自动计数与装箱系统设计.doc

毕业设计（论文）题目： 自动计数与装箱系统设计学生姓名： 学 号： 班 级: 专 业： 指导教师： 2016 年 10月自动计数与装箱系统设计学生姓名： 张三学 号： 2008200200200班 级： 2002020202020所在院(系): 电气与信息工程学院指导教师： 李四 完成日期: 0000年0月 毕业设计（论文）任务书电气与信息工程 学院 自动化 专业 10-01 班题 目 自动计数与装箱系统设计 任务起止日期： 2014 年 3 月 19 日 2014 年 6 月 15 日学 生 姓 名 张 三 学 号 00000000000指 导 教 师 李 阿 四教研室主任 2014 年 月 日审查院 长 2014 年 月 日批准一、毕业设计（论文）任务课题内容为某厂设计自动装箱控制系统，该系统被控对象是两个传送带：包装箱传送带和产品传送带，由两个马达控制产品的计数和装箱，采用微型计算机进行自动控制。主要内容:对产品进行装箱和自动计数，一箱装满后由马达传送空箱继续进行产品计数和装箱,周而复始。课题任务要求1了解系统工作流程。2 对控制方案进行论证，并说明方案优、缺点。3 系统硬件总体方案设计。4 系统硬件电路电路设计：微机系统、信号检测电路、马达控制电路、给定值电路、显示电路。5 系统软件总体方案设计。6 控制系统软件设计：主程序、中断服务程序。 课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1设计说明书； 2硬件电路图； 3程序框图； 4程序清单；主要参考文献与外文翻译文件（ 由 指 导 教 师 选 定 ）1 于海生.微型计算机控制技术M. 北京：清华大学出版社，1999.2 曹承志.微型计算机控制新技术M. 机械工业出版社，2001.3 何立民.MCS-51单片及应用文集M. 北京：北京航空航天出版社，1993.4 胡汉才.单片机原理技接口技术M. 北京：北京航空航天出版社，1993.5 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M. 北京：北京航空航天出版社，2003.6 罗亚非.单片机应用基础M. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.7 王晓明.单片机控制M. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8 钟寒梅.电源系统的设计J. 国外电子元器件，2002，09（12A）：15-23.9 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，2000，20（10A）：5-14.10叶澄清.微型计算机应用系统及其应用M. 杭州：浙江大学出版社，1997.11涂时亮.单片微机控制技术M. 上海：复旦大学出版社， 1994. 12杨立.微型计算机原理与接口技术M. 北京:中国铁道出版社,2003.13彭楚武.微机原理与接口技术M. 湖南:湖南大学出版社,2005.14INTEL.CORP.8-bit Embedded controller handbook，1989.15Smart Battery System Specifications, SYSTEM MANAGEMENT BUS SPECIFICATION.Revision1.08.September15.1998.同组设计者：注：1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2. 此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3. 此任务书可从教务处网页表格下载区下载二、毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕 业 设 计（论 文）工 作 任 务工 作 进 度 日 程 安 排周次12345678910111213141516171819201毕业实习2搜集、整理、消化有关资料，外文翻译、方案论证、开题报告。3确定方案，选择元、器件，进行硬件设计、制作。4软件设计。5撰写报告，打印文稿6根据指导教师进行修改、定稿、打印、装订。准备答辩。7答辩8善后9 注：1. 此表由指导教师填写；2. 此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3. 进度安排请用“一”在相应位置画出。三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表时间第 一 阶 段第 二 阶 段第 三 阶 段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字签字 日期签字 日期签字 日期 注：1. 此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。2. “组织纪律”一档应按长沙理工大学学生学籍管理实施办法精神，根据学生具体执行情况，如实填写。3. “完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议4. 对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。四、学生毕业设计（论文）装袋要求：1. 毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。(1) 封面 (2) 扉 页(3) 毕业设计（论文）任务书 (4) 中文摘要 (5) 英文摘要 (6) 目录 (7) 正文 (8) 参考文献(9) 致谢 (10) 附录（公式的推演、图表、程序等）(11) 附件1：开题报告（文献综述） (12) 附件2：译文及原文影印件2. 需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3. 修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4.毕业设计(论文)成绩评定册一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期 学生（签名） 指导教师验收（签名） 自动计数与装箱系统摘要伴随着经济的发展和人类的需要，现在的工厂和车间每天都要生产数以万计的产品。在过去还可依赖人工纸笔计数，现在由于数量庞大加上生产速度之快这种人工计数的方式已无法达到良好的实时性与准确性。因此自动计数系统已成为现今工业生产不可或缺的一部分。然而一个优良的自动计数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。本论文设计一个以8051单片机为核心的流水线产品计数及装箱控制系统。单片机的发展为工业生产及社会生活带来了很大的方便。单片机已经在工业过程控制、机床控制等方面得到广泛的应用。在工业生产中，常需要对产品计数、包装。人工完成麻烦，且效率低，单片机的应用给这类系统的设计带来了方便。单片机体积小、性能高、可靠性高的特点可为这类系统提高效率，且降低成本。可以对工业自动化生产流水线上的产品进行精确的计数和装箱。本系统中为了读键盘给定值及检测和控制，专门扩展一个8255A可编程接口及程序存储器EPROM2764。扩展的8255A的B口用于产品计数显示。对微型机控制装箱系统进行全面的论述和系统设计。此自动计数与装箱系统弥补了传统装箱系统的不足，具有高效、实时、准确、抗干扰等特点。能够广泛的应用于工厂、车间，实现计数过程的自动化，大大提高了生产效率，能为企业带来更高的效益。关键词：单片机；计数装箱系统；光电传感器 - II - 自动计数与装箱系统目 录1 绪论11.1 课题背景及目的11.2 自动计数装箱系统的设计意义11.3 设计的内容及功能要求12 系统方案论证42.1 控制方案列举分析及确定42.1.1 PLC顺序控制42.1.2 系统机的顺序控制42.1.3 单片机实现顺序控制53 系统总体设计及工作原理63.1 系统总体设计63.2 工作原理64 硬件的设计84.1 微机系统的设计84.1.1 单片机选择84.1.2 8255A芯片94.1.3 2764芯片104.1.4 74HC573芯片104.2 信号检测电路的设计104.2.1 数据采集方式的选择104.2.2 电路设计114.3 电机控制电路的设计124.3.1 电机类型选择124.3.2 光耦的选择134.3.3 电路的设计134.4给定值电路设计144.5 显示电路的设计154.6 报警电路的设计155 软件设计175.1 主程序流程图175.2 动态显示子程序流程图185.3 中断子程序流程图195.4 报警子程序设计206 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 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、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。检测器2检测器1传送带1传送带图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14，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。(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。第34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。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。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。驱动电路8051单片机键盘输入复位电路显示电路报警电路电源电路检测电路电机控制电路图 3.1 系统原理框图晶振电路单片机采用的是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MCS51系列单片机是8位机的代表，其中8051单片机是Intel公司MCS51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所示图4.1 8051单片机图中的接口具体使用如下：（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（D07）及位址总线（A07）。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（A815）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10F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4-1 74HC573功能表输入输出输出使能锁存使能DQLHHHLHLLLL不变HZH=高电平，L=低电平，=不定，Z=高阻态。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。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，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。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。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。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。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，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。图5-1：包装控制系统主程序框图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