【正文】 ..................................... 26 仿真現(xiàn)象 .............................................. 27 軟件調(diào)試 ................................................... 28 硬 件調(diào)試 ................................................... 30 色標(biāo)模塊 .............................................. 30 程序下載到硬件 ........................................ 31 硬件實(shí)現(xiàn) .............................................. 32 遇到的問(wèn)題 ................................................. 33 第 6 章 性價(jià)比 ...................................................... 34 第 7 章 總結(jié) ........................................................ 35 致 謝 ............................................................. 36 參考文獻(xiàn) ........................................................... 37 附錄Ⅰ 原理圖 ...................................................... 39 附錄Ⅱ 實(shí)物圖 ...................................................... 40 附錄Ⅲ 元器件清單 .................................................. 41 附錄Ⅳ 程序清單 .................................................... 42 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 課題工 程背景 經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展，我國(guó)包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為我國(guó)包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障。但目前我國(guó)包裝機(jī)械出口額還不足總產(chǎn)值的 5%，進(jìn)口額卻與總產(chǎn)值大抵相當(dāng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相去甚遠(yuǎn)。包裝機(jī)械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品檔次高的企業(yè)不多。根據(jù)食品和包裝機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)目前有包裝機(jī)廠商 3,600 多家，但產(chǎn)值及銷售額超過(guò)億元的現(xiàn)在只有 20 家。我國(guó)還基本停留在測(cè)試仿制階段，自行開(kāi)發(fā)能力弱。統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)包裝機(jī)品種只有 1300 多種，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產(chǎn)產(chǎn)品，不能滿足 市場(chǎng)需求，產(chǎn)品質(zhì)量差距表現(xiàn)在產(chǎn)品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件質(zhì)量差，壽命短，可靠性低，影響了整體產(chǎn)品的質(zhì)量。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，各種食品加工品的出現(xiàn)，對(duì)包裝技術(shù)和包裝設(shè)備都提出了新的要求，包裝機(jī)在流通領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。目前包裝機(jī)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，而高度自動(dòng)化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包裝設(shè)備越來(lái)越受到行業(yè)的青睞。進(jìn)入 21世紀(jì)以來(lái)，較之傳統(tǒng)包裝機(jī)，新型包裝機(jī)要求具有簡(jiǎn)潔化、高生產(chǎn)率、配套更完善，更具自動(dòng)化等特點(diǎn)。未來(lái)的包裝機(jī)將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化趨勢(shì)，促 進(jìn)包裝設(shè)備總體水平提高。如高智能數(shù)控系統(tǒng)、編碼器及數(shù)字控制組件、動(dòng)力負(fù)載控制等新型智能設(shè)備已經(jīng)普遍應(yīng)用到包裝機(jī)設(shè)備中，使設(shè)備使用者在操作過(guò)程中更具有獨(dú)立性、靈活度、操作正確性、高效率和兼容性。 所以，就目前的發(fā)展情況來(lái)說(shuō)，研究一款間歇式自動(dòng)包裝機(jī)是很有必要的。 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。也就是說(shuō)，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角、步距角）。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的； 同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。一般步進(jìn)電機(jī)的 精度 為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 課題研究?jī)?nèi)容 根據(jù)實(shí)際工程背景，本課題要完成的主要內(nèi)容為： 間歇式包裝機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)供膜，以便提高供膜的可靠性。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)間歇拉帶方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào) 整困難，特別是當(dāng)需要更換產(chǎn)品時(shí)，不僅調(diào)節(jié)困難，而且包裝膜浪費(fèi)很多。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。 ：在連續(xù)包裝時(shí)，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)設(shè)定的速度連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送 。 當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)鍵盤(pán)輸入的數(shù)據(jù) ， 步進(jìn)電機(jī) 根據(jù)新數(shù)據(jù)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)指定長(zhǎng)度。 制模式：包裝機(jī)配有光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開(kāi)關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)接到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù) 始，保證按照色標(biāo)的位置定長(zhǎng)供膜 。 3. 包裝機(jī)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的包裝膜的長(zhǎng)度自動(dòng)完成控制進(jìn)行包裝，即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到一定長(zhǎng)度后，暫停轉(zhuǎn)動(dòng)，包裝完成后再轉(zhuǎn)動(dòng) 。 4. 設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易的鍵盤(pán)與控制器相連接，便于輸入設(shè)定袋長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。 5. 能夠顯示出所輸入設(shè)定袋長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，并且能夠更改數(shù)據(jù) 。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2 章 方案論證 本章主要 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析， 來(lái)對(duì)系統(tǒng)的方案選擇進(jìn)行論證 ，通過(guò)對(duì)各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，來(lái)完成系統(tǒng)的整體功能。 