畢業(yè)設計自動計數(shù)及裝箱系統(tǒng)正文

1、1 / 65 文檔可自由編輯打印 畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計（論文）題目：題目： 自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)設計自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)設計學生姓名：學生姓名： 學學 號：號： 班班 級級: : 專專 業(yè)：業(yè)： 指導教師：指導教師： 2016 年年 10 月月2 / 65 文檔可自由編輯打印自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)設計自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)設計學學生生姓姓名名 ： 張三張三學學 號：號： 20班班 級：級： 20所所在在院院 (系系): 電氣與信息工程學院電氣與信息工程學院指指導導教教師師 ： 李四李四 完完成成日日期期 : 0000 年年 0 月月 畢畢業(yè)業(yè)設設計計（論論文文）任任務務書書3 / 65 文檔可自由編輯

2、打印電氣與信息工程 學院 自動化 專業(yè) 10-01 班題 目 自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)設計 任務起止日期： 2014 年 3 月 19 日 2014 年 6 月 15 日學 生 姓 名 張 三 學 號 指 導 教 師 李 阿 四教研室主任 2014 年 月 日審查院 長 2014 年 月 日批準一、一、畢業(yè)設計（論文）任務畢業(yè)設計（論文）任務4 / 65 文檔可自由編輯打印課題內容為某廠設計自動裝箱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)被控對象是兩個傳送帶：包裝箱傳送帶和產品傳送帶，由兩個馬達控制產品的計數(shù)和裝箱，采用微型計算機進行自動控制。主要內容:對產品進行裝箱和自動計數(shù)，一箱裝滿后由馬達傳送空箱繼續(xù)進行產品計數(shù)和裝

3、箱,周而復始。課題任務要求1了解系統(tǒng)工作流程。2對控制方案進行論證，并說明方案優(yōu)、缺點。3系統(tǒng)硬件總體方案設計。4系統(tǒng)硬件電路電路設計：微機系統(tǒng)、信號檢測電路、馬達控制電路、給定值電路、顯示電路。5系統(tǒng)軟件總體方案設計。6控制系統(tǒng)軟件設計：主程序、中斷服務程序。 課題完成后應提交的資料（或圖表、設計圖紙）1設計說明書； 2硬件電路圖； 3程序框圖； 4程序清單；5 / 65 文檔可自由編輯打印主要參考文獻與外文翻譯文件（ 由 指 導 教 師 選 定 ）1 于海生.微型計算機控制技術M. 北京：清華大學出版社，1999.2 曹承志.微型計算機控制新技術M. 機械工業(yè)出版社，2001.3 何立民.

4、MCS-51 單片及應用文集M. 北京：北京航空航天出版社，1993.4 胡漢才.單片機原理技接口技術M. 北京：北京航空航天出版社，1993.5 沈紅衛(wèi).單片機應用系統(tǒng)設計實例與分析M. 北京：北京航空航天出版社，2003.6 羅亞非.單片機應用基礎M. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.7 王曉明.單片機控制M. 北京：北京航空航天大學出版社,2002.8 鐘寒梅.電源系統(tǒng)的設計J. 國外電子元器件，2002，09（12A）：15-23.9 劉輝.流水線產品計數(shù)及包裝微機自動控制J. 計量與測量技術，2000，20（10A）：5-14.10葉澄清.微型計算機應用系統(tǒng)及其應用M. 杭州

5、：浙江大學出版社，1997.11涂時亮.單片微機控制技術M. 上海：復旦大學出版社， 1994. 12楊立.微型計算機原理與接口技術M. 北京:中國鐵道出版社,2003.13彭楚武.微機原理與接口技術M. 湖南:湖南大學出版社,2005.14INTEL.CORP.8-bit Embedded controller handbook，1989.15Smart Battery System Specifications, SYSTEM MANAGEMENT BUS SPECIFICATION.Revision1.08.September15.1998.同組設計者：注：1. 此任務書由指導教師填寫。

6、如不夠填寫，可另加頁。2. 此任務書最遲必須在畢業(yè)設計（論文）開始前一周下達給學生。3. 此任務書可從教務處網頁表格下載區(qū)下載6 / 65 文檔可自由編輯打印二、畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表二、畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表工工 作作 進進 度度 日日 程程 安安 排排序序號號畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計（論計（論 文）工文）工 作作 任任 務務周周次次12345678910111213141516171819201畢業(yè)實習2搜集、整理、消化有關資料，外文翻譯、方案論證、開題報告。3確定方案，選擇元、器件，進行硬件設計、制作。4軟件設計。5撰寫報告，打印文稿6根據(jù)指導教師進行修改、定稿、打印、裝訂。

7、準備答辯。7答辯8善后9 注：1. 此表由指導教師填寫；2. 此表每個學生人手一份，作為畢業(yè)設計（論文）檢查工作進度之依據(jù)；3. 進度安排請用“一”在相應位置畫出。7 / 65 文檔可自由編輯打印三、學生完成畢業(yè)設計（論文）階段任務情況檢查表三、學生完成畢業(yè)設計（論文）階段任務情況檢查表時間第 一 階 段第 二 階 段第 三 階 段內容組織紀律完成任務情況組織紀律完成任務情況組織紀律完成任務情況檢查記錄教師簽字簽字 日期簽字 日期簽字 日期 注：1. 此表應由指導教師認真填寫。階段分布由各學院自行決定。2. “組織紀律”一檔應按長沙理工大學學生學籍管理實施辦法精神，根據(jù)學生具體執(zhí)行情況，如實填

