基于单片机的粉料包装机控制系统设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）基于单片机的粉料包装机控制系统设计毕业论文前 言1第1章 绪 论21.1 粉料自动包装机控制系统发展情况21.1.1 国外发展情况21.1.2 国内发展情况21.1.3我国包装机控制系统的发展方向31.2 粉料自动包装机控制系统的应用及适用范围31.3 粉料自动包装机控制系统现存问题41.4 研究开发的意义41.5 研究的内容与目的51.5.1 研究内容51.5.2 研究目的51.6 本章小结6第2章 粉料自动包装机控制系统总体方案设计72.1粉料自动包装机控制系统的组成和各部分的功能72.2粉料自动包装机控制系统总体方案82.2.1 设计要求和适用范围82.2.2 工艺流程分析92.2.3 设计步骤122.3 本章小结13第3章 粉料自动包装机控制系统硬件设计143.1硬件选型143.1.1 封口模块元件设计143.1.2 装料模块元件设计153.1.3 称重模块元件设计163.1.4 光电检测模块元件设计173.1.5 放大电路元件设计183.1.6 显示模块元件设计203.1.7 主处理器的选用213.2粉料自动包装机控制系统的原理图设计223.3 本章小结23第4章 粉料自动包装机控制系统软件设计244.1 keil软件简介244.2 软件设计254.2.1 包装袋制作系统的程序分析254.2.2 数码管显示程序分析264.2.3 MAX485与单片机间数据传递程序分析274.3 本章小结29第5章 系统调试305.1 Keil软件调试305.2 Protel-Dxp软件的介绍315.3 Microsoft Visio软件的使用315.4 本章小结32结 论33谢 辞34参考文献35附 录360前 言近年来，随着经济的迅速增长和人名生活水平的不断提高，作为传统行业之一的包装工业，呈现快速发展的态势，是人们普遍看好的“朝阳产业”，随之而来的是包装机应用需求的大幅增长。电气自动化技术已越来越受到各方面的关注，在改善人民生活、提高工作效率，节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力方面起着很大的作用。在电气自动化技术迅速发展的今天，新型的包装机已经全部实现自动化，只有一些陈旧的设备还没有及时得到更换。自动包装机分为半自动包装机和全自动包装机两种。由人工供给包装材料的（容器）和内装物，但能自动完成其他包装工序的包装器称为半自动包装机；自动完成主要包装工序和其他辅助包装工序的机器成为全自动包装机。本设计是基于89C52系列单片机的全自动包装机。可以广泛应用于面粉、大米、饲料、水泥等粉料包装行业。该全自动包装机要求制袋、取袋、称料、装袋、封口、传送等工序全自动完成。装料质量、制袋长度可以调整。采用89C52单片机控制的全自动包装机是集机电一体化、光电检测、智能计数、自动跟踪纠偏等功能于一体的多用途全自动包装机。该包装机具有光电检测、计数显示、自动称量、自动装料的功能，符合产业标准和行业需求，并且具有性能稳定、操作维护方便、效率高等特点，保证了包装袋的长度稳定，封口美观。根据工艺要求，该全自动包装机采用89C52单片机进行自动控制，主要包含制袋模块、装料模块、称重模块、显示模块、封装模块。能够实现包装袋的制作、原料的自动称量、原料自动装袋、传送带传送、自动计数显示等功能，并可对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、数据上传等功能。本课程设计的目的就是自主设计一个新型粉料包装机电气控制系统，提高原有包装及系统的包装性能，能更好的满足工业生产的要求，提高生产效率，减轻人工劳动的强度。达到传统包装机械达不到的效果。着重解决人工装袋、人工封口浪费劳动力的问题，使传统包装机械的自动化程度更好。因此本设计具有很好的发展前景。 第1章 绪 论1.1 粉料自动包装机控制系统发展情况1.1.1 国外发展情况粉料自动包装机控制系统，最初是由美国于上世纪五十年代开发出来的产品。后来日本得到发展，并于上世纪六七十年代随日本经济高速发展，技术性能得到长足的进步。美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国，从目前情况来看，全世界的包装机械需求预计每年5.3%的增长速度增长，美国拥有最大的包装设备制造商，其次是日本，其他主要生产商还包括德国、意大利和中国。但是到2013年，包装设备生产增长最快的是发展中家和地区。发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中国家巡展当地核实的生产厂家，特备是在视频加工工厂进行投资，提供包装机械设备。