自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(最終版1)

1、存檔日期：存檔日期： 存檔編號：存檔編號： 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 論論 文文 題題 目：目： 姓姓 名：名： 張明禮 學(xué)學(xué) 院：院： 電氣工程及自動化學(xué)院 專專 業(yè)：業(yè)： 自動化 班班 級級 、 學(xué)學(xué) 號號： 10電51 10285016 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師：師： 包建華 江蘇師范大學(xué)教務(wù)處印制江蘇師范大學(xué)教務(wù)處印制 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 I 摘摘 要要 自上世紀以來,人類的科技水平進入了全面發(fā)展的時期，尤其是在電子技術(shù)領(lǐng)域， 自動化已經(jīng)遍布我們的生活。自動化技術(shù)的提升能大幅度的提高國民經(jīng)濟，這在包 裝行業(yè)中表現(xiàn)的特別突出?，F(xiàn)如今,在一些大型工廠、企業(yè)中，包裝生產(chǎn)線早

2、已實現(xiàn) 了包裝自動化。隨著生產(chǎn)線上的控制系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)的不斷發(fā)展，包裝生產(chǎn)線上的 故障率不斷降低，產(chǎn)品損耗也不斷降低。自動化生產(chǎn)的高速發(fā)展，使得企業(yè)的生產(chǎn) 效率成倍提高，可以說生產(chǎn)線上的自動化水平越高，為企業(yè)和社會帶來的現(xiàn)實的經(jīng) 濟利益越可觀。本文研究的就是包裝生產(chǎn)線上的自動裝箱控制系統(tǒng),對系統(tǒng)的各個部 分將進行詳細的介紹,包括系統(tǒng)各部分的方案的選擇,所用到的元器件的功能和使用 方法等。 在本文中，首先會先介紹一下論文設(shè)計的整體思路。然后，圍繞著系統(tǒng)的設(shè)計 要求，對各部分做個詳細的闡述，最后完成整個系統(tǒng)的構(gòu)建。構(gòu)成系統(tǒng)的主要部分 是兩條皮帶，包裝箱體的傳送皮帶和待裝產(chǎn)品的傳送皮帶。在自動裝箱控

3、制系統(tǒng)中 我們選用電子電路中最常用的光電傳感器作為產(chǎn)品的計數(shù)器。 自動裝箱控制系統(tǒng)的主電路部分是采用 AT89C52 單片機以及 74LS373 等芯片所 構(gòu)成的一個簡單的微機系統(tǒng)。為了方便讀取鍵盤的給定參數(shù)，完成產(chǎn)品的檢測和對 系統(tǒng)的控制，在系統(tǒng)設(shè)計中，專門使用一個 8255A 做單片機的擴展 I/O 接口。在論 文中將對自動裝箱控制系統(tǒng)進行較詳細的闡述，以及提供具體的系統(tǒng)設(shè)計。 在系統(tǒng)的編程控制部分，結(jié)合軟件和硬件來進行程序的設(shè)計，最終達到自動裝 箱控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。 關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞 ：裝箱 光電傳感器 AT89C52 8255A 工業(yè)自動化 II Abstract Since the l

4、ast century, the level of human technology into the comprehensive development period, especially in the fields of electronic technology, automation has been in our life.Promotion of automation technology can greatly contributed to the national economy. In the packaging industry show special highligh

5、ts. Nowadays, in some large factories, enterprises and packaging lines have long been packaged automation. With the control system of production line, continuous development of monitoring system, decreasing failure rates of packaging product line and product losses have been reduced. The rapid devel

6、opment of automated production that results in doubling production efficiency, can be said that the higher level of automation production line, bring real economic benefits for businesses and society is considerable. Automatic packing machine control system in this paper is the study of thepackaging

7、 production line, on the various parts of the system will beintroduced in detail, including the selection of each part of the system, thecomponents of the function and the method of use. In this paper, we will first to profile the papers overall design philosophy. T Then, around the system design re

8、quirements, make a detailed description of each part of the construction, the final completion of the whole system. The main part of the system design is the two belt, transmission belt packing box and the transmission belt to be installed products. Photoelectric sensor is used as the product of the

9、 counter in the automatic packing control III system. Automatic packing control system of main circuit used in the AT89C52 MCU and 74LS373 chip posed by a computer system. In order to facilitate reading the keyboard of the given parameters, detection and control of finished product, system design, s

10、pecially made using a 8255A extension of the single-chip I/O interfaces. This article comprehensively presented for automatic packing control system, as well as the detailed systems design. The system control part, combined with the realization of software and hardware, finally achieve the design re

11、quirement of automatic packing machine control system. Key words: Boxing AT89C52 8255A Industrial Automation IV 目目 錄錄 摘摘 要要.I ABSTRACT.II 1 1 緒緒 論論.1 1.1 研究背景及目的.1 1.2 工業(yè)自動化的研究現(xiàn)狀.1 1.3 自動裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計意義.2 1.4 設(shè)計內(nèi)容及功能要求.2 2 2 系統(tǒng)的控制方案論證系統(tǒng)的控制方案論證.5 2.1 控制方案列舉分析及確定.5 2.1.1 機械式的順序控制 .5 2.1.2 繼電器順序控制(RLC) .5

12、2.1.3 二極管矩陣式順序控制器 .6 2.1.4 計算機的順序控制 .6 2.1.5 可編程序的順序控制器 .6 2.1.6 單片機實現(xiàn)的順序控制 .7 2.2 自動裝箱系統(tǒng)配置方案.7 2.2.1 單片機的選型及相應(yīng)芯片、總線的選擇 .7 2.2.2 傳感器的選擇及工作原理 .8 2.2.3 輸入輸出設(shè)備的選擇 .8 2.2.4 電機的選型及控制方案的選擇 .9 2.2.5 供電方案的選擇 .10 3 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計控制系統(tǒng)硬件設(shè)計.12 3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計.12 3.2 控制電路的設(shè)計.12 3.2.1 信號的識別與檢測電路（數(shù)據(jù)采集電路） .12 3.2.2 電機的控制電路