8、寫。3. “完成任務情況”一檔應按學生是否按進度保質保量完成任務的情況填寫。包括優(yōu)點，存在的問題與建議4. 對違紀和不能按時完成任務者，指導教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出忠告并督促其完成。 / 65 文檔可自由編輯打印四、學生畢業(yè)設計（論文）裝袋要求：四、學生畢業(yè)設計（論文）裝袋要求：1. 畢業(yè)設計（論文）按以下排列順序印刷與裝訂成一本（撰寫規(guī)范見教務處網頁） 。(1) 封面 (2) 扉 頁(3) 畢業(yè)設計（論文）任務書 (4) 中文摘要 (5) 英文摘要 (6) 目錄 (7) 正文 (8) 參考文獻(9) 致謝 (10) 附錄（公式的推演、圖表、程序等）(11) 附件 1：開題報告（文獻綜述）

9、 (12) 附件 2：譯文及原文影印件2. 需單獨裝訂的圖紙（設計類）按順序裝訂成一本。3. 修改稿（經、管、文法類專業(yè)）按順序裝訂成一本。4.畢業(yè)設計(論文)成績評定冊一份。5論文電子文檔由各學院收集保存。學生送交全部文件日期 學生（簽名） 指導教師驗收（簽名） / 65 文檔可自由編輯打印自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)摘要伴隨著經濟的發(fā)展和人類的需要，現(xiàn)在的工廠和車間每天都要生產數(shù)以萬計的產品。在過去還可依賴人工紙筆計數(shù)，現(xiàn)在由于數(shù)量龐大加上生產速度之快這種人工計數(shù)的方式已無法達到良好的實時性與準確性。因此自動計數(shù)系統(tǒng)已成為現(xiàn)今工業(yè)生產不可或缺的一部分。然而一個優(yōu)良的自動計數(shù)裝箱系統(tǒng)必須擁有良好的數(shù)據(jù)

10、采集方式和完善的控制系統(tǒng)。本論文設計一個以 8051 單片機為核心的流水線產品計數(shù)及裝箱控制系統(tǒng)。單片機的發(fā)展為工業(yè)生產及社會生活帶來了很大的方便。單片機已經在工業(yè)過程控制、機床控制等方面得到廣泛的應用。在工業(yè)生產中，常需要對產品計數(shù)、包裝。人工完成麻煩，且效率低，單片機的應用給這類系統(tǒng)的設計帶來了方便。單片機體積小、性能高、可靠性高的特點可為這類系統(tǒng)提高效率，且降低成本。可以對工業(yè)自動化生產流水線上的產品進行精確的計數(shù)和裝箱。本系統(tǒng)中為了讀鍵盤給定值及檢測和控制，專門擴展一個 8255A 可編程接口及程序存儲器EPROM2764。擴展的 8255A 的 B 口用于產品計數(shù)顯示。對微型機控制裝

11、箱系統(tǒng)進行全面的論述和系統(tǒng)設計。此自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)裝箱系統(tǒng)的不足，具有高效、實時、準確、抗干擾等特點。能夠廣泛的應用于工廠、車間，實現(xiàn)計數(shù)過程的自動化，大大提高了生產效率，能為企業(yè)帶來更高的效益。關鍵詞：單片機；計數(shù)裝箱系統(tǒng)；光電傳感器 I / 65 文檔可自由編輯打印0 / 65 文檔可自由編輯打印目 錄1 緒論.11.1 課題背景及目的.11.2 自動計數(shù)裝箱系統(tǒng)的設計意義.11.3 設計的內容及功能要求.12 系統(tǒng)方案論證.42.1 控制方案列舉分析及確定.42.1.1 PLC 順序控制.42.1.2 系統(tǒng)機的順序控制.42.1.3 單片機實現(xiàn)順序控制.53 系統(tǒng)總體設計及工

12、作原理.63.1 系統(tǒng)總體設計.63.2 工作原理.64 硬件的設計.84.1 微機系統(tǒng)的設計.84.1.1 單片機選擇.84.1.2 8255A 芯片.94.1.3 2764 芯片.104.1.4 74HC573 芯片.104.2 信號檢測電路的設計.104.2.1 數(shù)據(jù)采集方式的選擇.104.2.2 電路設計.114.3 電機控制電路的設計.124.3.1 電機類型選擇.124.3.2 光耦的選擇.131 / 65 文檔可自由編輯打印4.3.3 電路的設計.134.4 給定值電路設計 .144.5 顯示電路的設計.154.6 報警電路的設計.155 軟件設計.175.1 主程序流程圖.17

13、5.2 動態(tài)顯示子程序流程圖.185.3 中斷子程序流程圖.195.4 報警子程序設計.206 總結.22參考文獻.22致謝.23附錄 A：硬件連接圖.24附錄 B：程序清單.25附件一：開題報告附件二：譯文及原文影印件0 / 65 文檔可自由編輯打印1 緒論1.1 課題背景及目的在工業(yè)生產過程中,經常需要對流水線上的產品進行計數(shù)和包裝,傳統(tǒng)的人工方法不僅容易漏計、錯計、勞動強度大、效率較低。本設計要求流水線產品計數(shù)及裝箱，可以對工業(yè)自動化生產流水線上的產品進行精確計數(shù)和裝箱。由于科技的發(fā)展，生產操作的自動化在各個領域都得以普及和推廣。自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)更是許多工業(yè)生產廠不可或缺的一部分。而一

14、個優(yōu)良的自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)必須擁有良好的數(shù)據(jù)采集方式和完善的控制系統(tǒng)。因為只有擁有良好的數(shù)據(jù)采集方式才能保證數(shù)據(jù)的實時性與準確性，擁有完善的控制系統(tǒng)才能保證整個操作過程有條理且高效率的運作。1.2 自動計數(shù)裝箱系統(tǒng)的設計意義自動化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應用范圍正在拓展。裝箱行業(yè)中自動化操作正在改變著裝箱過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。實現(xiàn)自動控制的集裝箱系統(tǒng)能夠極大地提高生產效率和產品質量，顯著消除包裝工序及印刷貼標等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。自動計數(shù)裝箱的關鍵在于依據(jù)裝箱過程，設計出一個能夠得以實現(xiàn)自動控制的結構方案。顯然，自動裝置的選擇取決于這