該系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)輸入，掃描將其結(jié)果輸送給單片機(jī)，再通過(guò)單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指定的角度并且用單 片機(jī)控制液晶顯示出其轉(zhuǎn)動(dòng)角度所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度以及運(yùn)行模式。 MCU 的選擇 此設(shè)計(jì) 的 MCU 我們選的是 STC89C52 單片機(jī)， STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路， 三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。 電機(jī)的選擇 在本次設(shè)計(jì)中可使用的電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)和直流電機(jī)，綜合考慮，步進(jìn)電機(jī)方便控制角度，可以很好的控制包裝帶的長(zhǎng)度，在性能方 面是最好的選擇。在價(jià)格方面，雖然直流電機(jī)是最便宜的，但是直流電機(jī)做不到精確地控制。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制 元件 。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變 的非常的簡(jiǎn)單。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。綜上 各 種原因，此處我們選用兩相混合式 步距角為 度的 步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)控制框圖如圖 所示 圖 步進(jìn)電機(jī)控制框圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 方案一：由單片機(jī)編程產(chǎn)生并分配環(huán)形脈沖，由分散元件構(gòu)成功率放大電路，信號(hào)經(jīng)其放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)方框圖 如圖 所示。 圖 方案一 該方案由單片機(jī)作為脈沖產(chǎn)生模塊以及脈沖分配模塊，經(jīng)編程后從單片機(jī)輸出已經(jīng)分配的環(huán)形脈沖，經(jīng)一些分散元件構(gòu)成的放大電路放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的控制信號(hào)直接由軟件實(shí)現(xiàn)。由分散元件構(gòu)成的放大電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且所需元件常見(jiàn)，價(jià)格便宜，節(jié)約成本。但是該設(shè)計(jì)在步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，振動(dòng)大、噪聲大。另外占用單片機(jī)資源較多，編程復(fù)雜，而且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖實(shí)現(xiàn)細(xì)分，達(dá)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確控制。 方案 二 ：由單片機(jī)產(chǎn)生脈沖，經(jīng) TA8435H 專用芯片 進(jìn)行脈沖分配和功率放大后，將脈沖信號(hào)輸入步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)方案如圖 所示。 圖 方案 二 MCU 放大電路 步進(jìn)電機(jī) MCU AT8435H 步進(jìn)電機(jī) 控制信號(hào) AT89C52 驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī) 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 使用細(xì)分方式，能很好的解決步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，振動(dòng)大、噪聲大的問(wèn)題。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步距角的細(xì)分。 方案 三 ：由單片機(jī)產(chǎn)生 四路信號(hào) ， 將這個(gè)四路信號(hào)送給 ULN20xxA 芯片進(jìn)行脈沖分配， 再 將脈沖信號(hào)輸入步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)方案如圖 所示。 圖 方案 三 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)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。 ULN20xxA 由 7 組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng) 7 組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。但是使用 ULN20xxA 只可以驅(qū)動(dòng)小型步進(jìn)電機(jī)，不能滿足本設(shè)計(jì)的需要。 方案 四 ：由單片機(jī)產(chǎn)生脈沖，經(jīng) L298N 芯片進(jìn)行脈沖分配和功率放大后，將脈沖信號(hào)輸入步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)方案如圖 所示。 圖 方案 四 L298N 可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，直接用單片機(jī)的 I/O 口提供信號(hào)。 綜合考慮， L298N 方便控制并且成本較低，所以選擇方案四驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 液晶 的選擇 在本次設(shè)計(jì)中可使用的液晶有 lcd12864 和 lcd1602。 Lcd1602 雖然相對(duì)來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單一些，但是它只能顯示字母和數(shù)字， lcd12864 則能很好的顯示漢字，可以將本次設(shè)計(jì)所要求顯示的長(zhǎng)度，模式都很好的顯示出來(lái)。所以還是采用較為復(fù)雜的 lcd12864進(jìn)行顯示。 MCU L298N 步進(jìn)電機(jī) MCU ULN20xxA 步進(jìn)電機(jī) 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 鍵盤(pán) 的選擇 鍵盤(pán)電路常用 的有兩種，一種是獨(dú)立式鍵盤(pán)電路，另一種是矩陣式鍵盤(pán)。獨(dú)立式鍵盤(pán)每個(gè)按鍵獨(dú)占一根 I/O 線。因此鍵識(shí)別軟件非常簡(jiǎn)單。對(duì)于只有幾個(gè)按鍵的系統(tǒng)，常采用這種電路。對(duì)于多按鍵系統(tǒng)來(lái)講，這種電路將占用更多的 I/O 線而變得無(wú)法實(shí)用。 矩陣式鍵盤(pán)電路將 I/O 口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，這就構(gòu)成了行列式鍵盤(pán)。行列式鍵盤(pán)中按鍵的數(shù)量可達(dá)行線數(shù) n 乘以列線數(shù) m。由此可以看到行列式鍵盤(pán)在按鍵較多時(shí)，可以節(jié)省 I/O 線。按鍵開(kāi)關(guān)的兩端分別接在行線和列線上。所以本次設(shè)計(jì)采用矩陣鍵盤(pán)。 系統(tǒng) 總體方案論證 本方案中的主控單元采用了常見(jiàn)的 8 位微控制器 AT89C52。 P1 口作為 4*4 鍵盤(pán)輸入端， 用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 通過(guò)鍵盤(pán)輸入 數(shù)據(jù)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以此來(lái)控制包裝膜的長(zhǎng)度。本設(shè)計(jì)已經(jīng)選擇了 L298N 作為驅(qū)動(dòng)， 通過(guò)接受單片機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)方案中同時(shí)具備了色標(biāo)顯示功能，當(dāng)檢測(cè)到包裝膜上的色標(biāo)時(shí)，色標(biāo)傳感器會(huì)給出相應(yīng)的脈沖信號(hào)，單片機(jī)以此作為中斷觸發(fā)信號(hào)。在中斷中實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制和相應(yīng)數(shù)據(jù)的顯示。 總設(shè)計(jì)框圖如圖 所示。 圖 總設(shè)計(jì)框圖 AT89C52 12864 液晶顯示 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片 色標(biāo)檢測(cè) 4*4 鍵盤(pán)輸入 步進(jìn)電機(jī) 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 如圖 所示，本設(shè)計(jì)的包裝機(jī)共分為兩個(gè)模式，首先通過(guò)鍵盤(pán)選擇包裝模式，第一個(gè)模式為連續(xù)包裝模式，確定