粉料包装机市场潜力巨大。那些传统上不使用包装系统的工业将成为包装机械市场的新客户。从而成为刺激销售增长的因素之一。已经具备包装设备的公司未来更新货增加包装生产线的比例将提升，特别是面粉、饲料包装行业的需求最为殷切1.1.2 国内发展情况我国包装机械起步较晚，在新中国成立时几乎是一片空白，只有少数工厂货作坊生产一些简单的手工包装工具，或为少数进口机器进行修配服务。上世纪八十年代初，我国才大量引进粉料自动包装机并生产出自己的产品，但只能生产几种水平很低的包装机械。以日清品牌为代表，主要针对方便面生产线配套使用。上世纪九十年代，由于改革开放，我国经济迅猛发展，社会对包装机械的需求不断增加，市场需求，政府的重视政策引导和积极扶持，我国包装机械得到迅速发展，这种机型开始大量用于粮食流通，同时派生出各种各样的类似包装机。我国包装机械产品与发达国家相比，其差距主要表现在：控制技术和产品可靠性方面较差。且技术更新的速度太慢，新技术、新材料、新工艺推广的范围太窄，从整体水平上看，比发达国家要落后20年。随着机电一体化的应用，粉料自动包装也向着高速全自动模块化的方向发展及创新。现今国外开发的粉料自动包装机已极其人性化:高速、节能、全自动、模块化。1.1.3我国包装机控制系统的发展方向随着包装机械竞争的日益加剧，包装机械在技术发展方向上朝着一下四个方向发展：（1） 机械功能多元化。工业产品已经趋向精致化、多元化、弹性化。具有多种切换功能的包装机更适应市场需求。（2） 结构标准化、模块化。充分利用原有机型模块化设计，可以在短时间内转换新机型。（3） 控制智能化。未来包装机必须具有多功能化，调整操作简单的等特点，基于电脑的智能仪器将成为食品包装控制发展的新趋势。（4） 结构运动高精度化。结构设计及运动控制等关系到包装机械的性能的优劣，可以通过马达、编译器及数字控制、动力负载控制等搞疆独控制器来实现，并适度的做产品延伸。1.2 粉料自动包装机控制系统的应用及适用范围现代经济生活中，绝大多数产品都需要经过包装成为商品，才能进入市场销售。而粉粒类产品的包装要借助包装技术及装备。所以粉料包装设备在包装过程中是不可或缺的工艺手段。粉料包装机控制系统是包装设备中较为重要的一种形式，适合均匀细颗粒、无粘性粉体物料（生物肥、饲料、添加剂、奶粉、农药、兽药等物料）各类粉料、粉剂、粉体的全自动计量包装，可自动完成上料、计量、制袋、包装、封口、计数等整套包装流程。尤其适用于大批量的粮食转移、称重、封口等过程。自动包装是提高装袋速度，减轻工人劳动强度的有效方法1.3 粉料自动包装机控制系统现存问题我国包装机械发展较晚，目前正处于起步应用阶段，虽然从九十年代后，我国的制袋充填机有了较快发展，通过参考国内外产品进行消化吸收，自主开发研制，技术上有了很大的提高，但与国外相比，国内大多数产品都是用于中小袋的粉料包装机，技术含量低，包装品种单一，不能适应粮食类粉料的大规模包装运输。成熟产品技术易模仿和抄袭，造成低水平重复，阻碍了对包装机的技术创新和发展。过去的包装机需要人工套袋，不仅影响了包装速度，包装过程中产生的粉尘对工人的身体健康也有伤害，同时也也有一定的危险性。过去的粉料自动包装机已经不能满足人们对包装机高效、安全、卫生的要求了。在产品技术方面，国内粉料包装机的主要特点如下：（1） 速度低，品种少国外大多数制袋充填包装机根据包装物料的不同和产量的大小，一般在20-100袋/分之间，大多为单列式包装，封合形式一般是三边封，四边封和背封式。（2） 精度低采用螺杆充填的粉料计量充填系统，当充填量为100g1000g时，国外机器的计量精度一般1%，而国内一般在62%63%之间。（3） 可靠性低国内一些企业为了能在产品初期快速赚钱，低价格倾销，采用无质量保证的电子元件、控件或低级的原材料，再加上无规范的加工和装配工艺，没有针对具体情况进行改造，导致产品不稳定或不适合用户使用要求。（4） 自动化程度低国内一些现用的包装机没有实现完全的自动化，还停留在半自动化的水平，迫切需要改良和改进。1.4 研究开发的意义针对国内许多粮食部门对先进粉料自动包装机的需求，本设计着重探讨粉料自动包装机的整体结构设计和模块化结构，开发出具有包装速度快，通用性好以及结构简单可靠、操作方便、自动化程度高的新颖包装机，对我国包装行业发展有着积极的意义。1.5 研究的内容与目的1.5.1 研究内容根据包装过程的需要和被包装物的性状特点，粮食类粉料自动包装设备主要由下各系统组成：（1） 制袋系统；（2） 装料系统；（3） 计数显示系统；（4） 包装袋上、下封口系统；（5） 转运系统； （6） 取袋系统；（7） 机身；1.5.2 研究目的通过理论研究，对关键部件理论分析，提出一种使用简单、可靠和通用的传动系统，将单一包装尺寸拓展为袋长和产量可调的结构形式；对包装袋制造结构、装袋封口结构、传送结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究设计，设计出一个多用途的粉料包装机，使其能够完成不同粉料的包装。