【正文】 業(yè)采用先進(jìn)控制器對(duì)傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自 動(dòng) 控 制 程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障。本文在此介紹一種采用可編程控制器（ 單片機(jī) ）對(duì) 材料自動(dòng)分揀的 一種方法，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少（可利用原有設(shè)施改造）， 自動(dòng)分揀 系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)。 本控制系統(tǒng)是一簡(jiǎn)單的材料分揀控制系統(tǒng)，在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以將之改進(jìn)為物流分揀系統(tǒng)、自動(dòng)分揀機(jī)，從而服務(wù)于人們的日常生活中。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 分揀系統(tǒng)的介紹 分揀是把很多貨物按品種從不同的地點(diǎn)和單位分配到所設(shè)置的場(chǎng)地的作業(yè)。按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機(jī)械分揀和自動(dòng)分揀。 目前自動(dòng)分揀已逐漸成為主流，因?yàn)樽詣?dòng)分揀是從貨物進(jìn)入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動(dòng)分揀裝置來(lái)完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報(bào)的控制裝置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機(jī)械自動(dòng)作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。 物料分揀采用可編程控制器單片機(jī)進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差 率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場(chǎng)地原因影響不大。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)要求。 單片機(jī)控制分揀裝置涵蓋了單片機(jī)技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。 應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合氣動(dòng)、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)不同類型材料的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，程序 開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。本文主要介紹了單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，以及一些調(diào)試方法。 分揀系統(tǒng)的發(fā)展展望 單片機(jī) 材料分揀系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向可以分為系統(tǒng)集成、工藝創(chuàng)新和自動(dòng)分揀機(jī)[三個(gè)方向。 系統(tǒng)集成 由于專業(yè)高度分工和全球經(jīng)濟(jì)一體化，系統(tǒng)集成是一種理念和趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)廠商應(yīng)采取國(guó)內(nèi)集成、國(guó)外配套的合作思路，充分利用合作方在高端產(chǎn)品、關(guān)鍵設(shè)備上技術(shù)先進(jìn)成熟的優(yōu)勢(shì)，迅速實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高整個(gè)物流系統(tǒng)的技術(shù)含量和技術(shù)水平。集成不是簡(jiǎn)單的設(shè)備組合，是以系統(tǒng)思維的方式對(duì)設(shè)備功能的充分 應(yīng)用，并保證軟硬接口的無(wú)縫和快捷，目的是實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)新。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 物流系統(tǒng)應(yīng)充分注重 “ 系統(tǒng) ” 概念，系統(tǒng)由多個(gè)單元組成 。 單元的有效組合，即是流程及工藝的設(shè)計(jì)，這是一個(gè)全局優(yōu)化的復(fù)雜過(guò)程。工藝設(shè)計(jì)中最重要的是了解用戶的實(shí)際需求，不同的行業(yè)和用戶對(duì)物流的需求有著較大的差異，這是一種個(gè)性化的服務(wù)，應(yīng)不斷拓展創(chuàng)新。就從煙草行業(yè)來(lái)講，結(jié)合卷煙生產(chǎn)工藝，將物流做寬做深，從煙葉醇化到成品發(fā)貨，從制絲分組加工到儲(chǔ)葉儲(chǔ)絲模塊化精益生產(chǎn)，工藝創(chuàng)新和裝備已融入并實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動(dòng)化（ FA）。 現(xiàn)在社會(huì)上己將物流的高科技產(chǎn)品 (自動(dòng) 分揀機(jī)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、信息處理及通訊自動(dòng)化等 )廣泛應(yīng)用于各個(gè)流通領(lǐng)域。自動(dòng)分揀系統(tǒng)是一次大戰(zhàn)后在美國(guó)、日本的配送中心廣泛采用的一種物流設(shè)備，己經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家大中型物流中心不可缺少的一部分。