序，程序应被提前放置于具有存储性能的元件内，即存储装置。存储装置主要由多组最小存储单元构成，好比建筑物内拥有多个房间类似，所有的指令都将存放于最小存储单元内，取出与执行指令即如走进建筑物某个具体房间一样对号入座，每个最小存储单元均配有唯一的地址号，也称最小存储单元地址。如此一来，我们只需知道最小存储单元地址，即可找到对应的最小存储单元，相应的指令也可被取出和执行。

1.2基本结构

1.2.1运算装置。运算装置主要由计算逻辑元件、累加装置和寄存装置构成。计算逻辑元件的功能主要体现于接收数据并予以逻辑计算，其拥有2组八位数据作为主要的输入来源，即累加装置与数据寄存装置。计算逻辑元件将以上2组八位数据进行“对比”、“减法”、“加法”或“与”等操作，最终结果直接存储于累加装置。比如说，2组八位数据6与7进行“加法”操作，相加前须将6输入累加装置，而7则存储于数据寄存装置。执行“加法”指令，计算逻辑元件将6 与7的“加法”操作结果13输入累加装置，以此取代6。计算装置主要用于两项基本功能：其一，执行算术过程；其二，执行逻辑运算与测试。运算装置所有的执行过程都启动于控制装置的指令信号。与此同时，每个计算操作过程得到一个结果，每个逻辑运算过程也将得到一项判决。

1.2.2控制装置。控制装置主要由应用程序计数装置、指令寄存装置、指令译码装置、时序发生装置和操作控制装置构成，实际发挥着“决策中心”的作用，统筹整个计算机系统的协调作用于智慧作用，其最关键的功能包括由内存区的指令，同时定位下个指令的具体位置；测试、译码与输出对应的操作控制指令，可方便于下一步执行操作；指控CPU、内存与数据接发装置之间的信号走向。微型处理中枢利用并行总线将运算装置、计数装置和寄存装置等紧密联系，同时利用外部总线和其他存储装置、接发端口电路互联。通常，外部总线也可称之为系统总线，有数据总线DB、地址总线AB与控制总线CB三种分类，利用接发端口电路即可完成系统与其他装置的互联。

1.2.3寄存装置。累加装置主要作为微型处理中枢应用最多的寄存装置。执行算术过程与逻辑运算过程中它具备两方面的作用：其一，运算开始前，记录操作数；运算完毕，存储相应的运算结果。数据寄存装置经数据总线即可实现暂存单元向存储装置、接发信号装置取送数据的过程，它也可记录译码指令，也可存储发送存储装置的数据单元，指令寄存装置与指令译码装置则涉及操作码和操作数等指标，指令寄存装置主要用作存储正在执行的指令集合。比如，某条指令正在执行状态，可将其其取出并存储于数据寄存装置，再转发于指令寄存装置。如果系统运行并执行指定的指令，须译码操作码来确认操作，这一过程中译码装置的作用最大。另外，指令寄存装置输出操作码字段其实质是译码装置的输入过程，主要用作定位下条指令的具体地址，从而确保应用程序可继续执行，因而也可将其称之为指令地址计数装置。应用程序运行且执行指令前应将首地址输入计算机，保证可以准确定位下条指令的具体地址。地址寄存装置主要用作于CPU当前访问内存单元与I/O装置地址的记录工作。

显而易见，CPU读取存储装置内存数据、指令或存储数据都将依靠地址寄存装置和数据寄存装置发挥作用。与此同时，我们将外设装置的地址信息视作内存地址单元，CPU和外设装置实现信息交换的过程也离不开地址寄存装置和数据寄存装置。

2　液压式茶饼紧压机械的工作原理

茶饼紧压机械产出产品品质的好坏与紧压程度联系紧密，紧压加工过程施加压力过大或过小都会影响茶饼品质。茶饼内茶叶与氧气的反应是最主要因素，其氧化过程有赖于“金花”含量多少，太少可能引起茶饼内部的“霉化”现象。紧压加工压力过小或施压时间过短，无法保障彻底的氧化过程，对“金花”含量的影响不大，然而因紧压不足导致茶饼质地过于松散，且易破碎，不容易得到保存。因此，茶饼的紧压加工最为核心的工作内容是整机工作。本文探讨液压式茶饼紧压机械正是考虑到这样的问题，并辅以紧压保压回路，延续紧压工序的加工时间，根据茶饼类别、温度和形状由人工设置操控系统，即时改进紧压控制程序。一般地，加工车间室温维持25℃，紧压时间可设定为60s至120s不等，经此处理的茶饼，因紧压前后的反弹松弛问题被控制，产出的茶饼质地良好。

液压紧压茶机械主要包括电气控制系统、液压控制系统、紧压模具和机件等组成部件，而茶饼的紧压加工工序主要囊括五项内容，即装料、送模、紧压、退模和落料。液压式茶饼紧压机械的工作原理则是经汽蒸处理的茶叶送入紧压模具内，向右推动紧压模具直至极限刻度，由液压驱动装置驱动上模向下挤压，向左推动模具直至极限刻度，最后开启模具锁紧装置将成品茶饼倒落至落料仓内。

3　液压式茶饼紧压机械的单片机设计

3.1液压部分

液压式茶饼紧压机械实现茶饼紧压的送模过程与退模过程均由人工操作，仅在紧压过程中应用液压系统。因此，液压系统采取单缸液压装置。液压系统内配置一套具有安全保护作用的压力继电装置，如果紧压加工液压回路的施压程度过大，单片机系统即可按照压力继电装置来调节三位四通电磁阀摆到中位，从而保障整个系统的安全运行。液压系统的实际工作原理则是启动开启键，液压回路三位四通电磁阀实现通电，单缸液压自上而下运动，出现活塞杆触碰行程开关或液压回路压力值超过设定压力值中任意一种情况即可触发三位四通电磁阀摆至中位并由报警系统发生警报，整个压饼生产流程即刻停止。

3.2电气部分

液压式茶饼紧压机械的单片机电气部分主要具备控制中心、计时装置、报警系统和其他设定程序等多项功能。系统采用单片机作为核心控制装置，较为常见的是采取12V低压供电方式，利益光电耦合方式监控整个220V电气部分。该部分的组成构件涉及输入模块、单片机模块、显示模块、报警模块、电机控制模块和继电模块控制模块等多种功能模块。单片机模块则采用89c51芯片，输入模块则采用4×4外设键盘（主要用作各类指令输入或其他相关控制程序的具体设定任务），显示模块则采用四位数码管设备（主要用作于屏显和设定时间参数），报警模块则在整个程序设定和加工流程完毕即发出警报信号，电机控制模块与继电装置模块均采用单片机装置（利用光电耦合过程来监控电机和继电装置的启闭）。

4　结束语

总而言之，液压式茶饼紧压机械的单片机设计需要结合具体生产车间情况、产品类型和产品质地等要求来设计。值得注意的是，即使我们引入单片机辅助加工，也须由人工来设定紧压程序。我们知道，液压式茶饼紧压机械的技术要点应为如何控制茶饼紧压前后的反弹松弛问题，本文通过阐述单片机的技术原理与基本结构、液压式茶饼紧压机械的工作原理及单片机设计，旨在通过归纳理论为广大同行朋友提供一些理论方面的帮助，更为进一步推广此类机械产品订立标准。

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刘峥，男，湖南浏阳人，硕士，讲师，研究方向：机电一体化，电气自动化。