能够自动制作包装袋，完成剪切、封口、摆放等一系列复杂的动作；能够自动称量粉料并装袋，完成下料、称料、取袋、装料、封口、放到传送带等动作。改进原有包装机包装速度慢、设备体积大、自动化水平低等不足，使得新设计出的包装机能够更好的适应生产需求，提高包装速度和包装质量。从而是包装出的产品更加的受到消费者的欢迎，具有很深的现实意义。1.6 本章小结本章详细介绍了包装机的起源、发展、以及现状。从国外到国内，从起步到发展，从落后到先进，详细的介绍粉料包装机从最初的手动包装机到半自动包装机再到全自动包装机的发展历程。本章还阐述了设计全自动粉料包装机的现实意义是为了让传统的包装机实现全自动化，节省人力，节省能源。鉴于现有的企业包装还停留在半自动包装的时代，因此设计开发新型的全自动粉料包装机非常必要，也非常有市场前景。22第2章 粉料自动包装机控制系统总体方案设计2.1粉料自动包装机控制系统的组成和各部分的功能如图2-1，完整的包装机一般由制袋装置、给料装置、称重系统、装料系统、封口装置、运输装置组成。图2-1 包装机的整体结构（1） 制袋装置：包装粉料需要包装袋，制袋装置是为了将筒状的塑料薄膜通过剪切封口等动作，制作成一端封口，另一端开口的包装袋。供装料装置装料，制袋的速度要比装袋的速度快，这样才不会使装料装置停止，浪费工作时间。（2） 给料装置：给料装置由给料部分和料斗组成。给料部分形式较多, 通常有直落式、螺旋给料、刮刀式、振动式和皮带给料 ，根据物料和厂房的不同可选择不同的方式。这一部分选择是否合适直接影响到定量包装机的包装速度和精度。料仓的主要作用就暂存物料。对其形状没有什么特殊的要求。一般选用漏斗状料仓，便于下料。当料仓内倒入物料时，传感器发出信号，使电机带动皮带运动。（3） 称重系统：定量包装需要控制包装物料的质量，这就需要称重装置称量好相应质量的粉料再去装袋，以保证包装出来的产品质量一定，体积规格。给料装置将物料装入称量斗，称量装置称量质量并反馈称量数据，同过反馈的数据来判断下料斗和装袋系统的下一步动作。计量方式主要有两种：采用称重式动态包装计量装置和采用容积式定量包装计量装置，容积式称重适应于均匀的颗粒，达到标准容积后，装包。称重式由称重传感器称量，当物料流入包装袋时，重力传感器产生信号，将这个信号转变为相应的电量变化，传给单片机。达到预置重量后，发出信号，传给电磁阀门。虽然速度相对容积式慢，但是其精度高。（4） 装料系统：将称量斗称量好的一定质量的物料装入准备好的包装袋中，这里需要控制好装料的速度，速度过慢会影响包赚进程，速度过快容易出现拥堵等现象，选择合适的下料阀是装料系统的关键。（5） 封口装置：当装料系统装料完毕后，需要对包装带进行封口，以完成包装操作。封口机的选择也是非常关键的，我们需要选择一种性能稳定、封口迅速、封口牢固的封口机。（6） 运输装置： 我们一般采用传送带，机械臂将包装好的商品直接放置在传送带上，送离包装区，供给下一个环节装车或囤积。2.2粉料自动包装机控制系统总体方案2.2.1 设计要求和适用范围1. 设计要求：能够自动完成粉料的制袋、储料、称量、装料、封口传送等一系列工序，包装出适合工业要求的粉料包装产品。包装过程中要求全自动，没有人工的参与。当遇到机器故障的时候要能够停下来，等待故障排除后，还能恢复之前的工作。2. 适用范围：（1） 包装材料：采用塑料编织袋，编织袋是筒状的筒状编制薄膜经制袋装置制成，包含在包装机的工作流程中。（2） 包装物料：面粉、大米、私聊、水泥等分钟物料。还可以包装颗粒体积不大于3mm颗粒状物料。（3） 包装规格：包装袋长度为70cm，包装袋宽度为50cm，走纸精度为1mm；装料质量可以根据程序设定。（4） 生产能力： 50-80袋/分钟。（5） 电压等级： 380V交流电源。2.2.2 工艺流程分析1.包装机的工作流程如下：（1） 包装袋的制作：按下启动按钮，电机M1转动，使筒状包装袋开始垂直向下运动。硬件规定位置传感器1与封口机1之间的距离是70cm，当筒状包装袋穿过封口机1到达位置传感器1时，传感器1发出信号使封口机1工作，在很短的时间内将包装袋一端封口并剪断（此时包装袋的长度刚好为70cm），同时后机械臂夹紧包装袋。封口机1返回到原位，后机械臂工作将封口后的包装袋放置在机械臂下方的后备箱内，筒状包装袋一直保持着垂直向下运动，如此往复，包装袋不断的产生并储存。当包装袋的储存高度达到位置传感器3的时候，电动机M1停止转动，包装袋停止生产。当包装袋的储存高度低于位置传感器2的位置时，电动机M1继续转动，继续生产包装袋并储存，如此往复，避免包装袋生产过剩，大量堆积。