1、產(chǎn)品自動裝箱系統(tǒng)設計摘要在許多產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，常常需要對產(chǎn)品進行計數(shù)、裝箱。如果用人工不但麻煩，而且效率低、勞動強度大。隨著微機控制的普及，特別是單片機的應用，給該系統(tǒng)的設計帶來了極大的方便。本文設計了一種以8086單片機為核心的產(chǎn)品自動裝箱系統(tǒng)，可以對工業(yè)自動化生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品進行精確的計數(shù)和裝箱。為了讀鍵盤給定值及檢測和控制，專門擴展一個8255A（P259）可編程并行接口、SRAM6116(2K*8靜態(tài)隨機存取存儲器)程序存儲器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外線擦除標準EPROM)（P65）。擴展的8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計數(shù)顯示。對產(chǎn)品自動裝箱系統(tǒng)進行全面的

2、論述和系統(tǒng)設計。關鍵詞：自動裝箱控制；單片機；產(chǎn)品計數(shù)目錄1 緒論11.1 課題背景及目的11.2 工業(yè)控制的研究現(xiàn)狀11.3 自動裝箱控制系統(tǒng)的設計意義21.4 設計的內(nèi)容及功能要求32 自動裝箱控制方案論證52.1 控制方案列舉分析及確定52.1.1 機械式的順序控制52.1.2 繼電器順序控制(RLC)52.1.3 二極管矩陣式順序控制器62.1.4 用計算機的順序控制62.1.5 可編程序順序控制器62.1.6 用單片機實現(xiàn)順序控制72.2 自動裝箱系統(tǒng)配置方案82.2.1 單片機微型計算機類型及相應芯片、總線的選擇82.2.2 檢測原理及傳感器選擇82.2.3 輸入輸出設備的選擇92

3、.2.4 電機類型及其控制方案的選擇92.2.5 確定自動裝箱控制系統(tǒng)總體方案103 控制系統(tǒng)硬件設計123.1 微機系統(tǒng)硬件設計123.2 控制電路設計143.2.1 信號檢測(數(shù)據(jù)采集)電路143.2.2 電機控制電路的設計153.2.3 顯示電路設計163.2.4 報警系統(tǒng)的硬件設計173.2.5 給定值電路設計184 軟件設計194.1 程序流程圖194.1.1 主程序的設計及其流程圖194.1.2 動態(tài)顯示子程序流程圖214.1.3 中斷子程序流程圖214.1.4 報警子程序設計224.2 系統(tǒng)內(nèi)存單元分配225 結論23參考文獻24致謝25附錄26附錄A 27附錄B 28附件 1

4、開題報告附件 2 譯文及原文復印件1 緒論1.1 課題背景及目的在工業(yè)生產(chǎn)過程中,經(jīng)常需要對流水線上的產(chǎn)品進行計數(shù)和包裝,傳統(tǒng)的人工方法不僅容易漏計、錯計、勞動強度大、效率較低。本設計介紹一種以8086單片機為核心的流水線產(chǎn)品計數(shù)及裝箱，可以對工業(yè)自動化生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品進行精確計數(shù)和裝箱。在工業(yè)自動化體系中，一個重要的角色就是工業(yè)控制計算機，即IPC。或者叫產(chǎn)業(yè)PC。工業(yè)控制計算機是工業(yè)自動化設備和信息產(chǎn)業(yè)基礎設備的核心。傳統(tǒng)意義上，將用于工業(yè)生產(chǎn)過程的測量、控制和管理的計算機統(tǒng)稱為工業(yè)控制計算機，包括計算機和過程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業(yè)控制計算機的內(nèi)涵已經(jīng)遠不止這些，其應用范圍也

5、已經(jīng)遠遠超出工業(yè)過程控制。1.2 產(chǎn)品自動裝箱系統(tǒng)的設計意義自動化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應用范圍正在拓展。裝箱行業(yè)中自動化操作正在改變著裝箱過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。產(chǎn)品自動裝箱系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除包裝工序及印刷貼標等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。 具有革命意義的自動化浪潮改變著自動裝箱的方方面面。優(yōu)秀的產(chǎn)品自動裝箱系統(tǒng)，無論從提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動強度方面，都能起到十分明顯的作用。尤其是在食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)，這點都是至關重要的。自動裝置和系統(tǒng)工程方面的技術正在進一步深化，并得

6、到更廣泛的應用。1.4 設計的內(nèi)容及功能要求從上面分析論述，由系統(tǒng)功能要求、方案選擇和設備配置，我們可以設計出一個自動裝箱系統(tǒng)，其原理圖如圖1.1所示：檢測器2檢測器1傳送帶1傳送帶2圖1.1 產(chǎn)品自動裝箱系統(tǒng)原理圖在圖1.1中，該系統(tǒng)帶有兩個傳送帶，及包裝箱傳送帶和產(chǎn)品傳送帶。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對準產(chǎn)品傳送帶的末端，以便使產(chǎn)品剛好落入箱中，在空包裝箱傳送帶的中間裝一檢測控制器1，用以檢測包裝箱是否到位。產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間傳送到包裝車間。當某一產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會自動落入包裝箱內(nèi)，并由光電檢測器2轉換成

