摘 要
目前，在社会主义现代化建设中，涂料市场也在不断发展，因而对搅拌设备的需求也越来越高。为了通过新型的涂料搅拌器设计使得涂料生产的成本降低，减少大量的人力物力提高工作效率，本文进行了基于单片机的智能涂料搅料器设计。
基于单片机的智能涂料搅料器设计可以通过外部按键进行控制，利用内部单片机对外部按键以及传感器进行响应，进而控制电机的转速、转向和转动时间。可以适应不同情况下的搅料需求，能够进行正反转，转速调整，定时搅拌等功能。本文首先分析了基于单片机的智能涂料搅料器设计的设计需求，完成了系统架构设计。在此基础上进行了单片机外围电路设计，液晶显示外部电路设计，电机外部电路设计，开关电路设计。在完成硬件电路设计的基础上，进行了软件流程设计，包括对LCD液晶显示控制程序，电机定时以及转速控制程序，按键控制程序。
经过实验验证，结果表明基于单片机的智能涂料搅料器设计可以灵活调整工作模式，在启动、停止，正反转，定时设置等模式之间灵活调整。真正实现“一套设备，一机多用，一步到位”。
关键词： 单片机；LCD；控制程序
2 系统硬件设计
结合第一章的系统需求分析以及器件选型，我们首先需要结合对基于单片机的智能涂料搅料器设计中的各个模块的硬件电路完成设计。
2.1 单片机外围电路设计
单片机对传感器和外设进行控制，对外部输入的数据和信号进行收集计算，并进行相应的操作。STC89C51单片机是基于单片机的智能涂料搅料器设计中的核心，围绕其需要展开很多电路实现系统中的相关功能，我们首先需要完成对单片机外围电路的设计。
2.1.1 STC89C51单片机介绍
STC89C51有32个I/O口可以连接更多的外设和传感器,8k字节的FLASH存储器可以进行更多的计算缓存，512字节的RAM大大提高了反应速度。STC89C51单片机的烧录也非常简单，通过TX和RX口，采用对应的编译器就可以将程序烧录进去。
图2.1 STC89C51单片机封装引脚
2.4 供电电路设计
在基于单片机的智能涂料搅料器设计中，单片机和LCD正常工作的电压是5V，而电机正常工作需要12V电压，结合此需求，我们采用系统用12V供电，后续通过LM7805电源芯片使12V电压转化成5V的电压供给单片机及LCD。
图2.10 供电电路
3 系统软件流程设计
结合第二章的系统需求分析，在完成了系统电路的设计以后，系统的主要功能还需要通过软件实现，需要进行相关软件流程设计，实现基于单片机的智能涂料搅料器设计预定的相关功能。
软件流程设计采用模块化设计的方法，即在程序编写之前，首先结合基于单片机的智能涂料搅料器设计硬件电路以及系统需求对程序进行功能模块化，再编写各个模块的程序，使程序易于编写、调试和修改。程序设计过程中的软件开发环境选用Keil软件。
3.1 系统总体流程
基于单片机的智能涂料搅料器设计系统程序架构如图3.1所示，当整个系统运行时，首先是各个部分的初始化，由于系统要实现对电机的控制，还需要完成包括单片机的中断设置等。
图3.1 程序架构
初始化完成以后，LCD1602液晶需要显示系统初始状态：停止运行，正向，转速5000。同时按键检测程序不断对开关的状态进行判断，液位传感器对液位进行检测设置定时时间[18]，当开关按下后，根据之前的设定，不同开关执行相对应的程序，来对搅料系统的工作模式进行改变。在执行模式更改的同时，通过LCD1602液晶来实时显示目前所处的状态，便于使用者使用。
3.2 LCD显示程序设计
在基于单片机的智能涂料搅料器设计中，为了便于使用者直观了解系统目前的工作状态，LCD1602液晶需要显示系统工作状态（开始、停止）、电机的转向（CW、CCW）、电机转速、电机定时时间等，并根据开关对系统的控制，实时对自动搅料系统这些信息进行更新[19]。按照设置，第一行显示系统工作状态（开始、停止）、电机的转向（CW、CCW），第二行显示电机转速、电机定时时间。如图3.2为LCD1602子程序流程图。
图3.2 LCD1602子程序流程图
4 系统调试
4.1 焊接与调试
本次对基于单片机的智能涂料搅料器设计中使用的是Altium Designer软件完成电路板的绘制，在完成基于单片机的智能涂料搅料器设计的电路设计以后，生成PCB。当电路板原理图绘制完成后，确认各个模块功能没有错误[25]，在确定原理图没有出现错误的情况下我们开始进行焊接，使用市场上比较常用的万能板进行焊接。
最终得到的实物图如图4.1所示
图4.1实物图
4.2 程序烧录与调试
在整体系统上电调试前，大概观察下焊接的系统还存在问题，例如存在很显眼的断裂，正负极接反以及相连、虚焊、等问题，然后用万用表检测一下，电源正负极之间是否短路等严重的电源问题，最终保证系统焊接没有问题。
在搭建调试平台后我们对软件程序进行调试，在程序调试通过后开始验证系统功能是否满足要求，如果功能没有实现或实现不完全，需要继续调试程序，反复进行，直到所有功能都实现为止。
图4.2系统运行时实物图
4.3 系统调试
当单片机焊接好之后，将STC89C51单片机和各个模块都插上去，给系统12V供电，此时为系统初始状态如图4.3所示。
按下启动键以后，电源灯会常亮，屏幕的初始值：暂停状态，CW，5000转速，定时时间为0。按下运行按键系统开始以默认速度（5000）运行，按下暂停以后，电机停止转动。第三个按键是调节正转，初始设置就是正转，所以没有发生变化。第四个按键是翻转，按下以后屏幕显示CCW，再按下启动以后，可以看到电机逆时针方向转动。第五个和第六个分别是速度加和速度减按键，可以调整速度。第七个按键是设置定时时间，按下以后增加一分钟，第八个按键是每次增加10秒钟。设置好定时时间以后，系统就以设置的速度运行，如果按暂停，也可暂停。
经过调试与验证，基于单片机的智能涂料搅料器设计已经实现了初始的应用需求，并有很强的可靠性与实用性。
图4.3 程序初始状态
4.4 遇到的问题及解决方法
（1）由于按下按键就会产生机械抖动，当按下一次按键时可能会让系统读取到多次的按键按下的次数，从而导致无法设置。解决方法是进行软件消抖，延时时间要设置恰当。
（2）焊接完成后，发现显示器的第一位无法显示，初步怀疑电阻有损坏，但是用万用表测量后发现器件正常，单片机输出正常，进一步对各个器件测量后发现是管脚虚焊，从而导致电路不通，重新焊接后显示正常。
（3）上电打开电源开关，按动按键使系统运行，发现电机轴的转动不易察觉，因此在电机的轴上加上标志物，以便利于观察。
（4）程序编写完成后进行编译连接，显示“0 error 0 warning ”后说明无语法错误[26]，再次检查看是否有逻辑错误，检查无误后烧录进单片机内。
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