【正文】 位置的一種單軸結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)壓力聯(lián)動(dòng)裝置，也可以是復(fù)雜的。例如，具有六軸結(jié)構(gòu)的能動(dòng)外科手術(shù)的機(jī)器人。包裝過程的各個(gè)項(xiàng)目選擇以及內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 各類工業(yè)自動(dòng)化機(jī)構(gòu)，可以在一個(gè)具體工作場(chǎng)所的空間范圍內(nèi)，使每一個(gè)設(shè)計(jì)方案完成一項(xiàng)任務(wù)。 自動(dòng)化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應(yīng)用范圍 正在拓展。裝箱行業(yè)中自動(dòng)化操作正在改變著裝箱過程的動(dòng)作方式和包裝容器及材料的加工方法。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的集裝箱系統(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(biāo)等造成的誤差，有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗。 近年來(lái)，隨著我國(guó)企業(yè)現(xiàn)代化水平的提高， 自動(dòng)裝箱流水生產(chǎn)線 逐漸擺脫手工和半手工裝箱操作狀態(tài)，開始 普遍 采用高效、 可靠的 自動(dòng) 裝箱方式，顯著提高了生產(chǎn)效率 ?？煽啃?、安全性、 高效性、 無(wú)人作業(yè)性等 自動(dòng)化技術(shù)將是工業(yè)企業(yè)中自動(dòng)生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢(shì)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 課題的內(nèi)容 以單片機(jī)為核心， 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)控制的自動(dòng)裝箱系統(tǒng)。 按照要求通過鍵盤設(shè)置給定值，然后控制兩個(gè)電機(jī)分別啟動(dòng)兩個(gè)傳送帶，運(yùn)送產(chǎn)品和箱子。要求該系統(tǒng)可分別手動(dòng)設(shè)定裝箱數(shù)和產(chǎn)品數(shù)，在裝箱過程中顯示 已裝入包裝箱的產(chǎn)品個(gè)數(shù)， 且有自動(dòng)故障檢測(cè)和聲光報(bào)警等功能。 該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)企業(yè)中 流水生產(chǎn)線上的 產(chǎn)品的計(jì)數(shù)、裝箱。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 第二章 自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 自動(dòng)裝箱系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 總體構(gòu)思 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的原理圖如圖 所示。 該自動(dòng)裝箱系統(tǒng) 有兩個(gè)傳送帶，即包裝箱傳送帶 1 和產(chǎn)品傳送帶 2。包裝傳送帶 1 用來(lái)傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已裝滿的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來(lái)代替。為使空箱恰好對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品傳送帶末端，使產(chǎn)品剛好落入箱中，用一光電檢測(cè)器 1 來(lái)檢測(cè)空箱是否到位。為了實(shí)現(xiàn)裝箱產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，用一光電檢測(cè)器 2 將裝入包裝箱的產(chǎn)品個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖。 產(chǎn)品計(jì)數(shù)由硬件完成（單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器）。 圖 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的原理圖 系統(tǒng)工作步驟如下： （ 1） 用鍵盤設(shè)置每個(gè)包裝箱的產(chǎn)品數(shù)。 （ 2） 按下啟動(dòng)鍵后，傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 1 運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)包裝箱前行。通過光電傳感器 1 檢測(cè)空箱是否到位。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 （ 3） 若空箱到位，立即停止電機(jī) 1。 （ 4） 啟動(dòng)傳送帶 2 的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2，將產(chǎn)品裝入包裝箱內(nèi)。 （ 5） 光電傳感器 2 將裝入箱中的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成輸出脈沖，由單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 （ 6） 裝箱過程中，不斷地顯示裝入包裝箱內(nèi)的產(chǎn)品數(shù) 。 （ 7） 當(dāng)裝入包裝箱的產(chǎn)品達(dá)到給定值，立即停止電機(jī) 2。 （ 8） 啟動(dòng)電機(jī) 1，將滿箱運(yùn)走，空箱運(yùn)到指定位置。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)包裝生產(chǎn)線不間斷裝箱。 （ 9） 必要時(shí)，可通過停止鍵停止裝箱，并通過鍵盤重新設(shè)定裝箱產(chǎn)品數(shù)， 再啟動(dòng)。 單片機(jī)型號(hào) 的選擇 及 I/O 口的擴(kuò)展 本系統(tǒng)采用 INTEL 公司 MCS51 系列單片機(jī)中 的 80C52。 它采用 INTEL 公司可靠的 CHMOS 工藝技術(shù)制造的高性能 8 位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 的 HCMOS 產(chǎn)品。它結(jié)合了 HMOS 的高速和高密度技術(shù)及 CHMOS 的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于 80C51 增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用場(chǎng)合。 80C52 內(nèi)置 8 位中央處理單元、 256 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM、 8k 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ ROM） 32 個(gè)雙向輸入 /輸出 (I/O)口、 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器和 5 個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙 工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。 此外， 80C52 還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié) CPU 而 RAM 定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM 數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。 80C52 有 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。 因 80C52 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ ROM） 只有 8K。系統(tǒng)擴(kuò)展了一片 27128 EPROM 芯片內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 作為程序存儲(chǔ)器。