7、計數(shù)脈沖。產(chǎn)品計數(shù)可以由硬件完成(如8086單片機中的定時器/計數(shù)器)，也可以用軟件來完成。本系統(tǒng)采用軟件計數(shù)方法。系統(tǒng)工作步驟如下：(1)用鍵盤設置每個包裝箱所裝的產(chǎn)品數(shù)量以及包裝箱數(shù)，并分別存放在PARTS和BOXES單元中。(2)接通電源，使傳送帶1的驅(qū)動電機轉動。由控制程序控制傳送帶1的驅(qū)動電機持續(xù)運動，當包裝箱運行到檢測器1的光源和傳感器的中間時，通過檢測光電傳感器的狀態(tài)，判斷傳送帶1上的包裝箱是否到位。(3)當包裝箱到位時，關斷電機電源，使傳送帶1停止運動。(4)啟動傳送帶2電機，使產(chǎn)品沿傳送帶向前運動，并轉入箱內(nèi)。(5)當產(chǎn)品一個一個落下時，通過檢測器2的檢測，將產(chǎn)生一系列脈沖信

8、號。(6)從檢測器2來的輸出脈沖，由單片機進行計數(shù)，并不斷地與存在PRESET單元中的給定值進行比較。(7)當產(chǎn)品數(shù)與給定值不等時，將繼續(xù)控制傳送帶2運動，以便繼續(xù)裝入產(chǎn)品，直到零件數(shù)與給定值相等，停止傳送帶2的驅(qū)動電機，不再傳送產(chǎn)品。(8)再次啟動傳送帶1的電機，使裝滿產(chǎn)品的箱子繼續(xù)向前運動，并把存放箱子數(shù)的內(nèi)存單元加1，然后再與給定的箱子數(shù)進行比較。如果不夠，則帶動下一個空箱到達指定位置，繼續(xù)上述過程。直到產(chǎn)品數(shù)與給定值相等，停止包裝，等待下面操作命令。當傳送帶2上的產(chǎn)品和傳送帶1上的箱子足夠多時，這個過程可以繼續(xù)不斷進行下去,這就是產(chǎn)品自動包裝生產(chǎn)線的流程。必要時操作人員可以隨時通過停止

9、(STOP)鍵停止傳送帶運動，并通過鍵盤重新設置給定值，然后再起動。2 自動裝箱控制方案論證2.1 控制方案列舉分析及確定在這個系統(tǒng)中，從上面對系統(tǒng)要求的分析中可以看出：生產(chǎn)過程中的機器按確定的先后順序連續(xù)不斷的進行開(ON)和關(OFF)，所以為順序控制。而順序控制一般有下列幾種控制方法：2.1.1 機械式的順序控制用分配軸上的凸塊去控制電器開關、液壓或氣壓閥門實現(xiàn)的一種順控。2.1.2 繼電器順序控制(RLC)傳統(tǒng)的順序控制使用繼電器組成的邏輯(Relay Logic Circuit，簡稱RLC)，2.1.3 二極管矩陣式順序控制器這種順序控制器是利用二極管(或三極管)來改變控制順序，是由

10、輸入、輸出和矩陣組成的一種組合邏輯電路。2.1.4 用計算機的順序控制計算機具有功能完備、靈活性強和通用性廣、可組織批量生產(chǎn)等優(yōu)點，但需要較多的外圍設備，價格昂貴，這大大限制了它在工業(yè)控制中的使用范圍，加上它的原理復雜，增加了利用和維護的難度，導致普及推廣進程緩慢。雖然它完全能用于順控，單用作簡單控制時不太合算，故也不適宜本系統(tǒng)。2.1.5 可編程序順序控制器這種順控器將計算機通用靈活和繼電器邏輯控制簡單、操作方便、價格便宜的優(yōu)點結合起來，被稱為Programmable Logic Controller (可編程控制器)，簡稱PLC.。2.1.6 用單片機實現(xiàn)順序控制單片機具有下面一些特性：體

11、積小：由于單片機內(nèi)部集成了計算機的基本功能部件，能滿足很多領域?qū)τ布墓δ芤螅虼擞蓡纹瑱C組成的應用系統(tǒng)結構簡單、體積特別小。可靠性高：單片機內(nèi)CPU范圍存儲器、I/O接口的信息傳輸線(即總線地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線)大多數(shù)在內(nèi)部，因此不易受外界的干擾；另一方面，由于單片機微機體積小，在應用環(huán)境比較差的情況下，容易采取對系統(tǒng)進行電磁屏蔽等措施。所以單片機應用系統(tǒng)的可靠性比一般的微機系統(tǒng)高得多。性價比高：由于單片機的大批量生產(chǎn)，及其已非常成熟的制造工藝，所以成本很低，加上單片機的功能性能不斷的完善，種類型號的增加，其應用系統(tǒng)的印版小、接插件少、安裝調(diào)試簡單等一系列原因，使單片機應用系統(tǒng)的性