（2） 面粉装袋流程：按下启动按钮后，开始制作包装袋的同时，前机械臂延时10秒。传送带电机M1开始工作，传送带转动。下料斗大阀门打开，开始快速往称量斗中加料，称量斗内置有称重传感器，当加料质量达到24.5kg时，下料斗大阀门迅速关闭，小阀门迅速打开，减缓下料速度，当加料质量达到25kg时，下料斗小阀门迅速关闭。以此来保证后备箱有充足的包装袋，并保证刚开始称量斗有25千克的面粉。10秒之后，前机械臂开始工作，前机械臂从后备箱取出包装袋并送至称量斗下料口，此时称量斗下料口阀门打开，开始装料，当装料结束后（质量传感器参数变为0），使称量斗阀门关闭，并使下料斗继续开始工作。此时前机械臂保持装料状态，封口机2开始封口，封口完毕后触发脉冲计数器，计数器加1（初值为0）并将结果显示在显示屏上，同时机械臂打开，面粉落在传送带上随传送带运走，第一次循环结束。前机械臂进入下一个循环，继续到后备箱取袋并装袋，当取袋完毕并且称量斗中称够25kg时，开始装袋，如此往复。当包装的面粉数量达到规定产量时，按下停车按钮，传送带延时十秒关闭。其他所有工作机构复位，包装机停止工作。（3） 故障处理：此包装机未设自动处理故障的机构，故障出现时，按下紧急停车按钮，所有装置断电，并惯性复位。排除故障后，可重新按下启动按钮工作。2. 根据包装机的设计要求，全自动粉料包装机的包装过程循环如图2-2所示。（1） 工位包装机的工位分为单工位和多工位。单工位包装机的所有包装操作都几种在一个工位上完成，当一件（组）物品完成全部包装并输出之后，下一件（组）物品才能进去机器开始包装。多工位包装机，物品从输入到输出必须经过多个工位，而且在不同工位上一次完成各个包装操作。由于全自动粉料包装机的包装过程比较复杂，需要较多的使用执行机构（制袋、供料、填充、封口、计数、传送等），将包装操作分散在不同工位上同时进行，能够提高生产率，所以全自动粉料包装机选择多工位。（2） 运动形式包装袋的传送方式可以分为间歇运动和连续运动。间歇运动是指物品由一个工位转移到另一个工位间歇步进运动。主要包装操作可在物品静止时完成。一般适用于执行机构比较多的机器。连续运动时指物品及传送系统均作连续等速运动。在包装机进行工作时，各个执行机构是并行工作的。根据全自动粉料包装机的分析，本设计采用间歇运动，当包装纸袋传送装置传送一个袋长后，封口机随后开始工作，封口机封口完毕后，立即停止封口等待下一次封口。根据上述分析，本课题研发的纽扣自动包装机采用多工位、间歇运动型。图2-2 全自动包装机工艺流程图2.2.3 设计步骤由于此设计是参照原有国外引进包装机的基础上进行的控制系统的重新设计，所以需要对全自动粉料包装机的过程及控制原理等进行深入理解，特确定设计和实施项目的基本步骤如下：步骤一：熟悉全自动粉料包装机的生产流程；各种原材料供给及去向；按照各原材料的流向清理全生产过程；同时确定包装机的基本操作。步骤二：确定传动系统和执行机构不见型号和参数，为了去顶包装材料的最佳加热区间，本研究针对封口装机进行了封口工艺参数实验研究，通过实验研究，试得出在封口过程中，有关参数与封口质量的关系，并进行优化设计。步骤三：确定所要研究的包装机类型，各部分的组成，以及工作流程，并使用visio绘制出工艺流程图，使用CAD包装机整体结构图，为硬件设计打下基础。步骤四：参考糖果包装等近似控制系统的控制原理图，电气接线图等资料并结合实地考察，找到个传感器及执行机构最终链接在那些单片机接端子上，同时标出这些端口的位置，分析出新设计的控制系统对单片机的要求，参考原生产流水线各种位置图实地考察，确定新控制系统中各个模块等的安装位置，参考源控制系统的电气接线图，分析系统中电源的供给、动力分配等情况，位新控制系统的电控部分设计提供原始依据。步骤五：单片机控制系统设计，首先需要对硬件设计。需要确定设计系统需要完成什么样的功能，相应的功能需要什么样的控制元件，包括继电器、传感器等。有些电信号需要放大的地方我们需要用相应的放大器进行处理（如：达林顿管）；单片机的输出信号比较微弱不能直接驱动电机的运转，我们一般采用中间继电器来解决。还需要采用protel-dxp绘制包装机原理图。步骤六：软件设计，单片机要驱动整个包装机系统，必须有正确等程序去驱动，根据原理图和各部分的实时功能，需要编写出正确的程序。由于C语言是较为常用的编程语言，所以采用C语言来编写程序要比汇编简单多，也更容易理解。步骤七：对设计出的包装机进行仿真处理。实现机组运行时间和停机时间显示，机器相位显示、速度显示、温度显示、参数修改、机组有效作业率及产量和材料消耗统计、故障报警及历史记录等功能。2.3 本章小结本章通过分析全自动粉料包装机的组成和生产过程简介，熟悉了全自动粉料包装机的上产过程，根据设计要求，对全自动粉料包装机的工艺进行分析，确定了全自动包装机的设计步骤。