间歇式包装机自动控制部分的设计毕业论文.doc

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）摘 要 今天，随着科学技术飞速发展，为提高工作效率、节约成本，包装机已经被应用到众多行业中。然而为进一步改善包装机的性能，更好的适应各种环境及市场需求，本文采用基于间歇式自动包装机的设计与实现。间歇式包装机采用两相式混合式步进电机作为包装轴，可以实现对包装袋长精确控制，此外分别使用矩阵键盘和12864液晶显示器对包装机的包装长度、模式以及状态进行控制和显示。此包装机共有两种工作模式，第一种是连续式包装，此模式是通过步进电机转动的角度对包装袋长进行精确控制;第二种是色标控制式包装，此模式是通过色标模块检测是否有物体通过从而进行包装。主要执行模块有单片机系统、液晶显示、电机驱动、键盘输入、色标控制模块等且各个模块性能都很稳定。此设计可广泛用于不定长度的物体包装。 关键词：间歇式，包装机，单片机，步进电机Abstract These days, with the rapid development of science and technology, in order to improve the efficiency, reduce costs , packaging machine has been applied to many industries. However, to further improve the performance of the packaging machine and better adapt to the environment and market demand, this paper based on the Design and Implementation of intermittent automatic packaging machines . this machine adopts two-phase hybrid stepping motor as a packaging axis,it can achieve precise control of the length of the bag. in addition using a matrix keyboard , LCD display 12864 to display and control the state ,model of the packing length.This product have two modes, the first is continuous packaging and the model is rotated by the angle of the stepping motor to control the bag length accurately. the second is controlled by color, this pattern worked by the color module to detect whether an object through. The main execution modules include single-chip system, LCD, motor drives, keyboard input, color control module and so on and each module perform excellence . This design can be widely used in packaging object of indefinite length.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。Keyword：Intermittent，Packing machine，SCM，Stepper motor聞創沟燴鐺險爱氇谴净。前 言中国的包装业社会需求量大，科技含量日益增高，已成为我国经济中的重要产业之一。据推测，从2011年到2015年，包装产业总产值可达到六千亿元，平均每年以百分之六的速度增长。到2015年，纸包装制品可以达到三千六百万吨、塑料包装制品九百四十六万吨、金属包装制品四百九十一万吨、玻璃包装制品一千五百五十万吨、包装机械一百二十万台套。到2020年，中国包装产业将满足全面建成小康社会的需要，建成一个科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人才资源优势得到充足发挥的新型中国包装产业。包装产业已成为“朝阳”产业，发展潜力非常之大。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。现在，我国包装行业还存很多不恰当的地方，即在于，从产品结构上看，简单、原始产品较多，深加工和精加工产品较少；普通塑料包装产品所占比重过大，功能性的包装产品发展不快；形成重塑料包装制品轻塑料包装材料的，重设备轻技术，重生产轻研究开发的这么一个趋势；产品更替缓慢，导致塑料包装产业结构不合适，不可以完全适应市场需求的变化。二是从企业结构上看，塑料包装企业总体规模不大，产业集中度不高。三是从地区结构上看，西部地区包装工业比较落后，而东部的上海、江苏、浙江、山东、广东、福建塑料包装工业较为发达。目前包装产业还处于高速发展，但是有专家预测，未来我国包装产业长期存在着产能过剩、依赖能源资源消耗、没有自主创新能力、企业竞争能力不强、产业规模与经济效益不相称等结构性和素质性缺陷的问题。延伸包装产业的产业链，做深做好包装工业，优化产业结构化，增强自主创新能力，将是未来包装工业的一个发展趋势。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。随着科学技术的不断进步发展，各种食品加工品不断的出现，对包装技术和包装设备都提出了更高的要求，包装机在各大领域中发挥着越来越大的作用。目前包装机竞争越来越激烈，而高度自动化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包装设备越来越得到行业的青睐。