基于單片機(jī)的自動(dòng)計(jì)數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

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1、 基于單片機(jī)的自動(dòng)計(jì)數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對(duì)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(dòng)強(qiáng)度大。隨著微機(jī)控制的普與，特別是單片機(jī)的應(yīng)用，給該系統(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8031單片機(jī)為核心的流水線產(chǎn)品計(jì)數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)，可以對(duì)工業(yè)自動(dòng)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。為了讀鍵盤給定值與檢測和控制，專門擴(kuò)展一個(gè)8255A可編程接口與程序存儲(chǔ)器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外線擦除標(biāo)準(zhǔn)EPROM)。擴(kuò)展的8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計(jì)數(shù)顯示。對(duì)微型機(jī)控制裝箱系統(tǒng)進(jìn)行全面的論述和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 關(guān)

2、鍵詞：裝箱；自動(dòng)控制；單片機(jī) BASED ON MICROCOMPUTER SINGLE CHIP OF AUTOMATIC COUNTING AND RESTRAINING BOXES ABSTRACT During the modern industrial production process, the product needs to count and pack. If this work replaces by the man-power, the efficiency is low and the

3、labor intensity is big. Along with the popularization using of microcomputer, specially the using of microcomputer single chip, it has brought enormous convenient for this system design. In this paper, it introduces the central of 8031 microcomputer single chip, Which count accurately and pack in t

4、he automatic production stream-lines. In order to read keys and detect signals. this system expand programmable I/O memory 8255A and procedure memory 2732. Port B are used for provided value and displaying count of products. At the same time discussing the system of automatic packing and the system

5、design. Key Words：boxes; automatic control ; microcomputer single-chip 35 / 39 目錄 1 緒論1 1.1 課題背景與目的1 1.2 工業(yè)控制的研究現(xiàn)狀1 1.3 自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義2 1.4 設(shè)計(jì)的容與功能要求3 2 自動(dòng)裝箱控制方案論證5 2.1 控制方案列舉分析與確定5 2.1.1 機(jī)械式的順序控制5 2.1.2 繼電器順序控制(RLC)5 2.1.3 二極管矩陣式順序控制器6 2.1.4 用計(jì)算機(jī)的順序控制6 2.1.5 可編程序順序控制器6 2.1.6

6、 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)順序控制7 2.2 自動(dòng)裝箱系統(tǒng)配置方案8 2.2.1 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)類型與相應(yīng)芯片、總線的選擇8 2.2.2 檢測原理與傳感器選擇8 2.2.3 輸入輸出設(shè)備的選擇9 2.2.4 電機(jī)類型與其控制方案的選擇9 2.2.5 確定自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)總體方案10 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12 3.1 微機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12 3.2 控制電路設(shè)計(jì)14 3.2.1 信號(hào)檢測(數(shù)據(jù)采集)電路14 3.2.2 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)15 3.2.3 顯示電路設(shè)計(jì)16 3.2.4 報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)17 3.2.5 給定值電路設(shè)計(jì)18 4 軟件設(shè)計(jì)19 4.1 程序流程圖

7、19 4.1.1 主程序的設(shè)計(jì)與其流程圖19 4.1.2 動(dòng)態(tài)顯示子程序流程圖21 4.1.3 中斷子程序流程圖21 4.1.4 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)22 4.2 系統(tǒng)存單元分配22 5 結(jié)論23 參考文獻(xiàn) 24 致 25 附錄 26 附錄A 27 附錄B 28 附件 1 開題報(bào)告 附件 2 譯文與原文復(fù)印件 1 緒論 1.1 課題背景與目的 在工業(yè)生產(chǎn)過程中,經(jīng)常需要對(duì)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)和包裝,傳統(tǒng)的人工方法不僅容易漏計(jì)、錯(cuò)計(jì)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率較低。本設(shè)計(jì)介紹一種以8031單片機(jī)為核心的流水線產(chǎn)品計(jì)數(shù)與裝箱，可以對(duì)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行精確

8、計(jì)數(shù)和裝箱。 工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)。主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率的問題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用了工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，以達(dá)到提高產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量、降低生產(chǎn)消耗、確保安全等目的。控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信

9、息技術(shù)的應(yīng)用，極推進(jìn)了工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)自動(dòng)化體系主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)主要解決生產(chǎn)效率的問題。自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)信息科學(xué)的緊密結(jié)合，給工業(yè)生產(chǎn)過程帶來了新的技術(shù)革新。 在工業(yè)自動(dòng)化體系中，一個(gè)重要的角色就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，即IPC。或者叫產(chǎn)業(yè)PC。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備的核心。傳統(tǒng)意義上，將用于工業(yè)生產(chǎn)過程的測量、控制和管理的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)和過程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的涵已經(jīng)遠(yuǎn)不止這些，其應(yīng)用圍也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工業(yè)過程控制。

10、 1.2 工業(yè)控制的研究現(xiàn)狀 當(dāng)今工業(yè)控制多以集散控制、PLC、現(xiàn)場總線為主體，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理集于一體化。進(jìn)入二十一世紀(jì)，國際上一種“新型自動(dòng)化控制系統(tǒng)”的興起，進(jìn)一步使工業(yè)控制向著智能化方向發(fā)展。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，引進(jìn)了集散系統(tǒng)，習(xí)慣上稱之為集散系統(tǒng)或DCS。這種系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到過程控制系統(tǒng)中,利用單元組合儀表與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),用軟件組成各種功能模件,并用CRT顯示溫度、壓力、液位、流量、成分等等過程參數(shù),通訊網(wǎng)絡(luò)把二者連成一個(gè)系統(tǒng)。因此DCS的一個(gè)顯著特點(diǎn)是各工藝現(xiàn)場由現(xiàn)場控制站進(jìn)行分散控制,各個(gè)分散控制得到的信息由管理站集中管理,同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求管理站對(duì)現(xiàn)

11、場控制站進(jìn)行集中控制,即信息和操作管理集中化而控制分散化。分散是指功能分散、負(fù)荷分散和危險(xiǎn)分散,危險(xiǎn)分散是DCS系統(tǒng)的主要特征之一。 DCS在工業(yè)生產(chǎn)過程中的使用較為廣泛，發(fā)展勢(shì)頭很大，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。 邏輯順序控制從繼電器發(fā)展為采用數(shù)字化邏輯順序控制系統(tǒng),從而產(chǎn)生了可編程控制器(Programmable Logic Controller ),俗稱PLC。 可編程控制器采用梯形圖或布爾代數(shù)實(shí)現(xiàn)控制程序的編制。與繼電器相比,不僅體積小,而且無火花運(yùn)行,安全可靠,在現(xiàn)場的安裝調(diào)試都比較簡單,很少由于地線出現(xiàn)故障而燒壞控制器。從80年代后期開始,PLC的制造廠家為適應(yīng)市場需求加進(jìn)一些模