本章简要介绍了全自动粉料包装机的总体方案，以及包装机的个部分功能。在以下各章节中将对包装机的执行部分，控制系统做较为详细的叙述。第3章 粉料自动包装机控制系统硬件设计在全自动粉料包装机的研发过程中，执行机构是包装机实现制袋、充填、封口、传送等操作的关键。由制袋装置、供料装置、装料装置、封口装置、传送装置等组成，本章对各个环节中关键部件和传感器选型进行研究。3.1硬件选型3.1.1 封口模块元件设计封口机选用GK35-2C型封口机。选用原因：封口机的封口速度直接关系到粉料包装机系统的运行效率，封口机主要是由三相电机控制的，封口机自称自成系统，只需提供外加三相电源。当单片机给予高电平控制信号时，高电平控制信号经过达林顿管放大，驱动中间继电器。由于中间继电器承受的电压较低，所以利用中间继电器驱动接触器，从而控制封口机的电机运动。1. 封口机规格参数：封口机选择瑞安市八方牌缝纫机厂生产的GK35-2C型封口机：（1）最大封包厚度8mm（2）针迹调节范围6.5-11mm（3）线迹型式双线链式401（4）缝线规格：棉线、涤纶线（5）压脚提升高度11-16mm（6）机针型号80800250#皮带轮直径114mm（7）切刀装置内藏式半自动切2. 使用安全与注意事项（1） 该机器所附电动机的输入电压规定为380V，如果电源的电压不符，须经过调试改正后才可使用。（2） 为了防止触电事故，必须用接有线的三芯电源线，并要定期的检查缝包机内部导线的绝缘情况。（3） 在潮湿场所使用机器时，应该穿上橡胶鞋和戴上绝缘手套。电动机上的易损件被磨损后，需要及时调换。3选线注意事项：（1） 缝线应连续一致粗细均匀,没有结巴绞结。（2） 捻度均匀，不能有较大的绞力。实验方法，剪取缝线一米，抓住两端围成一个大圈，此时扭转成的绞圈不应超过三个。4 缝线压力的调整：缝线的压力大小是影响线迹松紧的主要因素。如果缝线的压力太弱，使缝纫后的线辫松驰无力，缝封后的袋包容易产生漏洞。若缝线的压力太强，则又会使线辫缺乏弹性和使袋口起皱缩，当承受较大冲力时，则会使线辫崩裂而产生散包。3.1.2 装料模块元件设计下料阀选用YCD-HX型卸料器。选用原因：下料阀的选择直接关系到，整个包装进程的快慢，在这里我们选择YCD-HX型卸料器。如图3-1所示。星型下料阀又称星型卸料器,旋转给料器、关风器，是由带有数个叶片的转子在圆筒形机壳内旋转，从上部料斗落入的物料，充塞在叶片间的空格内，随叶片的旋转而卸出。1.下料阀的规格参数：（1） 每转体积：8立升（2） 减速电机型号：Y801-4/0.55（3） 转速24r/min（4） 重量55Kg（5） 安装联接尺寸：240mm（6） 电压等级：380V交流2.性能优势及特点：（1） 加工精度高，具有锁气功能，可用于粉碎、分级系统的粉料定量供料器，又可作为分离、收尘等系统的卸料器，或用于压送式、吸送式气力输送系统。（2） 带有压力平衡装置，可用在正压、负压输送系统。（3） 可采用铸铁、铸钢、不锈钢、钛钢等多种材质，法兰口可为方形或圆形等多种结构形式，满足用户不同需求。3. YCD-HX型卸料器原理：星型卸灰阀依靠物料的重力作用及给料机工作机构的强制作用，将仓内的物料卸出并连续均匀地喂入下一装置中去。 星型卸灰阀主要由电机、减速机、壳体、叶轮、主轴、轴承、左右端盖组成。采用优质钢板焊接结构，叶片耐磨性强，集传动装置、传动轴、叶片联为一体。由于星型卸灰阀的轴承和减速机都是向外凸出，能够避免粉尘挤进轴承和大颗粒物料卡死现象。 工作时由减速电机通过联轴带动叶轮转动，把壳体上部的物料均匀带到下部，由下一个装置把物料送走。所以，星型卸灰阀只能直立安装，而不允许水平安装，给料机的上部要保持一定的料柱。星型卸灰阀的三种分类，一般采用普通型，可以用在80度以下及常温的通常物料上，它可以连续均匀向输料管内供料，而在系统和分离收尘部，它又可以作为卸料器功能。3.1.3 称重模块元件设计称重传感器选用德国HBM数字式称重传感器。选用原因：数字式称重传感器是当前最为先进的传感器，它的诞生省略了模拟式称重传感器的AD转换环节，是电路更加简单，更加容易理解，本毕业设计选择德国HBM数字式称重传感器。德国HBM数字式称重传感器采用RS485数字通信技术。因此选用此称重传感器不但方便，而且节省了很多单片机接口。1.德国HBM数字式称重传感器的规格参数特点：（1）额定负载：30t。（2）精度等级：D1，C3。（3）数字输出信号(RS-485/4-线) ，信号传输距离不小于1000米。 自动复位和调心、有良好的抗侧向力。（4）简单安装。（5）内置过压保护。（6） 防护等级达到IP68（1米水柱中测试100小时）和IP69K（高压水柱冲洗）水平。（7） 抗疲劳强度不低于100万次。