DHI檢測(cè)中心采樣杯自動(dòng)清洗設(shè)計(jì)

賈慧

摘 要：DHI為牛奶生產(chǎn)性能測(cè)定，在農(nóng)場(chǎng)中DHI非常重要。DHI檢測(cè)中，頻繁使用的采樣杯必須要在使用后進(jìn)行清洗，本設(shè)計(jì)為DHI檢測(cè)中心采樣杯自動(dòng)清洗，利用單片機(jī)作為處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣杯的自動(dòng)清洗，具有一定的實(shí)用價(jià)值和意義。

關(guān)鍵詞：DHI;采樣杯;單片機(jī);自動(dòng)清洗

到2017年底，上海DHI參測(cè)牧場(chǎng)數(shù)仍保留有160個(gè)，參測(cè)奶牛頭數(shù)仍達(dá)到7萬(wàn)頭，而在DHI檢測(cè)中，采樣杯需要大量使用。在此背景下為保證DHI檢測(cè)的成本問(wèn)題，需要循環(huán)使用采樣杯，在使用后進(jìn)行清洗，而傳統(tǒng)的清洗工作一般使用人工，人工清洗占用大量人力資源，有時(shí)候還可能出現(xiàn)清洗不干凈等情況，大大影響了DHI中的奶質(zhì)檢測(cè)。

本課題設(shè)計(jì)一種DHI檢測(cè)中心采樣杯自動(dòng)清洗系統(tǒng)，利用單片機(jī)作為處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣杯的自動(dòng)清洗。該項(xiàng)研究對(duì)于進(jìn)行DHI檢測(cè)以及推廣有非常大的意義，從成本和效率上解決了奶質(zhì)檢測(cè)中采樣杯部分的問(wèn)題。首先，節(jié)約了人力資源，節(jié)省了大量的人工以及對(duì)清洗人工培訓(xùn)的成本;其次，提高了采樣杯清洗效率，自動(dòng)清洗實(shí)現(xiàn)了對(duì)采樣杯的快速高效的清洗，節(jié)省了大量的時(shí)間，自動(dòng)清洗的清洗速度更加快速且能夠保證潔凈度。對(duì)于大型奶牛廠所進(jìn)行的牛奶奶質(zhì)檢測(cè)，具有一定的實(shí)用價(jià)值和意義。

1系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

首先，利用紅外對(duì)管，對(duì)放在清洗裝置上的采樣杯進(jìn)行定位，檢測(cè)采樣杯是否在指定清洗位置，然后通過(guò)繼電器打開噴頭進(jìn)行清洗，清洗模式可以分為浸泡，噴洗，通過(guò)按鍵設(shè)定清洗時(shí)間，噴洗完成后，利用加熱和吹風(fēng)設(shè)備進(jìn)行對(duì)采樣杯干燥處理。本系統(tǒng)的硬件組成部分主要包括單片機(jī)主控制器，電源電路，晶振復(fù)位電路，紅外傳感器，液晶顯示電路，LED指示燈，蜂鳴器提示。

2硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)發(fā)展和應(yīng)用

采樣杯自動(dòng)清洗選用的單片機(jī)型號(hào)為STC89C52，其系統(tǒng)的綜合能耗方面優(yōu)勢(shì)顯著，且單片機(jī)可以依靠代碼指令發(fā)送實(shí)現(xiàn)不同單片機(jī)之間的相互兼容。單片機(jī)的運(yùn)算速率較高，可以設(shè)定相應(yīng)的周期時(shí)間，依照不同的使用要求，制定不同的周期值。單片機(jī)的電路圖結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.2晶振和復(fù)位電路

復(fù)位電路系統(tǒng)是保證單片機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵，主要功能是滿足上電復(fù)位要求，單片機(jī)合理的電壓值應(yīng)介于4.5-5.2V范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)選用時(shí)鐘電路，晶振頻率為11.0592MHZ，電容器電容值為30pF，為了便于軟件設(shè)計(jì)及計(jì)算。單片機(jī)的復(fù)位及晶振電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.3 紅外傳感器電路

利用紅外傳感器，檢測(cè)杯子位置，采用E18-8MNK型號(hào)，這種基于反射式的傳感器一般都自帶光源和光的接受裝置，在設(shè)定的范圍內(nèi)射擊到采樣杯上，如果接收光的裝置能夠接收到紅外光線，則說(shuō)明能夠檢測(cè)到當(dāng)前采樣杯。如果沒有采樣杯，則一定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)接收到反射的光線，這樣的情況下，我們就認(rèn)為沒有采樣杯的存在，其不僅僅依靠這個(gè)傳感器，同樣也需要我們的單片機(jī)在軟件的層面上進(jìn)行判斷，以便達(dá)到更準(zhǔn)確的判斷是否有采樣杯放在指定位置。

