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自动计数与装箱系统 第 1 页 共 34 页 自动计数与装箱系统自动计数与装箱系统 毕业论文毕业论文 目 录 1 绪论 1 1 1 课题背景及目的 1 1 2 自动计数装箱系统的设计意义 1 1 3 设计的内容及功能要求 1 2 系统方案论证 4 2 1 控制方案列举分析及确定 4 2 1 1 PLC 顺序控制 4 2 1 2 系统机的顺序控制 4 2 1 3 单片机实现顺序控制 5 3 系统总体设计及工作原理 6 3 1 系统总体设计 6 3 2 工作原理 6 4 硬件的设计 8 4 1 微机系统的设计 8 4 1 1 单片机选择 8 4 1 2 8255A 芯片 9 4 1 3 2764 芯片 10 4 1 4 74HC573 芯片 10 自动计数与装箱系统 第 2 页 共 34 页 4 2 信号检测电路的设计 10 4 2 1 数据采集方式的选择 10 4 2 2 电路设计 11 4 3 电机控制电路的设计 12 4 3 1 电机类型选择 12 4 3 2 光耦的选择 13 4 3 3 电路的设计 13 4 4 给定值电路设计 14 4 5 显示电路的设计 15 4 6 报警电路的设计 15 5 软件设计 17 5 1 主程序流程图 17 5 2 动态显示子程序流程图 18 5 3 中断子程序流程图 19 5 4 报警子程序设计 20 6 总结 22 参考文献 22 致谢 23 附录 A 硬件连接图 24 附录 B 程序清单 25 附件一 开题报告 附件二 译文及原文影印件 自动计数与装箱系统 第 3 页 共 34 页 1 绪论 1 1 课题背景及目的 在工业生产过程中 经常需要对流水线上的产品进行计数和包装 传统的人工 方法不仅容易漏计 错计 劳动强度大 效率较低 本设计要求流水线产品计 数及装箱 可以对工业自动化生产流水线上的产品进行精确计数和装箱 由于科技的发展 生产操作的自动化在各个领域都得以普及和推广 自动 计数与装箱系统更是许多工业生产厂不可或缺的一部分 而一个优良的自动计 数与装箱系统必须拥有良好的数据采集方式和完善的控制系统 因为只有拥有 良好的数据采集方式才能保证数据的实时性与准确性 拥有完善的控制系统才 能保证整个操作过程有条理且高效率的运作 1 2 自动计数装箱系统的设计意义 自动化水平在制造工业中不断提高 应用范围正在拓展 装箱行业中自动 化操作正在改变着装箱过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法 实现自 动控制的集装箱系统能够极大地提高生产效率和产品质量 显著消除包装工序 及印刷贴标等造成的误差 有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗 自动计数装箱的关键在于依据装箱过程 设计出一个能够得以实现自动控 制的结构方案 显然 自动装置的选择取决于这一过程的需求及特性 依据定 义 一个自动装置即能通过自动控制或遥控方法完成任务的一台机器或一个机 构 它可以是简单的 例如 从一个位置移向另一位置的一种单轴结构的气动 压力联动装置 也可以是复杂的 例如 具有六轴结构的能动外科手术的机器 人 包装过程的各个项目选择以及各类工业自动化机构 可以在一个具体工作 场所的空间范围内 使每一个设计方案完成一项任务 优秀的自动控制装箱系统 无论从提高产品质量和生产效率方面 还是从 消除加工误差和减轻劳动强度方面 都能起到十分明显的作用 尤其是在食品 自动计数与装箱系统 第 4 页 共 34 页 饮料 药品 电子等行业 这点都是至关重要的 自动装置和系统工程方面的 技术正在进一步深化 并得到更广泛的应用 1 3 设计的内容及功能要求 从上面分析论述 由系统功能要求 方案选择和设备配置 我们可以设计 出一个自动计数与装箱系统 其原理图如图 1 1 所示 图 1 1 自动计数与装箱系统原理图 在图 1 1 中 该系统带有两个传送带 及包装箱传送带和产品传送带 包 装箱传送带用来传送产品包装箱 其功能是把已经装满的包装箱运走 并用一 只空箱来代替 为使空箱恰好对准产品传送带的末端 以便使产品刚好落入箱 中 在空包装箱传送带的中间装一检测控制器 1 4 用以检测包装箱是否到位 产品传送带将产品从车间传送到包装箱 当某一产品被送到传送带的末端 会 自动落入包装箱内 并由检测器 2 转换成计数脉冲 产品计数可以由硬件完成 也可以用软件来完成 本系统采用软件计数方 法 系统工作步骤如下 1 预置设定 用键盘分别设置每个包装箱所装的产品数和包装箱数 并 分别存放在 PORTS 和 BOXES 单元中 2 箱体检测 接通电源 使传送带 1 的传动电机启动 传送带上的包装 箱随之位移 当包装箱随着传送带移动到传感器 1 的检测位置时 传感器有输 出信号 由它可以判断出包装箱是否到位 检测器 2 检测器 1 传送带 1 传送带 自动计数与装箱系统 第 5 页 共 34 页 3 箱体到位 当传感器判断出包装箱到位并输出控制信号时 系统立即 关断包装箱传送带电机电源 使传送带 1 停止运动 实现了箱体到为控制 4 产品装箱 