15、一過程的需求及特性。依據(jù)定義，一個自動裝置即能通過自動控制或遙控方法完成任務的一臺機器或一個機構。它可以是簡單的，例如，從一個位置移向另一位置的一種單軸結構的氣動壓力聯(lián)動裝置，也可以是復雜的。例如，具有六軸結構的能動外科手術的機器人。包裝過程的各個項目選擇以及各類工業(yè)自動化機構，可以在一個具體工作場所的空間范圍內，使每一個設計方案完成一項任務。優(yōu)秀的自動控制裝箱系統(tǒng)，無論從提高產品質量和生產效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動強度方面，都能起到十分明顯的作用。尤其是在食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)，這點都是至關重要的。自動裝置和系統(tǒng)工程方面的1 / 65 文檔可自由編輯打印技術正在進一步深化，

16、并得到更廣泛的應用。1.3 設計的內容及功能要求從上面分析論述，由系統(tǒng)功能要求、方案選擇和設備配置，我們可以設計出一個自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)，其原理圖如圖 1.1 所示。圖 1.1 自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)原理圖在圖 1.1 中，該系統(tǒng)帶有兩個傳送帶，及包裝箱傳送帶和產品傳送帶。包裝箱傳送帶用來傳送產品包裝箱，其功能是把已經裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對準產品傳送帶的末端，以便使產品剛好落入箱中，在空包裝箱傳送帶的中間裝一檢測控制器 14，用以檢測包裝箱是否到位。產品傳送帶將產品從車間傳送到包裝箱。當某一產品被送到傳送帶的末端，會自動落入包裝箱內，并由檢測器 2 轉換成計數(shù)脈沖。產

17、品計數(shù)可以由硬件完成，也可以用軟件來完成。本系統(tǒng)采用軟件計數(shù)方法。系統(tǒng)工作步驟如下：(1) 預置設定：用鍵盤分別設置每個包裝箱所裝的產品數(shù)和包裝箱數(shù)，并分別存放在 PORTS 和 BOXES 單元中。(2) 箱體檢測：接通電源，使傳送帶 1 的傳動電機啟動，傳送帶上的包裝箱隨之位移。當包裝箱隨著傳送帶移動到傳感器 1 的檢測位置時，傳感器有輸出信號，由它可以判斷出包裝箱是否到位。(3) 箱體到位：當傳感器判斷出包裝箱到位并輸出控制信號時，系統(tǒng)立即檢測器 2檢測器 1傳送帶 1傳送帶2 / 65 文檔可自由編輯打印關斷包裝箱傳送帶電機電源，使傳送帶 1 停止運動，實現(xiàn)了箱體到為控制。(4) 產品

18、裝箱：啟動傳送帶 2 的傳動電機，使產品隨傳送帶 2 運動，并裝入箱內。(5) 產品計數(shù)：在產品裝箱的同時，隨產品一個個地落入箱內，傳感器 2便輸出一系列反映產品數(shù)量的脈沖信號，供計數(shù)器個、和控制器用。(6) 計數(shù)比照：產品計數(shù)脈沖輸入到單片機系統(tǒng)之后，由單片機記數(shù)，并不斷與存儲器在 PRESET 單元中的給定值進行比較和對照。(7) 滿箱控制： 當裝箱的產品數(shù)量小于已經設定的產品給定值時，傳送帶2 繼續(xù)運轉，產品繼續(xù)裝如包裝箱；當產品數(shù)量等于給定值時，表明產品滿箱，傳送帶 2 停止運行，產品裝箱停止。(8) 箱數(shù)比較：控制系統(tǒng)再次啟動傳送帶 1 的傳動電機，使裝滿產品的箱子向前移動，并把存放

19、箱子數(shù)的內存單元中加 1 ，然后再不斷的與存放箱子的數(shù)量進行比較。(9) 箱數(shù)控制：如果單片機控制系統(tǒng)內存單元的箱子數(shù)值小于預置數(shù)量，則傳送帶 1 帶動下一個空箱到達指定位置，繼續(xù)重復上述過程；如果箱子數(shù)與預置數(shù)相等，將停止包裝，等待新命令。3 / 65 文檔可自由編輯打印2 系統(tǒng)方案論證2.1 控制方案列舉分析及確定在這個系統(tǒng)中，可以看到上面對系統(tǒng)的需求分析：在生產過程中的機器，以確定連續(xù)開和閉，為順序控制序列。順序控制是工業(yè)生產中一種比較典型的控制方式。因為一個產品的生產過程, 實際就是按一定順序和一定工藝要求進行加工的過程。不論產品多么復雜, 總可以把產品分解為若干零部件, 每個零部件的

20、加工又可以分解為若干個流程。順序控制一般有以下幾類控制。2.1.1 PLC 順序控制PLC 可編程序控制器其實就是工業(yè)控制計算機，用以取代傳統(tǒng)的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等，并具有一切計算機控制系統(tǒng)的功能。目前 PLC 已成為工業(yè)控制的標準設備，其應用面幾乎覆蓋了整個工業(yè)企業(yè)，廣泛應用于化工、石油等企業(yè)的現(xiàn)代過程控制中。其優(yōu)點如下： （1）具有高可靠性。PLC 在硬件方面采用了較先進的電源，用以防止由電源回路串入干擾。其內部采用了電磁屏蔽，以防輻射干擾。而外部輸入/輸出電路則一律采用光電隔離，加上常規(guī)濾波和數(shù)字濾波；軟件方面設置了警戒時鐘 WDT、自診斷等措施。 （2）靈活性高、擴展性好、