进入21世纪以来，较之传统的包装机，新型包装机要求具有简洁化、高生产率、配套更完善，更具自动化等特点。未来的包装机将配合产业自动化的发展，使包装设备总体水平提高。如高智能数控系统、编码器及数字控制组件、动力负载控制等新型智能设备已经广泛应用到包装机设备中，使设备使用者在操作过程中更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率和兼容性。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。在中国不断发展的道路上，发展包装业也是必不可少的，它可以推进中国全面建成小康社会。所以，研究一款间歇式包装机是很有必要的，它可以广泛应用于食品，药品，玩具等一些小商品的包装，同时也可以运用于一些大商品的包装。并且本文研究的间歇式包装机是一个多模式，全自动的包装机，相信它可以得到广泛的运用。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。本次毕设的题目是间歇式包装机袋长控制系统设计，通过这次毕业设计使我更加深入了解间歇式包装机控制系统，系统的学习和认识了间歇式包装机电路知识和电子技术部分知识。锻炼了我单片机应用系统硬件设计能力，提高我在单片机应用方面的能力，使我深入学习C语言编程能力，能较强的使用C语言编程。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 本文第一章为绪论，主要写研究本课题的目的，意义以及主要的研究类容，第二章主要对设计的方案进行了一个简单的论述，第三章主要写了硬件电路的设计思路及原理图，第四章主要对软件设计思路及流程图进行了撰写，第五章主要是本次研究的软件调试和硬件调试。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。目 录第1章 绪论- 8 -鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.1 课题工程背景- 8 -籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.2 步进电机- 9 -預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。1.3 课题研究内容- 9 -渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。第2章 方案论证- 10 -铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。2.1 MCU的选择- 10 -擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2.2电机的选择- 10 -贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.2.1 步进电机驱动- 11 -坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.3液晶的选择- 12 -蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.4键盘的选择- 13 -買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.5 系统总体方案论证- 13 -綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。第3章 硬件电路设计- 15 -驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.1 硬件电路设计方案- 15 -猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.2 电源模块- 15 -锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.3 单片机最小系统- 16 -構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.3.1 时钟电路- 17 -輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.3.2 复位电路- 17 -尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。3.4 键盘电路- 18 -识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3.5 显示电路- 19 -凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。3.5.1 液晶显示模块概述- 19 -恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.5.2 lcd12864引脚- 19 -鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.5.3 lcd12864电路连接- 20 -硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3.6 色标检测模块- 21 -阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。3.7步进电机驱动- 21 -氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。3.8 电机模块- 22 -釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。