启动传送带 2 的传动电机 使产品随传送带 2 运动 并装 入箱内 5 产品计数 在产品装箱的同时 随产品一个个地落入箱内 传感器 2 便输出一系列反映产品数量的脉冲信号 供计数器个 和控制器用 6 计数比照 产品计数脉冲输入到单片机系统之后 由单片机记数 并 不断与存储器在 PRESET 单元中的给定值进行比较和对照 7 满箱控制 当装箱的产品数量小于已经设定的产品给定值时 传送带 2 继续运转 产品继续装如包装箱 当产品数量等于给定值时 表明产品满箱 传送带 2 停止运行 产品装箱停止 8 箱数比较 控制系统再次启动传送带 1 的传动电机 使装满产品的箱 子向前移动 并把存放箱子数的内存单元中加 1 然后再不断的与存放箱子的 数量进行比较 9 箱数控制 如果单片机控制系统内存单元的箱子数值小于预置数量 则传送带 1 带动下一个空箱到达指定位置 继续重复上述过程 如果箱子数与 预置数相等 将停止包装 等待新命令 自动计数与装箱系统 第 6 页 共 34 页 2 系统方案论证 2 1 控制方案列举分析及确定 在这个系统中 可以看到上面对系统的需求分析 在生产过程中的机器 以确定 连续开和闭 为顺序控制序列 顺序控制是工业生产中一种比较典型的控制方式 因 为一个产品的生产过程 实际就是按一定顺序和一定工艺要求进行加工的过程 不论 产品多么复杂 总可以把产品分解为若干零部件 每个零部件的加工又可以分解为若 干个流程 顺序控制一般有以下几类控制 2 1 1 PLC 顺序控制 PLC 可编程序控制器其实就是工业控制计算机 用以取代传统的中间继电器 时间 继电器 计数器等 并具有一切计算机控制系统的功能 目前 PLC 已成为工业控制的 标准设备 其应用面几乎覆盖了整个工业企业 广泛应用于化工 石油等企业的现代 过程控制中 其优点如下 1 具有高可靠性 PLC 在硬件方面采用了较先进的电源 用以防止由电源回路 串入干扰 其内部采用了电磁屏蔽 以防辐射干扰 而外部输入 输出电路则一律采用 光电隔离 加上常规滤波和数字滤波 软件方面设置了警戒时钟 WDT 自诊断等措施 2 灵活性高 扩展性好 通用性强 它采用程序使得硬件软件化 对于不同 的控制系统 只需改变程序即可 因而通用性强 而且现场接口容易 设计周期短 3 功能强 PLC 具有自诊断 监控和各种报警功能既可完成过程控制 又可进 行闭环回路的调节控制 而且在将来的工控领域 可以说是无所不能 2 1 2 系统机的顺序控制 近年来 随着计算机技术的迅猛发展 以系统机及其相应接口板卡组成的顺序逻 辑控制系统的应用越来越广 控制面板的软件技术 编程的可视化技术 软件模块化 技术等的综合应用 使系统机顺序逻辑控制系统具有使用方便灵活 移植性好 维护 容易 开发周期短 成本低 柔性度高等众多优点 虽然它完全能用于顺控 单用作 简单控制时经费要求高 故也不适用于本系统 自动计数与装箱系统 第 7 页 共 34 页 2 1 3 单片机实现顺序控制 顺序控制器的设计 一般采用 PLC 工控机和单片机来实现 而单片机作为一种 低成本实现方式 在小型控制装置中得到了广泛的应用 顺序控制一般进行开关量的控 制 检测量也是开关量 一般单片机都提供了 I O 口 如 8051 兼容型有 4 个 8 位 I O 口 可以配置成 16 16 20 12 8 16 等应用形式 如 I O 点资源不足 可以用 8255 进行扩展 且单片机具有下面一些特性 性价比高 由于单片机的大批量生产 及其已非常成熟的制造工艺 所以成本很 低 加上单片机的功能性能不断的完善 种类型号的增加 其应用系统的印版小 接 插件少 安装调试简单等一系列原因 使单片机应用系统的性能价格比高于一般的微 机系统 控制功能强 单片机像计算机一样是面向控制 它的实时控制功能特别强 CPU 可以直接对 I O 口进行各种操作 输入 输出 位操作以及算术逻辑操作等 运算速度高 最高可达 16MHZ 而且单片机对实时事件的响应和处理速度快 使用方便 由于单片机内部功能强 系统扩展方便 因此应用系统的硬件设计非 常简单 又因为市场上提供多种多样的单片机开发工具 它们具有很强的软硬件调试 功能和辅助设计的手段 这样使单片机的应用极为方便 大大的缩短了系统研制的周 期 综上所述 采用单片机实现控制的方案将容易实现 所以采用单片机控制系统来 实现系统自动计数和装箱的控制 自动计数与装箱系统 第 8 页 共 34 页 3 系统总体设计及工作原理 3 1 系统总体设计 本系统共有硬件和软件两部分组成 其中软件设计主要由主程序 定时器中断程 序 显示子程序 硬件外围电路由键盘输入电路 复位电路 晶振电路 晶振电路 电源电路 检测电路 显示电路 报警电路和电机控制电路组成 其系统原理框图如 图 3 1 所示 图 3 1 系统原理框图 单片机采用的是 8051 控制单片机引脚的高低电平传到报警电路控制报警 系统 采用 3 个共阴极八段 LED 数码管实现动态显示 并且选择 74HC573 芯片作为 3 位数码 管的位选芯片 由单片机 P0 口控制 74HC573 芯片的地址输入 通过 74HC573 芯片的 输出信号控制显示 3 位数码管 3 2 工作原理 本设计采用在设计中以 8051 单片机作为控制部件 