12、能價格比高于一般的微機系統(tǒng)。控制功能強：單片機像計算機一樣是面向控制，它的實時控制功能特別強，CPU可以直接對I/O口進行各種操作(輸入/輸出、位操作以及算術邏輯操作等)，運算速度高，最高可達16MHZ。而且單片機對實時事件的響應和處理速度快。使用方便：由于單片機內(nèi)部功能強，系統(tǒng)擴展方便，因此應用系統(tǒng)的硬件設計非常簡單，又因為市場上提供多種多樣的單片機開發(fā)工具，它們具有很強的軟硬件調(diào)試功能和輔助設計的手段。這樣使單片機的應用極為方便，大大的縮短了系統(tǒng)研制的周期。功耗低：由于單片機集成度高，相應其功耗相對于同功能的其他設備功耗低了很多。單片機以上的特性，縮短了單片機應用系統(tǒng)研制到真實產(chǎn)品的過渡過

13、程，使科研成果迅速轉化成生產(chǎn)力。綜上所述，通過對各種控制方案的分析比較，再加上對本系統(tǒng)實際情況、功能要求的結合，我們可以看出，采用單片機實現(xiàn)控制的方案將容易實現(xiàn)。單片機控制系統(tǒng)功能強大、精度高、性能穩(wěn)定可靠、使用方便、性價比高。所以采用單片機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動控制。2.2 自動裝箱系統(tǒng)配置方案選定了單片機之后，為了實現(xiàn)自動裝箱系統(tǒng)，我們開始進行硬件配置。2.2.1 單片機微型計算機類型及相應芯片、總線的選擇單片機類型：對于單片機的型號，由于系統(tǒng)不是特別復雜的較大型系統(tǒng)，我們在這里采用應用廣泛、性能較高的16位高性能Inter系列8086芯片。由于系統(tǒng)需要較多接口，所以必須進行接口擴展，在這里由

14、于系統(tǒng)需求需要擴展數(shù)據(jù)儲存器用SRAM6116擴展。8155的擴展的I/O口較少，所以采用有較多的I/O接口的8255A芯片而不采用8155芯片進行接口擴展。另外，還采用2732進行程序存儲器擴展。總線：由于采用標準總線有良好的兼容性。因為標準總線的嚴格定義，所以不同的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品都能兼容得很好。選擇不同的模塊組成系統(tǒng)，系統(tǒng)的擴展容易，硬件設計簡單。在工業(yè)控制中，較常見的是STD總線，它采用小板結構模塊化設計(適用于不同要求的微機系統(tǒng))。面向I/O設計、可靠性高。所以在這里選擇STD總線作為系統(tǒng)總線。2.2.2 檢測原理及傳感器選擇先看一下本系統(tǒng)所需的檢測，判斷的對象：(1)判斷空箱是否到位

15、。判斷空箱是否到位的方法是利用光電傳感器進行檢測，與相比較紅外線探測器由于是利用物體輻射接收信號，所以信號較弱不準確，而且紅外線傳感器價格較貴、易受干擾、成本也高。可見利用光電式傳感器進行檢測較好。(2)判斷箱子是否已裝滿產(chǎn)品。判斷箱子是否已裝滿產(chǎn)品的方法為對產(chǎn)品進行計數(shù)：當數(shù)量達到要求時就做出箱子已裝滿的判斷，計數(shù)的方法為光敏電阻照射，原理參照上段判斷(1)的方法所述。所以我們在這里采用光電傳感器來進行信號檢測。2.2.3 輸入輸出設備的選擇輸入輸出設備是指系統(tǒng)與各種人機之間的對話設備。(1)輸入設備的選擇輸入設備有按鈕、開關、鍵盤等，本系統(tǒng)由于不但需要開關，而且要輸入數(shù)據(jù)，故可采用包括開始

16、、停止兩個命令功能鍵和數(shù)字等多個鍵的鍵盤來作為輸入設備。(2)顯示設備的選擇顯示設備采用發(fā)光二極管顯示器LED(Light Emitting Diode)顯示。和采用液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Diode)顯示相比。前者是既簡單又廉價的顯示輸出設備，是目前應用最廣泛的顯示器件，而且發(fā)光清晰、性能穩(wěn)定，缺點是不能很精細；后者則有功耗小、體積小、重量輕的優(yōu)點，但價格較高，多用于珍袖儀表和低功耗的系統(tǒng)中。所以采用發(fā)光二極管顯示器LED顯示。2.2.4 電機類型及其控制方案的選擇電機有直流電機和交流電機之分。同步電機的轉速與所接電網(wǎng)的頻率之間存在一種嚴格不變的關系。由于對電機的控制