第4章 软件设计程序- 25 -怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。4.1 按键扫描程序流程图- 25 -谚辞調担鈧谄动禪泻類。4.2 色标控制程序流程图- 27 -嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。4.3 连续包装流程图- 27 -熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。4.4 液晶显示程序设计- 28 -鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。4.5 主程序流程图- 30 -纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。第5章 系统调试- 31 -颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。5.1原理图绘制说明- 31 -濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。5.1.1选择合适的图纸- 31 -銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。5.1.2 元件搜索- 31 -挤貼綬电麥结鈺贖哓类。5.1.3 电路图的连接- 32 -赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。5.1.4 电气规则检查- 32 -塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。5.2 Proteus仿真说明- 33 -裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。5.2.1编写程序生成hex文件- 33 -仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。5.2.2 将程序放入CPU中- 34 -绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。5.2.3 仿真现象- 35 -骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。5.3 软件调试- 36 -瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。5.4 硬件调试- 38 -鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。5.4.1色标模块- 38 -栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。5.4.2程序下载到硬件- 39 -辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。5.4.3 硬件实现- 40 -峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。5.5 遇到的问题- 42 -詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。第6章 性价比- 43 -则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。第7章 总结- 44 -胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。致 谢- 45 -鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。参考文献- 46 -稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。附录 原理图- 48 -陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。附录 实物图- 49 -沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。附录 元器件清单- 50 -钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。附录 程序清单- 51 -懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。VI第1章 绪论1.1 课题工程背景 经过20多年的发展，我国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，为我国包装工业快速发展提供了有效的保障。但目前我国包装机械出口额还不足总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。包装机械行业缺少龙头企业，生产规模大、产品档次高的企业不多。根据食品和包装机械工业协会的统计，中国目前有包装机厂商3,600多家，但产值及销售额超过亿元的现在只有20家。我国还基本停留在测试仿制阶段，自行开发能力弱。统计显示，我国包装机品种只有1300多种，配套数量少，缺少高精度和大型化产产品，不能满足市场需求，产品质量差距表现在产品性能低，稳定性和可靠性差、外观造型不美观、表面处理粗糙，许多元器件质量差，寿命短，可靠性低，影响了整体产品的质量。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。随着科学技术的不断发展进步，各种食品加工品的出现，对包装技术和包装设备都提出了新的要求，包装机在流通领域中发挥着越来越大的作用。目前包装机竞争日趋激烈，而高度自动化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包装设备越来越受到行业的青睐。