可以肯定，隨著物流大環(huán)境的逐步改善，科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，特別是感測(cè)技術(shù)、電子標(biāo)簽及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等的引入使用，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在我國(guó)發(fā)展空間巨大。 在商業(yè) 配送 領(lǐng)域自動(dòng)分撿機(jī)的應(yīng)用較為廣泛，可實(shí)現(xiàn)多品種、小批量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。自動(dòng)分撿機(jī)的種類很多，有滑靴式、翻板式、交叉帶式等，國(guó)內(nèi)廠商能提供相應(yīng)產(chǎn)品，但從分類能力、可靠性等指標(biāo)來(lái)看，性參數(shù)能較國(guó)外先進(jìn)水平還有較大差距。目前，項(xiàng)目系統(tǒng)集成中進(jìn)口比例較高，在機(jī)場(chǎng)物流行李分揀系統(tǒng)中，由于分揀量大及高可靠性要求，基本都從國(guó)外進(jìn)口。隨著商業(yè)配送物流的快速發(fā)展，配送中心對(duì)自動(dòng)分揀機(jī)將會(huì)有更多需求，分揀技術(shù)水平和設(shè)備性能將會(huì)有較大提高。 物流配送中心是從事配送業(yè)務(wù)的物流場(chǎng)所或組織，它的作業(yè)流程包括“ 入庫(kù) — 保管 — 揀貨 — 分揀 — 暫存 — 出庫(kù)” 。物流中心每天接受眾多供應(yīng)商或貨主通過(guò)各種運(yùn)輸工具送來(lái)的成千上萬(wàn)種物品，用最短的時(shí)間將物品卸下并按品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類，然后將物品運(yùn)送到指定地點(diǎn)。當(dāng)訂貨商向物流中心發(fā)出配送訂單后，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)從自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中準(zhǔn)確找到要出庫(kù)的物品所在位置，并按所需數(shù)量出庫(kù)，最后將從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的物品按配送地點(diǎn)的不同運(yùn)送到不同的存貨區(qū)域進(jìn)行分揀，以便裝車(chē)配送。 值得一提的是對(duì)于小件物品的分揀技術(shù)和設(shè)備近幾年發(fā)展較快，主要集中在卷煙配送行業(yè)， 從電子標(biāo)簽揀選模式到立式、通道式分發(fā)機(jī)半自動(dòng)分揀，甚至全自動(dòng)北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 補(bǔ)貨、分揀、裝箱，技術(shù)和設(shè)備都更新很快，目前各供應(yīng)商仍以高速分揀、高度自動(dòng)化的方向快速發(fā)展。 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)就是利用 Atmel 公司生產(chǎn)的單片機(jī) AT89S52 芯片 ULN20xx 用作步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片（ ULN20xx 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品 ,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)）。在以單片機(jī)為核心的基礎(chǔ)上加上其外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)的小的系統(tǒng) —— 金屬自動(dòng)分揀系統(tǒng)。所謂的單片機(jī)小系統(tǒng)從系統(tǒng)的角度來(lái)定義就是完 成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)部分分別從各個(gè)功能電路進(jìn)行闡述，包括電源電路、復(fù)位電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、按鍵電路及顯示電路。軟件部分分成了六個(gè)模塊：初始化模塊、顯示模塊、蜂鳴器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外采集模塊、霍爾傳感器。初始化模塊主要是對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器的方式及初值的設(shè)定。狀態(tài)顯示模塊負(fù)責(zé)正確的顯示當(dāng)前當(dāng)前被檢金屬的類型。按鍵設(shè)定模塊主要是控制傳動(dòng)帶的開(kāi)啟與關(guān)閉。光電采集模塊，霍爾傳感器，顏色色傳感器主要用于對(duì)當(dāng)前檢測(cè)物體的基本信息進(jìn)行采集的功能。也就是說(shuō)系統(tǒng)的功能是由硬件和軟件兩大 部分共同合作完成。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開(kāi)設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硬件電路采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)包括輸入射出接口設(shè)計(jì)，畫(huà)出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的信號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電 路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇 C 語(yǔ)言，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需的功能要求。 功能特點(diǎn) a、按鍵控制：能通過(guò)按鍵控制傳送帶電機(jī)的正反轉(zhuǎn) 。 b、狀態(tài)顯示：能顯示當(dāng)前檢測(cè)物體的基本性質(zhì)。 c、將物體傳送到指定地點(diǎn)：控制傳送帶的速度，以及方向講材料分揀到指定地方。 d、分辨金、銀、銅、呂：通過(guò)金屬傳感器分辨出金屬與非金屬，再通過(guò)霍爾傳感 器和顏色傳感器，采集信息由單片機(jī)處理分辨材料類型。 