并使用光电传感器 发射器和 接收器分别置于流水线两侧 其工作原理图如 3 2 系统工作时在流水线的传送带上不断有产品被单向传送 产品之间有较大的间隔 如果流水线上没有产品通过 发射电路产生的红外光就会一直照射在光敏三极管上 使得光敏三极管导通 使发射级输出高电平 如果有产品通过 则发射电路产生的红 键盘输入 复位电路 电源电路 驱动电路 报警电路 电机控制电路 检测电路 8051 单片机 显示电路 晶振电路 自动计数与装箱系统 第 9 页 共 34 页 外光会被产品遮挡住 照射不到光敏三极管上 使三极管由导通状态变为截止状态 使发射级输出低电平 从而产生一个负脉冲 产生的负脉冲经过整形后作计数脉冲送至 单片机 把这个脉冲输入作为单片机定时器 计数器 T 0 的计数脉冲 这样 每当有 一个产品通过传感器的时候都有一个负脉冲产生 使计数器自动加 1 当经过指定数 量的产品时就会使计数器溢出 并向 CPU 产生中断 通过中断程序的执行送出一个包 装控制信号以带动打包机械机构做出相应的动作 光电脉冲电路计数电路显示 光源 传送带 图 3 2 光电检测计数原理图 自动计数与装箱系统 第 10 页 共 34 页 4 硬件的设计 4 1 微机系统的设计 4 1 1 单片机电路 单片机的选择 MCS 51 系列单片机是 8 位机的代表 其中 8051 单片机是 Intel 公 司 MCS 51 系列的一种 总共 40 个引脚 4 个 8 位双向 I O 其中 PORT3 除了可以当 做 I 0 还具有特殊功能 本设计中的 8051 单片机电路如图 4 1 所示 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 8051AH CRY1 11 0592M HZ 30pF C1 30pF C2 GND S1 SW PB GND 5V R4 10K C3 10 F 图 4 1 8051 单片机 图中的接口具体使用如下 自动计数与装箱系统 第 11 页 共 34 页 1 P0 可做一般 I O 使用 当作输入或输出时应在外部接提升电阻 外部内存 扩充时 当作资料总线 D0 7 及位址总线 A0 7 由 ALE 接脚输出信号分时复用 本系统中直接与 8255A 的 D0 口相连 2 P1 一般 I O 使用 内部设有提升电阻 3 P2 一般 I O 使用 内部也有提升电阻 外部内存扩充时 当作位址总线 A8 15 使用 4 RESET 此引脚用于设计复位电路 本系统中的复位电路由一个 10K 电阻和 10 F 电容以及一个复位开关构成 5 PSEN 当作程式储存致能外部程式内存之读取脉波 在每个机械周期会动 2 次 系统中外接 EPROM2764 此脚与 ROM 的 OE 脚连接 6 EA VPP 接高电位时 读取内部程式内存 接低电位时 读取外部程式内存 直接与 5V 电源相接 7 XTAL1 XTAL2 接石英晶体振荡器 系统 C1 和 C2 为 30pF 晶振的频率选择 为 11 0592MHz 4 1 2 8255A 芯片 8255 是 Intel 公司生产的可编程并行 I O 接口芯片 有 3 个 8 位并行 I O 口 具 有 3 个通道 3 种工作方式的可编程并行接口芯片 40 引脚 其各口功能可由软件选 择 使用灵活 通用性强 8255 可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路 8255 内部结构分为 3 个部分 与 CPU 连接部分 与外设连接部分 控制部分 图 4 2 所示 图 4 2 8255A 内部结构 8255 作为主机与外设的连接芯片 必须提供与主机相连的 3 个总线接口 即数据 自动计数与装箱系统 第 12 页 共 34 页 线 地址线 控制线接口 同时必须具有与外设连接的接口 A B C 口 其中 PA 口读 入键盘的给定值 PB 口用于产品计数显示 PC 口低四位设为输出方式 其中 PC0 控制 传送带 1 的电机 PC1 控制传送带 2 的动力电机 PC2 控制电路安全导通时的提示电路 PC3 控制报警电路 4 1 3 2764 芯片 2764 是 8K 8 字节的紫外线镲除 电可编程只读存储器 单一 5V 供电 工作电流 为 75mA 维持电流为 35mA 读出时间最大为 250nS 28 脚双列直插式封装 各引脚的 含义为 A0 A12 为 13 根地址线 可寻址 8K 字节 D0 D7 为数据输出线 CE 为片选线 OE 为数据输出选通线 PGM 为编程脉冲输入端 Vpp 是编程电源 Vcc 是主电源 正常工 作 只读 时 Vpp Vcc 5V PGM 5V 编程时 Vpp 25V 高压 PGM 端加入宽 度为 50ms 的负脉冲 4 1 4 74HC573 芯片 74HC573是八进制3态非反转透明锁存器 器件的输入是和标准CMOS输出兼容的 当锁存使能端为高时 这些器件的锁存对于数据是透明的 输出同步 当锁存使能变 低时 符合建立时间和保持时间的数据会被锁存 输出能直接接到CMOS NMOS和TTL接 口上 操作电压范围 2 0V 6 0V 低输入电流 1 0uA CMOS器件的高噪声抵抗性 表表4 14 1 