进入21世纪以来，较之传统包装机，新型包装机要求具有简洁化、高生产率、配套更完善，更具自动化等特点。未来的包装机将配合产业自动化趋势，促进包装设备总体水平提高。如高智能数控系统、编码器及数字控制组件、动力负载控制等新型智能设备已经普遍应用到包装机设备中，使设备使用者在操作过程中更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率和兼容性。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。所以，就目前的发展情况来说，研究一款间歇式自动包装机是很有必要的。1.2 步进电机 步进电机是一种将数字脉冲信号转化为角位移的执行机构。也就是说，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角、步距角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。1.3 课题研究内容 根据实际工程背景，本课题要完成的主要内容为： 间歇式包装机使用步进电机供膜，以便提高供膜的可靠性。以前的包装膜供送多采用曲柄连杆机构间歇拉带方式，结构复杂，调整困难，特别是当需要更换产品时，不仅调节困难，而且包装膜浪费很多。采用步进电机与拉带滚轮直接连接拉带，不仅结构得到了简化，而且调节极为方便，节省了调节时间，又节约了包装材料。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 1.连续式包装模式：在连续包装时，步进电机根据设定的速度连续转动，包装膜被均匀的连续输送。当改变袋长时，通过键盘输入的数据，步进电机根据新数据自动旋转指定长度。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 2.色标制模式：包装机配有光电开关，光电开关检测色标的位置，当检测到色标时，发出控制开关信号，步进电机接到信号后，停止转动，延时一定时间后，再转动供膜，周而复始，保证按照色标的位置定长供膜。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。 3. 包装机可以根据预先设定的包装膜的长度自动完成控制进行包装，即步进电机转动到一定长度后，暂停转动，包装完成后再转动。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。 4. 设计出简易的键盘与控制器相连接，便于输入设定袋长的数据。5. 能够显示出所输入设定袋长的数据，并且能够更改数据。第2章 方案论证本章主要通过对设计要求的分析，来对系统的方案选择进行论证，通过对各个功能模块的设计和实现，来完成系统的整体功能。该系统通过键盘输入，扫描将其结果输送给单片机，再通过单片机控制电机转动指定的角度并且用单片机控制液晶显示出其转动角度所对应的长度以及运行模式。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。2.1 MCU的选择 此设计的MCU我们选的是STC89C52单片机，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。2.2电机的选择 在本次设计中可使用的电机有步进电机，伺服电机和直流电机，综合考虑，步进电机方便控制角度，可以很好的控制包装带的长度，在性能方面是最好的选择。在价格方面，虽然直流电机是最便宜的，但是直流电机做不到精确地控制。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。综上各种原因，此处我们选用两相混合式步距角为1.8度的步进电机。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。 步进电机控制框图如图2.1所示 驱动电路步进电机AT89C52控制信号 图2.1 步进电机控制框图2.2.1 步进电机驱动方案一：由单片机编程产生并分配环形脉冲，由分散元件构成功率放大电路，信号经其放大后驱动步进电机。设计方框图如图2.2所示。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。 步进电机 放大电路 MCU图2.2 方案一该方案由单片机作为脉冲产生模块以及脉冲分配模块，经编程后从单片机输出已经分配的环形脉冲，经一些分散元件构成的放大电路放大后驱动步进电机。此方案结构简单易行，驱动电机所需要的控制信号直接由软件实现。由分散元件构成的放大电路实现简单，而且所需元件常见，价格便宜，节约成本。但是该设计在步进电机在低频工作时，振动大、噪声大。另外占用单片机资源较多，编程复杂，而且不能实现对脉冲实现细分，达到对步进电机的精确控制。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。方案二：由单片机产生脉冲，经TA8435H专用芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图2.3所示。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。 步进电机 AT8435H MCU图2.3 方案二使用细分方式，能很好的解决步进电机在低频工作时，振动大、噪声大的问题。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步距角的细分。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。方案三：由单片机产生四路信号，将这个四路信号送给ULN2003A芯片进行脉冲分配，再将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图2.4所示。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。 