13、設(shè)計 .12 3.2.3 顯示電路設(shè)計 .12 3.2.4 音頻報警電路設(shè)計 .12 3.2.5 給定參數(shù)（輸入）電路設(shè)計 .12 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.12 4.1 系統(tǒng)的程序流程圖.12 4.1.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計及其流程圖 .12 4.1.2 數(shù)碼管動態(tài)顯示的子程序流程圖 .12 V 4.1.3 系統(tǒng)的中斷子程序流程圖 .12 4.1.4 音頻報警子程序設(shè)計 .12 4.2 系統(tǒng)的內(nèi)存單元分配.12 結(jié)結(jié) 論論.12 附附 錄錄 一：一： 自自動裝箱控制系統(tǒng)硬件接線圖動裝箱控制系統(tǒng)硬件接線圖.12 附附錄錄二二：自自動動裝裝箱箱控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序設(shè)設(shè)計計.12 致致 謝謝.1

14、2 參參考考文文獻獻 .12 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒 論 1.1 研究背景及目的 現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)過程中,常常要統(tǒng)計生產(chǎn)線上的產(chǎn)品數(shù)，并對產(chǎn)品進行包裝，通 常采取的方式是手工逐個計數(shù)。但由于人工的自身缺陷，采取這種方式很容易出錯， 不是漏掉就是計錯，而且效率也比較低，成本高。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，采用 ATMEL 公司的 MCS-51 單片機 AT89C52 為裝箱系統(tǒng)的控制核心,可以對包裝工廠的生產(chǎn)過程 中進行正確的裝箱處理和產(chǎn)品確切的計數(shù)。 工業(yè)自動化技術(shù)綜合了自動控制原理、計算機應(yīng)用技術(shù)、儀器與儀表技術(shù)等技 術(shù)，對工業(yè)現(xiàn)場的流水線，實現(xiàn)產(chǎn)品監(jiān)測、生產(chǎn)線的控

15、制與優(yōu)化、調(diào)度以及管理和 決策，最終達到提高生產(chǎn)效率、減少損耗的目的，同時也提高了生產(chǎn)安全。工業(yè)自 動化技術(shù)是 20 世紀制造領(lǐng)域中的最重要的技術(shù)之一，它主要提高了工業(yè)生產(chǎn)過程中 的工作效率。工業(yè)自動化系統(tǒng)本身不會創(chuàng)造生產(chǎn)效益，只是對于改善工業(yè)生產(chǎn)中的 工作效率，作用是顯而易見的。 IPC（工業(yè)控制計算機）,又叫產(chǎn)業(yè) PC，在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，IPC 起著很重要 的作用。一般認為，工業(yè)控制計算機主要用在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的測量、管理、控制。 但隨著現(xiàn)在科技水平的不斷發(fā)展，IPC 的應(yīng)用范圍不僅僅局限于此了，已經(jīng)遠超出 工業(yè)自動化控制的過程。 1.2 工業(yè)自動化的研究現(xiàn)狀 如今，很多工廠，企業(yè)，為了實

16、現(xiàn)生產(chǎn)過程中的控制與管理一體化，大多采用 的是 PLC，集散控制，現(xiàn)場總線等作為工業(yè)控制的主要方式。進入 21 世紀， “新型 自動化控制系統(tǒng)”逐漸流行起來，工業(yè)控制慢慢有了向智能化方向發(fā)展的趨勢。 隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高和發(fā)展，集散控制系統(tǒng)(DCS)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更加 廣泛。DCS 技術(shù)是將計算機技術(shù)應(yīng)用在了生產(chǎn)過程控制當(dāng)中，用 CRT 來表示系統(tǒng)的 各個參數(shù),計算機軟件組成了各種功能模塊,兩者通過通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個完備的系統(tǒng)。 所以 DCS 技術(shù)的一個主要的特點是，各生產(chǎn)過程現(xiàn)場的控制分別由現(xiàn)場控制站來進 行分散控制,然后，各個現(xiàn)場的控制信息匯總到管理站進行集中管理,同時根據(jù)生產(chǎn) 工藝要

17、求管理站對現(xiàn)場控制站進行集中控制,即信息和操作管理集中化而控制分散化。 近年來，DCS 技術(shù)的發(fā)展勢頭很猛，在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用更加廣泛。未來 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 2 DCS 還將擁有更廣闊的發(fā)展前景。 順序邏輯控制從繼電器到數(shù)字邏輯順序控制系統(tǒng)的一步步發(fā)展,最終形成了現(xiàn)在 的可編程邏輯控制器,即我們常說的 PLC。 PLC 采用梯形圖、布爾代數(shù)控制程序。PLC 具有體積小,可以無火花運行,故障率 低，安全可靠等優(yōu)點,可以較方便的進行現(xiàn)場調(diào)試。從上世紀的 80 年代后期開始, PLC 制造商開始為了滿足市場的需求，在 PLC 中加入了模擬量的采集和控制,并與控

18、制和傳輸匹配,絕大多數(shù)情況下都是基于單一設(shè)備的銷售,系統(tǒng)最終的集成由用戶 （或工程公司）自己完成?，F(xiàn)場總線是開放的工業(yè)自動化控制系統(tǒng),用于連接在生產(chǎn) 現(xiàn)場的儀表與控制室內(nèi)的控制設(shè)備進行通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線技術(shù)是一種高層次、高難度的工業(yè)數(shù)據(jù)總線,是工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要 組成部分，對工業(yè)各個領(lǐng)域的發(fā)展都將起到非常重要的作用。 1.3 自動裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計意義 隨著在制造業(yè)中的自動化水平的不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴大。包裝的自動化 操作，對整個包裝行業(yè)的改變是巨大的，這徹底改變了傳統(tǒng)裝箱過程中的包裝方法 和加工方式。自動裝箱控制系統(tǒng)顯著的提高了工廠的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，減少了 包裝過程中由于工