21、通用性強。它采用程序使得硬件軟件化，對于不同的控制系統(tǒng)，只需改變程序即可，因而通用性強。而且現(xiàn)場接口容易，設計周期短。 （3）功能強。PLC 具有自診斷、監(jiān)控和各種報警功能既可完成過程控制，又可進行閉環(huán)回路的調節(jié)控制，而且在將來的工控領域，可以說是無所不能。2.1.2 系統(tǒng)機的順序控制近年來, 隨著計算機技術的迅猛發(fā)展, 以系統(tǒng)機及其相應接口板卡組成的順序邏輯控制系統(tǒng)的應用越來越廣?？刂泼姘宓能浖夹g、編程的可視化技術、軟件模塊化技術等的綜合應用, 使系統(tǒng)機順序邏輯控制系統(tǒng)具有使用方便靈活、移植性好、維護容易、開發(fā)周期短、成本低、柔性度高等眾多優(yōu)點。雖然它完全能用于順控，單用作4 / 65 文

22、檔可自由編輯打印簡單控制時經費要求高，故也不適用于本系統(tǒng)。2.1.3 單片機實現(xiàn)順序控制順序控制器的設計, 一般采用 PLC、工控機和單片機來實現(xiàn), 而單片機作為一種低成本實現(xiàn)方式, 在小型控制裝置中得到了廣泛的應用。順序控制一般進行開關量的控制, 檢測量也是開關量, 一般單片機都提供了 I/ O 口, 如 8051 兼容型有 4 個 8 位 I/ O 口, 可以配置成 16/ 16、20/ 12、8/ 16 等應用形式, 如 I/ O 點資源不足, 可以用 8255 進行擴展。且單片機具有下面一些特性：性價比高：由于單片機的大批量生產，及其已非常成熟的制造工藝，所以成本很低，加上單片機的功能

23、性能不斷的完善，種類型號的增加，其應用系統(tǒng)的印版小、接插件少、安裝調試簡單等一系列原因，使單片機應用系統(tǒng)的性能價格比高于一般的微機系統(tǒng)?？刂乒δ軓姡簡纹瑱C像計算機一樣是面向控制，它的實時控制功能特別強，CPU可以直接對 I/O 口進行各種操作(輸入/輸出、位操作以及算術邏輯操作等)，運算速度高，最高可達 16MHZ。而且單片機對實時事件的響應和處理速度快。使用方便：由于單片機內部功能強，系統(tǒng)擴展方便，因此應用系統(tǒng)的硬件設計非常簡單，又因為市場上提供多種多樣的單片機開發(fā)工具，它們具有很強的軟硬件調試功能和輔助設計的手段。這樣使單片機的應用極為方便，大大的縮短了系統(tǒng)研制的周期。綜上所述，采用單片機

24、實現(xiàn)控制的方案將容易實現(xiàn)。所以采用單片機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)系統(tǒng)自動計數(shù)和裝箱的控制。5 / 65 文檔可自由編輯打印3 系統(tǒng)總體設計及工作原理3.1 系統(tǒng)總體設計本系統(tǒng)共有硬件和軟件兩部分組成。其中軟件設計主要由主程序、定時器中斷程序、顯示子程序。硬件外圍電路由鍵盤輸入電路、復位電路、晶振電路、晶振電路、電源電路、檢測電路、顯示電路、報警電路和電機控制電路組成。其系統(tǒng)原理框圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 系統(tǒng)原理框圖單片機采用的是 8051，控制單片機引腳的高低電平傳到報警電路控制報警。系統(tǒng)采用 3 個共陰極八段 LED 數(shù)碼管實現(xiàn)動態(tài)顯示，并且選擇 74HC573 芯片作為 3 位數(shù)碼管的位選

25、芯片，由單片機 P0 口控制 74HC573 芯片的地址輸入，通過 74HC573 芯片的輸出信號控制顯示 3 位數(shù)碼管。3.2 工作原理本設計采用在設計中以 8051 單片機作為控制部件, 并使用光電傳感器, 發(fā)射器和接收器分別置于流水線兩側。其工作原理圖如 3.2。系統(tǒng)工作時在流水線的傳送帶上不斷有產品被單向傳送, 產品之間有較大的間隔。鍵盤輸入復位電路電源電路驅動電路報警電路電機控制電路檢測電路8051 單片機顯示電路晶振電路6 / 65 文檔可自由編輯打印 如果流水線上沒有產品通過, 發(fā)射電路產生的紅外光就會一直照射在光敏三極管上, 使得光敏三極管導通, 使發(fā)射級輸出高電平； 如果有產

26、品通過, 則發(fā)射電路產生的紅外光會被產品遮擋住, 照射不到光敏三極管上, 使三極管由導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài), 使發(fā)射級輸出低電平,從而產生一個負脈沖。產生的負脈沖經過整形后作計數(shù)脈沖送至單片機，把這個脈沖輸入作為單片機定時器/ 計數(shù)器 T 0 的計數(shù)脈沖。這樣, 每當有一個產品通過傳感器的時候都有一個負脈沖產生, 使計數(shù)器自動加 1, 當經過指定數(shù)量的產品時就會使計數(shù)器溢出, 并向 CPU 產生中斷, 通過中斷程序的執(zhí)行送出一個包裝控制信號以帶動打包機械機構做出相應的動作。光電脈沖電路計數(shù)電路顯示光源傳送帶圖 3.2 光電檢測計數(shù)原理圖7 / 65 文檔可自由編輯打印4 硬件的設計4.1 微機系

27、統(tǒng)的設計4.1.1 單片機電路單片機的選擇 MCS51 系列單片機是 8 位機的代表，其中 8051 單片機是 Intel 公司 MCS51 系列的一種，總共 40 個引腳，4 個 8 位雙向 I/O，其中 PORT3 除了可以當做 I/0 還具有特殊功能。本設計中的 8051 單片機電路如圖 4.1 所示EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425

