【毕业论文】自动装箱测控系统的设计

本论文包含完整材料，内容才找上图。包含毕业设计相关内容，原理图、HEX文件，仿真原理图等。需要请联系QQ68661508毕业论文设计题目自动装箱测控系统的设计学生王彦龙学号20110311108专业电子信息工程指导教师张攀峰陕西科技大学职业教育师范学院2015年6月2日自动装箱测控系统的设计摘要自上世纪以来，人类的科技水平进入了全面发展的时期，尤其是在电子技术领域，自动化已经遍布我们的生活。自动化技术的提升能大幅度的提高国民经济，这在包装行业中表现的特别突出。现如今,在一些大型工厂、企业中，包装生产线早已实现了包装自动化。随着生产线上的控制系统，监测系统的不断发展，包装生产线上的故障率不断降低，产品损耗也不断降低。自动化生产的高速发展，使得企业的生产效率成倍提高，可以说生产线上的自动化水平越高，为企业和社会带来的现实的经济利益越可观。本文研究的就是包装生产线上的自动装箱控制系统,对系统的各个部分将进行详细的介绍,包括系统各部分的方案的选择,所用到的元器件的功能和使用方法等。自动装箱控制系统的主电路部分是采用AT89C52单片机以及74LS373等芯片所构成的一个简单的微机系统。为了方便读取键盘的给定参数，完成产品的检测和对系统的控制，在系统设计中，专门使用一个8255A做单片机的扩展I/O接口。在论文中将对自动装箱控制系统进行较详细的阐述，以及提供具体的系统设计。在系统的编程控制部分，结合软件和硬件来进行程序的设计，最终达到自动装箱控制系统的设计要求。在本文中，首先介绍论文设计的整体思路；然后围绕着系统的设计要求，对各部分做个详细的阐述；最后完成整个系统的构建。关键词装箱，光电传感器，AT89C52，8255A，工业自动化DESIGNOFAUTOMATICPACKINGMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMABSTRACTSINCETHELASTCENTURY,THELEVELOFHUMANTECHNOLOGYINTOTHECOMPREHENSIVEDEVELOPMENTPERIOD,ESPECIALLYINTHEFIELDSOFELECTRONICTECHNOLOGY,AUTOMATIONHASBEENINOURLIFEPROMOTIONOFAUTOMATIONTECHNOLOGYCANGREATLYCONTRIBUTEDTOTHENATIONALECONOMYINTHEPACKAGINGINDUSTRYSHOWSPECIALHIGHLIGHTSNOWADAYS,INSOMELARGEFACTORIES,ENTERPRISESANDPACKAGINGLINESHAVELONGBEENPACKAGEDAUTOMATIONWITHTHECONTROLSYSTEMOFPRODUCTIONLINE,CONTINUOUSDEVELOPMENTOFMONITORINGSYSTEM,DECREASINGFAILURERATESOFPACKAGINGPRODUCTLINEANDPRODUCTLOSSESHAVEBEENREDUCEDTHERAPIDDEVELOPMENTOFAUTOMATEDPRODUCTIONTHATRESULTSINDOUBLINGPRODUCTIONEFFICIENCY,CANBESAIDTHATTHEHIGHERLEVELOFAUTOMATIONPRODUCTIONLINE,BRINGREALECONOMICBENEFITSFORBUSINESSESANDSOCIETYISCONSIDERABLEAUTOMATICPACKINGMACHINECONTROLSYSTEMINTHISPAPERISTHESTUDYOFTHEPACKAGINGPRODUCTIONLINE,ONTHEVARIOUSPARTSOFTHESYSTEMWILLBEINTRODUCEDINDETAIL,INCLUDINGTHESELECTIONOFEACHPARTOFTHESYSTEM,THECOMPONENTSOFTHEFUNCTIONANDTHEMETHODOFUSEAUTOMATICPACKINGCONTROLSYSTEMOFMAINCIRCUITUSEDINTHEAT89C52MCUAND74LS373CHIPPOSEDBYACOMPUTERSYSTEMINORDERTOFACILITATEREADINGTHEKEYBOARDOFTHEGIVENPARAMETERS,DETECTIONANDCONTROLOFFINISHEDPRODUCT,SYSTEMDESIGN,SPECIALLYMADEUSINGA8255AEXTENSIONOFTHESINGLECHIPI/OINTERFACESTHISARTICLECOMPREHENSIVELYPRESENTEDFORAUTOMATICPACKINGCONTROLSYSTEM,ASWELLASTHEDETAILEDSYSTEMSDESIGNTHESYSTEMCONTROLPART,COMBINEDWITHTHEREALIZATIONOFSOFTWAREANDHARDWARE,FINALLYACHIEVETHEDESIGNREQUIREMENTOFAUTOMATICPACKINGMACHINECONTROLSYSTEMINTHISPAPER,WEWILLFIRSTTOPROFILETHEPAPERSOVERALLDESIGNPHILOSOPHYTTHEN,AROUNDTHESYSTEMDESIGNREQUIREMENTS,MAKEADETAILEDDESCRIPTIONOFEACHPARTOFTHECONSTRUCTION,THEFINALCOMPLETIONOFTHEWHOLESYSTEMKEYWORDSBOXING，AT89C52，8255A，INDUSTRIALAUTOMATION目录摘要IABSTRACTII1绪论111研究背景及目的112工业自动化的研究现状113自动装箱控制系统的设计意义214设计内容及功能要求22系统的控制方案论证521控制方案列举分析及确定5211机械式的顺序控制5212继电器顺序控制RLC5213计算机的顺序控制6214可编程序的顺序控制器6215单片机实现的顺序控制622自动装箱系统配置方案7221单片机的选型及相应芯片、总线的选择7222传感器的选择及工作原理7223输入输出设备的选择8224电机的选型及控制方案的选择8225供电方案的选择93控制系统硬件设计1031系统的硬件设计1032控制电路的设计12321信号的识别与检测电路（数据采集电路）12322电机的控制电路设计13323显示电路设计14324音频报警电路设计16325给定参数（输入）电路设计174软件设计1841系统的程序流程图18411系统的主程序设计及其流程图18412数码管动态显示的子程序流程图19413系统的中断子程序流程图20414音频报警子程序设计2142系统的内存单元分配21结论23致谢24参考文献25附录I26附录II271绪论11研究背景及目的现代工业的生产过程中,常常要统计生产线上的产品数，并对产品进行包装，通常采取的方式是手工逐个计数。但由于人工的自身缺陷，采取这种方式很容易出错，不是漏掉就是计错，而且效率也比较低，成本高。在本系统的设计中，采用ATMEL公司的MCS51单片机AT89C52为装箱系统的控制核心,可以对包装工厂的生产过程中进行正确的装箱处理和产品确切的计数。工业自动化技术综合了自动控制原理、计算机应用技术、仪器与仪表技术等技术，对工业现场的流水线，实现产品监测、生产线的控制与优化、调度以及管理和决策，最终达到提高生产效率、减少损耗的目的，同时也提高了生产安全。工业自动化技术是20世纪制造领域中的最重要的技术之一，它主要提高了工业生产过程中的工作效率。工业自动化系统本身不会创造生产效益，只是对于改善工业生产中的工作效率，作用是显而易见的。IPC（工业控制计算机）,又叫产业PC，在工业自动化系统中，IPC起着很重要的作用。一般认为，工业控制计算机主要用在工业生产现场的测量、管理、控制。但随着现在科技水平的不断发展，IPC的应用范围不仅仅局限于此了，已经远超出工业自动化控制的过程。12工业自动化的研究现状如今，很多工厂，企业，为了实现生产过程中的控制与管理一体化，大多采用的是PLC，集散控制，现场总线等作为工业控制的主要方式。进入21世纪，“新型自动化控制系统”逐渐流行起来，工业控制慢慢有了向智能化方向发展的趋势。