（8） 具有自诊断功能、可进行故障报警。（9） 防雷击、抗干扰能力强。2.数字化技术：（1）称重传感器采用高集成化、高智能化的处理单元全数字量输出；（2）对称重传感器的非线形、滞后、蠕变温度性能等参数进行自动补偿；（3）可以防止用简单电路改变称量信号大小的方式进行作弊；（4）数字传感器大部分电子元器件都安装在传感器屏蔽体内，能够经受电子干扰、射频干扰等，可在高干扰区域工作； 具有故障自诊断功能，出现故障时会发出错误代码，根据代码可判断故障原因，使应用更加方便；记忆能力免除了更换传感器后的校准标定工作。3.数字化通讯技术：（1）采用RS485总线技术，实现信号的远距离传输，传输不小于1000米。（2）输出数字信号幅度强，使抗干扰能力加强，同时提高了系统防雷击能力；（3）总线结构便于多个称重传感器的应用，在同一个系统中最多可接32只称重伟感器。3.1.4 光电检测模块元件设计光电检测模块选用对射型光电传感器（光电门）。选用原因：检测包装袋的到位信号需要用到光电门。当包装袋到达指定位置时，光电门管路被遮挡，称重传感器发出一个脉冲信号给单片机。单片机每接收到一个脉冲信号就计数一次，并将技术结果传送给数码显示模块显示出来。1. 对射型光电传感器的工作原理：对射型光电传感器，为了使投光器发出的光能进入受光器，对向设置投光器与受光器。若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。2. 光电传感器的特长：（1） 检测距离长，如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测；（2） 对检测物体的限制少，由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测；（3） 响应时间短，光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短；（4） 分辨率高，能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测；（5） 可实现非接触的检测，可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用；（6） 可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测；（7）便于调整，在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整；3.1.5 放大电路元件设计利用ULN2803做放大器件。选用原因：单片机输出的信号不超过5V，无法直接驱动24V的中间继电器，因此采用达林顿管将单片机的输出信号放大，以驱动继电器。再由直流的中间继电器驱动接触器，有接触器控制电路的通断。ULN2830起到信号放大的作用。1. 概述与特点：如图3-3为LN2803是由8个NPN达林顿晶体管，连接在阵列非常适合逻辑接口电平数字电路（例如TTL，CMOS或PMOS上/NMOS）和较高的电流/电压，如电灯，电磁阀，继电器，打印锤或其他类似的负载。图3-3 ULN2803原理图2. 主要特性：（1） ULN2803的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据；（2） ULN2803工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行；（3） ULN2803采用DIP18或SOP18塑料封装。3. 极限值：如表3-1位ULN2803的极限值对照表。表3-1 ULN2803极限值对照表参数符号数值单位输出电压VO50V输入电压VI30V集电极电流-连续IC500积极电流-连续TB25操作环境温度范围TA0+70储存温度范围Tstg-55+150结温TJ1253.1.6 显示模块元件设计1. CD4511功能：如图3-4，CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。图3-4 CD4511引脚图2. CD4511Z真值表：如表3-2为CD4511的真值表：表3-2 CD4511真值表输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐0110001111111000110000011000010110011110110120110010111100130110101011001140110100111101150110111001111160110110101000070111001111111180111000111001193.1.7 主处理器的选用本课论文选用89C52单片机作为“大脑”，来控制全自动粉料包装机的每一步动作准确无误的执行。