17、輸入的信號為開關量，傳送動力不用很大，而且傳送產(chǎn)品和箱子時需要精確定位，這里采用由開關量控制的伺服同步電機。不需要可逆調(diào)速，所以選擇交流電機，又從系統(tǒng)功能分析可知，對箱子和產(chǎn)品的傳送過程中都需要精確定位以便實現(xiàn)自動裝箱，所以要求電機能快速停止。根據(jù)上面的要求我們選擇了220V交流伺服同步電機。由于在傳動過程中，傳送箱子的電機負荷較大，所以選用堵轉力矩和轉子慣量較大的HD18-1電機。另外，電機可選用含有減速裝置的多軸轉動，以便精確定位。由于對電機需要大電壓來控制，而微機系統(tǒng)輸出的開關量為不能直接用來驅(qū)動電機的低電平，還有也為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，我們采用光電隔離技術，采用無觸點的固態(tài)繼電器進

18、行控制。 2.2.5 確定自動裝箱控制系統(tǒng)總體方案由于系統(tǒng)對電源沒有特別高的要求，而且電源設計不是本設計主要內(nèi)容，為了方便起見，我們采用后一種電源即開關電源，只要達到下列要求即可：(1)電源具有足夠的功率，以免滿負荷或超負荷時發(fā)熱嚴重，精度降低。(2)電源變壓器將有良好的屏蔽并在電源入口處設置了交流穩(wěn)壓器和交流濾波器、分布式電抗等，以做好抗干擾、提高穩(wěn)壓和濾波效果。(3)要求能提供包括+5V等的多檔次的電壓。由以上分析可得：本系統(tǒng)采用型號為8086的單片機及其8255A等系列芯片進行微機控制。采用STD標準總線作為系統(tǒng)總線。采用光電式傳感檢測器進行檢測信號。采用帶有開始和停止命令功能鍵的編碼鍵

19、盤。采用LED顯示器進行信號顯示。采用220V交流電機進行同步伺服電機傳送，產(chǎn)品傳動采用堵轉力矩可轉子慣量較小的HD5-1電機、箱子傳動選用堵轉力矩可轉子慣量較大的HD18-1電機，電機的控制則采用光電隔離接口和固態(tài)繼電器進行控制。采用專用廠家生產(chǎn)的成品的開關電源。3 控制系統(tǒng)硬件設計3.1 微機系統(tǒng)硬件設計為了完成上述任務，采用8086單片機設計一個最小系統(tǒng)。為了讀鍵盤給定值及檢測和控制，專門擴展一個8255A可編程接口及程序存儲器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外線擦除標準EPROM)和SRAM6116(2K*8靜態(tài)隨機存取存儲器)。8282(8位I/O鎖存器)、2732組成

20、最小系統(tǒng)，擴展的8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計數(shù)顯示。硬件圖說明為達到本系統(tǒng)功能，采用8086單片機設計一個最小系統(tǒng)，為讀鍵盤給定值，同時實行檢測和控制，專門擴展一個8255A可編程接口。8086、8282地址鎖存器、8284時鐘發(fā)生器、8286總線接收器、6116、2732組成最小系統(tǒng)。其中各芯片及引腳說明如下：(1)8086: 系統(tǒng)的微控制器選用8086，它是Inter系列的16位微處理器，芯片上有2.9萬個晶體管，采用 HMOS工 藝制造， 8086微處理器的一般性能特點：16位的內(nèi)部結構，16位雙向數(shù)據(jù)信號線；20位地址信號線，可尋址1M字節(jié)存儲單元；較強的指令系統(tǒng)；可尋址64K個

21、I/O端口；可處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷源可達256個；單一的5V電源，時鐘5MHz。它既能處理16位數(shù)據(jù)，也能處理8位數(shù)據(jù)。(2)8255A:8255A基本特性：8255A是一個具有兩個8位(A口和B口)和兩個4位(C口高/低4位)并行I/O端口的接口芯片，它是Intel系列CPU與外部設備之間提供TTL電平兼容的接口，如A/D、D/A轉換器、鍵盤、步進電機以及需要同時兩位以上信息傳遞的一切形式的并行接口；8255A能適應CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求；8255A可執(zhí)行功能很強，內(nèi)容豐富的兩條命令(方式字和控制字)為用戶根據(jù)外界條件來使用8255A構成多種接口電路提供了

22、靈活方便的編程環(huán)境；8255A的PC口的使用比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，還可作狀態(tài)口，進行按位控制等；(4)8284A時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生：CLK、READY 、RESET信號。時鐘信號的方波信號，占空比約為33%，即1/3周期為高電平，2/3周期為低電平。 8086的時鐘頻率（又稱為主頻）為4.77MHz，即從該引腳輸入的時鐘信號頻率為4.77MHz。(5)2732：4K*8 200ns紫外線可擦除電可編程的半導體只讀存儲器，標準EPROM；A11-A0：地址輸入線；D7-D0：三態(tài)數(shù)據(jù)總線；(5)8282芯片地址鎖存器，可選8282、74LS373、74LS273，用來鎖存地址信號。管腳：AD1