12、擬量的采集和控制,并和傳動(dòng)控制相配合,在絕大多數(shù)情況下都是以單機(jī)設(shè)備銷售,系統(tǒng)集成由最終用戶或工程公司完成。現(xiàn)場總線是開放式工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng),是連接設(shè)置在工業(yè)過程現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室的控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、雙向、多站通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線技術(shù)是一項(xiàng)高科技、高水平、高難度的自動(dòng)控制系統(tǒng)工程,對(duì)化工、石化、冶金、電力、制藥等各領(lǐng)域的發(fā)展將起到十分重大的作用。 1.3 自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義 自動(dòng)化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應(yīng)用圍正在拓展。裝箱行業(yè)中自動(dòng)化操作正在改變著裝箱過程的動(dòng)作方式和包裝容器與材料的加工方法。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的集裝箱系統(tǒng)能夠極提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除包裝

13、工序與印刷貼標(biāo)等造成的誤差，有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗。 自動(dòng)裝箱的關(guān)鍵在于依據(jù)裝箱過程，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠得以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)方案。顯然，自動(dòng)裝置(機(jī)械手或機(jī)器人)的選擇取決于這一過程的需求與特性。依據(jù)定義，一個(gè)自動(dòng)裝置即能通過自動(dòng)控制或遙控方法完成任務(wù)的一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)機(jī)構(gòu)。它可以是簡單的，例如，從一個(gè)位置移向另一位置的一種單軸結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)壓力聯(lián)動(dòng)裝置，也可以是復(fù)雜的。例如，具有六軸結(jié)構(gòu)的能動(dòng)外科手術(shù)的機(jī)器人。包裝過程的各個(gè)項(xiàng)目選擇以與各類工業(yè)自動(dòng)化機(jī)構(gòu)，可以在一個(gè)具體工作場所的空間圍，使每一個(gè)設(shè)計(jì)方案完成一項(xiàng)任務(wù)。 自動(dòng)控制的包裝系統(tǒng)能夠極提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除

14、包裝工序與印刷貼標(biāo)等造成的誤差，有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗。 具有革命意義的自動(dòng)化浪潮改變著自動(dòng)裝箱的方方面面。優(yōu)秀的自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)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(diǎn)都是至關(guān)重要的。自動(dòng)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。 1.4 設(shè)計(jì)的容與功能要求 從上面分析論述，由系統(tǒng)功能要求、方案選擇和設(shè)備配置，我們可以設(shè)計(jì)出一個(gè)自動(dòng)裝箱系統(tǒng)，其原理圖如圖1.1所示： 檢測器2 檢測器1 傳送帶1 傳送帶2

15、 圖1.1 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱系統(tǒng)原理圖 在圖1.1中，該系統(tǒng)帶有兩個(gè)傳送帶，與包裝箱傳送帶和產(chǎn)品傳送帶。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品傳送帶的末端，以便使產(chǎn)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1，用以檢測包裝箱是否到位。產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從車間傳送到包裝箱。當(dāng)某一產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會(huì)自動(dòng)落入包裝箱，并由檢測器2轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖。 產(chǎn)品計(jì)數(shù)可以由硬件完成(如MCS-51系列單片機(jī)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器)，也可以用軟件來完成。本系統(tǒng)采用軟件計(jì)數(shù)方法。 系統(tǒng)工作步驟如下： (1)用鍵盤

16、設(shè)置每個(gè)包裝箱所裝的產(chǎn)品數(shù)量以與包裝箱數(shù)，并分別存放在PARTS和BOXES單元中。 (2)接通電源，使傳送帶1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由控制程序控制傳送帶1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)包裝箱運(yùn)行到檢測器1的光源和傳感器的中間時(shí)，通過檢測光電傳感器的狀態(tài)，判斷傳送帶1上的包裝箱是否到位。 (3)當(dāng)包裝箱到位時(shí)，關(guān)斷電機(jī)電源，使傳送帶1停止運(yùn)動(dòng)。 (4)啟動(dòng)傳送帶2電機(jī)，使產(chǎn)品沿傳送帶向前運(yùn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)入箱。 (5)當(dāng)產(chǎn)品一個(gè)一個(gè)落下時(shí)，通過檢測器2的檢測，將產(chǎn)生一系列脈沖信號(hào)。 (6)從檢測器2來的輸出脈沖，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并不斷地與存在PRESET單元中的給定值進(jìn)行比較。 (7)當(dāng)產(chǎn)品數(shù)與給定值

17、不等時(shí)，將繼續(xù)控制傳送帶2運(yùn)動(dòng)，以便繼續(xù)裝入產(chǎn)品，直到零件數(shù)與給定值相等，停止傳送帶2電機(jī)，不再轉(zhuǎn)入產(chǎn)品。 (8)再次啟動(dòng)傳送帶1的電機(jī)，使裝滿產(chǎn)品的箱子繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，并把存放箱子數(shù)的存單元加1，然后再與給定的箱子數(shù)進(jìn)行比較。如果不夠，則帶動(dòng)下一個(gè)空箱到達(dá)指定位置，繼續(xù)上述過程。直到產(chǎn)品數(shù)與給定值相等，停止包裝，等待下面操作命令。 當(dāng)傳送帶2上的產(chǎn)品和傳送帶1上的箱子足夠多時(shí)，這個(gè)過程可以繼續(xù)不斷進(jìn)行下去,這就是產(chǎn)品自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的流程。 必要時(shí)操作人員可以隨時(shí)通過停止(STOP)鍵停止傳送帶運(yùn)動(dòng)，并通過鍵盤重新設(shè)置給定值，然后再起動(dòng)。

18、 2 自動(dòng)裝箱控制方案論證 2.1 控制方案列舉分析與確定 在這個(gè)系統(tǒng)中，從上面對(duì)系統(tǒng)要求的分析中可以看出：生產(chǎn)過程中的機(jī)器按確定的先后順序連續(xù)不斷的進(jìn)行開(ON)和關(guān)(OFF)，所以為順序控制。而順序控制一般有下列幾種控制方法： 2.1.1 機(jī)械式的順序控制 用分配軸上的凸塊去控制電器開關(guān)、液壓或氣壓閥門實(shí)現(xiàn)的一種順控。改變順序較容易，但是它控制不了執(zhí)行元件的位置，定位還要靠限位開關(guān)。 目前，商品化的凸輪控制的多點(diǎn)開關(guān)，對(duì)簡單控制仍很實(shí)用。但這種方式已經(jīng)過于老式，體積龐大、精度不高、成本也貴，顯然已不適合于本系統(tǒng)，所以不予考慮。 2.1.2 繼電器順序控制(RLC)