19、人的誤操作而造成的產(chǎn)品損失，降低了資源消耗，同時也減輕了 包裝工人的勞動強度。 自動裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵是能夠設(shè)計出一個實現(xiàn)完全自動控制的控制方案。 顯然，自動裝置(或工業(yè)機器人)的需求和特點取決于工藝的選擇。根據(jù)定義，那么 自動裝置就是實現(xiàn)自動化控制或者通過遠程遙控可以完成某個任務(wù)的機械裝置或機 構(gòu)。它可以很簡單，也可以很復(fù)雜。 當(dāng)代的自動化革命浪潮，正在改變著包括包裝行業(yè)在內(nèi)的各個行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)則。 自動裝箱控制系統(tǒng)具有的高效率，提高了整個生產(chǎn)過程中的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 當(dāng)然對于減少資源損耗，降低勞動強度，改善加工誤差，也起到了非常重要的作用。 尤其是在電子、飲料、食品、藥品等行業(yè)，這

20、點都是至關(guān)重要的。從長遠來看，自 動裝置最終將得到更加廣泛的應(yīng)用。 1.4 設(shè)計內(nèi)容及功能要求 分析了以上論述，我們對于自動裝箱控制系統(tǒng)有了大致的了解。結(jié)合本系統(tǒng)的 一些功能要求，我們設(shè)計出了一個自動裝箱控制系統(tǒng)，裝箱原理圖如圖 1-1 所示。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 3 圖 1-1 自動裝箱控制系統(tǒng)原理圖 在圖 1-1 中，該系統(tǒng)有兩個傳送帶，箱體傳送皮帶和產(chǎn)品傳送皮帶。箱體傳送 皮帶是用來提供產(chǎn)品包裝箱，其功能是提供一個空箱用于產(chǎn)品的裝箱，同時運走裝 滿的包裝箱。為了便于產(chǎn)品正好掉落在箱子中，空箱子必須處于正確的位置，恰好 對準傳送皮帶 2。那么這就需要在箱體傳送

21、皮帶上裝一個檢測傳感器 1，以檢查包裝 箱是否到達指定位置。產(chǎn)品傳送皮帶是將產(chǎn)品從一端傳送到包裝箱中，完成產(chǎn)品的 裝箱。當(dāng)產(chǎn)品行進到傳送帶的盡頭時，自動掉落在包裝箱內(nèi)，同時傳感器 2 檢測到 一個產(chǎn)品，產(chǎn)生脈沖，并轉(zhuǎn)化成計數(shù)脈沖。 產(chǎn)品計數(shù)可以由軟件完成，也可以用硬件(如 51 單片機中的定時器/計數(shù)器)來 完成。本系統(tǒng)采用軟件計數(shù)方法。 系統(tǒng)工作步驟如下： (1)先用鍵盤給點設(shè)定的單個箱子產(chǎn)品數(shù)，以及所需的包裝箱數(shù)，分別存放在 PARTS 和 BOXES 單元當(dāng)中。 (2)接通系統(tǒng)總電源，箱體傳送皮帶 1 運動，空包裝箱隨著皮帶向前運動。根據(jù) 設(shè)定的程序，當(dāng)箱子運行到傳感器 1 處時，單片機

22、讀取檢測傳感器的狀態(tài)，可以知 道傳送皮帶 1 上的箱子有沒有到達指定位置。 (3)當(dāng)包裝箱到位后，關(guān)閉電機 1 上的電源，傳送皮帶 1 停止。 (4)同時啟動皮帶 2 的電機，產(chǎn)品沿著皮帶向前運動，最后掉落在包裝箱內(nèi)。 (5)當(dāng)產(chǎn)品一個個的掉落時，通過檢測傳感器 2 的檢測，將產(chǎn)生一系列脈沖信號。 傳感器 2 傳感器 1 傳送帶 1 傳送帶 2 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 4 (6)從檢測傳感器 2 來的輸出脈沖，由計算機計數(shù)并不斷和預(yù)設(shè)單位中的給定的 值進行比較。 (7)如果包裝箱內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)與給定的不相等，那么皮帶 2 將繼續(xù)運行，直到兩者 相等的時候，此時，立即停止傳

23、送皮帶 2 上的電機，停止裝入產(chǎn)品。 (8)再一次的啟動傳送皮帶 1，裝滿產(chǎn)品的箱子繼續(xù)向前運動，箱子數(shù)量加 1， 并存入相應(yīng)的內(nèi)存單元中，然后與給定值作比較。如果少于設(shè)定的箱數(shù)，則繼續(xù)搬 來一個空箱，重復(fù)上面的過程。若當(dāng)前箱數(shù)與給定值兩者相等，生產(chǎn)線上的皮帶全 部停止，等待下一個操作命令。 操作人員可以通過編碼鍵盤重置給定參數(shù)，在包裝過程中，操作人員可以隨時 按下停止鍵，暫停當(dāng)前工作，也可以按下開始鍵，重新啟動電機工作。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 5 2 系統(tǒng)的控制方案論證 2.1 控制方案列舉分析及確定 在本課題中,對自動裝箱控制系統(tǒng)的要求分析中可知:兩個傳送皮帶是

24、按照程序 中已經(jīng)確定的順序，不停地關(guān)閉和重啟,這種控制我們一般稱為順序控制。一般來說 順序控制有下列幾種控制方法： 2.1.1 機械式的順序控制 機械式的順序控制是采用分配軸上的凸塊去控制電器的開關(guān)，從而實現(xiàn)的一種 控制方法。但這種控制方法也有局限性，如無法控制執(zhí)行器的位置，只能利用限位 開關(guān)來進行定位等?，F(xiàn)在，凸輪控制的多點開關(guān)，對簡單控制仍很普遍適用。但該 控制方法由于體積較大，陳套老舊，精度低，成本高，不適于本控制系統(tǒng)，所以不 予考慮。 2.1.2 繼電器順序控制(RLC) 繼電器順序控制是一種采用繼電器組成的順序控制(又稱 RLC)，RLC 具有下列多 個優(yōu)點： (1)線路設(shè)計簡潔，要

25、求低，發(fā)揮空間大。 (2)成本低。 (3)使用繼電器可以擴展節(jié)點數(shù)量，提高開關(guān)電流容易。 (4)很容易就可以通過輸出電流產(chǎn)生電磁并最終轉(zhuǎn)化為機械力。 (5)如采用時間繼電器，可以很好的實現(xiàn)定時。 (6)對維護技術(shù)要求低。 RLC 的缺點是： (1)系統(tǒng)自動化程度越高，RLC 線路越復(fù)雜，工作量越大，維修難度越大。 (2)頻繁開關(guān)觸點，產(chǎn)生電磁干擾信號，降低了使用壽命，可靠性降低。 (3)由于不能多次利用，所以在不同的系統(tǒng)中，采用這種控制方式都要重新設(shè)計 和制造線路板，阻礙了技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。 本系統(tǒng)自動化程度較高，很顯然 RLC 也不適于本系統(tǒng)。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)