23、5-AD0 地址/數(shù)據(jù)分時復用8086CPU的一個總線周期至少包括4個時鐘周期。T1狀態(tài) 送地址信息T3狀態(tài) 為數(shù)據(jù)信息的讀入或?qū)懗?最小模式下 借助ALE信號在T1狀態(tài)8286地址鎖存器完成對地址信息的鎖存。(6) 8286 芯片總線驅(qū)動器，可選8286/8287。增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動能力。(7)74LS377：同向電流驅(qū)動器，為LED提供足夠驅(qū)動電流。包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號檢測，光電檢測器1判斷包裝箱是否到位和光電檢測器2用于產(chǎn)品計數(shù)；二是傳送帶電機控制。 (6)開關電源： 開關電源選用+12V ATX電源。在整個開關接通期間，電源向負載提供能量；當開關斷開時，輸入電源便中斷

24、了能量的控制，輸入電源向負載提供的能量是斷續(xù)的。(7)光電傳感器：光電傳感器選用CH3系列。光電傳感器的敏感范圍遠遠超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的范圍，此外光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。光電傳感器的原理圖如圖3.1所示：圖3.1 光電傳感器的原理圖3.2 控制電路設計3.2.1 信號檢測(數(shù)據(jù)采集)電路本系統(tǒng)的基本原理主要是單片機和光電檢測技術的結合，其檢測原理框圖如圖3.2所示。該系統(tǒng)利用單片機對電源進行控制。單片機根據(jù)用戶鍵入的信息自動生成一串有序電源脈沖，用這一電源脈沖來控制半導體激光器。這樣有半導體激光器發(fā)射的激光便是一串激光脈沖波

25、，這一串激光脈沖便是載有用戶信息的信號波。當光電監(jiān)測器檢測到此激光信號波時，將其轉化成為一串連續(xù)的電脈沖波。但此時所得到的信號是非常微弱、不夠規(guī)則的，同時由于雜散光以及外部干擾的存在，此時的電信號還混雜著一些無用的干擾信號，因此這些信號還不能直接應用。必須通過前置放大電路將它進行放大和除噪處理，處理過的信號便可直接驅(qū)動單片機工作，進行譯碼及判別處理。通過比較判別，單片機決定執(zhí)行哪一種處理，然后生成控制信號來啟動控制設備。半導體激光器光電檢測器前置放大器單片機譯碼判別處理編碼電源受控設備1受控設備2n單片機控制調(diào)制電信號圖3.2 檢測原理框圖由于上述的結構過于復雜，經(jīng)過論證可以考慮省略一些無關部

26、分，經(jīng)過分析，我認為光電脈沖轉換電路如圖3.3所示，BG1為光敏二極管，當光線照射BG1時，產(chǎn)生光電流，使R1上壓降增大，導致晶體管導通，觸發(fā)由晶體管BG3和BG4組成的射極耦合觸發(fā)器，使U0為高位；反之，U0為低電位。該脈沖信號U0可送到計數(shù)電路計數(shù)。圖3.3 電脈沖轉換電路3.2.2 電機控制電路的設計包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號檢測，光電檢測器1判斷包裝箱是否到位，光電檢測器2用于裝箱零件計數(shù)。再一部分就是傳送帶電機控制。下邊主要介紹傳送帶電機控制。在圖3.4中，8255A的PC0控制傳送帶1的電機，PC1控制傳送帶2電機。當按下啟動鍵(START)后，使PC0輸出高電平，經(jīng)反

27、向后變?yōu)榈碗娖剑虘B(tài)繼電器(SSR1)發(fā)光二極管亮，因而使得SSR1導通，交流電機通電，使傳送帶1運動，帶動包裝箱運動。當包裝箱運動到光源與檢測器1之間時，光源被擋住，從而光電傳感器輸出為高電平，當微型機檢測到是高電平后，PC0輸出低電平，傳送帶電機1停止。并同時使傳送帶2電機起動(PC1輸出高電平)，帶動產(chǎn)品運動，使產(chǎn)品落入包裝箱內(nèi)。當產(chǎn)品經(jīng)過檢測器2的光源與光電傳感器時，光電傳感器輸出高電平。當微型機檢測到此信號后在計數(shù)器中加1，并送顯示。然后在與給定的產(chǎn)品值進行比較。如果計數(shù)值小于給定值，則繼續(xù)計數(shù)；一旦計數(shù)值等于給定值，則停止計數(shù)；此時關斷傳送帶2的電源，并接通傳送帶1的電源，讓裝滿產(chǎn)

28、品的箱子移開，同時帶動下一個空箱到位，并重復上述過程。圖3.4 電機控制電路3.2.3 顯示電路設計本系統(tǒng)采用LED數(shù)碼顯示。發(fā)光二極管LED (Light Emitting Diode)是一種通電后能發(fā)光的半導體器件，其導電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合成的一種新型顯示器件，在單片機系統(tǒng)中應用非常普遍。發(fā)光二極管是組成LED發(fā)光二極管顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為7段(也有稱作8段)發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。LED內(nèi)部結構又有共陽極和共陰極兩種接法，分別為高電平有效和低電平有效。為顯示某個數(shù)字，