74HC573功能表功能表 输入输出 输出使能锁存使能DQ LHHH LHLL LL 不变 H Z H 高电平 L 低电平 不定 Z 高阻态 自动计数与装箱系统 第 13 页 共 34 页 4 2 信号检测电路的设计 4 2 1 数据采集方式的选择 在数据采集的方式上常见的有利用 A D 模数转换 芯片 编码器 电感式接近开 关 电容式接近开关 光电传感器采集数据 本次设计采用光电传感器采集数据 由 于光电传感器的敏感范围远远超过了电感 电容 磁力 超声波传感器的范围 此外 光电传感器的体积很小 而敏感范围很宽 加上机壳有很多样式 几乎可以到处使用 光电传感器是利用被检测物体对光束的遮光或反射 由同步回路选通而检测物体 的有无 其物体不限于金属 对所有能反射光线的物体均可检测 其结构如图 4 3 所 示 图 4 3 光电传感器结构图 光电传感器的优点是光电器件响应快 结构简单 使用方便 可以实现非接触测 量 具有较高的可靠性和可行性 光电传感器的检测距离是接近开关不能相比的 采 集对象不局限于金属 5 对其他物体均可检测 采用这种红外光电传感器 进行非接 触式检测 当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时 传感 器将会输出一个低电平 而当没有物体挡在中间时则输出为高电平 从而形成一个脉 冲 4 2 2 电路设计 本系统的信号检测电路 如图 4 4 所示 自动计数与装箱系统 第 14 页 共 34 页 三三三1 三三三2 5V R1 1K R5 1K GND R2 1K R3 1K T0 T1 图 4 4 信号检测电路 通过光电传感器 1 来检测传送带上箱子到位 传感器 2 检测产品数量 本设计采 用欧姆龙公司生产的 E3X DA S MDA 光电传感器 电路中的 R5 和 R9 起保护光电传感器 的作用 传感器 1 和 2 产生的负脉冲经过整形后作计数脉冲送至单片机 把这个脉冲 输入作为单片机计数器 T0 和 T1 的计数脉冲 其中 T0 计数值超出给定值时 单片机给 8255A 的 PC1 低电平 停止传送带 2 送产 品 PC0 口高电平 启动电机 1 带动传送带 继续传送箱子 T1 计数值送到 8255A 的 PB 口 通过译码显示电路显示箱子数量 4 3 电机控制电路的设计 4 3 1 电机类型选择 电机有直流电机和交流电机之分 直流电动机的调速性能好 起动转矩较大 特 别是调速性能为交流电动机所不及 因此 在对电动机的调速性能和启动性能要求高 的生产机械上 大都使用直流电动机进行拖动 但直流电动机的制造工艺复杂 生产 成本较高 维护较困难 可靠性差 所以在现代工业的拖动系统中 直流电动机与交 流电动机各有各的应用场所 交流电机有异步电机和同步电机两大类 异步电机一般 都作电动机用 因为异步发电机的性能较差 异步电机具有结构简单 制造方便 运 行可靠 价格低廉等一系列优点 但也有一些缺点 不能经济地实现范围较广的平滑调 速 必须从电网吸取滞后的励磁电流 使电网功率因数变坏 同步电机的转速与所接 电网的频率之间存在一种严格不变的关系 由于对电机的控制输入的信号为开关量 传送动力不用很大 而且传送产品和箱子时需要精确定位 所以我们在这里采用由开 关量控制的伺服同步电机 不需要可逆调速 所以选择交流电机 又从系统功能分析 可知 对箱子和产品的传送过程中都需要精确定位以便实现自动装箱 所以要求电机 能快速停止 根据上面的要求我们选择了 220V 交流伺服同步电机 由于在传动过程中 自动计数与装箱系统 第 15 页 共 34 页 传送箱子的电机负荷较大 所以选用堵转力矩和转子惯量较大的 MR J3ENSCBL5M L 三菱交流伺服电动机电机 另外 电机可选用含有减速装置的多轴转动 以便精确定 位 由于对电机需要大电压来控制 而微机系统输出的开关量为不能直接用来驱动电 机的低电平 还有也为了提高系统的抗干扰能力 我们采用光电隔离技术 而对电机可以采用多种方法控制 如继电器 固态继电器 SSR 可控硅 SCR 电磁阀及大功率场效应管等 其中继电器是电气控制中最常用的控制器 但在控制时 容易发生触点产生火花 并且因触点容易氧化而影响系统稳定性 而固态继电器输入 电流小 输出无触点 与电磁式继电器相比具有体积小 重量轻 无机械噪声 无抖 动和回跳 开关速度快 工作可靠等优点 故我们在这里采用无触点的固态继电器进 行控制 4 3 2 光耦的选择 由于对电机需要大电压来控制 而微机系统输出的开关量是不能直接用来驱动电 机的低电平 所以用光耦 P521 经行电气隔离 提高系统的抗干扰能力 并且 P521 是 线性光耦 适合在一些模拟信号或连续变化的数据的传输与隔离 4 3 3 电机电路的设计 如图 4 5 图所示电路 整个电机的启动和停止分别通过常开和常闭开关 START 和 STOP 来控制 8255A 的 PC0 给信号控制的传动电机 1 PC1 控制传动电机 2 当按下 START 后整个自动计数装箱系统启动 8255A 的 PC0 口输出高电平 通过反向驱动器 74LS04 和光耦 P521 相连 通过改变光敏电阻控制 GATE 进而控制三端双向晶闸管 1 通断 