19、 傳統(tǒng)的順序控制使用繼電器組成的邏輯(Relay Logic Circuit，簡稱RLC)，RLC具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)設(shè)計(jì)線路直觀易懂，無需掌握邏輯代數(shù)，設(shè)計(jì)自由度大。 (2)成本低，制造生產(chǎn)機(jī)械的廠家均可自行制造。 (3)繼電器具有擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)數(shù)、增加開關(guān)電流容易的功能。 (4)輸出電流很方便的通過電磁產(chǎn)生機(jī)械力。如電磁離合器、電磁閥、電動(dòng)機(jī)。 (5)采用時(shí)間繼電器時(shí)，能實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。 (6)維護(hù)技術(shù)要求較低。 RLC的缺點(diǎn)是： (1)自動(dòng)化程度的提高，RLC的線路愈來愈復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)、連接、調(diào)試的工作量，維修的難度再度增加。 (2)觸點(diǎn)的頻繁開閉產(chǎn)生電磁干擾信號(hào)，降低了使

20、用壽命，使可靠性大為降低。 (3)針對(duì)不同用途，要專門設(shè)計(jì)和制造控制線路板，控制用途若有改變，必須重新設(shè)計(jì)制作，這不利于系統(tǒng)的柔性化，阻礙了技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。 可見這種控制方案實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化較難，功能也較少，不適宜于本系統(tǒng)。 2.1.3 二極管矩陣式順序控制器 這種順序控制器是利用二極管(或三極管)來改變控制順序，是由輸入、輸出和矩陣組成的一種組合邏輯電路。它通過改變矩陣上的插入二極管的位置，便可以改變邏輯關(guān)系。 二極管矩陣順序控制器具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)制造原理簡單，很容易掌握。 (2)設(shè)定順序控制程序時(shí)，不需專門的編程技術(shù)和裝置。 (3)程序的改變?nèi)菀?，只需改變帶二極管

21、的插頭(硬件)的位置，具有很大的柔性，現(xiàn)場作業(yè)可以放心。 (4)順控的邏輯處理是并列處理的，不會(huì)有時(shí)間延誤現(xiàn)象。 (5)不管邏輯控制多么復(fù)雜，電路的復(fù)雜性靠二極管去完成，所以比較經(jīng)濟(jì)。 (6)價(jià)格便宜，容易掌握。 這種方案雖然較容易實(shí)現(xiàn)，但由于功能較少，故還達(dá)不到本系統(tǒng)的要求。 2.1.4 用計(jì)算機(jī)的順序控制 80年代末90年代初，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用獲得較大發(fā)展，開始把計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制。計(jì)算機(jī)具有功能完備、靈活性強(qiáng)和通用性廣、可組織批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但需要較多的外圍設(shè)備，價(jià)格昂貴，這大大限制了它在工業(yè)控制中的使用圍，加上它的原理復(fù)雜，增加了利用和維護(hù)的難度，導(dǎo)致普與推廣進(jìn)程緩慢。雖然它完

22、全能用于順控，單用作簡單控制時(shí)不太合算，故也不適宜本系統(tǒng)。 2.1.5 可編程序順序控制器 這種順控器將計(jì)算機(jī)通用靈活和繼電器邏輯控制簡單、操作方便、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，被稱為Programmable Logic Controller (可編程控制器)，簡稱PLC.。PLC的優(yōu)點(diǎn)是： (1)PLC采用面向操作的邏輯語言，用原來所熟悉的繼電器邏輯梯形圖為表達(dá)式，很容易學(xué)會(huì)使用它。 (2)程序的指令較少，編寫和輸入、變更也比較容易。 (3)程序動(dòng)作的監(jiān)視和檢查簡便。 (4)由于硬件全部標(biāo)準(zhǔn)化、控制程序可變，所以在規(guī)模上具有擴(kuò)充性和互換性，即有很好的柔性。 (5)安裝環(huán)境和條件不必

23、像微機(jī)那樣有特殊要求。 (6)采用半導(dǎo)體和大規(guī)模集成電路元件和微機(jī)技術(shù)，可靠性很高，不需要進(jìn)行特殊的維護(hù)和保養(yǎng)。 (7)可以和計(jì)算機(jī)直接連接，應(yīng)用在控制方面存在很大潛力。 2.1.6 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)順序控制 單片機(jī)具有下面一些特性： 體積?。河捎趩纹瑱C(jī)部集成了計(jì)算機(jī)的基本功能部件，能滿足很多領(lǐng)域?qū)τ布墓δ芤?，因此由單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積特別小。 可靠性高：單片機(jī)CPU圍存儲(chǔ)器、I/O接口的信息傳輸線(即總線—地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線)大多數(shù)在部，因此不易受外界的干擾；另一方面，由于單片機(jī)微機(jī)體積小，在應(yīng)用環(huán)境比較差的情況下，容易采取對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電磁屏蔽等措施。所以單

24、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性比一般的微機(jī)系統(tǒng)高得多。 性價(jià)比高：由于單片機(jī)的大批量生產(chǎn)，與其已非常成熟的制造工藝，所以成本很低，加上單片機(jī)的功能性能不斷的完善，種類型號(hào)的增加，其應(yīng)用系統(tǒng)的印版小、接插件少、安裝調(diào)試簡單等一系列原因，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能價(jià)格比高于一般的微機(jī)系統(tǒng)。 控制功能強(qiáng)：單片機(jī)像計(jì)算機(jī)一樣是面向控制，它的實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)`，CPU可以直接對(duì)I/O口進(jìn)行各種操作(輸入/輸出、位操作以與算術(shù)邏輯操作等)，運(yùn)算速度高，最高可達(dá)16MHZ。而且單片機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)事件的響應(yīng)和處理速度快。 使用方便：由于單片機(jī)部功能強(qiáng)，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，因此應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)非常簡單，又因?yàn)槭袌錾咸峁┒喾N多樣

25、的單片機(jī)開發(fā)工具，它們具有很強(qiáng)的軟硬件調(diào)試功能和輔助設(shè)計(jì)的手段。這樣使單片機(jī)的應(yīng)用極為方便，大大的縮短了系統(tǒng)研制的周期。 功耗低：由于單片機(jī)集成度高，相應(yīng)其功耗相對(duì)于同功能的其他設(shè)備功耗低了很多。 單片機(jī)以上的特性，縮短了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制到真實(shí)產(chǎn)品的過渡過程，使科研成果迅速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。 綜上所述，通過對(duì)各種控制方案的分析比較，再加上對(duì)本系統(tǒng)實(shí)際情況、功能要求的結(jié)合，我們可以看出，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的方案將容易實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大、精度高、性能穩(wěn)定可靠、使用方便、性價(jià)比高。所以采用單片機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 2.2 自動(dòng)裝箱系統(tǒng)配置方案 選定了單片機(jī)之后，為了實(shí)