29、就要點亮對應的段，這就需要譯碼。譯碼分硬件譯碼和軟件譯碼。軟件譯碼時，方法是以軟件查表代替硬件譯碼，不但省去了譯碼器，而且還能顯示更多的字符，并且其譯碼邏輯可隨編程設定，不受硬件譯碼邏輯的限制。所以本系統(tǒng)采用的是以軟件為主的LED接口電路，用軟件進行譯碼，其電路如下圖3.5所示(由于發(fā)光二極管通常需要十幾到二十幾毫安的驅(qū)動電流，所以驅(qū)動器是必不可少的，因為僅靠接口提供不了較大的電流供LED顯示器使用，本系統(tǒng)采用74LS377進行驅(qū)動)。 PB7 PB6 PB5 PB48255A PB3 PB2 PB1 PB0驅(qū)動器74LS377dpgfedcba圖3.5 以軟件為主的LED接口電圖采用以軟件為

30、主的LED接口電路由于個位數(shù)碼管的顯示段碼是互相并聯(lián)的，因此在同一時刻只能顯示同一種字符(即只顯示一個顯示位上的字符)。為了能夠同時顯示多個(即多位)字符，我們必須對LED采用動態(tài)顯示方法，其方法就是利用人眼對視覺的殘留效應，逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管，每位顯示1ms左右，使人看起來就好像在通的字符一樣。為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示碼段之外，還要對顯示器進行位控制，即通常所說的“段控”和“位控”。因此對于多位LED數(shù)碼顯示器的接口電路來說，需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出顯示段碼；另一個用于輸出位控信號。“位控”實際上就是對LED顯示器的公共段進行控制，位控信號的

31、數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同。這里的顯示器位數(shù)為3位。3.2.4 報警系統(tǒng)的硬件設計在微機控制系統(tǒng)中，為了使生產(chǎn)安全準確，通常設有報警系統(tǒng)。通常可通過聲、光、語言進行報警。在這里為了提高系統(tǒng)的可靠性及減少誤操作，我們也設計了一個報警系統(tǒng)。其報警方式采用光信號進行：我們用PC2、PC3這兩個I/O口接線設計了兩個狀態(tài)指示燈以作為報警系統(tǒng)的輸出硬件。D1為紅色，D2為綠色，當系統(tǒng)沒有設定值而啟動START鍵時，或者當計數(shù)值超過給定值時，則D1燈亮，提醒操作者注意，需重新設置參數(shù)后啟動。如果系統(tǒng)操作運行正常，則綠燈D2亮。 3.2.5 給定值電路設計為了使系統(tǒng)簡單，自行設計的一個由二極管矩陣組成的編碼鍵盤

32、，如圖3.6所示。圖3.6 編碼鍵盤原理圖鍵盤輸出信號D、C、B、A (BCD碼)接到8255A的A口PA3-PA0，鍵選通信號KEYSTROBE(高電平有效)，經(jīng)反向器接到8086的中斷管腳。當某一個鍵按下去時，KEYSTROBE為高電平，經(jīng)反相后的下降沿向8086申請中斷。8086響應后，讀入BCD碼，作為給定值，并送顯示。由于系統(tǒng)設計只有三位顯示，所以最多只能給定999，輸入順序為從高位(百位數(shù))開始。當按鍵未按下時，所有輸出端均為高電平。當按鍵按下后該鍵的BCD碼將出現(xiàn)在輸出線上。例如，按下“6”鍵時，與鍵6相連的兩個二極管導通，所以D、A線上為低電平，因此輸出編碼為0110，其余以此

33、類推。當任何一個鍵按下去時，四輸入或非門7420產(chǎn)生一個高電平選通信號經(jīng)反相器后向8086申請中斷。4 軟件設計4.1 程序流程圖4.1.1 主程序的設計及其流程圖通過上述分析可知，本系統(tǒng)鍵盤的作用主要是給定值的輸入。當給定值設定后，在包裝過程中就沒什么作用了。因此為了提高系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)采用中斷方式作鍵盤處理，對裝箱是否到位及產(chǎn)品數(shù)計數(shù)，則采用查詢方法。整個系統(tǒng)流程圖，如圖4.1所示。中斷程序主要用來設定給定值，當給定鍵盤有鍵按下時，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向8086申請中斷。在中斷服務程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應的給定單元(PARTS和BOXES)，另一方面送