下面是89C52单片机的简介：如图3-5所示为89C52单片机。89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。外接石英晶体或者陶瓷谐振器以及电容C1、C2接在放大器的反馈回路（AT89C52内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大电路，XTAL1、XTAL2分别是该放大器的输入和输出端）中构成并联振荡电路。为了使装置能够被外部时钟信号激活，XATL1应该有效，而XTAL2应该被悬空。由于输入到内部的时钟信号电路通过了一个二分频的信号，外部信号的工作周期比没有别的要求，但是最大值和最小值的大小可以在数据表上观察出来。当正常工作时，外部振荡器可以计算出XTAL1上的电容，最大可达到100pF。这是由于振荡器电容和反馈电容之间的相互作用。当外部信号是标准高电平或者低电平时，电容不会超过20pF. 图3-5 89C52单片机引脚图3.2粉料自动包装机控制系统的原理图设计如图（附录2）为包装机的电路原理图。利用protel-dxp绘制。本论文中，全自动包装机由制袋模块、装料模块、传送带模块和数码显示模块组成：1.制袋模块：将筒状的编织袋薄膜截取相应的长度，一端封口，形成筒状的编织袋，并通过后机械手摆放整齐，供装料系统使用。（1）当按下启动按钮时，塑料薄膜开始下方，当包装袋薄膜遮住光电门时，光电门发出开关信号，将开关信号通过P0.5送入单片机。（2）单片机接收到开关信号后，通过P0.6输出电信号驱动封口机1进行封口。（3）封口完毕后，由封机1发出开关信号经P1.2给单片机，单片机接收到信号后经过P1.2输出信号驱动口机械臂将包装袋放进储存斗内。2装料模块：用机械臂抓取制作好的包装袋，填充粉料，填充完毕后完成封口操作并放在传送带上。（1）当按下启动按钮时，单片机延时十秒后，机械手抓取包装袋，由P0.0输出电信号驱动大下料阀快速往称量斗中下料。（2）称重传感器经RS485芯片将称量数据实时反映给单片机，当称量质量达到24kg时，大料阀关闭，P0.1驱动小料阀开始缓慢的装料，当质量达到25kg时，小料阀关闭。（3）单片机检测机械臂是否将包装袋，当包装袋到位后，P1.3会给单片机电信号使得称量斗下料阀打开开始装料，当质量变为0时，阀门关闭。（4）由P1.6启动封口机2进行封口。封口完毕后，机械臂接收P1.3信号将包装袋放下后拾取新的包装袋进入下一个循环。当取袋子完毕后，前机械臂经P.6反馈信号给单片机，单片机计数一次并传送给显示模块显示出来。3传送带装置：由传送带组成，负责将包装好的产品运离包装区。（1）当按下启动按钮后，P0.5启动电机M1，传送带启动，并一直工作。直到按下停止按钮。当包装好的产品放上传送带后，由传送送离包装区，供下一步装车或者囤积。4.数码显示模块：对包装产品的数目进行技术并通过数码管显示出来，供操作者参考。 （1）前机械臂将信号反馈给单片机时，单片机将计数完成的信号传送给CD4511芯片。（2）由于单片机接口不够，所以采用CD4511芯片来减少单片机接口。3.3 本章小结第三章是对系统硬件的详细介绍，要设计一款科技含量较高的包装机，需要用到很多的电机、传感器、继电器以及其他的硬件。本章第一小节对上述元件进行了非常详细的介绍，包括元件参数和使用方法。第二章附有全自动包装机的电气连接图，并且对电气连接图进行了详细的介绍。电气连接图使得我们对包装机的内部结构，工作愿意有了更加深刻的理解，为下一步软件的设计，工作流程的分析打下了良好的基础，这是产品设计必不可少的环节。第4章 粉料自动包装机控制系统软件设计4.1 keil软件简介系统软件调试通过Keil软件进行，Keil是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，支持C语言和汇编语言编程，与汇编相比，C语言在结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，易学易用。Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为Vision(通常称为V2)。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：Vision IDE集成开发环境C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX51实时操作系统。应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存，建立工程并添加源文件，设置工程，编译/汇编、连接，产生目标文件，再进行程序调试。