28、P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18051AHCRY111.0592M HZ30pFC130pFC2GNDS1SW-PBGND+5VR410K+C310F8 / 65 文檔可自由編輯打印圖 4.1 8051 單片機圖中的接口具體使用如下：（1）P0：可做一般 I/O 使用，當作輸入或輸出時應在外部接提升電阻，外部內存擴充時，當作資料總線（D07）及位址總線（A07） 。由 ALE 接腳輸出信號分時復用。 本系統(tǒng)中直接與 8255A 的 D0 口相連。（2）P1：一般 I/O 使用，內部設有提升電阻。 （3）P2：一般 I/O 使用，內部也有提升電阻

29、，外部內存擴充時，當作位址總線（A815）使用。 （4）RESET：此引腳用于設計復位電路，本系統(tǒng)中的復位電路由一個 10K 電阻和10F 電容以及一個復位開關構成。 （5）PSEN：當作程式儲存致能外部程式內存之讀取脈波，在每個機械周期會動 2次。系統(tǒng)中外接 EPROM2764，此腳與 ROM 的/OE 腳連接。 （6）EA/VPP：接高電位時，讀取內部程式內存；接低電位時，讀取外部程式內存。直接與+5V 電源相接。 （7）XTAL1, XTAL2：接石英晶體振蕩器。系統(tǒng) C1 和 C2 為 30pF，晶振的頻率選擇為 11.0592MHz。4.1.2 8255A 芯片8255 是 Inte

30、l 公司生產的可編程并行 I/O 接口芯片，有 3 個 8 位并行 I/O 口。具有 3 個通道 3 種工作方式的可編程并行接口芯片（40 引腳） 。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。8255 可作為單片機與多種外設連接時的中間接口電路。8255 內部結構分為 3 個部分：與 CPU 連接部分、與外設連接部分、控制部分，圖 4.2所示。9 / 65 文檔可自由編輯打印圖 4.2 8255A 內部結構8255 作為主機與外設的連接芯片，必須提供與主機相連的 3 個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設連接的接口 A、B、C 口，其中 PA 口讀入鍵盤的給定值，PB

31、 口用于產品計數(shù)顯示，PC 口低四位設為輸出方式，其中 PC0 控制傳送帶 1 的電機，PC1 控制傳送帶 2 的動力電機，PC2 控制電路安全導通時的提示電路，PC3 控制報警電路。4.1.3 2764 芯片 2764 是 8K*8 字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲器，單一+5V 供電，工作電流為 75mA，維持電流為 35mA，讀出時間最大為 250nS，28 腳雙列直插式封裝。各引腳的含義為：A0-A12 為 13 根地址線，可尋址 8K 字節(jié)；D0-D7 為數(shù)據(jù)輸出線；CE 為片選線；OE為數(shù)據(jù)輸出選通線；PGM 為編程脈沖輸入端；Vpp 是編程電源；Vcc 是主電源。正常工作（只讀

32、）時，Vpp=Vcc=+5V,/PGM=+5V。編程時，Vpp+25V（高壓） ，/PGM 端加入寬度為 50ms 的負脈沖。4.1.4 74HC573 芯片74HC573是八進制3態(tài)非反轉透明鎖存器。器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的，輸出同步。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出能直接接到CMOS，NMOS和TTL接口上；操作電壓范圍：2.0V-6.0V；低輸入電流：1.0uA；CMOS器件的高噪聲抵抗性。表表4-14-1 74HC573功能表功能表輸入輸出輸出使能鎖存使能DQLHHHLHLLLL不變HZH=高電

33、平，L=低電平，=不定，Z=高阻態(tài)。10 / 65 文檔可自由編輯打印4.2 信號檢測電路的設計4.2.1 數(shù)據(jù)采集方式的選擇在數(shù)據(jù)采集的方式上常見的有利用 A/D（模數(shù)轉換）芯片、編碼器、電感式接近開關、電容式接近開關、光電傳感器采集數(shù)據(jù)。本次設計采用光電傳感器采集數(shù)據(jù)。由于光電傳感器的敏感范圍遠遠超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的范圍，此外光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。光電傳感器是利用被檢測物體對光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。其結構如圖 4.3 所示。圖 4.3 光電傳感

34、器結構圖光電傳感器的優(yōu)點是光電器件響應快，結構簡單，使用方便，可以實現(xiàn)非接觸測量，具有較高的可靠性和可行性。光電傳感器的檢測距離是接近開關不能相比的，采集對象不局限于金屬5，對其他物體均可檢測。采用這種紅外光電傳感器，進行非接觸式檢測。當有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。4.2.2 電路設計本系統(tǒng)的信號檢測電路，如圖 4.4 所示。11 / 65 文檔可自由編輯打印三三三1三三三2+5VR11KR51KGNDR21KR31KT0T1圖 4.4 信號檢測電路通過光電傳感器 1 來檢測傳送帶上

35、箱子到位，傳感器 2 檢測產品數(shù)量。本設計采用歐姆龍公司生產的 E3X-DA-S/MDA 光電傳感器。電路中的 R5 和 R9 起保護光電傳感器的作用。傳感器 1 和 2 產生的負脈沖經過整形后作計數(shù)脈沖送至單片機，把這個脈沖輸入作為單片機計數(shù)器 T0 和 T1 的計數(shù)脈沖。其中 T0 計數(shù)值超出給定值時，單片機給 8255A 的 PC1 低電平，停止傳送帶 2 送產品；PC0 口高電平，啟動電機 1 帶動傳送帶，繼續(xù)傳送箱子。T1 計數(shù)值送到 8255A 的PB 口，通過譯碼顯示電路顯示箱子數(shù)量。4.3 電機控制電路的設計4.3.1 電機類型選擇電機有直流電機和交流電機之分。直流電動機的調速