电路中的光耦和三端双向晶闸管构成固态继电器实现电动机的启动和停止的控 制 自动计数与装箱系统 第 16 页 共 34 页 P2 P521 R18 1K P1 P521 Q3 三三三三三三三1 Q6 三三三三三三三2 30pF C4 R13 1K 30pF C5 R14 2K R19 2K 5 R12 1K R17 1K 5 74LS04 74LS04 START M B1 三三三1 M B2 三三三2 PC0 PC1 V1 220V STOP GATE GATE 图 4 5 自动计数与装箱控制系统电机控制电路 当 PC0 或 PC1 为高电平时 P521 的的光敏电阻因左端发光二级管发光而阻值变小 GATE 的电位上升达到使三端双向晶闸管接通 于是电动机启动 交流电机通电 传送 带 1 运动 带动包装箱前移 当包装箱运动到传感器 1 可以检测到信号的位置时 传感器 1 输出高电平 单片 机检测到这一高电平后 PC0 输出为 0 传动电机 1 停止传动 同时 传动电机 2 因 PC1 输出为 1 而通电运动 带动产品运动 并落入包装箱内 当零件经过传感器 2 的检 测范围时 传感器 2 输出高电平 单片机检测到该信号时 在计数器加 1 并送往显示 然后再与产品给定值比较 如果计数值小于给定值 则继续计数 如果计数值等于给 定值 则停止计数 关断传送带 2 电机的电源 接通传送带 1 电机的电源 让装满产 品的箱子移开 同时带动下一个空箱到位 并自动重复以上作业 4 4 给定值电路设计 为了使系统简单 系统键盘电路采用矩阵式键盘 在矩阵式键盘中 每条水平线 和垂直线在交叉处不直接连通 而是通过一个按键加以连接 矩阵式结构的键盘显然 比直接法要复杂一些 识别也要复杂一些 在图 4 6 中 8051 单片机的 I O 扩展 8255A 的 PB 口用作键盘 I O 口 键盘的列线接到 PB7 至 PB4 键盘的行线接到 PB3 至 PB0 列线通过电阻接 5V 电源 并将行线所接的单片机的 I O 口作为输出端 而列线 所接的 I O 口则作为输入 这样 当按键没有按下时 所有的输出端都是高电平 代 表无键按下 行线输出是低电平 一旦有键按下 则输入线就会被拉低 这样 通过 读入输入线的状态就可得知是否有键按下了 当检测到有键按下后 延时一段时间再 自动计数与装箱系统 第 17 页 共 34 页 做下一步的检测判断 为了保证键每闭合一次 CPU 仅作一次处理 必须却除键释放时 的抖动 4 10 5 8 C 9 D 23 6 A E 7 B S0 R 6 1K R 7 1K R 8 1K R 9 1K 5 三8255A三PB 三 图 4 6 矩阵式键盘电路 如图 4 6 的矩阵键盘电路 如果想给定值 21 先按 2 键 根据键盘的延时 再按 1 键 最后按 S0 键确定即可 如果给定值小于等于 14 直接在键盘想按相应的键 再 按 S0 键确定即可 4 5 显示电路的设计 本系统采用 LED 数码显示 其电路如下图 4 7 所示 发光二极管是组成 LED 发光二极管显示字符的显示器件 它使用了 8 个 LED 发 光二极管 其中 7 个用于显示字符 1 个用于显示小数点 故通常称之为 7 段发光二极 管数码显示器 LED 采用共阴极接法 显示某个数字 就要点亮对应的段 这就需要 74HC573 译码和锁存 为了实现 LED 显示器的动态扫描显示 除了要给显示器提供显示码段之外 还要 对显示器进行位控制 即通常所说的 段控 和 位控 位控 实际上就是对 LED 显示器的公共段进行控制 位控信号的数目与显示器的位数相同 这里的显示器 位数为 3 位 显示电路从左向右 依次是百位 十位 个位 设计通过对 74HC573 的 锁存使能经行控制 从而实现 位控 当要对个位单独计数时 单片机通过 P2 4 和 P2 5 给百位和十位的 74HC573 的 OC 端低电平 锁存百位和十位的数 通过 P2 6 给个 自动计数与装箱系统 第 18 页 共 34 页 位的 74HC573 的 OC 端高电平 这时再给显示电路送数 同理 当要显示十位的数时 用 74HC573 锁存百位和个位 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 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 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 U3 8255A OC 1 C 11 1D 2 1Q 19 2D 3 2Q 18 3D 4 3Q 17 4D 5 4Q 16 5D 6 5Q 15 6D 7 6Q 14 7D 8 7Q 13 8D 9 8Q 12 1 SN74HC573 OC 1 C 11 1D 2 1Q 19 2D 3 2Q 18 3D 4 3Q 17 4D 5 4Q 16 5D 6 5Q 15 6D 7 6Q 14 7D 8 7Q 13 8D 9 8Q 12 2 SN74HC573 OC 1 C 11 1D 2 1Q 19 2D 3 2Q 18 3D 4 3Q 17 4D 5 4Q 16 5D 6 5Q 15 6D 7 6Q 14 