26、現(xiàn)自動(dòng)裝箱系統(tǒng)，我們開始進(jìn)行硬件配置。 2.2.1 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)類型與相應(yīng)芯片、總線的選擇 單片機(jī)類型：對(duì)于單片機(jī)的型號(hào)，由于系統(tǒng)不是特別復(fù)雜的較大型系統(tǒng)，我們?cè)谶@里采用應(yīng)用廣泛、性能較高的8位高性能MCS-51系列的8031芯片。由于系統(tǒng)需要較多接口，所以必須進(jìn)行接口擴(kuò)展，在這里由于系統(tǒng)不需擴(kuò)展數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器(RAM)。8155的擴(kuò)展的I/O口較少，所以采用有較多的I/O接口的8255A芯片而不采用8155芯片進(jìn)行接口擴(kuò)展。另外，還采用2732進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展。 總線：由于采用標(biāo)準(zhǔn)總線有良好的兼容性。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)總線的嚴(yán)格定義，所以不同的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品都能兼容得很好。選擇不同的模塊組成系

27、統(tǒng)，系統(tǒng)的擴(kuò)展容易，硬件設(shè)計(jì)簡單。在工業(yè)控制中，較常見的是STD總線，它采用小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)(適用于不同要求的微機(jī)系統(tǒng))。定義嚴(yán)格(相比之下，Q總線、Multibus、S-100總線均有線未定義，可能造成不兼容現(xiàn)象)，面向I/O設(shè)計(jì)、可靠性高。所以在這里選擇STD總線作為系統(tǒng)總線。 2.2.2 檢測原理與傳感器選擇 先看一下本系統(tǒng)所需的檢測，判斷的對(duì)象： (1)判斷空箱是否到位。 判斷空箱是否到位的方法是利用傳感檢測器進(jìn)行檢測，而能起這種功能的傳感檢測器有紅外線探測器和光電傳感器兩種。 用紅外線照射判斷：當(dāng)箱子到位時(shí)擋住了紅外線發(fā)射端時(shí)，紅外線的接收端接收不到光信號(hào)從而產(chǎn)生信號(hào)

28、，得出箱子到位，但紅外線探測器由于是利用物體輻射接收信號(hào)，所以信號(hào)較弱不準(zhǔn)確，而且紅外線傳感器價(jià)格較貴、易受干擾、成本也高?？梢娎霉怆娛絺鞲衅鬟M(jìn)行檢測較好。 (2)判斷箱子是否已裝滿產(chǎn)品。 判斷箱子是否已裝滿產(chǎn)品的方法有： ①對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)：當(dāng)數(shù)量達(dá)到要求時(shí)就做出箱子已裝滿的判斷，計(jì)數(shù)的方法又有兩種，即紅外線照射和光敏電阻照射兩種，原理參照上段判斷(1)的方法所述。 ②可對(duì)箱子進(jìn)行稱重：當(dāng)箱子達(dá)到一定原先計(jì)算設(shè)定好的重量時(shí)就說明箱子已裝滿，箱子的重量是要裝入所有產(chǎn)品的總重量，這種方法用到的傳感器有壓力傳感器，采用這種方法的缺點(diǎn)就是會(huì)有一定誤差，而且壓力傳感器也不好安裝。 所以我們?cè)?/p>

29、這里采用光電傳感器來進(jìn)行信號(hào)檢測。 2.2.3 輸入輸出設(shè)備的選擇 輸入輸出設(shè)備是指系統(tǒng)與各種人機(jī)之間的對(duì)話設(shè)備。 (1)輸入設(shè)備的選擇 輸入設(shè)備有按鈕、開關(guān)、鍵盤等，本系統(tǒng)由于不但需要開關(guān)，而且要輸入數(shù)據(jù)，故可采用包括開始、停止兩個(gè)命令功能鍵和數(shù)字等多個(gè)鍵的鍵盤來作為輸入設(shè)備。 (2)顯示設(shè)備的選擇 顯示設(shè)備有很多，比如CRT顯示器、打印機(jī)、工業(yè)記錄儀等，其中適用于本系統(tǒng)的較小型簡單的顯示設(shè)備有兩種：采用發(fā)光二極管顯示器LED(Light Emitting Diode)顯示和采用液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Diode)顯示。前者是既簡單又廉價(jià)的顯示輸出設(shè)備，是

30、目前應(yīng)用最廣泛的顯示器件，而且發(fā)光清晰、性能穩(wěn)定，缺點(diǎn)是不能很精細(xì)；后者則有功耗小、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高，多用于珍袖儀表和低功耗的系統(tǒng)中。 而在本系統(tǒng)中，為了降低產(chǎn)品成本、使顯示清晰容易辨認(rèn)，而且對(duì)功耗和體積重量等捕捉很大要求，所以采用發(fā)光二極管顯示器LED顯示。 2.2.4 電機(jī)類型與其控制方案的選擇 電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)之分。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，特別是調(diào)速性能為交流電動(dòng)機(jī)所不與。因此，在對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能要求高的生產(chǎn)機(jī)械上，大都使用直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)；但直流電動(dòng)機(jī)的制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，維護(hù)較困難，可靠性差，所以在現(xiàn)代工業(yè)的拖動(dòng)系統(tǒng)中

31、，直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)各有各的應(yīng)用場所。交流電機(jī)有異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類。異步電機(jī)一般都作電動(dòng)機(jī)用，因?yàn)楫惒桨l(fā)電機(jī)的性能較差。異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。但也有一些缺點(diǎn):不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)圍較廣的平滑調(diào)速；必須從電網(wǎng)吸取滯后的勵(lì)磁電流，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之間存在一種嚴(yán)格不變的關(guān)系。由于對(duì)電機(jī)的控制輸入的信號(hào)為開關(guān)量，傳送動(dòng)力不用很大，而且傳送產(chǎn)品和箱子時(shí)需要精確定位，所以我們?cè)谶@里采用由開關(guān)量控制的伺服同步電機(jī)。不需要可逆調(diào)速，所以選擇交流電機(jī)，又從系統(tǒng)功能分析可知，對(duì)箱子和產(chǎn)品的傳送過程中都需要精確定位以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝箱，所以

