單片機(jī)自動裝箱控制系統(tǒng)

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1、 畢業(yè)綜合技能實(shí)踐論文 論文題目：單片機(jī)自動裝箱控制系統(tǒng) 學(xué)　　　　號： 21133637 姓　 　名： 康文選 系　 　部： 電氣工程系 專 業(yè) 名 稱： 電氣自動化 指 導(dǎo) 教 師： 于新潮 2013年12月17日 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)綜合實(shí)踐論文 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系 31 摘要

2、 在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)、裝箱。如果用人工不但麻煩，而且效率低、勞動強(qiáng)度大。隨著微機(jī)控制的普及，特別是單片機(jī)的應(yīng)用，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。本論文設(shè)計(jì)了一種以87c51單片機(jī)為核心的流水線產(chǎn)品計(jì)數(shù)及裝箱控制系統(tǒng)，可以對工業(yè)自動化生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行精確的計(jì)數(shù)和裝箱。 關(guān)鍵字：單片機(jī) 自動控制 裝箱 目錄 1 緒論......................................................1 1.1課題背景.....................

3、............................1 1.2 自動裝箱設(shè)計(jì)意義....................................1 2 硬件設(shè)計(jì).......................................................5 緒論 1.1課題背景 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類的需要，現(xiàn)在的工廠和車間每天都要生產(chǎn)數(shù)以萬計(jì)的產(chǎn)品。在過去還可依賴人工紙筆計(jì)數(shù)，現(xiàn)在由于數(shù)量龐大加上生產(chǎn)速度之快這種人工計(jì)數(shù)的方式已無法達(dá)到良好的

4、實(shí)時性與準(zhǔn)確性。因此自動計(jì)數(shù)系統(tǒng)已成為現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的一部分。然而一個優(yōu)良的自動計(jì)數(shù)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)。 具有革命意義的自動化浪潮改變著自動裝箱的方方面面。優(yōu)秀的自動控制裝箱系統(tǒng)，無論從提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動強(qiáng)度方面，都能起到十分明顯的作用。尤其在食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)。這點(diǎn)都是至關(guān)重要的。自動裝置和系統(tǒng)工程方面的技術(shù)正在進(jìn)一步深化，并得到更廣泛的 應(yīng)用。 1.2 自動裝箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義 自動化水平在在制造行業(yè)中不斷提高，應(yīng)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建

5、工方法。實(shí)現(xiàn)自動控制的裝箱系統(tǒng)能夠極大的提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除包裝工序及應(yīng)刷貼標(biāo)等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強(qiáng)度并降低能源與資源的消耗。 2 硬件設(shè)計(jì) 2.1 單片機(jī)的選取 系統(tǒng)的微控制器，我們選用Intel公司生產(chǎn)的8位單片機(jī) 87c51單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件 ⑴ 一個8位CPU； ⑵ 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； ⑶ 4KB EPROM； ⑷ 128B內(nèi)ROM； ⑸ 科尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路； ⑹ 兩個16位定時/計(jì)數(shù)器； ⑺ 21個特殊

6、功能寄存器； ⑻ 4個8位并行I/O口，共32條可編程I/O端線； ⑼ 一個可編程全雙工串行口； ⑽ 5個中斷源，可設(shè)置成2個優(yōu)先級。 80c71單片機(jī)一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳。 ⑴電源 Vcc（引腳號40），芯片電源，接+5V。 Vss（引腳號20），電源接地端。 ⑵時鐘 XTAL1(引腳號18）內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶振的一個引腳。當(dāng)采用外部振蕩時，此引腳接地。 XTAL2(引腳號19）內(nèi)部振蕩器的反相放大器輸出端，是外接晶振的另一端。采用外部振蕩時，此引腳接外部振蕩源。 ⑶控制總線 ①

7、ALE/PROG\（引腳號30）正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）。用來把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。ALE引腳以不變的頻率周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘信號或用于定時。 ②PSEN\(引腳號29） 外部程序存儲器選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù))期間，PSEN\在每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。 ③RST/Vpd（引腳號9）復(fù)位信號輸入端。振蕩器工作時，該引腳上持續(xù)2個機(jī)器周期的高電平可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。此引腳還可接上備用電源。在Vcc掉電期間，由Vpd向內(nèi)部RAM提供電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ④EA\/Vpp（引腳號9）EA\為內(nèi)部程序存儲器和

8、外部程序存儲器的選擇端。當(dāng)EA\為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器；當(dāng)EA\為低電平時，訪問外部程序存儲器。 ⑷I/O線 ①P0口（引腳號32~39）單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。 ②P1口引腳號10~17 準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。它能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。 ③P2口引腳號21~28 準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在訪問外部存儲器時，用作高8位地址總線。 ④P3口 引腳號10~17準(zhǔn)雙向輸入/輸出口，它能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P3口的每一引腳還有另外一種功能； P3.0--RXD;串行口輸入端 P3.1--TXD;串行口輸出端 P3.2--INT0\;外部中斷0中斷請求輸入