26、計 6 2.1.3 二極管矩陣式順序控制器 二極管矩陣式順序控制器是由輸入，輸出和矩陣組合在一起的一種組合邏輯電 路。如果改變了矩陣上插入二極管的位置，就相應(yīng)的改變控制器的邏輯關(guān)系。 二極管矩陣順序控制器有下列優(yōu)點： (1)原理簡單，容易掌握。 (2)設(shè)定控制程序時，無需專門的技術(shù)和裝置。 (3)更改程序容易，只需改變帶二極管插入的位置即可。 (4)邏輯處理采用并列處理，沒有時間延遲現(xiàn)象。 (5)電路的復(fù)雜程度靠二極管去完成，成本較低。 該系統(tǒng)易于實現(xiàn)，但由于功能少，達不到系統(tǒng)的要求，故也不予采納。 2.1.4 計算機的順序控制 80 年代末 90 年代初，計算機獲得更大的發(fā)展，人們開始把計算

27、機應(yīng)用在工業(yè) 控制領(lǐng)域當(dāng)中。計算機的功能齊全，有很強的靈活性和通用性，但需要更多的外圍 設(shè)備，價格昂貴，這大大限制了它的使用范圍。此外，計算機原理復(fù)雜，在使用和 維護方面存在很大的困難，所以，推廣較為緩慢。雖然它可以完全用于順序控制， 但是我們的自動裝箱控制系統(tǒng)只需要簡單的控制就可以了，所以它也不適合本系統(tǒng)。 2.1.5 可編程序的順序控制器 可編程的控制器結(jié)合了計算機的通用靈活性和繼電器的簡單控制、操作方便等 優(yōu)點?？删幊炭刂破?，簡稱 PLC。PLC 的優(yōu)點是： (1)PLC 采用面向操作的邏輯語言。 (2)指令數(shù)較少，編寫和修改比較容易。 (3)程序執(zhí)行動作的監(jiān)控和修改方便。 (4)安裝環(huán)

28、境和條件沒有特殊要求。 (5)可靠性高。 (7)可以與計算機直接相連，應(yīng)用前景很大。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 7 2.1.6 單片機實現(xiàn)的順序控制 單片機具有下面一些特性： 體積?。簡纹瑱C內(nèi)部擁有作為一個計算機工作所需的所有基本組成部分，所以 單片機構(gòu)成的系統(tǒng)較為簡單，體積也小。 可靠性高：單片機中的存儲器和傳輸線大多數(shù)在內(nèi)部，不易受到外界的干擾； 單片機在環(huán)境條件差的時候，會對系統(tǒng)采取電磁屏蔽。所以單片機系統(tǒng)的可靠性一 般較高。 性價比高：目前單片機已經(jīng)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，成本低，功能卻不斷增加,使單片 機的性能價格比較高。 控制功能強：單片機的 CPU 可以直接操控

29、I/O 口進行工作，提高了系統(tǒng)的運算 速度。 使用方便：單片機功能強，擴展方便，應(yīng)用中所需的硬件設(shè)計也簡單。目前市 場中有很多的單片機開發(fā)工具，使單片機的應(yīng)用變得更方便。 低功耗：單片機系統(tǒng)集成度高，功耗相比其他設(shè)備要低很多。 單片機以上的優(yōu)勢，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，使研究結(jié)果可以迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。 通過對以上各種控制方案的分析比較，結(jié)合本系統(tǒng)的實際情況、功能要求，我 們決定采用單片機控制方法來實現(xiàn)本系統(tǒng)的自動控制要求。 2.22.2 自動裝箱系統(tǒng)配置方案自動裝箱系統(tǒng)配置方案 2.2.1 單片機的選型及相應(yīng)芯片、總線的選擇 單片機的選擇：本系統(tǒng)（自動裝箱控制系統(tǒng)）相對較為簡單，可以選擇價格低 廉

30、、應(yīng)用廣泛、性能出色的 8 位 AT89C52 單片機。作為 ATMEL 公司生產(chǎn)的這款 AT89C52 單片機屬于 MCS-51 系列單片機。另外，本系統(tǒng)需要較多的 I/O 接口，因此 必須進行接口擴展。8255A 較之 8155 的擴展 I/O 口更多，更能滿足我們的自動裝箱 控制系統(tǒng)的設(shè)計需求。因此，這里我們將選用的是 8255A 芯片。 總線：本系統(tǒng)采用標準總線，標準總線具有良好的兼容性，因為標準總線有嚴 格的定義，不同的生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品兼容性都很好。在由不同模塊構(gòu)成的系統(tǒng)中，擴 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 8 展相對容易，設(shè)計也比較簡單。在工業(yè)控制中，大多選用的是

31、 STD 總線，它直接面 向 I/O 口、可靠性高。本系統(tǒng)將選擇 STD 總線作為系統(tǒng)總線。 2.2.2 傳感器的選擇及工作原理 選擇傳感器前我們應(yīng)先了解本系統(tǒng)所需的檢測對象： (1)檢測空箱是否到達指定位置。 本系統(tǒng)中，采用傳感器來判斷空箱是否到位，通常可選擇光電傳感器和紅外傳 感器兩種傳感器。 紅外傳感器的檢測原理：當(dāng)紅外線的發(fā)射端與接收端之間有障礙物（包裝箱） 時，此時接收端收不到發(fā)射端發(fā)射的光信號，傳感器將產(chǎn)生一個信號，可以判斷出 箱子已經(jīng)到達指定位置，由于紅外傳感器是利用物體的輻射來接收信號的，所以信 號強度較弱不精確，而且價格貴、易干擾、成本高。 光電傳感器的檢測原理：它的檢測元件