步进电机 ULN2003A MCU图2.4 方案三ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。但是使用ULN2003A只可以驱动小型步进电机，不能满足本设计的需要。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。方案四：由单片机产生脉冲，经L298N芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图2.5所示。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。 步进电机 L298N MCU图2.5 方案四L298N可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可直接通过电源来调节输出电压，直接用单片机的I/O口提供信号。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。综合考虑，L298N方便控制并且成本较低，所以选择方案四驱动步进电机。2.3液晶的选择在本次设计中可使用的液晶有lcd12864和lcd1602。Lcd1602虽然相对来说要简单一些，但是它只能显示字母和数字，lcd12864则能很好的显示汉字，可以将本次设计所要求显示的长度，模式都很好的显示出来。所以还是采用较为复杂的lcd12864进行显示。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。2.4键盘的选择键盘电路常用的有两种，一种是独立式键盘电路，另一种是矩阵式键盘。独立式键盘每个按键独占一根I/O线。因此键识别软件非常简单。对于只有几个按键的系统，常采用这种电路。对于多按键系统来讲，这种电路将占用更多的I/O线而变得无法实用。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。矩阵式键盘电路将I/O口线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，这就构成了行列式键盘。行列式键盘中按键的数量可达行线数n乘以列线数m。由此可以看到行列式键盘在按键较多时，可以节省I/O线。按键开关的两端分别接在行线和列线上。所以本次设计采用矩阵键盘。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。2.5 系统总体方案论证本方案中的主控单元采用了常见的8位微控制器AT89C52。P1口作为4*4键盘输入端，用来实现人机交互。通过键盘输入数据来控制电机的转动角度，以此来控制包装膜的长度。本设计已经选择了L298N作为驱动，通过接受单片机传输的信号来产生脉冲信号来控制电机的转动。设计方案中同时具备了色标显示功能，当检测到包装膜上的色标时，色标传感器会给出相应的脉冲信号，单片机以此作为中断触发信号。在中断中实现对步进电机转动的控制和相应数据的显示。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。 总设计框图如图2.6所示。AT89C5212864液晶显示L298N驱动芯片色标检测4*4键盘输入步进电机图2.6 总设计框图如图2.6所示，本设计的包装机共分为两个模式，首先通过键盘选择包装模式，第一个模式为连续包装模式，确定了模式之后，选择对长度进行设置，设置一个三位数的长度，点击开始键可以进行包装，包装过程为：包装袋输送所设置的长度后，电机停转，进行切割包装，当包装完成后自动进行下一个的包装。在包装过程当中可以暂停，如需重新设置长度需要清零后，再重新进行设置。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。 连续式包装设计框图如图2.7所示。步进电机转动长度对应的角度键盘确认为连续包装模式输入包装物体的长度液晶显示包装长度及电机状态图2.7 连续包装模式框图 模式二为色标控制式包装，通过键盘确定为此模式之后，步进电机开始转动，当有物体通过色标检测口时，检测到物体上红色标记时，步进电机停转进行切割包装，当包装完成时再继续运送包装袋，进行下一个物体的包装。穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。 色标式包装设计框图如图2.8所示。有色标时步进电机停转，延时后在转动键盘确认为色标包装模式检测是否有色标通过 无色标时步进电机一直匀速转动图2.8 色标包装模式框图第3章 硬件电路设计3.1 硬件电路设计方案 该系统通过4*4键盘输入，通过行列扫描将其结果输送给单片机，再通过单片机控制步进电机转动指定的角度并且用单片机控制12864液晶显示出其转动角度所对应的长度以及包装机的运行模式。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。3.2 电源模块电路中的单片机AT89C52的工作电压是+5V，根据稳压电源的原理设计要求及其技术指标，结合本系统的功率需求及安装方便实用，本次设计需要得到直流 +5V和+12V电压。提供给AT89C52芯片、步进电机及其他相关电路。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。 如图3.2所示，220V交流电压通过变压器先进行一个降压，降压之后接一个保险丝FU1，当电压过高时，电路自动切断，当电压满足要求时，通过整流管进行整流，因为左上角二极管截止，正电流从右上角的二级管流向7805芯片，再流向左下角的二极管从而形成了一个闭合的回路；而负电流则从右下角的二极管流向7805芯片再到左上角的二极管形成回路。电压通过整流管之后再进行稳压得到一个稳定的电压，然后再经过7805芯片得到一个5V电压，最后再进行一次稳压，使得到的5V电压更稳定。5V稳压电路如图3.1所示。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。