9、端 P3.3--INT1\;外部中斷1中斷請求輸入端 P3.4--T0;定時/計(jì)數(shù)器0外部輸入端 P3.5--T1;定時/計(jì)數(shù)器1外部輸入端 P3.6--WR\;外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號 P3.7--RD\;外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號 2.2 74377擴(kuò)展輸出口 擴(kuò)展輸出口典型常用芯片為74377 74377為帶有輸出允許控制的8D觸發(fā)器.D0~D7為8個D觸發(fā)器的D輸入端；Q0~Q7是8個D觸發(fā)器的Q輸出端；時鐘脈沖輸入端CLK,上升沿觸發(fā)，8D共用；/OE為輸出允許端，低電平有效。當(dāng)74377/OE端為低電平，且CLK端有正脈沖時，在正脈沖的上

10、升沿，D端信號被鎖存，從相應(yīng)的Q端輸出。 2.3 時鐘和時序 ⑴時鐘電路 87c51內(nèi)單片機(jī)內(nèi)有一高增益反相放大器，振蕩頻率取決于石英晶體的振蕩頻率，范圍可取1.2~12MHz。 87c51內(nèi)部方式時鐘電路如圖所示，在XTX1和XTX2引腳上外接定時元件，就能構(gòu)成自激振蕩電路。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。電容C1和C2主要起頻率微調(diào)作用。電容值可選取為30uf左右（外接晶體時）或40uf左右（外接陶瓷諧振器時） 87c51外

11、部方式時鐘電路如圖（b）所示，XTAL1接外部振蕩器，XTAL2懸空，對外部振蕩信號無特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12Hz的方波。 ⑵時鐘周期和機(jī)器周期 時鐘周期。它是87c51振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖頻率的倒數(shù)，是最基本、最小的定時信號。 狀態(tài)周期。它是將時鐘脈沖時鐘二分頻的脈沖信號。狀態(tài)周期是時鐘周期的兩倍。狀態(tài)周期又稱s周期。 機(jī)器周期。是87c51單片機(jī)工作的基本定時單位，簡稱，機(jī)周。 指令周期。指CPU執(zhí)行一條指令占用的時間。 2.4 復(fù)位方式 復(fù)位是計(jì)算機(jī)的一個重要的工作狀態(tài)。在單片機(jī)工作時，上電要復(fù)位、斷電后要復(fù)位、發(fā)生故障要復(fù)位。 1復(fù)位條件

12、實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，必須使RST引腳(9)保持兩個機(jī)器周期以上的高電平。例如，若時鐘頻率為12MHz，每機(jī)周為1s，則只需持續(xù)2s以上時間的高電平。 2復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動復(fù)位兩種。 如圖a為87c51的上電復(fù)位電路。RC構(gòu)成微分電路，在上電瞬間，產(chǎn)生一個微分脈沖，其寬度若大于2個機(jī)器周期，87c51將復(fù)位。為保證微分脈沖寬度足夠大，RC時間常數(shù)應(yīng)大于兩個機(jī)器周期。一般取22f電容，1kΩ電阻。 圖b為按鍵復(fù)位電路。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按下圖中RESET鍵，R1C2仍構(gòu)成微分電路，使RST端產(chǎn)生一個微分脈沖復(fù)位，復(fù)位完畢C2經(jīng)R2放電，等待

13、下一次按下復(fù)位按鍵。 2.5用光電傳感器采集產(chǎn)品 由于光電傳感器的分類品種繁多，選擇一個合適的傳感器是首要任務(wù)。其次是對信號的放大、波形的變化和波形的整形。 ①光電傳感器的選擇 可選用由發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏光敏晶體管組成的直射式光電傳感器。 采用這種紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測。當(dāng)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，二當(dāng)沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。 2.6 報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了使生產(chǎn)安全準(zhǔn)確，通常設(shè)有報警系統(tǒng)。通?？赏ㄟ^聲、光、語言進(jìn)行報警。 在這

14、里為了提高系統(tǒng)的可靠性及減少誤操作，我們也設(shè)計(jì)了一個報警系統(tǒng)。其報警方式采用光信號進(jìn)行；我們用pc2、pc3這兩個I/O口接線設(shè)計(jì)了兩個狀態(tài)指示燈以作為報警系統(tǒng)的輸出硬件。 D1為紅色，D2為綠色，當(dāng)系統(tǒng)沒有設(shè)定值而啟動START鍵時，或者當(dāng)計(jì)數(shù)值超過給定值時，則D1燈亮，提醒操作者注意，需重新設(shè)置參數(shù)后啟動。如果系統(tǒng)操作運(yùn)行正常，則D2亮。 2.7 給定值電路設(shè)計(jì) 為了使系統(tǒng)簡單，設(shè)計(jì)的一個由二極管矩陣組成的編碼鍵盤，如圖 鍵選通信號KEYSTROBE(高電平有效)，經(jīng)反向器接到87c51的中斷管腳。當(dāng)某一個鍵按下去時，KEYSROBE為高電平，經(jīng)反向的下降