36、性能好、起動轉矩較大，特別是調速性能為交流電動機所不及。因此，在對電動機的調速性能和啟動性能要求高的生產機械上，大都使用直流電動機進行拖動；但直流電動機的制造工藝復雜，生產成本較高，維護較困難，可靠性差，所以在現(xiàn)代工業(yè)的拖動系統(tǒng)中，直流電動機與交流電動機各有各的應用場所。交流電機有異步電機和同步電機兩大類。異步電機一般都作電動機用，因為異步發(fā)電機的性能較差。異步電機具有結構簡單、制造方便、運行可靠、價格低廉等一系列優(yōu)點。但也有一些缺點:不能經濟地實現(xiàn)范圍較廣的平滑調速；必須從電網吸取滯后的勵磁電流，使電網功率因數(shù)變壞。同步電機的轉速與所接電網的頻率之間存在一種嚴格不變的關系。由于對電機的控制輸

37、入的信號為開關量，傳送動力不用很大，而且傳送產品和箱子時需要精確定位，所以我們在這里采用由開關量控制的伺服同步電機。不需要可逆調速，所以選擇交流電機，又從系統(tǒng)功能分析可知，對箱子和產品的傳送過程中都需要精確定位以便實現(xiàn)自動裝箱，所以要求電機能快速停止。根據(jù)上面的要求我們選擇了 220V 交流伺服同步電機。由于在傳動過程中，12 / 65 文檔可自由編輯打印傳送箱子的電機負荷較大，所以選用堵轉力矩和轉子慣量較大的 MR-J3ENSCBL5M-L三菱交流伺服電動機電機。另外，電機可選用含有減速裝置的多軸轉動，以便精確定位。由于對電機需要大電壓來控制，而微機系統(tǒng)輸出的開關量為不能直接用來驅動電機的低

38、電平，還有也為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，我們采用光電隔離技術。而對電機可以采用多種方法控制，如繼電器、固態(tài)繼電器(SSR)、可控硅(SCR)、電磁閥及大功率場效應管等。其中繼電器是電氣控制中最常用的控制器，但在控制時容易發(fā)生觸點產生火花，并且因觸點容易氧化而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；而固態(tài)繼電器輸入電流小，輸出無觸點，與電磁式繼電器相比具有體積小、重量輕、無機械噪聲、無抖動和回跳、開關速度快、工作可靠等優(yōu)點。故我們在這里采用無觸點的固態(tài)繼電器進行控制。 4.3.2 光耦的選擇由于對電機需要大電壓來控制，而微機系統(tǒng)輸出的開關量是不能直接用來驅動電機的低電平，所以用光耦 P521 經行電氣隔離，提高系統(tǒng)的抗干

39、擾能力。并且 P521 是線性光耦,適合在一些模擬信號或連續(xù)變化的數(shù)據(jù)的傳輸與隔離。4.3.3 電機電路的設計如圖 4.5 圖所示電路，整個電機的啟動和停止分別通過常開和常閉開關 START 和STOP 來控制。8255A 的 PC0 給信號控制的傳動電機 1，PC1 控制傳動電機 2。當按下START 后整個自動計數(shù)裝箱系統(tǒng)啟動，8255A 的 PC0 口輸出高電平，通過反向驅動器74LS04 和光耦 P521 相連，通過改變光敏電阻控制 GATE，進而控制三端雙向晶閘管 1通斷，電路中的光耦和三端雙向晶閘管構成固態(tài)繼電器實現(xiàn)電動機的啟動和停止的控制。13 / 65 文檔可自由編輯打印P2P

40、521R181KP1P521Q3三三三三三三三1Q6三三三三三三三230pFC4R131K30pFC5R142KR192K+5R121KR171K+574LS0474LS04STARTMB1三三三1MB2三三三2PC0PC1V1220VSTOPGATEGATE圖 4.5 自動計數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)電機控制電路當 PC0 或 PC1 為高電平時，P521 的的光敏電阻因左端發(fā)光二級管發(fā)光而阻值變小，GATE 的電位上升達到使三端雙向晶閘管接通，于是電動機啟動。交流電機通電，傳送帶 1 運動，帶動包裝箱前移。當包裝箱運動到傳感器 1 可以檢測到信號的位置時，傳感器 1 輸出高電平，單片機檢測到這一高電

41、平后，PC0 輸出為 0，傳動電機 1 停止傳動 。同時，傳動電機 2 因PC1 輸出為 1 而通電運動，帶動產品運動，并落入包裝箱內。當零件經過傳感器 2 的檢測范圍時，傳感器 2 輸出高電平。單片機檢測到該信號時，在計數(shù)器加 1，并送往顯示，然后再與產品給定值比較。如果計數(shù)值小于給定值，則繼續(xù)計數(shù)；如果計數(shù)值等于給定值，則停止計數(shù)，關斷傳送帶 2 電機的電源，接通傳送帶 1 電機的電源，讓裝滿產品的箱子移開，同時帶動下一個空箱到位，并自動重復以上作業(yè) 。4.4 給定值電路設計為了使系統(tǒng)簡單，系統(tǒng)鍵盤電路采用矩陣式鍵盤。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加

42、以連接。矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些。在圖 4.6 中，8051 單片機的 I/O 擴展8255A 的 PB 口用作鍵盤 I/O 口，鍵盤的列線接到 PB7 至 PB4，鍵盤的行線接到 PB3 至PB0。列線通過電阻接+5V 電源，并將行線所接的單片機的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O 口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過14 / 65 文檔可自由編輯打印讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。當檢測到有鍵按下后，延時一段時間再做下一步的檢測判斷。為了保