图3.1 5V稳压电路 12V稳压电路的原理和5V稳压电路原理基本相似，这是把7805的稳压芯片改为7812稳压芯片便可以得到12V的稳定电压。12V稳压电路如图3.2所示。惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。图3.2 12V稳压电路3.3 单片机最小系统AT89C52是当下最常用以及最多见的单片机的一种，它具有8kd的内存并且是CMOS8位的单片机。具有可擦除性。它还具有两个定时器（计时器），在当下的电子产品中有着十分广泛的运用。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。AT89C52共有40个拐角单片机，它的最小系统是指给此芯片接上时钟电路和复位电路之后所形成的系统。 AT89C52引脚图如图3.3所示。图3.3 AT89C52引脚图3.3.1 时钟电路时钟电路对于单片机而言，就像心脏对于人一样，单片机执行一条指令需要两个时钟周期，没有了时钟电路也就不存在时钟周期，这将使单片机无法正常工作。时钟信号又被分为内部振荡和外部振荡。单片机内部具有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端。如图3.4所示，用两个15pF的电容和一个11.0952MHZ的晶振并联，使其形成一个并联的谐振电路，实现振荡，从而输出一个时钟，这样就可以得到时钟电路。时钟电路如图3.4所示。嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。图3.4 时钟电路3.3.2 复位电路为了使单片机内的一些特殊的寄存器可以正常使用，就必须对电路进行一个初始化，也就是复位电路，复位后可使CPU及系统各部件处于初始化的状态以保证后续可以进行正常的工作。单片机的复位电路是需要外接电路的，本次设计采用的是高电平复位。如图3.5中R17，R16和C3组成上电复位电路，其值R17取为100，R16取为1k和C取为10uF，R17的左端需接一个高电平，rest端口接52单片机的rst口。薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。复位电路如图3.5所示。图3.5 复位电路3.4 键盘电路矩阵键盘就是一个4行4列的键盘，相对于独立键盘，它可以增加IO口的利用率，独立的键盘每一个都需要一个IO口，而矩阵键盘利用它的行列的特点，可以增加一半的IO口利用率。用AT89C52单片机的P1口接4*4矩阵键盘，P1.0-P1.3接矩阵键盘的行线，P1.4-P1.7接矩阵键盘的列线。实际电路图连接如图3.6所示。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。图3.6 矩阵式键盘电路矩阵键盘采用的是逐行扫描法，是一种最常用的按键识别方法，如图3.6所示键盘，先对P1.0-P1.3口的初值设置为高电平，当16个按键当中有按键按下时，P1.0-P1.3中一定会有一行电压被拉低，此时可以判断出矩阵键盘当中有按键按下。当有按键按下后，通过有一个按键按下后会出现两个低电平，先通过P1.3-P1.7口确定这个低电平出现在那一列，然后在对P1.0-P1.3口进行扫描确定出现在哪行，通过这几个步骤能够精确的确定按下的按键。绅薮疮颧訝标販繯轅赛。3.5 显示电路 在本次设计中，显示部分是为了更好的展现包装机的模式以及运行状态。为了使内容能到充分展现，采用lcd12864进行显示。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。3.5.1 液晶显示模块概述 12864中文汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（16X16 点阵）、128个字符（8X16点阵）及 64X256点阵显示RAM（GDRAM）。 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。主要技术参数和显示特性: 电源：VDD 3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)； 显示内容：128列 64行 显示颜色：黄绿/蓝屏/灰屏 显示角度：6：00钟直视 LCD类型：STN 与MCU 接口：8位或4位并行/3位串行 配置LED背光 多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。3.5.2 lcd12864引脚Lcd12864共有20个引脚接口，其中有RS，RW，EN三跟信号线，还有DB0DB7共8根的三态数据线，还有串口方式和复位端等等。其构成以及结构图如图3.8所示。鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。图3.8 lcd12864引脚图3.5.3 lcd12864电路连接12864液晶的PA口到PH口的8个数据口分别接P2.0到P2.7口，P3.0口接CS1口，P3.1口接CS2口，P3.2口接RS口，P3.4口接RW口，P3.5接E口。12864液晶显示电路如图3.9所示。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。图3.9 12864液晶显示电路3.6 色标检测模块 色标检测模块的功能是对物体上的红色标志进行扫描，确定有物体通过，当扫描到红色标志的时候包装机停下对物体进行包装，包装完成后包装机继续转动，等待下一个物体的到来。色标传感器在行业中的应用是很广泛的，色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区进行比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。色标传感器其实是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而接收器与物体成锐角方向安装，让它只检测来自目标物体的散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。