32、是光電元件。先將被測量的變化轉(zhuǎn)換成 為光信號，然后利用光電元件再將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。 較之紅外傳感器，光電傳感器的精度更高、響應(yīng)速度更快等，內(nèi)部構(gòu)造也簡單。 因此，光電傳感器的應(yīng)用很廣泛。 綜合所述，本系統(tǒng)采用光電傳感器進行檢測比較好。 (2)判斷箱子的裝載產(chǎn)品數(shù)是否達到設(shè)定要求。 判斷箱子的裝載數(shù)是否達到設(shè)定要求的方法有： 對裝載產(chǎn)品計數(shù)：當(dāng)裝載數(shù)達到給定要求時，判斷箱子是否裝滿。通常的計數(shù) 也是采用紅外照射計數(shù)和光敏電阻計數(shù)兩種方法。 對箱子進行稱重：當(dāng)箱重滿足預(yù)先給定好的重量時，表明這個箱子已裝滿，該 重量就是相應(yīng)數(shù)量產(chǎn)品的總重，這里將用到壓力傳感器，但是采用這種方法的缺點 就是有較大

33、誤差，且壓力傳感器不好安裝。 所以這里還是選擇采用光電傳感器來進行檢測。 2.2.3 輸入輸出設(shè)備的選擇 系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備是提供系統(tǒng)與人機間進行對話的一種設(shè)備。 (1)輸入設(shè)備的選擇 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 9 輸入設(shè)備一般采用開關(guān)、按鈕、鍵盤等，本系統(tǒng)不但需要開關(guān)，而且還需要輸 入設(shè)定數(shù)據(jù)，所以可采用鍵盤（包含開始、停止命令鍵，還有數(shù)字鍵等）來作為輸 入設(shè)備。 (2)輸出（顯示）設(shè)備的選擇 在一個系統(tǒng)中，可選擇的輸出顯示設(shè)備很多，而本系統(tǒng)等所需的小型簡單的顯 示器通常采用發(fā)光二極管顯示器（即 LED）顯示以及液晶顯示器（即 LCD）顯示兩種。 LED 結(jié)構(gòu)簡單，價格

34、廉價，是應(yīng)用最廣泛的顯示器。顯示清晰但不精細、性能也比 較穩(wěn)定；LCD 功耗小、體積小、重量輕，但價格較高，常用于小型儀表和功耗低的 系統(tǒng)中。 本系統(tǒng)中，為了顯示清晰，同時考慮到功耗，產(chǎn)品成本等，所以采用發(fā)光二極 管顯示器顯示。 2.2.4 電機的選型及控制方案的選擇 電機分為直流電機和交流電機兩種。直流電機調(diào)速性能較好、啟動轉(zhuǎn)矩大，尤 其是其調(diào)速性能比交流電機更加出色。因此，直流電機在對電機的啟動性能、調(diào)速 性能要求高的生產(chǎn)現(xiàn)場中來進行拖動。但直流電機同時也有很多的缺陷，如生產(chǎn)過 程復(fù)雜，制造成本高。另外直流電機的維護也比較困難。所以在如今的工業(yè)電力拖 動系統(tǒng)中，直流電機與交流電機都有其不同

35、的應(yīng)用場合。 如果再將交流電機分類，可劃分為交流異步電機和交流同步電機兩種。交流異 步電機不能實現(xiàn)平滑調(diào)速，經(jīng)濟不劃算，而且必須在電網(wǎng)中獲取勵磁電流，這就改 變并污染了電網(wǎng)中的功率因數(shù)。但其也具有制造簡便、結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、價格 廉價等等優(yōu)點。 交流同步電機中的電機轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率間存在著固定的關(guān)系。由于開關(guān)量作為 控制輸入信號來控制電機，不需要大的傳動功率，且自動裝箱控制系統(tǒng)對傳送箱子 和傳輸產(chǎn)品都需要一個非常精確的定位，所以本系統(tǒng)的電機部分我們采用的是用開 關(guān)量控制的同步伺服電機。而且本系統(tǒng)不需可逆調(diào)速，我們選擇交流電機，分析本 系統(tǒng)的功能要求可知，傳送帶傳送過程中需要精確定位來實現(xiàn)產(chǎn)品的

36、自動裝箱，這 就要求電機能迅速停止。綜合上面的要求我們最終選擇 220V 交流伺服同步電機。 傳送帶的電機需要交流大電壓來控制，但我們的單片機控制部分輸出的開關(guān)量 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 10 為直流低電壓，因此不能用來直接驅(qū)動電機，同時也為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力， 我們將采用光電隔離技術(shù)進行強弱電隔離。 電機的控制也有很多種方法，如繼電器、固態(tài)繼電器(SSR)、電磁閥、可控硅 (SCR)及大功率的場效應(yīng)管等等。繼電器是電氣控制中最常用的方式，相比其他幾種 方式結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本較低。本系統(tǒng)相比電機的選擇對電機控制沒 有過高的要求因此這里我們采用繼電器進行

37、控制即可。 2.2.5 供電方案的選擇 微機系統(tǒng)大多采用交流電供電，系統(tǒng)電源一般來自于穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路由兩 種類型可以提供所需的各檔電壓。一種是通用的線性電源，主要組成是變壓器、整 流器、濾波器、穩(wěn)壓器等等。這種電源設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，成本低，精度不高但也能滿 足一般的系統(tǒng)需要。缺點就是體積大，散熱較差。另一種是開關(guān)電源，這樣電源在 微機系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)在開關(guān)電源的發(fā)展向著高效化、小型化方向不斷發(fā)展，已 經(jīng)成為電子設(shè)備的主流電源，現(xiàn)在的微型機系統(tǒng)或者輸入輸出設(shè)備中大概有 90%以 上都是采用得開關(guān)電源供電。開關(guān)電源的工作原理是采用 PWM（脈寬調(diào)制技術(shù)）原 理，精度高，小巧輕便，可靠性高。 由于

38、本系統(tǒng)對電源沒有特別高的要求，而且電源部分也不是本系統(tǒng)的主要內(nèi)容， 為了方便使用，我們將采用開關(guān)電源作為系統(tǒng)的供電，電源只要達到下面的要求即 可： (1)電源供應(yīng)的功率很充足，以避免在滿荷或超荷運行時出現(xiàn)嚴重的發(fā)熱現(xiàn)象， 導(dǎo)致電壓的精度降低。 (2)具有良好的抗干擾能力，穩(wěn)壓效果好。 (3)要求能提供包括+5V 等多檔的直流電壓。 綜上分析可知： 采用 ATMEL 公司的 AT89C52 單片機以及 8255A 等芯片作為自動裝箱控制系統(tǒng)的 控制部分。 采用 STD 總線作為自動裝箱控制系統(tǒng)的總線。 采用光電式傳感器作為自動裝箱控制系統(tǒng)的檢測部分。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)