32、要求電機(jī)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(jī)。由于在傳動(dòng)過程中，傳送箱子的電機(jī)負(fù)荷較大，所以選用堵轉(zhuǎn)力矩和轉(zhuǎn)子慣量較大的HD18-1電機(jī)。另外，電機(jī)可選用含有減速裝置的多軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便精確定位。 由于對(duì)電機(jī)需要大電壓來控制，而微機(jī)系統(tǒng)輸出的開關(guān)量為不能直接用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的低電平，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(shù)。 而對(duì)電機(jī)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)、電磁閥與大功率場效應(yīng)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(shí)容易發(fā)生觸點(diǎn)產(chǎn)生火花，并且因觸點(diǎn)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

33、無觸點(diǎn)，與電磁式繼電器相比具有體積小、重量輕、無機(jī)械噪聲、無抖動(dòng)和回跳、開關(guān)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。故我們?cè)谶@里采用無觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。 2.2.5 確定自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)總體方案 近年來，包括微機(jī)計(jì)算機(jī)在的辦公室自動(dòng)化電子設(shè)備的普與速度十分驚人，廣泛用于控制設(shè)備、情報(bào)產(chǎn)業(yè)設(shè)備、測量設(shè)備以與家用電器或汽車等領(lǐng)域。 微機(jī)系統(tǒng)大多采用工頻交流電供電，由兩種類型的穩(wěn)壓電路可以提供所需的各檔電壓。一種是普通線性電源，它由變壓器、整流器、低通濾波器、穩(wěn)壓器等部件組成，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，穩(wěn)壓精度能滿足一般要求。缺點(diǎn)是體積較大，發(fā)熱較嚴(yán)重。另一種是微機(jī)系統(tǒng)廣泛采用的開關(guān)電源，開關(guān)電源隨著在高

34、效率化、小型輕量化方面的進(jìn)一步發(fā)展，它作為電子設(shè)備用電源在迅速發(fā)展，現(xiàn)在得微型機(jī)或輸入輸出設(shè)備有90%以上是采用開關(guān)電源。它按照脈寬調(diào)制式(PWM)原理工作，體積小巧，穩(wěn)定性好，穩(wěn)壓精度高。當(dāng)成本略高，且設(shè)計(jì)技術(shù)與制造技術(shù)復(fù)雜，宜采用專用廠家生產(chǎn)的成品。 在這里，由于系統(tǒng)對(duì)電源沒有特別高的要求，而且電源設(shè)計(jì)不是本設(shè)計(jì)主要容，為了方便起見，我們采用后一種電源即開關(guān)電源，只要達(dá)到下列要求即可： (1)電源具有足夠的功率，以免滿負(fù)荷或超負(fù)荷時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重，精度降低。 (2)電源變壓器將有良好的屏蔽并在電源入口處設(shè)置了交流穩(wěn)壓器和交流濾波器、分布式電抗等，以做好抗干擾、提高穩(wěn)壓和濾波效果。 (3)

35、要求能提供包括+5V等的多檔次的電壓。 由以上分析可得： 本系統(tǒng)采用型號(hào)為8031的單片機(jī)與其8255A等系列芯片進(jìn)行微機(jī)控制。 采用STD標(biāo)準(zhǔn)總線作為系統(tǒng)總線。 采用光電式傳感檢測器進(jìn)行檢測信號(hào)。 采用帶有開始和停止命令功能鍵的編碼鍵盤。 采用LED顯示器進(jìn)行信號(hào)顯示。 采用220V交流電機(jī)進(jìn)行同步伺服電機(jī)傳送，產(chǎn)品傳動(dòng)采用堵轉(zhuǎn)力矩可轉(zhuǎn)子慣量較小的HD5-1電機(jī)、箱子傳動(dòng)選用堵轉(zhuǎn)力矩可轉(zhuǎn)子慣量較大的HD18-1電機(jī)，電機(jī)的控制則采用光電隔離接口和固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。 采用專用廠家生產(chǎn)的成品的開關(guān)電源。

36、 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 微機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 為了完成上述任務(wù)，采用8031單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng)。為了讀鍵盤給定值與檢測和控制，專門擴(kuò)展一個(gè)8255A可編程接口與程序存儲(chǔ)器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外線擦除標(biāo)準(zhǔn)EPROM)。74LS373(8位I/O鎖存器)、2732組成最小系統(tǒng)，擴(kuò)展的8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計(jì)數(shù)顯示。 硬件圖說明為達(dá)到本系統(tǒng)功能，采用8031單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng)，為讀鍵盤給定值，同時(shí)實(shí)行檢測和控制，專門擴(kuò)展一個(gè)8255A可編程接口，其系統(tǒng)原理圖如附錄A所示。 8031、74LS

37、373(8位I/O鎖存器)、2732組成最小系統(tǒng)。其中各芯片與引腳說明如下： (1)8031: 系統(tǒng)的微控制器選用Intel公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)8031。下面對(duì)8031作一個(gè)基本的介紹： ①一個(gè)面向控制的8位CPU； ②128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存貯器； ③兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； ④可尋址64K外部數(shù)據(jù)存貯器和64K外部程序存貯空間的控制電路； ⑤32條可編程的I/O線(四個(gè)8位并行I/O端口)； ⑥一個(gè)可編程全雙工串行口； ⑦具有五個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)； (2)8255A: 8255A基本特性： ①8255A是一個(gè)具有兩個(gè)8位(A口和B口)和兩個(gè)4位(C口

38、高/低4位)并行I/O端口的接口芯片，它是Intel系列CPU與外部設(shè)備之間提供TTL電平兼容的接口，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、步進(jìn)電機(jī)以與需要同時(shí)兩位以上信息傳遞的一切形式的并行接口； ②8255A能適應(yīng)CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求； ③8255A可執(zhí)行功能很強(qiáng)，容豐富的兩條命令(方式字和控制字)為用戶根據(jù)外界條件來使用8255A構(gòu)成多種接口電路提供了靈活方便的編程環(huán)境； ④8255A的PC口的使用比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，還可作狀態(tài)口，進(jìn)行按位控制等； (3)74LS373: 8位輸入8位輸出鎖存器，引腳功能如下： VCC：接電源端； G：存儲(chǔ)器允許信號(hào)；

39、 (4)2732： 4K*8 200ns紫外線可擦除電可編程的半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器，標(biāo)準(zhǔn)EPROM； A11-A0：地址輸入線； D7-D0：三態(tài)數(shù)據(jù)總線； (5)74LS377：同向電流驅(qū)動(dòng)器，為LED提供足夠驅(qū)動(dòng)電流。說明：鍵盤和顯示器接口芯片還有8279可使用，而8279對(duì)鍵盤還有硬件消抖功能，但這樣會(huì)和8255A形成硬件浪費(fèi)，況且8279由于接口不夠不能代替8255A。 包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號(hào)檢測，光電檢測器1判斷包裝箱是否到位和光電檢測器2用于產(chǎn)品計(jì)數(shù)；二是傳送帶電機(jī)控制。 (6)開關(guān)電源： 開關(guān)電源選用+12V ATX電源。在整個(gè)開關(guān)接通