随着科学技术水平的提高和发展，集散控制系统DCS在工业生产中的应用更加广泛。DCS技术是将计算机技术应用在了生产过程控制当中，用CRT来表示系统的各个参数,计算机软件组成了各种功能模块,两者通过通信网络构成一个完备的系统。所以DCS技术的一个主要的特点是，各生产过程现场的控制分别由现场控制站来进行分散控制,然后，各个现场的控制信息汇总到管理站进行集中管理,同时根据生产工艺要求管理站对现场控制站进行集中控制,即信息和操作管理集中化而控制分散化。近年来，DCS技术的发展势头很猛，在工业生产过程中的应用更加广泛。未来DCS还将拥有更广阔的发展前景。顺序逻辑控制从继电器到数字逻辑顺序控制系统的一步步发展,最终形成了现在的可编程逻辑控制器,即我们常说的PLC。PLC采用梯形图、布尔代数控制程序。PLC具有体积小,可以无火花运行,故障率低，安全可靠等优点,可以较方便的进行现场调试。从上世纪的80年代后期开始,PLC制造商开始为了满足市场的需求，在PLC中加入了模拟量的采集和控制,并与控制和传输匹配,绝大多数情况下都是基于单一设备的销售,系统最终的集成由用户（或工程公司）自己完成。现场总线是开放的工业自动化控制系统,用于连接在生产现场的仪表与控制室内的控制设备进行通信的网络系统。现场总线技术是一种高层次、高难度的工业数据总线,是工业自动化系统的重要组成部分，对工业各个领域的发展都将起到非常重要的作用。13自动装箱控制系统的设计意义随着在制造业中的自动化水平的不断提高，应用范围不断扩大。包装的自动化操作，对整个包装行业的改变是巨大的，这彻底改变了传统装箱过程中的包装方法和加工方式。自动装箱控制系统显著的提高了工厂的生产效率和产品品质，减少了包装过程中由于工人的误操作而造成的产品损失，降低了资源消耗，同时也减轻了包装工人的劳动强度。自动装箱控制系统的设计关键是能够设计出一个实现完全自动控制的控制方案。显然，自动装置或工业机器人的需求和特点取决于工艺的选择。根据定义，那么自动装置就是实现自动化控制或者通过远程遥控可以完成某个任务的机械装置或机构。它可以很简单，也可以很复杂。当代的自动化革命浪潮，正在改变着包括包装行业在内的各个行业的生产规则。自动装箱控制系统具有的高效率，提高了整个生产过程中的工作效率和产品的质量。当然对于减少资源损耗，降低劳动强度，改善加工误差，也起到了非常重要的作用。尤其是在电子、饮料、食品、药品等行业，这点都是至关重要的。从长远来看，自动装置最终将得到更加广泛的应用。14设计内容及功能要求分析了以上论述，我们对于自动装箱控制系统有了大致的了解。结合本系统的一些功能要求，我们设计出了一个自动装箱控制系统，装箱原理图如图11所示。图11自动装箱控制系统原理图在图11中，该系统有两个传送带，箱体传送皮带和产品传送皮带。箱体传送皮带是用来提供产品包装箱，其功能是提供一个空箱用于产品的装箱，同时运走装满的包装箱。为了便于产品正好掉落在箱子中，空箱子必须处于正确的位置，恰好对准传送皮带2。那么这就需要在箱体传送皮带上装一个检测传感器1，以检查包装箱是否到达指定位置。产品传送皮带是将产品从一端传送到包装箱中，完成产品的装箱。当产品行进到传送带的尽头时，自动掉落在包装箱内，同时传感器2检测到一个产品，产生脉冲，并转化成计数脉冲。产品计数可以由软件完成，也可以用硬件如51单片机中的定时器/计数器来完成。本系统采用软件计数方法。系统工作步骤如下1先用键盘给点设定的单个箱子产品数，以及所需的包装箱数，分别存放在PARTS和BOXES单元当中。2接通系统总电源，箱体传送皮带1运动，空包装箱随着皮带向前运动。根据设定的程序，当箱子运行到传感器1处时，单片机读取检测传感器的状态，批判断传送皮带1上的箱子有没有到达指定位置。3当包装箱到位后，关闭电机1上的电源，传送皮带1停止，等待产品装箱。4同时启动皮带2的电机，产品沿着皮带向前运动，最后掉落在包装箱内。5当产品一个个的掉落时，通过检测传感器2的检测，将产生一系列脉冲信号。6从检测传感器2来的输出脉冲，由计算机计数并不断和预设单位中的给定的值进行比较。7如果包装箱内的产品数与给定的不相等，那么皮带2将继续运行，直到两者相等的时候，此时，立即停止传送皮带2上的电机，停止装入产品。