成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug-Start/StopDebugSession(或按Ctrl+F5键)进入程序调试状态。Keil能以单步执行(按F11或选择Debug-Step)、过程单步执行(按F10或选择Debug-Step ver)、全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改，不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件(如按键被按下等)才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理(Debug-Insert/RemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints等)。在模拟调试程序时，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。4.2 软件设计对于全自动粉料包装机来说，软件设计才是系统的关键，没有程序系统就相当于“植物人”，没有自己的“思想”，无法运行，本设计keil对89C52单片机进行编程，从而驱动整个全自动粉料包装机的系统。设计语言为C语言C语言是一种高级语言，既容易理解又容易编写的语言，不用过多的考虑系统的硬件。全自动包装机部分重要模块的程序展示如下。4.2.1 包装袋制作系统的程序分析本设计中全自动粉料包装机拥有自动制袋的功能，具体完成放料、截取、封口、放袋等操作。制袋模块自成系统，无限循环，只要不给停止信号，就一直循环并产生袋子，用后机械臂抓取袋子摆放整齐，供装袋系统使用。以下是包装袋制作的循环程序。void daizi() /*包装袋制作程序*/ while(P3_3=1) /*启动按钮*/ P0_3=1; /*包装袋电机*/ P0_4=1; /*传送带电机*/ if(P0_7=1) /*光电传感器*/ P0_5=1; /*封口机2*/ if(P1_0=1) /*封口完毕*/ P1_1=1;/*启动后机械臂*/P0_5=0;/*封口机2复位*/if(P1_2=1)/*后机械臂放袋完毕*/P1_1=1;/*后机械臂复位*/ 4.2.2 数码管显示程序分析全自动包装机每包装一袋粉料就要由封口机发出一个脉冲信号供单片机计数一次，并将计数结果通过三位数码管显示出来，由于单片机的接口有限，数码管需要大量的I/O口。因此采用了CD4511芯片，这样减少了占用单片机接口的数量，一下是单片机接CD4511芯片并将累加结果显示出来的动态显示程序。void xianshi(int a) /*数码管显示程序*/ int b,c,d,i; int e10=0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70,0x80,0x90,f2; /*CD4511驱动代码*/ b=a%10; /*个位*/ c=(a-b)%100; /*十位*/ d=a/100; /*百位*/ f0=eb; /*放入数组f2*/ f1=ec; f2=ed; while(1) /*循环扫描*/ for(i=0;i3;i+) P2=fi;if(i=0) /*显示个位*/ P1_5=0; P1_6=1; P1_7=1;else if(i=1) /*显示十位*/ P1_5=1; P1_6=0; P1_7=1;else P1_5=1; /*显示百位*/ P1_6=1; P1_7=0;4.2.3 MAX485与单片机间数据传递程序分析包装机装袋程序需要完成，下料、称重、取袋、装袋、封口、放袋等动作。将下料斗中的物料装入称料斗，由称重传感器称量出质量。当质量达到要求的质量的，并且前机械臂将袋子放置到位时，打开称量斗阀门，开始装料。装料完成后需要完成一系列的复位动作。由封口机进行封口，封口完毕后，由机械臂将包装好的产品放到传送带上，送离包装区。void delay() int i; for(i=0;i100;i+) for(i=0;i248;i+);void zhuangdai() /*装袋程序*/ while(P3_3=1) /*启动按钮*/ int i,b; for(i=0;i200;i+) /*定时20次50ms*/ TMOD=0x01; TR0=1; TF0=0; TH0=0x3C; TL0=0xAF; while(1) if(TF0=1) /*定时1个50ms*/break; /*结束一次定时*/ while(P3_3=1) P1_3=1; P0_0=1; b=SBUF; while(1) if(