白炽灯和单色光源都可用于色标检测。色标传感器工作原理：色标传感器对各种标签进行检测，即使是背景颜色有着细微的差别的颜色也可以检测到，处理速度快。自动适应波长，能够检测灰度值的细小差别，与标签和背景的混合颜色无关。踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。本设计方案中的色标模块信号接入单片机的P2.1口，在仿真当中使用一个按键开关来代替这部分。当检测到红色后，该传感器输出信号给单片机，控制电机停转，包装完成后再继续转动。婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。3.7步进电机驱动本次设计方案论证之后，选用的驱动芯片为L298N，所以使用L298N来驱动步进电机。L289N 是一种二相和四相电机的专用驱动电路，即内含二个H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 逻辑电平信号，可驱动46V、2A 以下的电机。譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。模块接口说明：+5V：芯片电压5V。 VS：电机电压，最大可接50V。GND：共地接法。A-D-：输出端，接电机。AD+ ：为步进电机公共端，模块上接了VCC。EN1、EN2：高电平有效，EN1、EN2分别为 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端。IN1 IN4：输入端，输入端电平和输出端电平是对应的。 L298N芯片的引脚如图3.11所示。图3.11 驱动芯片L298N引脚图 使用L298N驱动步进电机时，OUT1、OUT2、OUT3和OUT4 接到步进电机的4个接口。IN1、IN2、 IN3、 IN4 接到单片机的P0.0-P0.3口，获得4路电平控制信号，控制步进电机的转动，ENA , ENB 接控制使能端，控制电机的停转。L298N驱动步进电机原理图如图3.10所示。 俦聹执償閏号燴鈿膽賾。图3.10 L298N驱动步进电机原理图3.8 电机模块步进电机又被称为脉冲电机，它可以将电脉冲信号转换为角位移。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作为驱动元件。步进电机收到单片机发送的脉冲信号，控制步进电机转动相应的角度。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，单片机输入一个信号，步进电机转动一个脉冲对应的角度。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的十分精确并且方便。缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。 此次设计采用两相混合式步进电机。单片机产生4路控制信号输给步进电机驱动L298N，再通过此驱动对步进电机的转动进行一个控制。骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。 励磁线圈如图3.11所示：图11 步进电机励磁线圈 步进电机工作原理说明：步进电机由转子和定子组成，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由四组绕组组成。步进电机组成和电气连接分别如图3.12和3.13所示。癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。 图3.12 转子和定子示意图 图3.13 电气连接示意图当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N极，远离转子为S极才磁场，这样的定子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地S1、S4的送电次序，就能控制转子旋转的方向。鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。对步进电机转动原理进行了解后，对本设计要求的分析，本设计选择的电机是步距角为1.8的两相混合式步进电机。榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。1、由于电机的转动步距角为1.8，通过计算：360/1.8=200，则步进电机转一圈需要200个脉冲。逊输吴贝义鲽國鳩犹騸。2、电机的转动半径选择10cm，通过计算：2*10*=62.8cm，则步进电机每旋转一圈的运输的包装膜的长度为62.8cm。幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉。第4章 软件设计程序在整个系统的设计过程中，系统中的硬件电路设计部分固然是很重要的，但是系统的调试需要软件来辅助实现，软件设计部分也是很重要的一部分。誦终决懷区馱倆侧澩赜。4.1 按键扫描程序流程图按键是重要的人机交汇界面，在总体设计中起着至关重要的作用。按键扫描程序流程图如图4.1所示。延时去抖动键盘初始化延时去抖动扫描是否有按键按下判断是哪个按键按下返回扫描结果返 回开 始YNYN医涤侣綃噲睞齒办銩凛。图4.1 按键扫描流程图 判断是否有按键按下程序如下：void keydown(void) P1=0xF0;if(P1!=0xF0) /判断按键是否按下 如果按钮按下 会拉低P1其中的一个端口 keyscan(); 按键检测部分程序如下： void keyscan(void) uchar i; temp = 0; P1=0xFe; /高四位输入 行为高电平 列为低电平 delay(1);temp=P1; /读P1口 temp=temp&0xF0; /屏蔽低四位 temp=(temp4)|0xF0); if(temp=1) / p1.4 被拉低 key=1; delay(100); else if(temp=2) / p1.5 被拉低 key=2; delay(100); else if(temp=4) / p1.6 被拉低 key=3; delay(100); else if(temp=8) / p1.7 被拉低 shezhi(); 4.2 色标控制程序流程图色标控制的主要目的是检测包装中的色标。