【正文】 雜性靠二極管去完成，所以比較經(jīng)濟(jì)。(6)價(jià)格便宜，容易掌握。這種方案雖然較容易實(shí)現(xiàn)，但由于功能較少，故還達(dá)不到本系統(tǒng)的要求。 用計(jì)算機(jī)的順序控制80年代末90年代初，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用獲得較大發(fā)展，開(kāi)始把計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制。計(jì)算機(jī)具有功能完備、靈活性強(qiáng)和通用性廣、可組織批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但需要較多的外圍設(shè)備，價(jià)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(fù)雜，增加了利用和維護(hù)的難度，導(dǎo)致普及推廣進(jìn)程緩慢。雖然它完全能用于順控，單用作簡(jiǎn)單控制時(shí)不太合算，故也不適宜本系統(tǒng)。 可編程序順序控制器這種順控器將計(jì)算機(jī)通用靈活和繼電器邏輯控制簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，被稱為Programmable Logic Controller (可編程控制器)，簡(jiǎn)稱PLC.。PLC的優(yōu)點(diǎn)是：(1)PLC采用面向操作的邏輯語(yǔ)言，用原來(lái)所熟悉的繼電器邏輯梯形圖為表達(dá)式，很容易學(xué)會(huì)使用它。(2)程序的指令較少，編寫和輸入、變更也比較容易。(3)程序動(dòng)作的監(jiān)視和檢查簡(jiǎn)便。(4)由于硬件全部標(biāo)準(zhǔn)化、控制程序可變，所以在規(guī)模上具有擴(kuò)充性和互換性，即有很好的柔性。(5)安裝環(huán)境和條件不必像微機(jī)那樣有特殊要求。(6)采用半導(dǎo)體和大規(guī)模集成電路元件和微機(jī)技術(shù)，可靠性很高，不需要進(jìn)行特殊的維護(hù)和保養(yǎng)。(7)可以和計(jì)算機(jī)直接連接，應(yīng)用在控制方面存在很大潛力。 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)順序控制單片機(jī)具有下面一些特性：體積?。河捎趩纹瑱C(jī)內(nèi)部集成了計(jì)算機(jī)的基本功能部件，能滿足很多領(lǐng)域?qū)τ布墓δ芤?，因此由單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積特別小?？煽啃愿撸?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)CPU范圍存儲(chǔ)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(jī)微機(jī)體積小，在應(yīng)用環(huán)境比較差的情況下，容易采取對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電磁屏蔽等措施。所以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性比一般的微機(jī)系統(tǒng)高得多。性價(jià)比高：由于單片機(jī)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(jī)的功能性能不斷的完善，種類型號(hào)的增加，其應(yīng)用系統(tǒng)的印版小、接插件少、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單等一系列原因，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能價(jià)格比高于一般的微機(jī)系統(tǒng)?？刂乒δ軓?qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)像計(jì)算機(jī)一樣是面向控制，它的實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)`，CPU可以直接對(duì)I/O口進(jìn)行各種操作(輸入/輸出、位操作以及算術(shù)邏輯操作等)，運(yùn)算速度高，最高可達(dá)16MHZ。而且單片機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)事件的響應(yīng)和處理速度快。使用方便：由于單片機(jī)內(nèi)部功能強(qiáng)，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，因此應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，又因?yàn)槭袌?chǎng)上提供多種多樣的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具，它們具有很強(qiáng)的軟硬件調(diào)試功能和輔助設(shè)計(jì)的手段。這樣使單片機(jī)的應(yīng)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(jī)集成度高，相應(yīng)其功耗相對(duì)于同功能的其他設(shè)備功耗低了很多。單片機(jī)以上的特性，縮短了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制到真實(shí)產(chǎn)品的過(guò)渡過(guò)程，使科研成果迅速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。綜上所述，通過(guò)對(duì)各種控制方案的分析比較，再加上對(duì)本系統(tǒng)實(shí)際情況、功能要求的結(jié)合，我們可以看出，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的方案將容易實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大、精度高、性能穩(wěn)定可靠、使用方便、性價(jià)比高。