單片機(jī)金屬分揀系統(tǒng)是由微處理器單片機(jī)、電源模塊、復(fù)位模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵模塊、霍爾傳感模塊、顏色傳感及顯示模塊組成。 本系統(tǒng)采用 AT89S52 作為中央處理單元來(lái)自動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制傳送帶的運(yùn)作。帶動(dòng)材料進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域。在檢測(cè)區(qū)域，由金屬傳感器，霍爾傳感器，顏色傳感器的多重分析，將材料類型通過(guò) 1602 顯示出來(lái)。再通過(guò)按鍵控制電機(jī)將材料傳送到指定位置。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖 ＭＣＵ控制模塊 按鍵控制 報(bào)警電路 電動(dòng)機(jī)控制模塊 LCD1602 顯示模塊 樓層檢測(cè) LED 燈顯示 金屬傳感器 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 3 章 方案的論證 主控芯片的選擇 方案一：采用 AT89C2051 芯片，它具有體積小、功耗小。含有中斷、定時(shí) /計(jì)數(shù)器。本次設(shè)計(jì)需要非常大的編程量，雖然其價(jià)錢(qián)相對(duì)便宜，但 IO 口數(shù)和存儲(chǔ)空間相對(duì)較少，所以此芯片不利于系統(tǒng)的工作和系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。 方案二：采用 AT89C51 芯片，它具有 AT89C2051 芯片的所有功能，且 IO 口數(shù)相對(duì)較多，價(jià)錢(qián)相對(duì)也比較便宜，但存儲(chǔ)空間不是非常大，而本次的設(shè)計(jì)需要大量的存儲(chǔ)空間。 方案三：采用 AT89S52 芯片，它具有 AT89C2051 和 AT89C51 芯片的所有功能，且 IO口數(shù)非常多，比 AT89C2051和 AT89C51多。價(jià)錢(qián)雖然比 AT89C2051和 AT89C51昂貴，但存儲(chǔ)空間非常大，可以到達(dá) 8K。而本次的設(shè)計(jì)正需要此容量的空間。 綜上所述，我選擇 AT89S52 芯片作為本次設(shè)計(jì)的主控芯片 顯示模塊 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器 件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專 用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼 管、液晶顯示器。 方案一：采用 LCD1602 液晶模塊， 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母 “A” 的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母 “A” 。 方案二：采用 LCD2402 液晶模塊，用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上 某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1” ，其它的為 “0” ，為 “1”的點(diǎn)亮，為 “0” 的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 由于 LCD1602 液晶顯示模塊只能顯示 16*2 個(gè)字符，而 LCD2402 液晶顯示模塊能夠顯示 24*2 個(gè)字符，在本設(shè)計(jì)中要顯示的字符比較少，綜上所述，我選擇LCD1602 作為 本設(shè)計(jì)的顯示模塊。 光電傳感器的選擇 在本設(shè)計(jì)中選擇 PMM18C301NA 型光電管作為本次設(shè)計(jì)樓層檢測(cè)部分主要器件。 PMM18C301NA 型光電管是將砷化鎵紅外光發(fā)光管和硅光敏三級(jí)管裝在中間帶槽的支架上。當(dāng)槽內(nèi)無(wú)物體時(shí)，砷化鎵發(fā)光管發(fā)出的光直接照在硅光敏三級(jí)管的窗口上，從而產(chǎn)生大的電流輸出，當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)槽內(nèi)時(shí)則擋住光線，此時(shí)光敏管的輸出端為低電平，這樣可識(shí)別物體的有無(wú)。 PMM18C301NA 型光電管的主要技術(shù)參數(shù)： 最大正向電流 IFMAX=50Ma 正向壓降 VF＜ 反向耐壓 VR＞ 5V 反向漏電 IR≤ 50uA 輸出特性如下： 暗電流 ID≤ 反向耐壓 VBR(CEO)=20V 光電流 IL為 2 至 3mA 響應(yīng)時(shí)間 tr≤ 3us， tf≤ 4us 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 在通過(guò)各種的考慮后，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片我選用的是 ULN20xx, ULN20xx 輸入回路的電阻是 ，且 ULN20xx 適于 5v 的 TTL,與單片機(jī)的額定電壓一致，驅(qū)動(dòng)灌入電流： 500mA 可以叫靈敏的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。采用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)，根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)定 PWM 信號(hào)，在輸出端接入直流電機(jī)，根據(jù)不同按鍵的不同信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)電梯 上升與下降。以及電梯門(mén)的開(kāi)關(guān)。所以直接采用 ULN20xx。 鐵傳感器的選用 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 霍爾接近開(kāi)關(guān) 來(lái)檢測(cè)材料是否是磁性鐵金屬。 霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開(kāi)關(guān)，叫做霍爾開(kāi)關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開(kāi)關(guān)