34、去顯示，以便操作者檢查輸入的給定值是否正確。本程序輸入的順序是先輸入包裝箱數(shù)(3位，最大為999，按百、十、個位順序輸入)，然后再輸入每箱的零件數(shù)(3位，最大值為999，輸入順序同包裝箱)。完成上述任務的中斷服務程序流程圖如圖4.1所示。為了設計主程序和子程序的流程圖，首先必須設置有關內(nèi)存單元。這里用8086內(nèi)部RAM的20H單元的00H至03H四位分別代表電機1、電機2、報警和正常運行標志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為零件及包裝箱計數(shù)標志單元。當計數(shù)值等于給定值時，則此兩位標志單元置1，否則為0。一旦此標志單元為1，則停止計數(shù)，把裝滿的包裝箱運走并重新運來一個空箱；若包裝箱數(shù)已夠

35、，則重新開始下一輪包裝生產(chǎn)控制過程。如果計數(shù)單元超過給定值，將產(chǎn)生報警，告知操作人員計數(shù)有誤，此時系統(tǒng)自動停下來，等待操作人員處理。圖4.1 包裝控制系統(tǒng)主程序框圖4.1.2 動態(tài)顯示子程序流程圖在這里我們采用的為以軟件為主的LED接口電路，用軟件進行譯碼，其流程圖如圖4.2所示。圖4.2 動態(tài)顯示子程序流程圖4.1.3 中斷子程序流程圖中斷服務程序主要用來設定給定值，當給定鍵盤按下時，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向8031申請中斷。在中斷服務程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應的給定單元(PARTS或BOXES)，另一方面送顯示器，以便操作者檢查輸入的給定值是否正確。本程序輸

36、入的順序是先輸入包裝箱數(shù)(三位，最大999，按百位、十位、個位順序輸入)，然后再輸入每箱裝的產(chǎn)品數(shù)(三位，最大999，輸入順序同包裝箱)，完成上述任務的中斷服務程序框圖如圖4.3所示。圖4.3 輸入給定值中斷服務程序圖4.1.4 報警子程序設計報警系統(tǒng)根據(jù)報警參數(shù)及傳感器的具體情況又可分為硬件直接報警和全軟件程序報警，前者的報警信號是直接通過硬件對被測參數(shù)和給定值進行比較而產(chǎn)生的，是在傳感器中進行的，當這種硬件直接報警的信號產(chǎn)生之后再由軟件進行處理，而后者則通過程序比較而得到信號并由軟件完成報警處理系統(tǒng)主要是針對誤操作做出報警，如當無給定值時就按STRART鍵等，而無需進行上下限參數(shù)的比較，故

37、只需在微機中進行即可，故可采用全軟件報警。其報警程序的設計可對計數(shù)單元進行比較而形成。 4.2系統(tǒng)內(nèi)存單元分配為了進行微機系統(tǒng)程序設計，首先需設置一些有關內(nèi)存單元。這里用8-86內(nèi)部RAM的20H單位的00H03H四位分別代表電機1、電機2、報警和正常運行標志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為產(chǎn)品及包裝計數(shù)標志單元，當計數(shù)值超過給定值時，則此二位標志置1，否則為0。一旦標志單元為1，則產(chǎn)生報警，告知操作人員計數(shù)有誤，此時系統(tǒng)會自動停止，等待操作人員處理。該系統(tǒng)內(nèi)存單元分配如圖4.4所示。圖4.4 系統(tǒng)內(nèi)存單元分配圖5 結論本系統(tǒng)采用8031單片機，擴展了8255A接口，另外還采用273

38、2進行程序存儲器擴展。實現(xiàn)了流水線產(chǎn)品的自動計數(shù)和自動裝箱。本系統(tǒng)優(yōu)點是控制過程簡單，操作方便。起動裝箱電機1，使裝箱沿著傳送帶向前移動。通過光電傳感器1檢測裝箱是否到位，裝箱到位后，停止電機1。起動電機2，使產(chǎn)品沿著傳送帶向前移動，產(chǎn)品一個一個下落時，通過光電傳感器2的檢測，將產(chǎn)生一系列脈沖信號，從檢測器2輸出的脈沖，由計算機計數(shù)，并不斷地與存在給定值單元中的給定值進行比較。如果產(chǎn)品數(shù)與給定值相等，則停止電機2。重復上述過程，直至包裝箱數(shù)與給定值相等。本系統(tǒng)充分考慮了系統(tǒng)的性能和匹配問題，力求提高系統(tǒng)的可靠性，同時使其成本盡量低廉。缺點是產(chǎn)品和裝箱的計數(shù)不能超過999，控制過程為順序控制，電

39、機的啟動和停止不能實現(xiàn)自動起動和停止，需要人工操作電機開關。其實際的操作可行性有待進一步的驗證。參考文獻1 于海生.微型計算機控制技術M. 北京：清華大學出版社，1999.2 曹承志.微型計算機控制新技術M. 機械工業(yè)出版社，2001.3 何立民.MCS-51單片及應用文集M. 北京：北京航空航天出版社，1993.4 胡漢才.單片機原理技接口技術M. 北京：北京航空航天出版社，1993.5 沈紅衛(wèi).單片機應用系統(tǒng)設計實例與分析M. 北京：北京航空航天出版社，2003.6 羅亞非.單片機應用基礎M. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.7 王曉明.單片機控制M. 北京：北京航空航天大學出版社