所以采用單片機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 自動(dòng)裝箱系統(tǒng)配置方案選定了單片機(jī)之后，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝箱系統(tǒng)，我們開(kāi)始進(jìn)行硬件配置。 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)類型及相應(yīng)芯片、總線的選擇單片機(jī)類型：對(duì)于單片機(jī)的型號(hào)，由于系統(tǒng)不是特別復(fù)雜的較大型系統(tǒng)，我們?cè)谶@里采用應(yīng)用廣泛、性能較高的8位高性能MCS51系列的8031芯片。由于系統(tǒng)需要較多接口，所以必須進(jìn)行接口擴(kuò)展，在這里由于系統(tǒng)不需擴(kuò)展數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器(RAM)。8155的擴(kuò)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(jìn)行接口擴(kuò)展。另外，還采用2732進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展?？偩€：由于采用標(biāo)準(zhǔn)總線有良好的兼容性。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)總線的嚴(yán)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(kuò)展容易，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。在工業(yè)控制中，較常見(jiàn)的是STD總線，它采用小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)(適用于不同要求的微機(jī)系統(tǒng))。定義嚴(yán)格(相比之下，Q總線、Multibus、S100總線均有線未定義，可能造成不兼容現(xiàn)象)，面向I/O設(shè)計(jì)、可靠性高。所以在這里選擇STD總線作為系統(tǒng)總線。 檢測(cè)原理及傳感器選擇先看一下本系統(tǒng)所需的檢測(cè)，判斷的對(duì)象：(1)判斷空箱是否到位。 判斷空箱是否到位的方法是利用傳感檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，而能起這種功能的傳感檢測(cè)器有紅外線探測(cè)器和光電傳感器兩種。 用紅外線照射判斷：當(dāng)箱子到位時(shí)擋住了紅外線發(fā)射端時(shí)，紅外線的接收端接收不到光信號(hào)從而產(chǎn)生信號(hào)，得出箱子到位，但紅外線探測(cè)器由于是利用物體輻射接收信號(hào)，所以信號(hào)較弱不準(zhǔn)確，而且紅外線傳感器價(jià)格較貴、易受干擾、成本也高?？梢?jiàn)利用光電式傳感器進(jìn)行檢測(cè)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)品的方法有：①對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)：當(dāng)數(shù)量達(dá)到要求時(shí)就做出箱子已裝滿的判斷，計(jì)數(shù)的方法又有兩種，即紅外線照射和光敏電阻照射兩種，原理參照上段判斷(1)的方法所述。②可對(duì)箱子進(jìn)行稱重：當(dāng)箱子達(dá)到一定原先計(jì)算設(shè)定好的重量時(shí)就說(shuō)明箱子已裝滿，箱子的重量是要裝入所有產(chǎn)品的總重量，這種方法用到的傳感器有壓力傳感器，采用這種方法的缺點(diǎn)就是會(huì)有一定誤差，而且壓力傳感器也不好安裝。所以我們?cè)谶@里采用光電傳感器來(lái)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。 輸入輸出設(shè)備的選擇輸入輸出設(shè)備是指系統(tǒng)與各種人機(jī)之間的對(duì)話設(shè)備。(1)輸入設(shè)備的選擇輸入設(shè)備有按鈕、開(kāi)關(guān)、鍵盤等，本系統(tǒng)由于不但需要開(kāi)關(guān)，而且要輸入數(shù)據(jù)，故可采用包括開(kāi)始、停止兩個(gè)命令功能鍵和數(shù)字等多個(gè)鍵的鍵盤來(lái)作為輸入設(shè)備。(2)顯示設(shè)備的選擇顯示設(shè)備有很多，比如CRT顯示器、打印機(jī)、工業(yè)記錄儀等，其中適用于本系統(tǒng)的較小型簡(jiǎn)單的顯示設(shè)備有兩種：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。前者是既簡(jiǎn)單又廉價(jià)的顯示輸出設(shè)備，是目前應(yīng)用最廣泛的顯示器件，而且發(fā)光清晰、性能穩(wěn)定，缺點(diǎn)是不能很精細(xì)；后者則有功耗小、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高，多用于珍袖儀表和低功耗的系統(tǒng)中。而在本系統(tǒng)中，為了降低產(chǎn)品成本、使顯示清晰容易辨認(rèn)，而且對(duì)功耗和體積重量等捕捉很大要求，所以采用發(fā)光二極管顯示器LED顯示。 電機(jī)類型及其控制方案的選擇電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)之分。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，特別是調(diào)速性能為交流電動(dòng)機(jī)所不及。因此，在對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能要求高的生產(chǎn)機(jī)械上，大都使用直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)；但直流電動(dòng)機(jī)的制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，維護(hù)較困難，可靠性差，所以在現(xiàn)代工業(yè)的拖動(dòng)系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)各有各的應(yīng)用場(chǎng)所。