8再一次的启动传送皮带1，装满产品的箱子继续向前运动，箱子数量加1，并存传感器2传感器1传送带1传送带2入相应的内存单元中，然后与给定值作比较。如果少于设定的箱数，则继续带动来一个空箱到达指定位置，重复上面的过程。若当前箱数与给定值两者相等，生产线上的皮带全部停止，等待下一个操作命令。只要传送带2上的零件和传送带1上的箱子足够多，这个过程可以连续不断地进行下去。这就是产品自动包装生产的流程。操作人员可以通过编码键盘重置给定参数，在包装过程中，操作人员可以随时按下停止键，暂停当前工作，也可以按下开始键，重新启动电机工作。2系统的控制方案论证21控制方案列举分析及确定图21硬件图在本课题中,对自动装箱控制系统的要求分析中可知两个传送皮带是按照程序中已经确定的顺序，不停地关闭和重启,这种控制我们一般称为顺序控制。一般来说顺序控制有下列几种控制方法211机械式的顺序控制机械式的顺序控制是采用分配轴上的凸块去控制电器的开关，从而实现的一种控制方法。但这种控制方法也有局限性，如无法控制执行器的位置，只能利用限位开关来进行定位等。现在，凸轮控制的多点开关，对简单控制仍很普遍适用。但该控制方法由于体积较大，陈套老旧，精度低，成本高，不适于本控制系统，所以不予考虑。212继电器顺序控制RLC继电器顺序控制是一种采用继电器组成的顺序控制又称RLC，RLC具有下列多个优点1线路设计简洁，要求低，发挥空间大。2成本低。3使用继电器可以扩展节点数量，提高开关电流容易。4很容易就可以通过输出电流产生电磁并最终转化为机械力。5如采用时间继电器，可以很好的实现定时。6对维护技术要求低。键盘启动/停止光电传感器1光电传感器2继电器2继电器1报警显示AT89S52传送带1传送带2RLC的缺点是1系统自动化程度越高，RLC线路越复杂，工作量越大，维修难度越大。2频繁开关触点，产生电磁干扰信号，降低了使用寿命，可靠性降低。3由于不能多次利用，所以在不同的系统中，采用这种控制方式都要重新设计和制造线路板，阻碍了技术和生产的发展。本系统自动化程度较高，很显然RLC也不适于本系统。213计算机的顺序控制80年代末90年代初，计算机获得更大的发展，人们开始把计算机应用在工业控制领域当中。计算机的功能齐全，有很强的灵活性和通用性，但需要更多的外围设备，价格昂贵，这大大限制了它的使用范围。此外，计算机原理复杂，在使用和维护方面存在很大的困难，所以，推广较为缓慢。虽然它可以完全用于顺序控制，但是我们的自动装箱控制系统只需要简单的控制就可以了，所以它也不适合本系统。214可编程序的顺序控制器可编程的控制器结合了计算机的通用灵活性和继电器的简单控制、操作方便等优点。可编程控制器，简称PLC。PLC的优点是1PLC采用面向操作的逻辑语言。2指令数较少，编写和修改比较容易。3程序执行动作的监控和修改方便。4安装环境和条件没有特殊要求。5可靠性高。6可以与计算机直接相连，应用前景很大。215单片机实现的顺序控制单片机具有下面一些特性体积小单片机内部拥有作为一个计算机工作所需的所有基本组成部分，所以单片机构成的系统较为简单，体积也小。可靠性高单片机中的存储器和传输线大多数在内部，不易受到外界的干扰；单片机在环境条件差的时候，会对系统采取电磁屏蔽。所以单片机系统的可靠性一般较高。性价比高目前单片机已经实现了批量生产，成本低，功能却不断增加,使单片机的性能价格比较高。控制功能强单片机的CPU可以直接操控I/O口进行工作，提高了系统的运算速度。使用方便单片机功能强，扩展方便，应用中所需的硬件设计也简单。目前市场中有很多的单片机开发工具，使单片机的应用变得更方便。低功耗单片机系统集成度高，功耗相比其他设备要低很多。单片机以上的优势，缩短了系统开发周期，使研究结果可以迅速转化为生产力。通过对以上各种控制方案的分析比较，结合本系统的实际情况、功能要求，我们决定采用单片机控制方法来实现本系统的自动控制要求。22自动装箱系统配置方案221单片机的选型及相应芯片、总线的选择单片机的选择本系统（自动装箱控制系统）相对较为简单，可以选择价格低廉、应用广泛、性能出色的8位AT89C52单片机。作为ATMEL公司生产的这款AT89C52单片机属于MCS51系列单片机。另外，本系统需要较多的I/O接口，因此必须进行接口扩展。8255A较之8155的扩展I/O口更多，更能满足我们的自动装箱控制系统的设计需求。