40、,2002.8 鐘寒梅.電源系統(tǒng)的設計J. 國外電子元器件，2002，09（12A）：15-23.9 劉輝.流水線產(chǎn)品計數(shù)及包裝微機自動控制J. 計量與測量技術，2000，20（10A）：5-14.10葉澄清.微型計算機應用系統(tǒng)及其應用M. 杭州：浙江大學出版社，1997.11涂時亮.單片微機控制技術M. 上海：復旦大學出版社，1994. 12楊立.微型計算機原理與接口技術M. 北京:中國鐵道出版社,2003.13彭楚武.微機原理與接口技術M. 湖南:湖南大學出版社,2005.14INTEL.CORP.8-bit Embedded controller handbook，1989.15Smar

41、t Battery System Specifications, SYSTEM MANAGEMENT BUS SPECIFICATION.Revision1.08.September15.1998.致謝本論文是在袁老師細心指導下完成的。論文從選題、實驗研究到最后的成稿，得到了袁老師熱情鼓勵和細心指導，凝聚了恩師許多心血。指導老師淵博的學識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度使我受益非淺。在袁松貴老師和諸多同學的幫助下，我順利的完成了本次設計。在這里我要感謝袁松貴老師和幫助過我的同學。在他們的幫助下，我在這次設計中學到了許多，可以說是受益非淺。設計伊始，袁老師就有針對性的對我們提出了設計要求和注意事項，并對設計的各

42、個環(huán)節(jié)流程及要點和難點做了詳細的說明。而同班同學幫我解決了許多設計中遇到的細節(jié)上的小問題，還提供了很多相關的資料。在整個設計過程中，袁老師在各個環(huán)節(jié)都給予了細心的指導，小到資料的查詢，大到疑難問題。在此深表感謝，感謝他對我的幫助，使我順利的完成了這次設計，并從本次設計中學到了教學環(huán)節(jié)中沒有學到的知識。在論文完成之際，深深感謝所有支持、鼓勵和幫助過我的老師和同學。附錄A 硬件連接圖附錄B 程序清單該系統(tǒng)控制程序如下：ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0LED1 EQU 22H ；產(chǎn)品計數(shù)單元(百位)LED2 EQU 23H ；(十位)LED3 EQU 24H

43、；(個位)BOX1 EQU 25H ；包裝箱計數(shù)單元(百位)BOX2 EQU 26H ；(十位)BOX3 EQU 27H ；(個位)BOXES EQU 28H ；包裝箱給定值首地址PARTS EQU 2BH ；產(chǎn)品給定值首地址PRECNT EQU 2EH ；給定值次數(shù)計數(shù)單元LEDADD1 EQU 4000H ；百位數(shù)顯示地址LEDADD2 EQU 2000H ；十位數(shù)顯示地址LEDADD3 EQU 1000H ；個位數(shù)顯示地址BUFF EQU 2FH ；緩沖單元 ORG 0100H 控制主程序：MAIN： MOV SP,#50H MOV R0,#22H MOV A,#00H MOV R1,#

44、0DHCIRZERO： MOV R0,A ；清計數(shù)、給定值單元 INC R0 DJNZ R1,CIRZERO MOV 20H,#00H MOV 21H,#00H MOV DPTR,#8003H MOV A,#98H MOVX DPTR,A SETB IT0 ；設置邊沿觸發(fā)方式 SETB EX0 ；設置中斷方式0 SETB EA ；開總中斷 MOV R0,#BOXES MOV DPTR,#LEDADD1 ；保護顯示位地址 PUSH DPH PUSH DPL MOV DPTR,#8002HWAIT:： MOV A,PRECNT ；等待設置給定參數(shù) CJNE A，#06H，WAIT ；判斷是否輸入完

45、給定值WORK： SETB 00H ；啟動傳送帶電機1SETB 03H ；工作正常指示燈 MOV A,20H ；啟動電機1和正常指示燈 MOV DPTR,#8002H MOV DPTR,ALOOP1： MOV A,DPTR JNB ACC.7,LOOP1 ；判斷包裝箱是否到位 MOV LED1,#00H ；清產(chǎn)品計數(shù)單元 MOV LED2,#00H MOV LED3,#00H LCALL DISPLAY ；顯示產(chǎn)品數(shù) CLR 00H ；停箱子傳送帶電機 SETB 01H ；啟動產(chǎn)品傳送電機 MOV A,20H MOV DPTR,#8002H MOVX DPTR,ALOOP2： MOV DPTR,#8002H MOVX A,DPTR JNB ACC.6,LOOP2 ；判斷是否有產(chǎn)品 JNB ACC.4,STOP ；判斷是否按下停止鍵LCALL PORTADD1 ；產(chǎn)品加1LCALL DISPLAY ；顯示已裝入的產(chǎn)品數(shù)LCAAL PORTCOMP ；與給定值比較JB 08H,STOPM ；已裝滿AJMP