交流電機(jī)有異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類。異步電機(jī)一般都作電動(dòng)機(jī)用，因?yàn)楫惒桨l(fā)電機(jī)的性能較差。異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。但也有一些缺點(diǎn):不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速；必須從電網(wǎng)吸取滯后的勵(lì)磁電流，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之間存在一種嚴(yán)格不變的關(guān)系。由于對(duì)電機(jī)的控制輸入的信號(hào)為開(kāi)關(guān)量，傳送動(dòng)力不用很大，而且傳送產(chǎn)品和箱子時(shí)需要精確定位，所以我們?cè)谶@里采用由開(kāi)關(guān)量控制的伺服同步電機(jī)。不需要可逆調(diào)速，所以選擇交流電機(jī)，又從系統(tǒng)功能分析可知，對(duì)箱子和產(chǎn)品的傳送過(guò)程中都需要精確定位以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝箱，所以要求電機(jī)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(jī)。由于在傳動(dòng)過(guò)程中，傳送箱子的電機(jī)負(fù)荷較大，所以選用堵轉(zhuǎn)力矩和轉(zhuǎn)子慣量較大的HD181電機(jī)。另外，電機(jī)可選用含有減速裝置的多軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便精確定位。由于對(duì)電機(jī)需要大電壓來(lái)控制，而微機(jī)系統(tǒng)輸出的開(kāi)關(guān)量為不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(shù)。而對(duì)電機(jī)可以采用多種方法控制，如繼電器、固態(tài)繼電器(SSR)、可控硅(SCR)、電磁閥及大功率場(chǎng)效應(yīng)管等。其中繼電器是電氣控制中最常用的控制器，但在控制時(shí)容易發(fā)生觸點(diǎn)產(chǎn)生火花，并且因觸點(diǎn)容易氧化而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；而固態(tài)繼電器輸入電流小，輸出無(wú)觸點(diǎn)，與電磁式繼電器相比具有體積小、重量輕、無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、開(kāi)關(guān)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。故我們?cè)谶@里采用無(wú)觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。 確定自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)總體方案近年來(lái)，包括微機(jī)計(jì)算機(jī)在內(nèi)的辦公室自動(dòng)化電子設(shè)備的普及速度十分驚人，廣泛用于控制設(shè)備、情報(bào)產(chǎn)業(yè)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備以及家用電器或汽車等領(lǐng)域。微機(jī)系統(tǒng)大多采用工頻交流電供電，由兩種類型的穩(wěn)壓電路可以提供所需的各檔電壓。一種是普通線性電源，它由變壓器、整流器、低通濾波器、穩(wěn)壓器等部件組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，穩(wěn)壓精度能滿足一般要求。缺點(diǎn)是體積較大，發(fā)熱較嚴(yán)重。另一種是微機(jī)系統(tǒng)廣泛采用的開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源隨著在高效率化、小型輕量化方面的進(jìn)一步發(fā)展，它作為電子設(shè)備用電源在迅速發(fā)展，現(xiàn)在得微型機(jī)或輸入輸出設(shè)備有90%以上是采用開(kāi)關(guān)電源。它按照脈寬調(diào)制式(PWM)原理工作，體積小巧，穩(wěn)定性好，穩(wěn)壓精度高。當(dāng)成本略高，且設(shè)計(jì)技術(shù)與制造技術(shù)復(fù)雜，宜采用專用廠家生產(chǎn)的成品。在這里，由于系統(tǒng)對(duì)電源沒(méi)有特別高的要求，而且電源設(shè)計(jì)不是本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容，為了方便起見(jiàn)，我們采用后一種電源即開(kāi)關(guān)電源，只要達(dá)到下列要求即可：(1)電源具有足夠的功率，以免滿負(fù)荷或超負(fù)荷時(shí)發(fā)熱嚴(yán)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(shè)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(hào)為8031的單片機(jī)及其8255A等系列芯片進(jìn)行微機(jī)控制。采用STD標(biāo)準(zhǔn)總線作為系統(tǒng)總線。采用光電式傳感檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)。采用帶有開(kāi)始和停止命令功能鍵的編碼鍵盤。采用LED顯示器進(jìn)行信號(hào)顯示。