因此，这里我们将选用的是8255A芯片。总线本系统采用标准总线，标准总线具有良好的兼容性，因为标准总线有严格的定义，不同的生产厂家的产品兼容性都很好。在由不同模块构成的系统中，扩展相对容易，设计也比较简单。在工业控制中，大多选用的是STD总线，它直接面向I/O口、可靠性高。本系统将选择STD总线作为系统总线。222传感器的选择及工作原理选择传感器前我们应先了解本系统所需的检测对象1检测空箱是否到达指定位置本系统中，采用传感器来判断空箱是否到位，通常可选择光电传感器和红外传感器两种传感器。红外传感器的检测原理当红外线的发射端与接收端之间有障碍物（包装箱）时，此时接收端收不到发射端发射的光信号，传感器将产生一个信号，可以判断出箱子已经到达指定位置，由于红外传感器是利用物体的辐射来接收信号的，所以信号强度较弱不精确，而且价格贵、易干扰、成本高。光电传感器的检测原理它的检测元件是光电元件。先将被测量的变化转换成为光信号，然后利用光电元件再将光信号转换成电信号。较之红外传感器，光电传感器的精度更高、响应速度更快等，内部构造也简单。因此，光电传感器的应用很广泛。综合所述，本系统采用光电传感器进行检测比较好。2判断箱子的装载产品数是否达到设定要求判断箱子的装载数是否达到设定要求的方法有对装载产品计数当装载数达到给定要求时，判断箱子是否装满。通常的计数也是采用红外照射计数和光敏电阻计数两种方法。对箱子进行称重当箱重满足预先给定好的重量时，表明这个箱子已装满，该重量就是相应数量产品的总重，这里将用到压力传感器，但是采用这种方法的缺点就是有较大误差，且压力传感器不好安装。所以这里还是选择采用光电传感器来进行检测。223输入输出设备的选择系统输入输出设备是提供系统与人机间进行对话的一种设备。1输入设备的选择输入设备一般采用开关、按钮、键盘等，本系统不但需要开关，而且还需要输入设定数据，所以可采用键盘（包含开始、停止命令键，还有数字键等）来作为输入设备。2输出（显示）设备的选择在一个系统中，可选择的输出显示设备很多，而本系统等所需的小型简单的显示器通常采用发光二极管显示器（即LED）显示以及液晶显示器（即LCD）显示两种。LED结构简单，价格廉价，是应用最广泛的显示器。显示清晰但不精细、性能也比较稳定；LCD功耗小、体积小、重量轻，但价格较高，常用于小型仪表和功耗低的系统中。本系统中，为了显示清晰，同时考虑到功耗，产品成本等，所以采用发光二极管显示器显示。224电机的选型及控制方案的选择电机分为直流电机和交流电机两种。直流电机调速性能较好、启动转矩大，尤其是其调速性能比交流电机更加出色。因此，直流电机在对电机的启动性能、调速性能要求高的生产现场中来进行拖动。但直流电机同时也有很多的缺陷，如生产过程复杂，制造成本高。另外直流电机的维护也比较困难。所以在如今的工业电力拖动系统中，直流电机与交流电机都有其不同的应用场合。如果再将交流电机分类，可划分为交流异步电机和交流同步电机两种。交流异步电机不能实现平滑调速，经济不划算，而且必须在电网中获取励磁电流，这就改变并污染了电网中的功率因数。但其也具有制造简便、结构简单、运行稳定、价格廉价等等优点。交流同步电机中的电机转速与电网频率间存在着固定的关系。由于开关量作为控制输入信号来控制电机，不需要大的传动功率，且自动装箱控制系统对传送箱子和传输产品都需要一个非常精确的定位，所以本系统的电机部分我们采用的是用开关量控制的同步伺服电机。而且本系统不需可逆调速，我们选择交流电机，分析本系统的功能要求可知，传送带传送过程中需要精确定位来实现产品的自动装箱，这就要求电机能迅速停止。综合上面的要求我们最终选择220V交流伺服同步电机。传送带的电机需要交流大电压来控制，但我们的单片机控制部分输出的开关量为直流低电压，因此不能用来直接驱动电机，同时也为了提高系统的抗干扰能力，我们将采用光电隔离技术进行强弱电隔离。电机的控制也有很多种方法，如继电器、固态继电器SSR、电磁阀、可控硅SCR及大功率的场效应管等等。继电器是电气控制中最常用的方式，相比其他几种方式结构简单、体积小、重量轻、成本较低。本系统相比电机的选择对电机控制没有过高的要求因此这里我们采用继电器进行控制即可。225供电方案的选择微机系统大多采用交流电供电，系统电源一般来自于稳压电路。