当检测到包装中的色标时控制系统会先停止电机转动，然后开始包装过程，在电机停转一段时间后继续工作，完成下一个包装过程。舻当为遙头韪鳍哕晕糞。 色标检测流程图如图4.2所示。选择色标包装模式YNN开 始电机旋转初始化是否转换其他包装模式是否有色标通过Y电机停转开始包装图4.2 色标检测流程图4.3 连续包装流程图 连续包装的主要目的是在连续包装时，步进电机根据设定的速度连续转动，包装膜被均匀的连续输送。包装机可以根据预先设定的包装膜的长度自动完成控制进行包装，即步进电机转动到一定长度后，暂停转动，包装完成后再转动。鸪凑鸛齏嶇烛罵奖选锯。 连续包装流程图如图4.3所示。初始化选择连续包装模式开 始键盘输入包装长度是否转换其他包装模式Y步进电机连续包装重新输入袋长进行包装图4.3 连续包装流程图4.4 液晶显示程序设计12864液晶用于显示包装机的模式和状态，方便人们直接获取信息。液晶共有4行，设置第一行显示制作者信息，第二行显示包装机的模式，第三行显示连续包装模式需要包装的长度，第四行显示包装机开始，暂停，清零等状态。筧驪鴨栌怀鏇颐嵘悅废。 初始化LCD程序如下：void lcd_init() LCD_PSB = 1; /并口方式 LCD_RST = 0; /液晶复位 delay(3); LCD_RST = 1; delay(3); lcd_wcmd(0x34); delay(5); lcd_wcmd(0x30); delay(5); lcd_wcmd(0x0C); delay(5); lcd_wcmd(0x01); delay(5); 12864显示流程图如图4.4所示， 开始12864进行初始化 LCD清屏 检查LCD 是否繁忙YN 设定显示位置 写指令数据到LCD 写显示数据到LCD 返回图4.4 12864显示流程图 4.5 主程序流程图主函数先对各个部分进行初始化，然后扫描键盘是否按下，再进入键盘扫描程序，确定工作方式，如果为模式一，进行长度设置最后开始包装，如果为模式二直接控制电机转动，直到色标模式有信号传来为止。主程序流程图如图4.5所示。韋鋯鯖荣擬滄閡悬贖蘊。是否改变工作方式NNYYYN显示清零Y开 始N系统初始化选择连续包装模式光电检测工作方式N输入数值输入数据是否正确Y电机停止工作电机工作是否改变输入的数值电机停止工作是否改变工作方式图4.5 主程序流程图第5章 系统调试5.1原理图绘制说明电路原理图的设计与绘制是整个电路设计的基础，设计一个电路原理图的步骤有：电路图图纸的大小的选择，设计电路图的总体布局，在图纸上放置元器件并对元器件进行调整，进行布线和整体布局，以及进行电气规则检测。涛貶騸锬晋铩锩揿宪骟。5.1.1选择合适的图纸 绘制电路图首先要选择一张大小合适的图纸，此设计当中我们选用A4的图纸，在软件中点击“文件”-“新建 ”设计”可以根据设计的规模选择页面的大小，根据要求选择A4图纸，如图5.1所示：钿蘇饌華檻杩鐵样说泻。图5.1 设计图纸大小选择5.1.2 元件搜索选择好适合的图纸之后，在主界面的左边有模型选择工具栏，通过它可以选择一些基本的器件，通过它找到我们所需要的元器件放入图纸适当的位置上去。并单击元件设置元器件的参数。元件搜索如图5.2所示：戧礱風熗浇鄖适泞嚀贗。图5.2 元器件查找与选择界面5.1.3 电路图的连接将找到的元器件摆放好位置，按照元器件的拐角以及功能将元器件连接起来。5.1.4 电气规则检查对所绘制的电路原理图进行检查，这时可以点击“工具”-“电气规则检查” ，检查原理图中是否有忘记连接的引脚，是否有忘记接电源或接地等，如有错误需要做一个更改，以保证原理图没有错误。电器规则检查结果如图5.3所示。購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳。图5.3 电气规则检查结果总的来说，一个完善的系统主要要看它是否稳定，精确，设计简单，容易实现，修护容易，成本低，体积小。满足以上条件的系统就可以称为一个完善的系统。因此，我在设计中选用了一些能稳定的工作同时价格也相对便宜的器件。嗫奐闃頜瑷踯谫瓒兽粪。5.2 Proteus仿真说明5.2.1编写程序生成hex文件电路原理图绘制完成之后就可以进行软件的仿真。先在keil新建一个工程保存，然后选择所用MCU的类型，在这选择at89c52，然后再工程里面新建一个.c文件，保存为c语言的格式，然后写入代码，再把文件添加到工程里面，在工程上点击右键就行，选择add files to group,还有记住要在Target 1上面点击右键，选择option。在输出选项上面选择生成hex文件。如下图5.4所示：虚龉鐮宠確嵝誄祷舻鋸。 图5.4 hex文件的生成5.2.2 将程序放入CPU中在protues的菜单Debug(调试)中,选中Use Remote Debug Monitor(使用远程调试监控)，再左键双击芯片将所生成的 .hex文件写入89C52芯片中，将 .hex文件载入，就完成了程序的写入。與顶鍔笋类謾蝾纪黾廢。导入文件如下图5.5所示：图5.5 .hex文件导入5.2.3 仿真现象当程序放入芯片之后，就可以进行仿真了。先进行模式设定，如果设定为连续包装模式则进行长度设定，再按开始键开始包转；如果设定为色标模式则直接进行包装，遇到色标时停下延时再进行包装。 結释鏈跄絞塒繭绽綹蕴。Protues仿真图如图5.6所示。图5.6 Protues仿真图5.3 软件调试 本次设计采用Keil C51软件进行编程设计。先在keil新建一个工程保存，然后选择所用MCU的类型，在这选择at89c52，然后再工程里面新建一个.c文件，保存为c语言的格式，然后写入所需的控制代码。 Keil C51软件界面如图5.7