7D 8 7Q 13 8D 9 8Q 12 3 SN74HC573 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8dp 9 GND a bf c g d e dp 三三 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8dp 9 GND a bf c g d e dp 三三 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8dp 9 GND a bf c g d e dp 三三 P24 P25 P26 GNDGNDGND 图 4 7 自动计数装箱系统的显示电路 4 6 报警电路的设计 在微机控制系统中 为了使生产安全准确 通常设有报警系统 通常可通过声 光 语言进行报警 L1 B LED R11 2K R10 2K Q4 NPN1 Q5 NPN1 R15 1K R16 1K GNDGND L2 R LED 5 5 PC2PC3 U4 BELL 图 4 8 报警电路 为了提高系统的可靠性及减少误操作 设计了一个报警电路 如上图 4 8 所示 其报警方式采用光信号和电铃进行 用 PC2 PC3 这两个 I O 口接线设计了两个状态指 自动计数与装箱系统 第 19 页 共 34 页 示灯以作为报警系统的输出硬件 L1 为蓝色 L2 为红色 当系统没有设定值而启动 START 键时 或者当计数值超 过给定值时 则 L2 灯亮 并且电铃通电响铃提醒操作者注意 需重新设置参数后启动 如果系统操作运行正常 则绿灯 L1 亮 5 软件设计 5 1 主程序流程图 通过上述分析可知 本系统键盘的作用主要是给定值的输入 当给定值设定后 在包装过程中就没什么作用了 因此为了提高系统的实时性 系统采用中断方式作键 盘处理 对装箱是否到位及产品数计数 则采用查询方法 整个系统流程图 如图 5 1 所示 在自动计数与装箱系统中 先将装箱数单元和产品单元清零 当选定了 8255A 的 工作方式后 设置中断方式 一切初值设定完毕后 启动电机 1 通过光电传感器检测 电机带动的传送带上的包装箱是否到位 包装箱到位以后 停止电机 1 启动电机 2 计数单元清零 这时电机 2 带动的传送带将产品送入包装箱 并通过光电传感器计数 自动计数与装箱系统 第 20 页 共 34 页 送入显示与给定值的进行比较 当达到给定值时 启动电机 1 停止电机 2 传送带 1 运送包装空箱 进行下一轮的产品装箱 当所有箱都装满时 停止两个电机 清包装 箱计数单元 等待下一轮的装在信号 自动计数与装箱系统 第 21 页 共 34 页 图 5 1 包装控制系统主程序框图 自动计数与装箱系统 第 22 页 共 34 页 5 2 动态显示子程序流程图 在这里我们采用的为以软件为主的 LED 接口电路 用软件进行译码 其流程图如 图 5 2 所示 图 5 2 动态显示子程序流程图 5 3 中断子程序流程图 中断服务程序主要用来设定给定值 当给定键盘按下时 在中断服务程序中 读 入该键盘给定值 一方面存入相应的给定单元 PARTS 或 BOXES 另一方面送显示器 以便操作者检查输入的给定值是否正确 本程序输入的顺序是先输入包装箱数 三位 最大 999 按百位 十位 个位顺序输入 然后再输入每箱装的产品数 三位 最大 999 输入顺序同包装箱 完成上述任务的中断服务程序框图如图 5 3 所示 自动计数与装箱系统 第 23 页 共 34 页 图 5 3 输入给定值中断服务程序图 5 4 报警子程序设计 报警系统根据报警参数及传感器的具体情况又可分为硬件直接报警和全软件程序 报警 前者的报警信号是直接通过硬件对被测参数和给定值进行比较而产生的 是在 传感器中进行的 当这种硬件直接报警的信号产生之后再由软件进行处理 而后者则 通过程序比较而得到信号并由软件完成报警处理系统主要是针对误操作做出报警 如 当无给定值时就按 STRART 键等 而无需进行上下限参数的比较 故只需在微机中进 行即可 故可采用全软件报警 其报警程序的设计可对计数单元进行比较而形成 13 自动计数与装箱系统 第 24 页 共 34 页 6 结论 经过将近一个学期的努力 本次毕业设计总算快接近尾声了 本次毕业设计课题 是自动计数与装箱控制系统设计 我设计的自动计数与装箱控制系统是以 8051 单片机 机为核心 为了使系统更为完善 外部设备加入了传感器 键盘 显示器等 为了读 取键盘给定值及检测和控制的方便 扩展了一个 8255A 可编程接口以及程序存储器 2764 扩展的 8255A 的 B 口用于产品计数显示 使装箱系统更易于操作 本系统优点是控制过程简单 操作方便 当系统起动装箱电机 1 使装箱沿着传送 带向前移动 通过光电传感器 1 检测装箱是否到位 装箱到位后 停止电机 1 起动电 机 2 使产品沿着传送带向前移动 产品一个一个下落时 通过光电传感器 2 的检测 将产生一系列脉冲信号 从检测器 2 输出的脉冲 由计算机计数 并不断地与存在给 定值单元中的给定值进行比较 如果产品数与给定值相等 则停止电机 2 重复上述过 程 直至包装箱数与给定值相等 通过本次设计使对单片机部分知识有了进一步的了解 