采用220V交流電機(jī)進(jìn)行同步伺服電機(jī)傳送，產(chǎn)品傳動(dòng)采用堵轉(zhuǎn)力矩可轉(zhuǎn)子慣量較小的HD51電機(jī)、箱子傳動(dòng)選用堵轉(zhuǎn)力矩可轉(zhuǎn)子慣量較大的HD181電機(jī)，電機(jī)的控制則采用光電隔離接口和固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。采用專用廠家生產(chǎn)的成品的開(kāi)關(guān)電源。3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 微機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為了完成上述任務(wù)，采用8031單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng)。為了讀鍵盤給定值及檢測(cè)和控制，專門擴(kuò)展一個(gè)8255A可編程接口及程序存儲(chǔ)器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外線擦除標(biāo)準(zhǔn)EPROM)。74LS373(8位I/O鎖存器)、2732組成最小系統(tǒng)，擴(kuò)展的8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計(jì)數(shù)顯示。硬件圖說(shuō)明為達(dá)到本系統(tǒng)功能，采用8031單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng)，為讀鍵盤給定值，同時(shí)實(shí)行檢測(cè)和控制，專門擴(kuò)展一個(gè)8255A可編程接口，其系統(tǒng)原理圖如附錄A所示。80374LS373(8位I/O鎖存器)、2732組成最小系統(tǒng)。其中各芯片及引腳說(shuō)明如下：(1)8031: 系統(tǒng)的微控制器選用Intel公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)8031。下面對(duì)8031作一個(gè)基本的介紹：①一個(gè)面向控制的8位CPU；②128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存貯器；③兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；④可尋址64K外部數(shù)據(jù)存貯器和64K外部程序存貯空間的控制電路；⑤32條可編程的I/O線(四個(gè)8位并行I/O端口)；⑥一個(gè)可編程全雙工串行口；⑦具有五個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)；(2)8255A:8255A基本特性：①8255A是一個(gè)具有兩個(gè)8位(A口和B口)和兩個(gè)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(shè)備之間提供TTL電平兼容的接口，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、步進(jìn)電機(jī)以及需要同時(shí)兩位以上信息傳遞的一切形式的并行接口；②8255A能適應(yīng)CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求；③8255A可執(zhí)行功能很強(qiáng)，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(lái)使用8255A構(gòu)成多種接口電路提供了靈活方便的編程環(huán)境；④8255A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(jìn)行按位控制等；(3)74LS373:8位輸入8位輸出鎖存器，引腳功能如下：VCC：接電源端；G：存儲(chǔ)器允許信號(hào)；(4)2732：4K*8 200ns紫外線可擦除電可編程的半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器，標(biāo)準(zhǔn)EPROM；A11A0：地址輸入線；D7D0：三態(tài)數(shù)據(jù)總線；(5)74LS377：同向電流驅(qū)動(dòng)器，為L(zhǎng)ED提供足夠驅(qū)動(dòng)電流。說(shuō)明：鍵盤和顯示器接口芯片還有8279可使用，而8279對(duì)鍵盤還有硬件消抖功能，但這樣會(huì)和8255A形成硬件浪費(fèi)，況且8279由于接口不夠不能代替8255A。包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號(hào)檢測(cè)，光電檢測(cè)器1判斷包裝箱是否到位和光電檢測(cè)器2用于產(chǎn)品計(jì)數(shù)；二是傳送帶電機(jī)控制。 (6)開(kāi)關(guān)電源： 開(kāi)關(guān)電源選用+12V ATX電源。在整個(gè)開(kāi)關(guān)接通期間，電源向負(fù)載提供能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，輸入電源便中斷了能量的控制，輸入電源向負(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。： 光電傳感器的原理圖 控制電路設(shè)計(jì) 信號(hào)檢測(cè)(數(shù)據(jù)采集)電路本系統(tǒng)的基本原理主要是單片機(jī)和光電檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合。該系統(tǒng)利用單片機(jī)對(duì)電源進(jìn)行控制。單片機(jī)根據(jù)用戶鍵入的信息自動(dòng)生成一串有序電源脈沖，用這一電源脈沖來(lái)控制半導(dǎo)體激光器。這樣有半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光便是一串激光脈沖波，這一串激光脈沖便是載有用戶信息的信號(hào)波。當(dāng)光電監(jiān)測(cè)器檢測(cè)到此激光信號(hào)波時(shí)，將其轉(zhuǎn)化成為一串連續(xù)的電脈沖波。但此時(shí)所得到的信號(hào)是非常微弱、不夠規(guī)則的，同時(shí)由于雜散光以及外部干擾的存在，此時(shí)的