39、設(shè)計 11 采用編碼鍵盤作為自動裝箱控制系統(tǒng)的輸入部分。 采用 LED 顯示器作為自動裝箱控制系統(tǒng)的顯示部分。 采用 220V 交流同步伺服電機進行傳送，電機的控制則采用光電隔離接口的繼電 器進行控制。 采用開關(guān)電源作為自動裝箱控制系統(tǒng)的電源部分。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 12 3 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.13.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計 根據(jù)自動裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，我們以 AT89C52 單片機為核心，設(shè)計一個 最小系統(tǒng)。擴展一個 8255A 可編程接口，用于外擴檢測接口和控制接口，同時也方 便讀取給定參數(shù)。采用 74LS373 作為鎖存

40、器和驅(qū)動器，擴展 8255A 的 PB 口用于給定 參數(shù)或計數(shù)的顯示。 自動裝箱控制系統(tǒng)原理圖如附錄 1 所示。 AT89C52 單片機，8255A 芯片和 74LS373 芯片組成自動裝箱控制系統(tǒng)的最小系統(tǒng)。 其中各芯片及引腳說明如下： (1)AT89C52: 圖 3-1 是 AT89C52 單片機的引腳圖。 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 RESET 9 P30/RXD 10 P31/TXD 11 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T0 14 P35/T1 15 P36/WR 16 P37/RD 17 X

41、2 18 X1 19 GND 20 VCC 40 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 EA/VP 31 ALE 30 PSEN 29 P27 28 P26 27 P25 26 P24 25 P23 24 P22 23 P21 22 P20 21 U1 AT89C52 下面對 AT89C52 單片機做一個基本介紹： 面向控制的 8 位 CPU； 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 3 個 16 位可編程定時器/計數(shù)器； 32 條雙向 I/O 口； 一個可編程全雙工串行口； 圖 3-1 AT89C52 引腳 圖 江蘇師范大學(xué)

42、本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 13 2 個外部中斷源，共 6 個中斷源； (2)8255A: 8255A 的引腳圖如圖 3-2 所示 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 8255A PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 A0 8 A1 9 R

43、D 5 WR 36 CS 6 8255A 的 基本特性： 1.8255A 芯片中的 PA 和 PB 口是兩個 8 位 IO 接口，PC 的高低 4 位是兩個 4 位并 行輸入輸出端口的接口。 2.能滿足在 CPU 與 I/O 接口之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喾N傳輸要求； 3.8255A 執(zhí)行能力很強，有兩個命令字(方式字和控制字)，可以由 8255A 構(gòu)成 不同的接口電路配合外部條件使用，可以提供給更加方便的編程環(huán)境給用戶使用。 4.8255A 的 PC 口使用的比較特殊，除了用作數(shù)據(jù)口傳送數(shù)據(jù)外，還可以當(dāng)做狀 態(tài)口來進行按位控制等； (3)74LS373: D0 3 D1 4 D2 7 D3 8 D4

44、 13 D5 14 D6 17 D7 18 A0 2 A1 5 A2 6 A3 9 A4 12 A5 15 A6 16 A7 19 74LS373 LE 11 OC 21 74LS373 圖 3-3 74LS373 引 腳圖 圖 3-2 8255A 引腳 圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 14 8 位輸入與輸出鎖存器，引腳功能如下： D0D7 數(shù)據(jù)輸入端 OC 三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE 鎖存允許端 Q0Q7 輸出端； 同時 74LS373 也可以用作顯示驅(qū)動器，提供較大的驅(qū)動電流，使數(shù)碼管的顯示 效果更好。 (4)開關(guān)電源： 開關(guān)電源選用+12V 的 ATX 電源

45、。在開關(guān)的接通過程中，電源不斷大的向負載 提供能量；斷開開關(guān)電源的開關(guān)后，開關(guān)電源的輸入電源中斷對負載能量的控制， 因此開關(guān)電源提供的能量是離散的。 (6)光電傳感器： 采用光電傳感器作為檢測器件。其檢測范圍大大超過電感傳感器、電容傳感器 和超聲波傳感器。體積小也是光電傳感器的一大優(yōu)點，外部機殼可以有很多樣式， 幾乎可以用在任何地方。光電傳感器的原理圖如圖 3-4 所示： 振蕩 器 放 大 器 信號轉(zhuǎn)換電路 恒電壓電路 V VD DD D V Vo ou ut t 數(shù)數(shù)字字地地 模模擬擬地地 恒恒光光源源與與接接收收部部分分 檢檢測測 3.23.2 控制電路的設(shè)計控制電路的設(shè)計 3.2.1 信

46、號的識別與檢測電路（數(shù)據(jù)采集電路） 自動裝箱控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集電路主要是將光電傳感器與單片機結(jié)合在一起， 圖 3-5 所示其檢測原理圖。在本系統(tǒng)中利用單片機對電源進行控制。由用戶設(shè)定參 圖 3-4 光電傳感器原理圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 15 數(shù)，并輸入控制器中，單片機將自動生成一系列脈沖信號，這是用來控制半導(dǎo)體激 光器。這樣半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光形成了一系列激光脈沖波，這串激光脈沖就是 包含用戶信息的一串信號波。當(dāng)光電傳感器檢測到此信號波時，再將其轉(zhuǎn)化成一串 連續(xù)的脈沖信號。但此時的信號是非常微弱、無序沒有規(guī)則的，且含有外部雜波等 干擾信號。在通過前置放大電路的除