15、沿向87c51申請中斷。87c51響應(yīng)后，讀入BCD碼，作為給定值，并送顯示。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)只有三位顯示，所以最多只能給定999，輸入順序?yàn)閺母呶?百位數(shù))開始。 當(dāng)按鍵未按下時，所有輸出端均為高電平。當(dāng)按鍵按下后該鍵的BCD碼將出現(xiàn)在輸出線上。例如，按下“6”鍵時，與鍵6相連的兩個二極管導(dǎo)通，所以D,A線上為低電平，因此輸出編碼為0110，其余以此類推。 3 軟件設(shè)計(jì) 3.1主程序的設(shè)計(jì)及其流程圖 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(dāng)給定值設(shè)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(shí)時性，系統(tǒng)采用中斷方式作鍵盤處理，對裝箱是否到位記產(chǎn)品數(shù)計(jì)數(shù)

16、，則采用查詢方法。 3.2 中斷程序 中斷程序主要用來設(shè)定給定值，當(dāng)給定鍵有鍵按下時，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向87c51申請中斷。在中斷服務(wù)程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應(yīng)的給定單元(PARTS和BOXES)，另一方面送去顯示，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)(3位，最大值為999，按百、十、個位順序輸入),然后再輸入每箱的零件數(shù)(3位，最大值999，輸入順序同包裝箱)。 輸入給定值中斷服務(wù)程序圖 3.3系統(tǒng)框圖 為了設(shè)計(jì)主程序和子程序的流程圖，首先必須設(shè)置有關(guān)內(nèi)存單元。這里用87c51

17、內(nèi)部EPRAM的20H單元的00H至03H四位分別代表電機(jī)1、電機(jī)2、報警和正常運(yùn)行標(biāo)志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為零件及包裝箱計(jì)數(shù)標(biāo)志單元。當(dāng)計(jì)數(shù)值等于給定值時，則此兩位標(biāo)志單元置1，則為0.一旦此標(biāo)志單元1，則停止計(jì)數(shù)，把裝滿的包裝箱運(yùn)走并重新運(yùn)來一個空箱；若包裝箱數(shù)已夠，則重新開始下一輪包裝生產(chǎn)控制過程。如果技術(shù)單元超過給定值，將產(chǎn)生報警，告知操作人員計(jì)數(shù)有誤，此時系統(tǒng)自動停下來，等待操作人員處理。 結(jié)論 本系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是控制過程簡單，操作方便，充分考慮了系統(tǒng)的性能和匹配問題，力求提高系統(tǒng)的可靠性，同時使其成本盡量低廉。缺點(diǎn)是產(chǎn)品和裝

18、箱的計(jì)數(shù)不能超過999控制過程為順序控制，電機(jī)的啟動和停止不能實(shí)現(xiàn)自動啟動和停止，需要人工操作電機(jī)開關(guān)。 本課題有軟件和硬件相結(jié)合，難度很大，同時也具有很大的實(shí)用性。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我的理論和實(shí)踐水平都有了較大的提高。在本課題的設(shè)計(jì)中，我熟練掌握了單片機(jī)的設(shè)計(jì)原理，同時對各種傳感器、觸發(fā)器有了深入的了解。通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會了如何將所學(xué)的各門學(xué)科知識相結(jié)合，并且從根本上懂得了如何自己動手從零開始完成一項(xiàng)完整的控制系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) 單片機(jī)原理與控制技術(shù) 第二版

19、 致謝 本論文是在于新潮老師細(xì)心指導(dǎo)下完成的。論文從開始到最后的成稿，得到了于老師熱情鼓勵和細(xì)心指導(dǎo)，凝聚了恩師許多心血。指導(dǎo)老師淵博的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我受益匪淺。 在于老師和諸多同學(xué)的幫助下，我順利的完成了本次設(shè)計(jì)。在這里我要感謝于老師和幫助過我的同學(xué)。設(shè)計(jì)伊始，于老師就有針對性的對我們提出了設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng)，并對設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)流程及要點(diǎn)和難點(diǎn)做了詳細(xì)的說明。而同班同學(xué)幫我解決了許多設(shè)計(jì)中遇到的細(xì)節(jié)上的小問題，還提供了很多相關(guān)的資料。在整個設(shè)計(jì)過程中，于老師在各個環(huán)節(jié)都給予了細(xì)心的指導(dǎo)，再此深表感謝，感謝她對我的幫助，使我順利的完成了這次設(shè)計(jì)，并從本次設(shè)計(jì)中學(xué)到了教學(xué)環(huán)節(jié)中沒有學(xué)到的知識。 在論文完成之際，深深感謝所有支持、鼓勵和幫助過我的老師和同學(xué)。 附錄 程序清單