稳压电路由两种类型可以提供所需的各档电压。一种是通用的线性电源，主要组成是变压器、整流器、滤波器、稳压器等等。这种电源设计结构简单，成本低，精度不高但也能满足一般的系统需要。缺点就是体积大，散热较差。另一种是开关电源，这样电源在微机系统中应用广泛。现在开关电源的发展向着高效化、小型化方向不断发展，已经成为电子设备的主流电源，现在的微型机系统或者输入输出设备中大概有90以上都是采用得开关电源供电。开关电源的工作原理是采用PWM（脉宽调制技术）原理，精度高，小巧轻便，可靠性高。由于本系统对电源没有特别高的要求，而且电源部分也不是本系统的主要内容，为了方便使用，我们将采用开关电源作为系统的供电，电源只要达到下面的要求即可1电源供应的功率很充足，以避免在满荷或超荷运行时出现严重的发热现象，导致电压的精度降低。2具有良好的抗干扰能力，稳压效果好。3要求能提供包括5V等多档的直流电压。综上分析可知采用ATMEL公司的AT89C52单片机以及8255A等芯片作为自动装箱控制系统的控制部分。采用STD总线作为自动装箱控制系统的总线。采用光电式传感器作为自动装箱控制系统的检测部分。采用编码键盘作为自动装箱控制系统的输入部分。采用LED显示器作为自动装箱控制系统的显示部分。采用220V交流同步伺服电机进行传送，电机的控制则采用光电隔离接口的继电器进行控制。采用开关电源作为自动装箱控制系统的电源部分。3控制系统硬件设计31系统的硬件设计根据自动装箱控制系统的设计要求，我们以AT89C52单片机为核心，设计一个最小系统。扩展一个8255A可编程接口，用于外扩检测接口和控制接口，同时也方便读取给定参数。采用74LS373作为锁存器和驱动器，扩展8255A的PB口用于给定参数或计数的显示。自动装箱控制系统原理图如附录所示。AT89C52单片机、8255A芯片和74LS373芯片组成自动装箱控制系统的最小系统。其中各芯片及引脚说明如下1AT89C52图31是AT89C52单片机的引脚图。P10245678REST9/XDINWGVCALU图31AT89C52引脚图下面对AT89C52单片机做一个基本介绍面向控制的8位CPU；256X8BIT内部RAM；3个16位可编程定时器/计数器；32条双向I/O口；一个可编程全双工串行口；2个外部中断源，共6个中断源；28255A8255A的引脚图如图32所示D0341259687PABCRWS图328255A引脚图8255A的基本特性8255A芯片中的PA和PB口是两个8位IO接口，PC的高低4位是两个4位并行输入输出端口的接口。能满足在CPU与I/O接口之间的数据传输的多种传输要求；8255A执行能力很强，有两个命令字方式字和控制字，可以由8255A构成不同的接口电路配合外部条件使用，可以提供给更加方便的编程环境给用户使用。8255A的PC口使用的比较特殊，除了用作数据口传送数据外，还可以当做状态口来进行按位控制等；374LS373图3374LS373引脚8位输入与输出锁存器，引脚功能如下D0D7数据输入端OC三态允许控制端（低电平有效）LE锁存允许端Q0Q7输出端；同时74LS373也可以用作显示驱动器，提供较大的驱动电流，使数码管的显示效果更好。4开关电源开关电源选用12V的ATX电源。在开关的接通过程中，电源不断大的向负载提供能量；断开开关电源的开关后，开关电源的输入电源中断对负载能量的控制，因此开关电源提供的能量是离散的。5光电传感器采用光电传感器作为检测器件。其检测范围大大超过电感传感器、电容传感器和超声波传感器。体积小也是光电传感器的一大优点，外部机壳可以有很多样式，几乎可以用在任何地方。光电传感器的原理图如图34所示振荡器放大器信号转换电路恒电压电路VDDVOUT数字地模拟地恒光源与接收部分检测图34光电传感器原理图32控制电路的设计321信号的识别与检测电路（数据采集电路）自动装箱控制系统的数据采集电路主要是将光电传感器与单片机结合在一起，图35所示其检测原理图。在本系统中利用单片机对电源进行控制。由用户设定参数，并输入控制器中，单片机将自动生成一系列脉冲信号，这是用来控制半导体激光器。这样半导体激光器发射的激光形成了一系列激光脉冲波，这串激光脉冲就是包含用户信息的一串信号波。当光电传感器检测到此信号波时，再将其转化成一串连续的脉冲信号。