基于PIC单片机的奶粉密度计开发

　　1 引言

　　奶粉密度是指单位体积的奶粉所对应的质量，是反映奶粉质量的一项重要指标。由于奶粉中颗粒与颗粒之间或颗粒内部存在空隙(或孔隙)，其密度通常小于所对应奶粉的真实密度。奶粉密度按其测试方式的不同可以分为松装密度(又称堆积密度)和振实密度两种，其中振实密度是指将盛在容器中的奶粉在规定的条件下振实后的密度，是反映其流动性和可压缩型的特征指标。奶粉振实密度一般采用专用的奶粉密度计进行测量。目前国内外的一些公司已经开发了一些类似产品，例如：德国某公司的STAV II 奶粉密度计，北京某集团的M198851 型奶粉密度计，其功能多样，可适应多种材料，但价格相对较高。针对这种状况，参照GB/T5162-2006/ISO3953:1993(金属粉末振实密度的测定)以及ISO08967 中相关检测标准，采用单片机作为控制器驱动步进电机，经由振动机构产生振动的方法开发了一套可获得奶粉振实密度的新型仪器。

　　2 密度计的总体设计

　　仪器主要由振动机构部分和控制系统组成。振动机构部分采用盘形凸轮与滑动从动杆机构，当凸轮旋转时，推动从动杆运动，当接触点通过远休止点时，依靠重力作用，从动杆迅速下落产生振动，其结构如图1 所示。控制系统采用PIC 单片机作为控制核心，其组成如图2 所示，包含主控模块、步进电机驱动模块、输入模块、显示模块。

　　3 控制系统设计

　　3.1 硬件结构

　　控制系统硬件结构可划分为主控模块，I/O 模块，光电隔离模块，步进电机驱动模块，电源模块等，如图3 所示。

　　3.1.1 主控模块

　　主控模块由两块PIC16F877 单片机组成，工作于Master—Slave 模式。人机交互功能和脉冲发生功能分别由不同的单片机来实现，这样既保证了IO 设备扫描的实时性，又保证了所发生脉冲的均匀性和连续性。并且，避免了因为要满足发送均匀连续脉冲的同时检测键盘、驱动液晶所要求的控制器的高运行速度，使得运行速度较低的MCU 也可以满足控制要求。Master 单片机负责对输入设备的扫描，在收到操作者的开始指令号后向Slave 单片机发送启动指令，并且接收由Slave 单片机返回的计数信息，驱动可视化输出设备实时更新显示信息。而Slave 单片机在收到主单片机发送的启动指令后，开始发送步进电机驱动信号，并且进行计数，当达到目标值时向Master 发送计数完成信号。

　　3.1.2 I/O 模块

　　系统的输入设备采用的是按钮直接连接单片机I/O 口构成。为了完成设计任务，输入设备有“换挡”“振动次数增加”“振动次数较少”“开始”“暂停”五个按钮，分别实现振动频率、振动次数调整、启动、停止等指令的输入。输出设备由带字库的12864 液晶构成，该液晶由于自带字库，所以编程时只需要编程人员输入汉字代码即可，而非传统液晶所需要的汉字点阵码，大大减轻了编程人员的工作量，而且大幅度的缩减了程序所占用的资源，同时执行速度也较为迅速，从而有效的提升了人机交互能力。