43、證鍵每閉合一次 CPU 僅作一次處理，必須卻除鍵釋放時的抖動。41058C9D236AE7BS0R 61KR 71KR 81KR 91K+5三8255A三PB 三圖 4.6 矩陣式鍵盤電路如圖 4.6 的矩陣鍵盤電路，如果想給定值 21，先按 2 鍵，根據(jù)鍵盤的延時，再按1 鍵，最后按 S0 鍵確定即可。如果給定值小于等于 14，直接在鍵盤想按相應的鍵，再按 S0 鍵確定即可。4.5 顯示電路的設計本系統(tǒng)采用 LED 數(shù)碼顯示，其電路如下圖 4.7 所示。發(fā)光二極管是組成 LED 發(fā)光二極管顯示字符的顯示器件。它使用了 8 個 LED 發(fā)光二極管，其中 7 個用于顯示字符，1 個用于顯示小數(shù)點

44、，故通常稱之為 7 段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。LED 采用共陰極接法。顯示某個數(shù)字，就要點亮對應的段，這就需要74HC573 譯碼和鎖存。為了實現(xiàn) LED 顯示器的動態(tài)掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示碼段之外，還要對顯示器進行位控制，即通常所說的“段控”和“位控” 。 “位控”實際上就是對LED 顯示器的公共段進行控制，位控信號的數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同。這里的顯示器位數(shù)為 3 位。顯示電路從左向右，依次是百位、十位、個位。設計通過對 74HC573 的鎖存使能經行控制，從而實現(xiàn)“位控” 。當要對個位單獨計數(shù)時，單片機通過 P2.4 和15 / 65 文檔可自由編輯打印P2.5 給百位和十位的 7

45、4HC573 的/OC 端低電平，鎖存百位和十位的數(shù)，通過 P2.6 給個位的 74HC573 的/OC 端高電平，這時再給顯示電路送數(shù)。同理，當要顯示十位的數(shù)時，用 74HC573 鎖存百位和個位。D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6U38255AOC1C111D21Q192D32Q183D

46、43Q174D54Q165D65Q156D76Q147D87Q138D98Q121SN74HC573OC1C111D21Q192D32Q183D43Q174D54Q165D65Q156D76Q147D87Q138D98Q122SN74HC573OC1C111D21Q192D32Q183D43Q174D54Q165D65Q156D76Q147D87Q138D98Q123SN74HC5731234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedp三三1234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedp三三1234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedp三三P24P25P26G

47、NDGNDGND圖 4.7 自動計數(shù)裝箱系統(tǒng)的顯示電路4.6 報警電路的設計在微機控制系統(tǒng)中，為了使生產安全準確，通常設有報警系統(tǒng)。通?？赏ㄟ^聲、光、語言進行報警。L1B_LEDR112KR102KQ4NPN1Q5NPN1R151KR161KGNDGNDL2R_LED+5+5PC2PC3U4BELL圖 4.8 報警電路為了提高系統(tǒng)的可靠性及減少誤操作，設計了一個報警電路，如上圖 4.8 所示。16 / 65 文檔可自由編輯打印其報警方式采用光信號和電鈴進行：用 PC2、PC3 這兩個 I/O 口接線設計了兩個狀態(tài)指示燈以作為報警系統(tǒng)的輸出硬件。L1 為藍色，L2 為紅色，當系統(tǒng)沒有設定值而啟動

48、 START 鍵時，或者當計數(shù)值超過給定值時，則 L2 燈亮，并且電鈴通電響鈴提醒操作者注意，需重新設置參數(shù)后啟動。如果系統(tǒng)操作運行正常，則綠燈 L1 亮。5 軟件設計5.1 主程序流程圖通過上述分析可知，本系統(tǒng)鍵盤的作用主要是給定值的輸入。當給定值設定后，在包裝過程中就沒什么作用了。因此為了提高系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)采用中斷方式作鍵盤處理，對裝箱是否到位及產品數(shù)計數(shù)，則采用查詢方法。整個系統(tǒng)流程圖，如圖 5-1所示。在自動計數(shù)與裝箱系統(tǒng)中，先將裝箱數(shù)單元和產品單元清零。當選定了 8255A 的工作方式后，設置中斷方式。一切初值設定完畢后，啟動電機 1，通過光電傳感器檢測電機帶動的傳送帶上的包裝箱

49、是否到位，包裝箱到位以后，停止電機 1，啟動電機 2，17 / 65 文檔可自由編輯打印計數(shù)單元清零。這時電機 2 帶動的傳送帶將產品送入包裝箱，并通過光電傳感器計數(shù)，送入顯示與給定值的進行比較，當達到給定值時，啟動電機 1，停止電機 2，傳送帶 1運送包裝空箱，進行下一輪的產品裝箱。當所有箱都裝滿時，停止兩個電機，清包裝箱計數(shù)單元，等待下一輪的裝在信號。18 / 65 文檔可自由編輯打印圖 5-1：包裝控制系統(tǒng)主程序框圖19 / 65 文檔可自由編輯打印5.2 動態(tài)顯示子程序流程圖在這里我們采用的為以軟件為主的 LED 接口電路，用軟件進行譯碼，其流程圖如圖 5-2 所示。圖 5-2： 動態(tài)

50、顯示子程序流程圖5.3 中斷子程序流程圖中斷服務程序主要用來設定給定值，當給定鍵盤按下時，在中斷服務程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應的給定單元(PARTS 或 BOXES)，另一方面送顯示器，以便操作者檢查輸入的給定值是否正確。本程序輸入的順序是先輸入包裝箱數(shù)(三位，最大 999，按百位、十位、個位順序輸入)，然后再輸入每箱裝的產品數(shù)(三位，最大999，輸入順序同包裝箱)，完成上述任務的中斷服務程序框圖如圖 5-3 所示。20 / 65 文檔可自由編輯打印圖 5-3： 輸入給定值中斷服務程序圖5.4 報警子程序設計報警系統(tǒng)根據(jù)報警參數(shù)及傳感器的具體情況又可分為硬件直接報警和全軟件程序報