但此时的信号是非常微弱、无序没有规则的，且含有外部杂波等干扰信号。在通过前置放大电路的除噪和放大处理后，此时的信号就可以用来提供单片机工作了，完成相应的译码和判别工作。然后通过比较鉴别，单片机就知道了要执行何种任务，并生成相应的控制信号来控制本系统相应的设备。图35检测原理框图上面的原理图可能会较为复杂，在我们的论证之后，还可以省略一些部分。分析可知，光电脉冲转换电路可以如图36中所示的那样，当光照射到BG1（光敏二极管）时，将生成光电流，电阻R1上的压降迅速增大，晶体管BG2导通。BG3和BG4组成射极耦合触发器是电路中的触发部分，将U0置于高位。否则，将U0置于低位。U0将脉冲信号送到系统的计数电路中进行计数。图36电脉冲转换电路322电机的控制电路设计自动装箱控制系统的控制电路有两部分一个是信号检测电路，即光电传感器1判断箱体是否到达指定位置，光电传感器2用于装箱产品的计数。另一部分就是传送皮带的电机控制。以下主要是介绍传送皮带的电机控制。在图37中，AT89C52中的P16口控制传BG1BG3R1R3R6R4R5R7R8BG2BG4EU0R2光照半导体激光器光电检测器前置放大器受控设备1受控设备1N单片机控制调制电信号编码电源单片机译码判别处理送皮带1的电机，P12口控制传送皮带2的电机。当工作人员按下START键启动键后，单片机开始工作，根据程序设定，P16口将输出高电平，经74LS373增大输出电流，使发光二极管工作，继而导通复合三极管，使继电器开始工作，开关闭合，交流电机1通电，传送皮带1运动，带动箱体运动。空箱随传送带运动到光电传感器1的发射与接收端之间时，接收端接收不到发射光，则传感器1将输出高电平。单片机接收到是传感器1的高电平后，P16口输出低电平，传送皮带的电机又停止。此时单片机P12口输出高电平，启动传送皮带2的电机，带动产品继续不停的运动，使产品掉落在空的包装箱内。当一个个的产品经过传感器2的光源与光电传感器时，光电传感器输出为高电平。当单片机检测到该信号后，在计数器中加1，并送到LED显示。与给定的产品数进行比较。如果此时的计数值小于给定的产品数，系统继续工作；当此时的计数值等于给定的产品数时，则系统停止工作。切断传送皮带2电机上的电源，接通传送皮带1电机上的电源，使装满产品的包装箱继续传输，同时，下一个空箱继续传输到达指定位置，重复上述过程。图37电机控制电路323显示电路设计本系统的显示部分采用的是LED数码管显示，发光二极管（即LED）是一个通电后发光的半导体元器件，具有和普通二极管相同的导电特性。数码管显示器是由多个发光二极管组合而成的一种显示器件，在单片机系统中应用非常普遍。数码管是有8个发光二极管，它们组成的字符可以作为显示器件。显示字符的有7个LED，我们可以命名为，A,B,C,D,E,F,G。还有一个，用作显示数字的小数点，我们命名为G。因此有时候我们也称之为7段发光二极管数码管显示器。发光二极管有共阳极和共阴极两种接法，这是按照其内部结构不同而划分的，对应的是高电平有效和低电平有效。图38是两种接法的示意图。共阴极共阳极图388段LED数码管的两种接法如果要显示某个数字，就需要点亮相应的段，这就用到了译码。而译码又分为硬件译码和软件译码。硬件译码时，电路设计中，在数码管与总线之间，需要添加锁存器，同时提供相应的译码器。译码器将电路中提供的1位十六进制数或BCD码转换为相应的显示段码送给数码管显示（数码管LED需要有驱动器提供较大的电流用于显示）。这种方法只需要用1条输出指令，便可以进行LED的显示。在电路较为复杂的硬件电路中，采用硬件译码就有一定的局限性。因此，硬件译码多用在显示的位数较多或亮度较高要求的场合。在软件译码时，主要方法是用软件查表的方法来代替硬件译码，在硬件上不仅省去了译码器，而且，还能显示更多的字符，同时它的译码逻辑也可以根据编程设定，而不必受到硬件译码逻辑的限制。本系统采用的是以软件译码为主的LED数码管接口电路。用软件进行译码，电路图如图39所示。发光二极管一般需要十几到二十几毫安的驱动电流，因此需要在数码管前加上驱动器，因为单纯靠接口提供不了那么大的电流供数码管显示器使用，本系统采用的是74LS373进行驱动。