47、噪和放大處理后，此時的信號就可以用來提供 單片機工作了，完成相應(yīng)的譯碼和判別工作。然后通過比較鑒別，單片機就知道了 要執(zhí)行何種任務(wù)，并生成相應(yīng)的控制信號來控制本系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)備 。 半導(dǎo)體激光器光電檢測器前置放大器 受控設(shè)備1 受控設(shè)備1.n 單片機控制 調(diào)制電信號 編碼 電源 單片機 譯碼 判別 處理 上面的原理圖可能會較為復(fù)雜，在我們的論證之后，還可以省略一些部分。分 析可知，光電脈沖轉(zhuǎn)換電路可以如圖 3-6 中所示的那樣，當(dāng)光照射到 BG1（光敏二 極管）時，將生成光電流， 電阻 R1 上的壓降迅速增大，晶體管 BG2 導(dǎo)通。BG3 和 BG4 組成射極耦合觸發(fā)器是電路中的觸發(fā)部分，將 U

48、0 置于高位。否則，將 U0 置于 低位。U0 將脈沖信號送到系統(tǒng)的計數(shù)電路中進行計數(shù)。 圖 3-5 檢測原理框圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 16 3.2.2 電機的控制電路設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)的控制電路有兩部分：一個是信號檢測電路，即光電傳感器 1 判斷箱體是否到達指定位置，光電傳感器 2 用于裝箱產(chǎn)品的計數(shù)。另一部分就是 傳送皮帶的電機控制。 以下主要是介紹傳送皮帶的電機控制。在圖 3-7 中，AT89C52 中的 P16 口控制 傳送皮帶 1 的電機，P12 口控制傳送皮帶 2 的電機。當(dāng)工作人員按下 START 鍵(啟動 鍵)后， 單片機開始工作，根據(jù)程序設(shè)定

49、，P16 口將輸出高電平，經(jīng) 74LS373 增大 輸出電流，使發(fā)光二極管工作，繼而導(dǎo)通復(fù)合三極管，使繼電器開始工作，開關(guān)閉 合，交流電機 1 通電，傳送皮帶 1 運動，帶動箱體運動?？障潆S傳送帶運動到光電 傳感器 1 的發(fā)射與接收端之間時，接收端接收不到發(fā)射光，則傳感器 1 將輸出高電 平。單片機接收到是傳感器 1 的高電平后，P16 口輸出低電平，傳送皮帶的電機又 停止。 此時單片機 P12 口輸出高電平，啟動傳送皮帶 2 的電機，帶動產(chǎn)品繼續(xù)不停的 運動，使產(chǎn)品掉落在空的包裝箱內(nèi)。當(dāng)一個個的產(chǎn)品經(jīng)過傳感器 2 的光源與光電傳 感器時，光電傳感器輸出為高電平。當(dāng)單片機檢測到該信號后，在計數(shù)

50、器中加 1， 并送到 LED 顯示。與給定的產(chǎn)品數(shù)進行比較。如果此時的計數(shù)值小于給定的產(chǎn)品數(shù)， 系統(tǒng)繼續(xù)工作；當(dāng)此時的計數(shù)值等于給定的產(chǎn)品數(shù)時，則系統(tǒng)停止工作。 BG1 BG3 R1 R3 R6 R4 R5 R7 R8 BG2BG4 +E +U0 R2 光照 圖 3-6 電脈沖轉(zhuǎn)換電 路 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 17 切斷傳送皮帶 2 電機上的電源，接通傳送皮帶 1 電機上的電源，使裝滿產(chǎn)品的 包裝箱繼續(xù)傳輸，同時，下一個空箱繼續(xù)傳輸?shù)竭_指定位置，重復(fù)上述過程。 3.2.3 顯示電路設(shè)計 本系統(tǒng)的顯示部分采用的是 LED 數(shù)碼管顯示，發(fā)光二極管（即 LED）是一個通

51、電后發(fā)光的半導(dǎo)體元器件，具有和普通二極管相同的導(dǎo)電特性。數(shù)碼管顯示器是由 多個發(fā)光二極管組合而成的一種顯示器件，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。 數(shù)碼管是有 8 個發(fā)光二極管，它們組成的字符可以作為顯示器件。顯示字符的 有 7 個 LED，我們可以命名為，A,B,C,D,E,F,G。還有一個，用作顯示數(shù)字的小數(shù)點， 我們命名為 G。因此有時候我們也稱之為 7 段發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示器。 發(fā)光二極管有共陽極和共陰極兩種接法，這是按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同而劃分的， 對應(yīng)的是高電平有效和低電平有效。圖 3-8 是兩種接法的示意圖。 AT89C52 P16 P12 74LS 373 74LS 373 5V 5V

52、 5V 5V K A 12V AC 220V M AC 220V MK A 12V 圖 3-7 電機控制電路 G A B C D E F G DP G A B C D E F G DP 共陰極共陽極 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 18 如果要顯示某個數(shù)字，就需要點亮相應(yīng)的段，這就用到了譯碼。而譯碼又分為 硬件譯碼和軟件譯碼。 硬件譯碼時，電路設(shè)計中，在數(shù)碼管與總線之間，需要添加鎖存器，同時提供 相應(yīng)的譯碼器。譯碼器將電路中提供的 1 位十六進制數(shù)或 BCD 碼轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的顯示 段碼送給數(shù)碼管顯示（數(shù)碼管 LED 需要有驅(qū)動器提供較大的電流用于顯示） 。這種方 法只需要用 1

53、 條輸出指令，便可以進行 LED 的顯示。在電路較為復(fù)雜的硬件電路中， 采用硬件譯碼就有一定的局限性。因此，硬件譯碼多用在顯示的位數(shù)較多或亮度較 高要求的場合。 在軟件譯碼時，主要方法是用軟件查表的方法來代替硬件譯碼，在硬件上不僅 省去了譯碼器，而且，還能顯示更多的字符，同時它的譯碼邏輯也可以根據(jù)編程設(shè) 定，而不必受到硬件譯碼邏輯的限制。 本系統(tǒng)采用的是以軟件譯碼為主的 LED 數(shù)碼管接口電路。用軟件進行譯碼，電 路圖如圖 3-9 所示。(發(fā)光二極管一般需要十幾到二十幾毫安的驅(qū)動電流，因此需要 在數(shù)碼管前加上驅(qū)動器，因為單純靠接口提供不了那么大的電流供數(shù)碼管顯示器使 用，本系統(tǒng)采用的是 74L