51、警，前者的報警信號是直接通過硬件對被測參數(shù)和給定值進行比較而產生的，是在傳感器中進行的，當這種硬件直接報警的信號產生之后再由軟件進行處理，而后者則通過程序比較而得到信號并由軟件完成報警處理系統(tǒng)主要是針對誤操作做出報警，如當無給定值時就按 STRART 鍵等，而無需進行上下限參數(shù)的比較，故只需在微機中進行即可，故可采用全軟件報警。其報警程序的設計可對計數(shù)單元進行比較而形成。 1321 / 65 文檔可自由編輯打印6 結論經過將近一個學期的努力，本次畢業(yè)設計總算快接近尾聲了，本次畢業(yè)設計課題是自動計數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)設計，我設計的自動計數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)是以 8051 單片機機為核心，為了使系統(tǒng)更為完

52、善，外部設備加入了傳感器、鍵盤、顯示器等，為了讀取鍵盤給定值及檢測和控制的方便，擴展了一個 8255A 可編程接口以及程序存儲器2764，擴展的 8255A 的 B 口用于產品計數(shù)顯示，使裝箱系統(tǒng)更易于操作。本系統(tǒng)優(yōu)點是控制過程簡單，操作方便。當系統(tǒng)起動裝箱電機 1，使裝箱沿著傳送帶向前移動。通過光電傳感器 1 檢測裝箱是否到位，裝箱到位后，停止電機 1。起動電機 2，使產品沿著傳送帶向前移動，產品一個一個下落時，通過光電傳感器 2 的檢測，將產生一系列脈沖信號，從檢測器 2 輸出的脈沖，由計算機計數(shù)，并不斷地與存在給定值單元中的給定值進行比較。如果產品數(shù)與給定值相等，則停止電機 2。重復上述

53、過程，直至包裝箱數(shù)與給定值相等。通過本次設計使對單片機部分知識有了進一步的了解，熟悉了一些常用芯片的用法。但在設計過程中我也遇到了許多困難，首先是對系統(tǒng)整體方案設計的不明確，許多理論知識在實際應用中不知道熟練運用。其次，在具體到電路連接方面運用的不熟練，也曾使我的設計停滯不前。但通過袁老師的詳細耐心講解，不僅逐漸掌握了本次設計所用到得一些專業(yè)知識，還掌握了許多必要的方法和技巧。22 / 65 文檔可自由編輯打印參考文獻1 張迎新等編著.單片機原理及應用M. 電子工業(yè)出版社出版社， 2005.62 馮柏群等編著.檢測與傳感技術M. 人民郵電出版社.，2006.93 韓太林主編.單片機原理及應用M

54、. 電子工業(yè)出版社，2005.44 潘新民 .微型計算機控制技術M. 電子工業(yè)出版社，2009.25 汪德彪.MCS-51 單片機原理及接口技術.北京：電子工業(yè)出版社，2011.16 徐煜明 .單片機原理及應用教程M. 電子工業(yè)出版社出版社，2009.27 王曉明.單片機控制M. 北京：北京航空航天大學出版社, 2008.78 曹承志.微型計算機控制新技術M. 機械工業(yè)出版社，2011.49 劉輝.流水線產品計數(shù)及包裝微機自動控制J. 計量與測量技術，2007.510 楊立.微型計算機原理與接口技術M. 北京:中國鐵道出版社,2005.611 彭楚武.微機原理與接口技術M. 湖南:湖南大學出版

55、社,2008.812 鐘寒梅.電源系統(tǒng)的設計J. 國外電子元器件，2002，09（12A）:15-23.13 沈紅衛(wèi).單片機應用系統(tǒng)設計實例與分析M. 北京航空航天出版社 2006.114 INTEL.CORP.8-bit Embedded controller handbook.2009.415 Smart Battery System Specifications, SYSTEM MANAGEMENT BUS SPECIFICATION.Revision1.08.September15.2008.523 / 65 文檔可自由編輯打印致謝四年的本科學習生涯即將結束,在本人做畢業(yè)設計中，得到了

56、袁老師的悉心指導和無私幫助。在我課題設計的整個過程中，袁老師對我的設計工作悉心指導。設計初期為我的開題方向和研究內容做了大量的工作，設計過程中對于系統(tǒng)的不足和優(yōu)化都給予了很多的建議和指導，硬件設計過程中由于涉及一些芯片選擇和電機選擇的袁老師都很耐心的給予我?guī)椭煹臏Y博學識和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，高尚的師德和平易近人的人格魅力將對我影響深遠。謝謝你，袁老師！其次感謝我的家人，養(yǎng)育之恩，一言難盡，希望他們一直健康快樂。最后感謝我的母校和朋友，是母校給了我大學深造的機會，在這里我有幸遇到很多優(yōu)秀的老師，他們教給了我很多知識，還有做人的道理，當然還有我的朋友們，他在設計中給我提出了許多寶貴的意見，使得本

57、設計設計中能夠不斷的得到完善，在這里一并致以謝意。 由于本人學識有限，論文中不免有一些錯誤與待改進的地方，真誠地歡迎各位師長同行加以斧正。24 / 65 文檔可自由編輯打印附錄 A:硬件連接圖11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012-6-14Sheet ofFile:F:SHEET1.SCHDOCDrawn By:D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC01

58、4PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6U38255AOC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U2SN74HC573OC1C111D21Q192D32Q183D43Q174D54Q165D65Q156D76Q147D87Q138D98Q121SN74HC573OC1C111D21Q192D32Q183D43Q174D54Q165D65Q156D76Q147D87Q138D98Q122SN74HC573OC1C111D21Q192D32

59、Q183D43Q174D54Q165D65Q156D76Q147D87Q138D98Q123SN74HC5731234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedp三三11234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedp三三11234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedp三三1EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425

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