40、期間，電源向負(fù)載提供能量；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，輸入電源便中斷了能量的控制，輸入電源向負(fù)載提供的能量是斷續(xù)的。 (7)光電傳感器： 光電傳感器選用CH3系列。光電傳感器的敏感圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的圍，此外光電傳感器的體積很小，而敏感圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。光電傳感器的原理圖如圖3.1所示： 圖3.1 光電傳感器的原理圖 3.2 控制電路設(shè)計(jì) 3.2.1 信號(hào)檢測(數(shù)據(jù)采集)電路 本系統(tǒng)的基本原理主要是單片機(jī)和光電檢測技術(shù)的結(jié)合，其檢測原理框圖如圖3.2所示。該系統(tǒng)利用單片機(jī)對(duì)電源進(jìn)行控制。單片機(jī)根據(jù)用戶鍵入的信息自動(dòng)生成一串有

41、序電源脈沖，用這一電源脈沖來控制半導(dǎo)體激光器。這樣有半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光便是一串激光脈沖波，這一串激光脈沖便是載有用戶信息的信號(hào)波。當(dāng)光電監(jiān)測器檢測到此激光信號(hào)波時(shí)，將其轉(zhuǎn)化成為一串連續(xù)的電脈沖波。但此時(shí)所得到的信號(hào)是非常微弱、不夠規(guī)則的，同時(shí)由于雜散光以與外部干擾的存在，此時(shí)的電信號(hào)還混雜著一些無用的干擾信號(hào)，因此這些信號(hào)還不能直接應(yīng)用。必須通過前置放大電路將它進(jìn)行放大和除噪處理，處理過的信號(hào)便可直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，進(jìn)行譯碼與判別處理。通過比較判別，單片機(jī)決定執(zhí)行哪一種處理，然后生成控制信號(hào)來啟動(dòng)控制設(shè)備。 半導(dǎo)體激光器 光電檢測器 前置放大器 單片機(jī) 譯碼 判別 處理

42、 編碼 電源 受控設(shè)備1 受控設(shè)備2…n 單片機(jī)控制 調(diào)制電信號(hào) 圖3.2 檢測原理框圖 由于上述的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，經(jīng)過論證可以考慮省略一些無關(guān)部分，經(jīng)過分析，我認(rèn)為光電脈沖轉(zhuǎn)換電路如圖3.3所示，BG1為光敏二極管，當(dāng)光線照射BG1時(shí)，產(chǎn)生光電流，使R1上壓降增大，導(dǎo)致晶體管導(dǎo)通，觸發(fā)由晶體管BG3和BG4組成的射極耦合觸發(fā)器，使U0為高位；反之，U0為低電位。該脈沖信號(hào)U0可送到計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)。 圖3.3 電脈沖轉(zhuǎn)換電路 3.2.2 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號(hào)檢測，光電檢測器1判斷包裝箱是否到位，光電檢測器2用于裝箱零件計(jì)數(shù)。再一部分就是

43、傳送帶電機(jī)控制。 下邊主要介紹傳送帶電機(jī)控制。在圖3.4中，8255A的PC0控制傳送帶1的電機(jī)，PC1控制傳送帶2電機(jī)。當(dāng)按下啟動(dòng)鍵(START)后，使PC0輸出高電平，經(jīng)反向后變?yōu)榈碗娖?，固態(tài)繼電器(SSR1)發(fā)光二極管亮，因而使得SSR1導(dǎo)通，交流電機(jī)通電，使傳送帶1運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)包裝箱運(yùn)動(dòng)。當(dāng)包裝箱運(yùn)動(dòng)到光源與檢測器1之間時(shí)，光源被擋住，從而光電傳感器輸出為高電平，當(dāng)微型機(jī)檢測到是高電平后，PC0輸出低電平，傳送帶電機(jī)1停止。并同時(shí)使傳送帶2電機(jī)起動(dòng)(PC1輸出高電平)，帶動(dòng)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)，使產(chǎn)品落入包裝箱。當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)過檢測器2的光源與光電傳感器時(shí)，光電傳感器輸出高電平。當(dāng)微型機(jī)檢測到此信號(hào)后在

44、計(jì)數(shù)器中加1，并送顯示。然后在與給定的產(chǎn)品值進(jìn)行比較。如果計(jì)數(shù)值小于給定值，則繼續(xù)計(jì)數(shù)；一旦計(jì)數(shù)值等于給定值，則停止計(jì)數(shù)；此時(shí)關(guān)斷傳送帶2的電源，并接通傳送帶1的電源，讓裝滿產(chǎn)品的箱子移開，同時(shí)帶動(dòng)下一個(gè)空箱到位，并重復(fù)上述過程。 圖3.4 電機(jī)控制電路 3.2.3 顯示電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用LED數(shù)碼顯示。 發(fā)光二極管LED (Light Emitting Diode)是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合成的一種新型顯示器件，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。 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

45、個(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為7段(也有稱作8段)發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 LED部結(jié)構(gòu)又有共陽極和共陰極兩種接法，分別為高電平有效和低電平有效。 為顯示某個(gè)數(shù)字，就要點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的段，這就需要譯碼。譯碼分硬件譯碼和軟件譯碼。 硬件譯碼時(shí)，接口在總線和LED顯示器之間，必須有鎖存器或I/O接口電路，此外還應(yīng)有專用的譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，通過譯碼器把1位十六進(jìn)制數(shù)(4位二進(jìn)制數(shù))或BCD碼譯碼為相應(yīng)的顯示段碼，然后由驅(qū)動(dòng)器提供足夠的功率去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。這種方法僅用1條輸出指令，就可以進(jìn)行LED顯示。當(dāng)它所使用的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十

46、進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)(包括空白字符)。該方法主要用于顯示位數(shù)較多或?qū)︼@示器的亮度有一定要求的場合。 軟件譯碼時(shí)，方法是以軟件查表代替硬件譯碼，不但省去了譯碼器，而且還能顯示更多的字符，并且其譯碼邏輯可隨編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯的限制。所以本系統(tǒng)采用的是以軟件為主的LED接口電路，用軟件進(jìn)行譯碼，其電路如下圖3.5所示(由于發(fā)光二極管通常需要十幾到二十幾毫安的驅(qū)動(dòng)電流，所以驅(qū)動(dòng)器是必不可少的，因?yàn)閮H靠接口提供不了較大的電流供LED顯示器使用，本系統(tǒng)采用74LS377進(jìn)行驅(qū)動(dòng))。 PB7 PB6 PB5 PB4