GABCDEFGDPGABCDEFGDP图39LED数码管接口电路本系统的LED接口电路采用软件译码。由于每个数码管的LED显示段是并联的，因此同时刻不同数码管仅能显示出同个字符，无法显示多个字符。因此为了显示多个字符，我们可以采用LED的动态显示方法，逐个循环点亮每位数码管，各位显示的时间为1MS左右，因为人自身存在着视觉暂留效应，这就让人看着好像是在同时显示不同的字符一样。我们为了实现对LED数码管的动态扫描显示，除了要给数码管提供显示的段码以外，还要对LED数码管进行位选，这就是我们通常所说的“段选”和“位选”。所以对于拥有多位的LED数码管的显示电路来说，就需要有两个输出口，一个用于输出显示的段码；另外一个则用于输出位选信号。“位选”实际上是对LED数码管的公共段进行控制，位选信号的数量与数码管的位数相同。这里的显示器位数为3位，因此位选信号需要有3个。324音频报警电路设计本系统的报警电路的设计比较简单，采用压电蜂鸣器作为报警电路中的发音部分。压电蜂鸣器结构简单，在两根引线上加上5V左右的直流电压，就能产生频率约为3KHZ左右的尖锐报警声音。和电磁式蜂鸣器相比，压电蜂鸣器不仅结构简单，而且耗电也少，在单片机系统中更为常见。压电式蜂鸣器正常工作必须满足10毫安左右的驱动电流，而电路中无法提供这么大的电流，需要用特定的芯片来进行低电平的驱动，三极管同样可以作为驱动器来驱动。驱动电路如图310所示PB76PB54825APB32PB10DPGFEDCBA驱动器74LS3图310音频报警电路如图所示，音频报警电路中的驱动芯片的一端接AT89C52单片机的P10脚，当单片机引脚输出高电平时，芯片的1Y引脚则输出为低电平，继电器工作使开关闭合，从而压电蜂鸣器的引线获得约5V的电压，蜂鸣器产生蜂鸣音响。当P10口输出低电平“0”时，引脚1Y的输出端电压升高到约5V，这时，继电器不工作，开关处于断开状态，压电蜂鸣器两端的电压降至0V，此时，蜂鸣器停止发声。325给定参数（输入）电路设计为了自动装箱控制系统的结构更简单，我们设计了一个矩阵二极管输入键盘（编码键盘）。图311是编码键盘的原理图。0123456789BCD码ACD5V图311编码键盘原理图8255A芯片的PA0PA3口与图中按键的输出信号A、B、C、D相连，键的选通信号是KEYSTROBE，经反向器接到单片机的INT0（P32口）中断管脚上。键盘工作的原理是当某一个按键接通时，KEYSTROBE是高电平，反相之后的下降边沿开始向单片机申请中断。单片机响应后，读取相应的BCD码，作为给定参数，并送到数码管显示。本系统设计的是三位数码管显示，其显示范围是0999，输入数据时，从百位开始给定参数。所有按键的输出端初始都为高电平。如果按下接通一个按键，那么该键所对应的BCD码将在输出线上显示出来。比如，按下的是“8”的按键，那么在按键8上连接的两个二极管导通。所以A、B、C输出的是低电平，所以输出的BCD编码为1000。其余各个数字根据以上类推。不管哪一个按键按下，都将会向单片机申请中断响应。4软件设计41系统的程序流程图411系统的主程序设计及其流程图分析上面的硬件设计可知，自动装箱控制系统的键盘主要是用来在生产开始前输入给定参数。但在整个生产过程中，按键没有任何作用。自动装箱控制系统的按键的处理是采用中断方式；用查询的方式分析箱体是否到位和产品计数。图41就是自动装箱控制系统的总流程图。系统的中断程序是用来输入给定参数的，当键盘中有某个按键按下接通时，KEYSTROBE输出高电平，然后，向AT89C52单片机申请中断。在中断的服务程序中，读取该键盘的给定参数，一方面存到相应给地的地址单元PARTS和BOXES，另一方面则送去数码管显示，便于工作人员检查输入的给定参数是否正确。根据程序可知，系统的输入应该是先输入包装箱的个数，其次是再输入单位箱子的产品个数。为了完成以上任务，我们将设计中断服务的流程图。图41是中断服务程序的流程图。在设计主程序和子程序前，应该先进行内存单元的分配设置。将交流电机1、交流电机2、报警状态和正常运行状态分配给AT89C52单片机RAM里的20H单元中的00H到03H四位；包装好的箱子和产品的计数用21H单中的08H和09H两位。如果当前的计数值与事先的给定值相等，那么，将标志单元置为1；如果当前的计数值小于事先的给定值