2.4提示電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器提示采樣杯自動(dòng)清洗裝置的負(fù)載，電壓異常等情況，蜂鳴器工作原理是借助電磁效應(yīng)，在電流流經(jīng)蜂鳴器內(nèi)部時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，此外，電磁線圈在磁場(chǎng)的作用下將出現(xiàn)明顯的上下振動(dòng)，并出現(xiàn)聲音。若流經(jīng)電流值較低，振動(dòng)薄膜無(wú)法振動(dòng)，導(dǎo)致蜂鳴器無(wú)法發(fā)音。由于單片機(jī)的I/O端口的電流驅(qū)動(dòng)能力較差，可以借助三極管對(duì)其電流值進(jìn)行擴(kuò)大。具體結(jié)構(gòu)形式如下圖所示，蜂鳴器與三極管相連，最終連接至單片機(jī)的I/O端口位置，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)蜂鳴器程控。若I/O端輸出為高電平時(shí)，三極管與蜂鳴器引腳截?cái)?，尚未有電流流過(guò)，蜂鳴器未發(fā)聲，若I/O端口為低電平時(shí)，三極管連通，蜂鳴器報(bào)警。

2.5 顯示電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)檢測(cè)電機(jī)信息，采樣杯自動(dòng)清洗裝置最終將結(jié)果通過(guò)顯示終端輸出。LCD液晶顯示器的應(yīng)用最為廣泛，通常情況下，LCD1602液晶顯示終端的引腳數(shù)量為16， LCD1602型常見的引腳有兩種，可以細(xì)分為背光和非背光，LCD1602型顯示器背光型可以在黑暗環(huán)境中直接觀察。

單片機(jī)可以將相關(guān)信息傳遞值液晶顯示終端，如果需要顯示相關(guān)符號(hào)等運(yùn)算符，必須先將地址信息輸入以后，才能顯示信息。LCD 1602液晶的D0-D7接單片機(jī)的P0口，利用并口通信方式，VSS和VCC接地和電源，利用電阻調(diào)節(jié)亮度。下圖為L(zhǎng)CD1602的電路圖：

2.6 按鍵電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，利用按鍵輸入采樣杯自動(dòng)清洗裝置的運(yùn)行報(bào)警值，在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)實(shí)踐中，按鈕是實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的重要途徑，本設(shè)計(jì)的采樣杯自動(dòng)清洗裝置電子系統(tǒng)中，考慮到軟件編寫的難度等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，擬選用獨(dú)立按鈕。獨(dú)立按鈕選用單片機(jī)的I/O端口連接方式，單片機(jī)在執(zhí)行相關(guān)指令時(shí)，可以自動(dòng)判斷按鈕的電平高低。

3軟件設(shè)計(jì)

在單片機(jī)運(yùn)行語(yǔ)言開發(fā)實(shí)踐中，常用的編寫語(yǔ)言有C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，本設(shè)計(jì)選用C語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的是一種面向機(jī)器的編程語(yǔ)言，其優(yōu)勢(shì)是可以直接控制硬件，命令執(zhí)行效率高，指令固定性好，在采樣杯自動(dòng)清洗裝置的延時(shí)語(yǔ)言編寫方面優(yōu)勢(shì)顯著。但相較于C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言入門難度大，編程語(yǔ)言形式及結(jié)構(gòu)方面難度較大，后期程序調(diào)試及優(yōu)化過(guò)程中難度也較大，不利于代碼開源和分享。相較于匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言編程技術(shù)是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，在編寫單片機(jī)程序時(shí)，層次清晰、邏輯性強(qiáng)，可讀性高，且C語(yǔ)言具備可遷移性，滿足代碼開源和共享的要求，從某種程度上講，也降低了代碼的編寫綜合成本。

4小結(jié)

在現(xiàn)代工業(yè)中，效率是不可忽略的，實(shí)現(xiàn)采樣杯的自動(dòng)清洗，不僅減少檢測(cè)環(huán)節(jié)的時(shí)間成本，也降低了人工等成本，提高整體的效率。對(duì)于大型的農(nóng)場(chǎng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和推動(dòng)力。

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