47、 8255A PB3 PB2 PB1 PB0 驅(qū) 動(dòng) 器 74LS377 dp g f e d c b a 圖3.5 以軟件為主的LED接口電圖 采用以軟件為主的LED接口電路由于個(gè)位數(shù)碼管的顯示段碼是互相并聯(lián)的，因此在同一時(shí)刻只能顯示同一種字符(即只顯示一個(gè)顯示位上的字符)。為了能夠同時(shí)顯示多個(gè)(即多位)字符，我們必須對(duì)LED采用動(dòng)態(tài)顯示方法，其方法就是利用人眼對(duì)視覺的殘留效應(yīng)，逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，每位顯示1ms左右，使

48、人看起來就好像在通的字符一樣。 為了實(shí)現(xiàn)LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示碼段之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制，即通常所說的“段控”和“位控”。因此對(duì)于多位LED數(shù)碼顯示器的接口電路來說，需要有兩個(gè)輸出口，其中一個(gè)用于輸出顯示段碼；另一個(gè)用于輸出位控信號(hào)?！拔豢亍睂?shí)際上就是對(duì)LED顯示器的公共段進(jìn)行控制，位控信號(hào)的數(shù)目與顯示器的位數(shù)一樣。這里的顯示器位數(shù)為3位。 3.2.4 報(bào)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(bào)警系統(tǒng)。通?？赏ㄟ^聲、光、語言進(jìn)行報(bào)警。 在這里為了提高系統(tǒng)的可靠性與減少誤操作，我們也設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)。其報(bào)警方式采用光信號(hào)進(jìn)行：

49、我們用PC2、PC3這兩個(gè)I/O口接線設(shè)計(jì)了兩個(gè)狀態(tài)指示燈以作為報(bào)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(dòng)START鍵時(shí)，或者當(dāng)計(jì)數(shù)值超過給定值時(shí)，則D1燈亮，提醒操作者注意，需重新設(shè)置參數(shù)后啟動(dòng)。如果系統(tǒng)操作運(yùn)行正常，則綠燈D2亮。 3.2.5 給定值電路設(shè)計(jì) 為了使系統(tǒng)簡單，我們自行設(shè)計(jì)的一個(gè)由二極管矩陣組成的編碼鍵盤，如圖3.6所示。 圖3.6 編碼鍵盤原理圖 鍵盤輸出信號(hào)D、C、B、A (BCD碼)接到8255A的A口PA3-PA0，鍵選通信號(hào)KEYSTROBE(高電平有效)，經(jīng)反向器接到8031的中斷管腳。當(dāng)某一個(gè)鍵按下去時(shí)，KEYSTROB

50、E為高電平，經(jīng)反相后的下降沿向8031申請(qǐng)中斷。8031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(shí)，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(shí)，與鍵6相連的兩個(gè)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。 當(dāng)任何一個(gè)鍵按下去時(shí)，四輸入或非門7420產(chǎn)生一個(gè)高電平選通信號(hào)經(jīng)反相器后向8031申請(qǐng)中斷。 4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序流程圖 4.1.1 主程序的設(shè)計(jì)與其流程圖 通過上述分析可知，本系統(tǒng)鍵

51、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(shí)性，系統(tǒng)采用中斷方式作鍵盤處理，對(duì)裝箱是否到位與產(chǎn)品數(shù)計(jì)數(shù)，則采用查詢方法。整個(gè)系統(tǒng)流程圖，如圖4.1所示。 中斷程序主要用來設(shè)定給定值，當(dāng)給定鍵盤有鍵按下時(shí)，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向8031申請(qǐng)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，最大為999，按百、十、個(gè)位順序輸入)，然后再輸入每箱的零件數(shù)(3位，最大值為999，輸入順序同包裝箱

52、)。完成上述任務(wù)的中斷服務(wù)程序流程圖如圖4.1所示。 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)存單元。這里用8031部RAM的20H單元的00H至03H四位分別代表電機(jī)1、電機(jī)2、報(bào)警和正常運(yùn)行標(biāo)志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為零件與包裝箱計(jì)數(shù)標(biāo)志單元。當(dāng)計(jì)數(shù)值等于給定值時(shí)，則此兩位標(biāo)志單元置1，否則為0。一旦此標(biāo)志單元為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(gè)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。如果計(jì)數(shù)單元超過給定值，將產(chǎn)生報(bào)警，告知操作人員計(jì)數(shù)有誤，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停下來，等待操作人員處理。 圖4.1 包裝控制系統(tǒng)主程序框圖

53、 4.1.2 動(dòng)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(jìn)行譯碼，其流程圖如圖4.2所示。 圖4.2 動(dòng)態(tài)顯示子程序流程圖 4.1.3 中斷子程序流程圖 中斷服務(wù)程序主要用來設(shè)定給定值，當(dāng)給定鍵盤按下時(shí)，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向8031申請(qǐng)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(gè)位順序輸入)，然后再輸入每箱裝的產(chǎn)品數(shù)(三位，最大999，輸入順序同包

54、裝箱)，完成上述任務(wù)的中斷服務(wù)程序框圖如圖4.3所示。 圖4.3 輸入給定值中斷服務(wù)程序圖 4.1.4 報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)報(bào)警參數(shù)與傳感器的具體情況又可分為硬件直接報(bào)警和全軟件程序報(bào)警，前者的報(bào)警信號(hào)是直接通過硬件對(duì)被測參數(shù)和給定值進(jìn)行比較而產(chǎn)生的，是在傳感器中進(jìn)行的，當(dāng)這種硬件直接報(bào)警的信號(hào)產(chǎn)生之后再由軟件進(jìn)行處理，而后者則通過程序比較而得到信號(hào)并由軟件完成報(bào)警處理系統(tǒng)主要是針對(duì)誤操作做出報(bào)警，如當(dāng)無給定值時(shí)就按STRART鍵等，而無需進(jìn)行上下限參數(shù)的比較，故只需在微機(jī)中進(jìn)行即可，故可采用全軟件報(bào)警。其報(bào)警程序的設(shè)計(jì)可對(duì)計(jì)數(shù)單元進(jìn)行比較而形成。 4.2系統(tǒng)存單元分配