熟悉了一些常用芯片的用 法 但在设计过程中我也遇到了许多困难 首先是对系统整体方案设计的不明确 许 多理论知识在实际应用中不知道熟练运用 其次 在具体到电路连接方面运用的不熟 练 也曾使我的设计停滞不前 但通过袁老师的详细耐心讲解 不仅逐渐掌握了本次 设计所用到得一些专业知识 还掌握了许多必要的方法和技巧 自动计数与装箱系统 第 25 页 共 34 页 参考文献 1 张迎新等编著 单片机原理及应用 M 电子工业出版社出版社 2005 6 2 冯柏群等编著 检测与传感技术 M 人民邮电出版社 2006 9 3 韩太林主编 单片机原理及应用 M 电子工业出版社 2005 4 4 潘新民 微型计算机控制技术 M 电子工业出版社 2009 2 5 汪德彪 MCS 51 单片机原理及接口技术 北京 电子工业出版社 2011 1 6 徐煜明 单片机原理及应用教程 M 电子工业出版社出版社 2009 2 7 王晓明 单片机控制 M 北京 北京航空航天大学出版社 2008 7 8 曹承志 微型计算机控制新技术 M 机械工业出版社 2011 4 9 刘辉 流水线产品计数及包装微机自动控制 J 计量与测量技术 2007 5 10 杨立 微型计算机原理与接口技术 M 北京 中国铁道出版社 2005 6 11 彭楚武 微机原理与接口技术 M 湖南 湖南大学出版社 2008 8 12 钟寒梅 电源系统的设计 J 国外电子元器件 2002 09 12A 15 23 13 沈红卫 单片机应用系统设计实例与分析 M 北京航空航天出版社 2006 1 14 INTEL CORP 8 bit Embedded controller handbook 2009 4 15 Smart Battery System Specifications SYSTEM MANAGEMENT BUS SPECIFICATION Revision1 08 September15 2008 5 自动计数与装箱系统 第 26 页 共 34 页 致谢 四年的本科学习生涯即将结束 在本人做毕业设计中 得到了袁老师的悉心指导和 无私帮助 在我课题设计的整个过程中 袁老师对我的设计工作悉心指导 设计初期为我的 开题方向和研究内容做了大量的工作 设计过程中对于系统的不足和优化都给予了很 多的建议和指导 硬件设计过程中由于涉及一些芯片选择和电机选择的袁老师都很耐 心的给予我帮助 导师的渊博学识和严谨的治学态度 高尚的师德和平易近人的人格魅力将对我影 响深远 谢谢你 袁老师 其次感谢我的家人 养育之恩 一言难尽 希望他们一直 健康快乐 最后感谢我的母校和朋友 是母校给了我大学深造的机会 在这里我有幸 遇到很多优秀的老师 他们教给了我很多知识 还有做人的道理 当然还有我的朋友 们 他在设计中给我提出了许多宝贵的意见 使得本设计设计中能够不断的得到完善 在这里一并致以谢意 由于本人学识有限 论文中不免有一些错误与待改进的地方 真诚地欢迎各位 师长同行加以斧正 自动计数与装箱系统 第 27 页 共 34 页 附录 A 硬件连接图 1 1 2 2 3 3 4 4 DD CC BB AA Title NumberRevisionSize A4 Date 2012 6 14Sheet of File F SHEET1 SCHDOCDrawn By 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 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 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 U3 8255A OC 1 C 11 1D 3 1Q 2 2D 4 2Q 5 3D 7 3Q 6 4D 8 4Q 9 5D 13 5Q 12 6D 14 6Q 15 7D 17 7Q 16 8D 18 8Q 19 U2 SN74HC573 OC 1 C 11 1D 2 1Q 19 2D 3 2Q 18 3D 4 3Q 17 4D 5 4Q 16 5D 6 5Q 15 6D 7 6Q 14 7D 8 7Q 13 8D 9 8Q 12 1 SN74HC573 OC 1 C 11 1D 2 1Q 19 2D 3 2Q 18 3D 4 3Q 17 4D 5 4Q 16 5D 6 5Q 15 6D 7 6Q 14 7D 8 7Q 13 8D 9 8Q 12 2 SN74HC573 OC 1 C 11 1D 2 1Q 19 2D 3 2Q 18 3D 4 3Q 17 4D 5 4Q 16 5D 6 5Q 15 6D 7 6Q 14 7D 8 7Q 13 8D 9 8Q 12 3 SN74HC573 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8dp 9 GND a bf c g d e dp 三三1 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8dp 9 GND a bf c g d e dp 三三1 