54、S373 進行驅(qū)動)。 本系統(tǒng)的 LED 接口電路采用軟件譯碼。由于每個數(shù)碼管的 LED 顯示段是并聯(lián)的， 因此同時刻不同數(shù)碼管僅能顯示出同個字符，無法顯示多個字符。因此為了顯示多 個字符，我們可以采用 LED 的動態(tài)顯示方法，逐個循環(huán)點亮每位數(shù)碼管，各位顯示 PB7 PB6 PB5 PB4 8255APB3 PB2 PB1 PB0 dp g f e d c b a 驅(qū)驅(qū)動動 器器 7 74 4L LS S 3 37 73 3 圖 3-9 LED 數(shù)碼管接口電路 圖 3-8 8 段 LED 數(shù)碼管的兩種接法 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 19 的時間為 1ms 左右，因為人

55、自身存在著視覺暫留效應(yīng)，這就讓人看著好像是在同時 顯示不同的字符一樣。 我們?yōu)榱藢崿F(xiàn)對 LED 數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示，除了要給數(shù)碼管提供顯示的段碼 以外，還要對 LED 數(shù)碼管進行位選，這就是我們通常所說的“段選”和“位選” 。所 以對于擁有多位的 LED 數(shù)碼管的顯示電路來說，就需要有兩個輸出口，一個用于輸 出顯示的段碼；另外一個則用于輸出位選信號。 “位選”實際上是對 LED 數(shù)碼管的公 共段進行控制，位選信號的數(shù)量與數(shù)碼管的位數(shù)相同。這里的顯示器位數(shù)為 3 位， 因此位選信號需要有 3 個。 3.2.4 音頻報警電路設(shè)計 本系統(tǒng)的報警電路的設(shè)計比較簡單，采用壓電蜂鳴器作為報警電路中的發(fā)音

56、部 分。壓電蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單，在兩根引線上加上 5V 左右的直流電壓，就能產(chǎn)生頻率約 為 3kHz 左右的尖銳報警聲音。和電磁式蜂鳴器相比，壓電蜂鳴器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而 且耗電也少，在單片機系統(tǒng)中更為常見。壓電式蜂鳴器正常工作必須滿足 10 毫安左 右的驅(qū)動電流，而電路中無法提供這么大的電流，需要用特定的芯片來進行低電平 的驅(qū)動，三極管同樣可以作為驅(qū)動器來驅(qū)動。驅(qū)動電路如圖 3-10 所示： 如圖所示，音頻報警電路中的驅(qū)動芯片的一端接 AT89C52 單片機的 P1.0 腳，當(dāng) P1.0 1A VCC 1B CJ0451 GND 1Y KA AT89C52 圖 3-10 音頻報警電路 江蘇師范大學(xué)

57、本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 20 單片機引腳輸出高電平時，芯片的 1Y 引腳則輸出為低電平，繼電器工作使開關(guān)閉合， 從而壓電蜂鳴器的引線獲得約 5V 的電壓，蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音響。當(dāng) P1.0 口輸出低 電平“0”時，引腳 1Y 的輸出端電壓升高到約+5V，這時，繼電器不工作，開關(guān)處于 斷開狀態(tài)，壓電蜂鳴器兩端的電壓降至 0V，此時，蜂鳴器停止發(fā)聲。 CJ0451 驅(qū)動器 CJ0451 的外部引腳與內(nèi)部電路框圖如圖 3-11 所示 由上面的圖可以看出，如果用 CJ0451 不僅可以減少從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)時產(chǎn)生 瞬態(tài)電流，而且還可以減少導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)時，在三極管集電極上產(chǎn)生的反沖電 壓

58、，從而更有效的保護了輸出晶體管。 3.2.5 給定參數(shù)（輸入）電路設(shè)計 為了自動裝箱控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡單，我們設(shè)計了一個矩陣二極管輸入鍵盤 （編碼鍵盤） 。圖 3-12 是編碼鍵盤的原理圖。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 BCD碼 A B C D +5v 1A1B1YGND Vcc2B2A2Y 圖 3-11 CJ0451 外部引腳與內(nèi)部電路框圖 圖 3-12 編碼鍵盤原理圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 21 8255A 芯片的 PA0-PA3 口與圖中按鍵的輸出信號 A、B、C、D 相連，鍵的選通信 號是 KEYSTROBE，經(jīng)反向器接到單片機的 INT0（P3

59、2 口）中斷管腳上。 鍵盤工作的原理是：當(dāng)某一個按鍵接通時，K EYST ROBE 是高電平，反相之后的 下降邊沿開始向單片機申請 中斷。單片機響應(yīng)后，讀取相應(yīng)的 BCD 碼，作為給定參 數(shù)，并送到數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)設(shè)計的是三位數(shù)碼管顯示，其顯示范圍是 0-999， 輸入數(shù)據(jù)時，從百位開始給定參數(shù)。 所有按鍵的輸出端初始都為高電平。如果按下接通一個按鍵，那么該鍵所對應(yīng) 的 BCD 碼將在輸出線上顯示出來。比如，按下的是“8”的按鍵，那么在按鍵 8 上連 接的兩個二極管導(dǎo)通。所以 A、B、C 輸出的是低電平，所以輸出的 BCD 編碼為 1000。其余各個數(shù)字根據(jù)以上類推。 不管哪一個按鍵按下，都

60、將會向單片機申請中斷響應(yīng)。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計 22 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 4.14.1 系統(tǒng)的程序流程圖系統(tǒng)的程序流程圖 4.1.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計及其流程圖 分析上面的硬件設(shè)計可知，自動裝箱控制系統(tǒng)的鍵盤主要是用來在生產(chǎn)開始前 輸入給定參數(shù)。但在整個生產(chǎn)過程中，按鍵沒有任何作用。自動裝箱控制系統(tǒng)的按 鍵的處理是采用中斷方式；用查詢的方式分析箱體是否到位和產(chǎn)品計數(shù)。圖 4-1 就 是自動裝箱控制系統(tǒng)的總流程圖。 系統(tǒng)的中斷程序是用來輸入 給定參數(shù)的，當(dāng)鍵盤中有某個按鍵按下接通時，KE YSTROBE 輸出高電平，然后，向 AT89C52 單片機申請中斷。在