55、 為了進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，首先需設(shè)置一些有關(guān)存單元。這里用8031部RAM的20H單位的00H~03H四位分別代表電機(jī)1、電機(jī)2、報(bào)警和正常運(yùn)行標(biāo)志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為產(chǎn)品與包裝計(jì)數(shù)標(biāo)志單元，當(dāng)計(jì)數(shù)值超過給定值時(shí)，則此二位標(biāo)志置1，否則為0。一旦標(biāo)志單元為1，則產(chǎn)生報(bào)警，告知操作人員計(jì)數(shù)有誤，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止，等待操作人員處理。該系統(tǒng)存單元分配如圖4.4所示。 圖4.4 系統(tǒng)存單元分配圖 5 結(jié)論 本系統(tǒng)采用8031單片機(jī)，擴(kuò)展了8255A接口，另外還采用2732進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展。實(shí)現(xiàn)了流水線產(chǎn)品的自動(dòng)計(jì)數(shù)和自動(dòng)

56、裝箱。 本系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是控制過程簡單，操作方便。起動(dòng)裝箱電機(jī)1，使裝箱沿著傳送帶向前移動(dòng)。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(jī)1。起動(dòng)電機(jī)2，使產(chǎn)品沿著傳送帶向前移動(dòng)，產(chǎn)品一個(gè)一個(gè)下落時(shí)，通過光電傳感器2的檢測，將產(chǎn)生一系列脈沖信號(hào)，從檢測器2輸出的脈沖，由計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)，并不斷地與存在給定值單元中的給定值進(jìn)行比較。如果產(chǎn)品數(shù)與給定值相等，則停止電機(jī)2。重復(fù)上述過程，直至包裝箱數(shù)與給定值相等。 本系統(tǒng)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(shí)使其成本盡量低廉。缺點(diǎn)是產(chǎn)品和裝箱的計(jì)數(shù)不能超過999，控制過程為順序控制，電機(jī)的啟動(dòng)和停止不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起動(dòng)和停止，需要人工

57、操作電機(jī)開關(guān)。其實(shí)際的操作可行性有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。 參考文獻(xiàn) [1] 于海生.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]. ：清華大學(xué)，1999. [2] 承志.微型計(jì)算機(jī)控制新技術(shù)[M]. 機(jī)械工業(yè)，2001. [3] 何立民.MCS-51單片與應(yīng)用文集[M]. ：航空航天，1993. [4] 胡漢才.單片機(jī)原理技接口技術(shù)[M]. ：航空航天，1993. [5] 紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M]. ：航空航天，2003. [6] 羅亞非.單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)[M]. ：航空航天大學(xué)，2005. [7] 王曉明.單片機(jī)控制

58、[M]. ：航空航天大學(xué),2002. [8] 鐘寒梅.電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 國外電子元器件，2002，09（12A）：15-23. [9] 輝.流水線產(chǎn)品計(jì)數(shù)與包裝微機(jī)自動(dòng)控制[J]. 計(jì)量與測量技術(shù)，2000，20（10A）：5-14. [10]葉澄清.微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與其應(yīng)用[M]. ：大學(xué)，1997. [11]涂時(shí)亮.單片微機(jī)控制技術(shù)[M]. ：復(fù)旦大學(xué)，1994. [12]立.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. :中國鐵道,2003. [13]楚武.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. :大學(xué),2005. [14]INTEL.CORP.8-bit Embedded

59、 controller handbook，1989. [15]Smart Battery System Specifications, SYSTEM MANAGEMENT BUS SPECIFICATION.Revision1.08.September15.1998. 致 本論文是在袁老師細(xì)心指導(dǎo)下完成的。論文從選題、實(shí)驗(yàn)研究到最后的成稿，得到了袁老師熱情鼓勵(lì)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(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我受益非淺。 在袁松貴老師和諸多同學(xué)的幫助下，我順利的完成了本次設(shè)計(jì)。在這里我要感袁松貴老師和幫助過我的同學(xué)。在他們的

60、幫助下，我在這次設(shè)計(jì)中學(xué)到了許多，可以說是受益非淺。設(shè)計(jì)伊始，袁老師就有針對(duì)性的對(duì)我們提出了設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng)，并對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)流程與要點(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(gè)設(shè)計(jì)過程中，袁老師在各個(gè)環(huán)節(jié)都給予了細(xì)心的指導(dǎo)，小到資料的查詢，大到疑難問題。在此深表感，感他對(duì)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(shí)。 在論文完成之際，深深感所有支持、鼓勵(lì)和幫助過我的老師和同學(xué)。 附錄A 硬件連接圖

61、 附錄B 程序清單 該系統(tǒng)控制程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0 LED1 EQU 22H ；產(chǎn)品計(jì)數(shù)單元(百位) LED2 EQU 23H ；(十位) LED3 EQU 24H ；(個(gè)位) BOX1 EQU 25H ；包裝箱計(jì)數(shù)單元(百位) BOX2

62、 EQU 26H ；(十位) BOX3 EQU 27H ；(個(gè)位) BOXES EQU 28H ；包裝箱給定值首地址 PARTS EQU 2BH ；產(chǎn)品給定值首地址 PRECNT EQU 2EH ；給定值次數(shù)計(jì)數(shù)單元 LEDADD1 EQU 4000H ；百位數(shù)顯示地址 LEDADD2 E

63、QU 2000H ；十位數(shù)顯示地址 LEDADD3 EQU 1000H ；個(gè)位數(shù)顯示地址 BUFF EQU 2FH ；緩沖單元 ORG 0100H 控制主程序： MAIN： MOV SP,#50H MOV R0,#22H MOV A,#00H M

64、OV R1,#0DH CIRZERO： MOV R0,A ；清計(jì)數(shù)、給定值單元 INC R0 DJNZ R1,CIRZERO MOV 20H,#00H MOV 21H,#00H MOV DPTR,#8003H MOV A,#98H MOVX

65、 DPTR,A SETB IT0 ；設(shè)置邊沿觸發(fā)方式 SETB EX0 ；設(shè)置中斷方式0 SETB EA ；開總中斷 MOV R0,#BOXES MOV DPTR,#LEDADD1 ；保護(hù)顯示位地址 PUSH DPH PUSH

66、 DPL MOV DPTR,#8002H WAIT:： MOV A,PRECNT ；等待設(shè)置給定參數(shù) CJNE A，#06H，WAIT ；判斷是否輸入完給定值 WORK： SETB 00H ；啟動(dòng)傳送帶電機(jī)1 SETB 03H ；工作正常指示燈 MOV A,20H ；啟動(dòng)電機(jī)1和正常指示燈 MOV DPTR,#8002H MOV DPTR,A LOOP1： MOV A,DPTR JNB ACC.7,LOOP1 ；判斷包裝箱是否到位 MOV LED1,#00H ；清產(chǎn)品計(jì)數(shù)單元