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8dp 9 GND a bf c g d e dp 三三1 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 8051AH GNDGNDGND CRY1 11 0592MHZ 30pF C1 30pF C2 GND S1 SW PB GND 5V 5V Q1 Q2 5V R1 1K R5 1K GND R2 1K R3 1K T0 T1 R4 10K A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 CE 20 VPP 1 OE 22 D0 11 D1 12 D2 13 D3 14 D4 15 D5 16 D6 17 D7 18 U4 2764 4 1 0 5 8C 9D 2 3 6AE 7BS0 R61K R71K R81K R91K 5 PC1 PC0 L1 B LED R11 2K R10 2K Q4 NPN1 Q5 NPN1 R15 1K R16 1K GNDGND L2 R LED 5 5 PC2PC3 PC2 PC3 T0 T1 U4 BELL C3 10 F P2 P521 R18 1K P1 P521 Q3 三三三三三三三1 Q6 三三三三三三三2 30pF C4 R13 1K 30pF C5 R14 2K R19 2K 5 R12 1K R17 1K 5 74LS04 74LS04 START M B1 三三三1 M B2 三三三2 PC0 PC1V1 220V STOP GATE GATE 自动计数与装箱系统总电路图 200851050106 李帅 自动计数与装箱系统 第 28 页 共 34 页 附录 B 程序清单 该系统控制程序如下 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0 LED1 EQU 22H 产品计数单元 百位 LED2 EQU 23H 十位 LED3 EQU 24H 个位 BOX1 EQU 25H 包装箱计数单元 百位 BOX2 EQU 26H 十位 BOX3 EQU 27H 个位 BOXES EQU 28H 包装箱给定值首地址 PARTS EQU 2BH 产品给定值首地址 PRECNT EQU 2EH 给定值次数计数单元 LEDADD1 EQU 4000H 百位数显示地址 LEDADD2 EQU 2000H 十位数显示地址 LEDADD3 EQU 1000H 个位数显示地址 BUFF EQU 2FH 缓冲单元 ORG 0100H 控制主程序 MAIN MOV SP 50H MOV R0 22H MOV A 00H MOV R1 0DH CIRZERO MOV R0 A 清计数 给定值单 元 INC R0 DJNZ R1 CIRZERO 自动计数与装箱系统 第 29 页 共 34 页 MOV 20H 00H MOV 21H 00H MOV DPTR 8003H MOV A 98H MOVX DPTR A SETB IT0 设置边沿触发方式 SETB EX0 设置中断方式 0 SETB EA 开总中断 MOV R0 BOXES MOV DPTR LEDADD1 保护显示位地址 PUSH DPH PUSH DPL MOV DPTR 8002H WAIT MOV A PRECNT 等待设置给定参数 CJNE A 06H WAIT 判断是否输入完给定 值 WORK SETB 00H 启动传送带电机 1 SETB 03H 工作正常指示灯 MOV A 20H 启动电机 1 和正常指示 灯 MOV DPTR 8002H MOV DPTR A LOOP1 MOV A DPTR JNB ACC 7 LOOP1 判断包装箱是否到位 MOV LED1 00H 清产品计数单元 MOV LED2 00H MOV LED3 00H LCALL DISPLAY 显示产品数 CLR 00H 停箱子传送带电机 SETB 01H 启动产品传送电机 MOV A 20H 自动计数与装箱系统 第 30 页 共 34 页 MOV DPTR 8002H MOVX DPTR A LOOP2 MOV DPTR 8002H MOVX A DPTR JNB ACC 6 LOOP2 判断是否有产品 JNB ACC 4 STOP 判断是否按下停止键 LCALL PORTADD1 产品加 1 LCALL DISPLAY 显示已装入的产品数 LCAAL PORTCOMP 与给定值比较 JB 08H STOPM 已装满 AJMP LOOP2 未装满 继续装入 STOPM LCALL BOXADD1 包装箱数加 1 LCALL BOXCOMP 看是否已装够箱数 JB 09H FINISH 如果箱数已装够 则结 束 LJMP WORK 否则将继续换新箱包 装 FINISH CLR 00H 全部装完 即可继续包 装 CLR 01H MOV A 20H MOVX DPTR A MOV BOX1 00H MOV BOX2 00H MOV BOX3 00H LOOP3 MOV DPTR 8002H 判断是否重新启动 MOVX A DPTR JB ACC 5