由于系統(tǒng)中含有外部 ROM， P0 口將作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用， P2 口作為高八位地址總線使用 。 P0、 P2 口不能再作為一般 I/O 口使用。因此，系統(tǒng)還用 8255可編程 I/O 芯片擴(kuò)展了 80C52 的并行 I/O 口。 8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片 ,它具有 3 個(gè) 8 位的并行 I/O 口 ,具有三種工作方式 ,可通過程序改變其功能 ,因而使用靈活 ,通用性強(qiáng) ,可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。 8255 有三種基本工作方式：方式 0：基本輸入輸出 ；方式 1：選通輸入輸出 ； 方式 2：雙向傳送 。 三種工作方式由工作方式控制字決定 ,方式控制字由 CPU 通過輸入 /輸出指令來(lái)提供。三個(gè)端口中 C 口被分為兩個(gè)部分 ,上半部分隨A 口稱為 A 組，下半部分隨 B 口稱為 B 組。其中 A 口可工作與方式 0、 1 和 2，而 B 口只能工作在方式 0 和 1。 8255 內(nèi)部包括三個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口，兩個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀 /寫控制邏輯電路和 8 位總線緩沖器。各部分功能概括如下： 端口 A、 B、 C。 A 口：是一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 B 口：是一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入 /輸出鎖存器 /緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 C 口：是一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入不鎖存）。 通常 A 口、 B 口作為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口。 C 口作為控制 /狀態(tài)信息端口，它在 “方式控制字 ”的控制下可分為兩個(gè) 4 位端口，每個(gè)端口有一個(gè) 4 位鎖存器，分別與 A 口、 B口配合使用，作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信息輸入端口。 工作方式控制電路 。 工作方式控制電路有兩個(gè)，一個(gè)是 A 組控制電路，另一個(gè)是 B組控制電路。這兩組控制電路具有一個(gè)控制命令寄存器，用來(lái)接受中央處理器發(fā)來(lái)的控制字，以決定兩組端口的工作方式，也可根據(jù)控制字的要求對(duì) C 口按位清 “0”或者按位置 “1”。 A 組控制電路用來(lái)控制 A 口和 C 口的上半部分（ PC7PC4）。 B 組控制電路用來(lái)控內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 制 B 口 和 C 口的下半部分（ PC3PC0）。 讀 /寫控制邏輯電路 。 讀 /寫控制邏輯電路接受 CPU發(fā)來(lái)的控制信號(hào) RD、 WR、 RESET、地址信號(hào) A1A0 等，然后根據(jù)控制信號(hào)的要求，將端口數(shù)據(jù)讀出，發(fā)往 CPU，或者將CPU 送來(lái)的數(shù)據(jù)寫入端口。 工作方式 0 是一種基本的輸入 /輸出工作方式，在這種方式下，三個(gè)端口都可以由程序設(shè)置為輸入或輸出，沒有固定的用于應(yīng)答的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。其基本的功能可概括如下： （ 1） 可具有兩個(gè) 8 位端口（ A、 B）和兩個(gè) 4 位端口（ C 口的上半部分和下半部分）。 （ 2） 任何一個(gè)端口都可以設(shè)定為輸入或者 輸出，各端口的輸入、輸出可構(gòu)成 16 種組合。 （ 3） 數(shù)據(jù)輸出時(shí)可以鎖存，輸出時(shí)不鎖存。 按照方式 0 工作時(shí)， CPU 可以通過簡(jiǎn)單的傳送指令對(duì)人以一個(gè)端口進(jìn)行讀 /寫，這樣各端口就可以作為查詢式輸入 /輸出接口。按照查詢方式工作時(shí)， A 口、 B 口可作為兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口， C 口的某些位可作為這兩個(gè)端口的控制 /狀態(tài)信號(hào)端。 工作方式 1 是一種選通式輸入 /輸出工作方式。在這種工作方式下，選通信好于輸入/輸出數(shù)據(jù)一起傳送，由選通信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選通。其基本功能可概括如下： （ 1） 三個(gè)端口分為兩組，即 A 組和 B 組。 （ 2） 每一組包括一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)端口和一個(gè) 4 位的控制 /狀態(tài)端口。 （ 3） 每一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)端口均可設(shè)置為輸入或者輸出，輸入端均可鎖存。 電機(jī)的選擇及其控制方式 由于系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)傳送帶 的電機(jī)的速度的控制精度要求不高，所以采用開環(huán)控制即可。但系統(tǒng)所用電機(jī)應(yīng)有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，具有快速啟停能力。 針對(duì)以上分析，本系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)。它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使用非常方便。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信號(hào)，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上和輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于單片機(jī)控 制。步進(jìn)電機(jī)還具有快速啟動(dòng)、精確步進(jìn)和定位等特征，因而在數(shù)控機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的功能。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特征，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和 體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相摘要：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度 。 步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)： （ 1） 步進(jìn)電機(jī) 的角位移與輸入脈沖嚴(yán)格成正比，具有良好的跟隨性。 （ 2） 由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常可靠。 （ 3） 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快， 易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 （ 4） 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得最大轉(zhuǎn)矩。 （ 5） 步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 （ 6） 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng) 和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 圖 三相反應(yīng)式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的結(jié)構(gòu)示意圖 1—— 定子 2—— 轉(zhuǎn)子 3—— 定子繞組 圖 1 是最常見的三相反應(yīng)式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的剖面示意圖。電機(jī)的定子上有六個(gè)均布的磁極，其夾角是 60186。各磁極上套有線圈，按圖 1 連成 A、 B、 C