【正文】 ..................................... 26 仿真現(xiàn)象 .............................................. 27 軟件調試 ................................................... 28 硬 件調試 ................................................... 30 色標模塊 .............................................. 30 程序下載到硬件 ........................................ 31 硬件實現(xiàn) .............................................. 32 遇到的問題 ................................................. 33 第 6 章 性價比 ...................................................... 34 第 7 章 總結 ........................................................ 35 致 謝 ............................................................. 36 參考文獻 ........................................................... 37 附錄Ⅰ 原理圖 ...................................................... 39 附錄Ⅱ 實物圖 ...................................................... 40 附錄Ⅲ 元器件清單 .................................................. 41 附錄Ⅳ 程序清單 .................................................... 42 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 緒論 課題工 程背景 經過 20 多年的發(fā)展，我國包裝機械已成為機械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為我國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障。但目前我國包裝機械出口額還不足總產值的 5%，進口額卻與總產值大抵相當，與發(fā)達國家相去甚遠。包裝機械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)，生產規(guī)模大、產品檔次高的企業(yè)不多。根據(jù)食品和包裝機械工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，中國目前有包裝機廠商 3,600 多家，但產值及銷售額超過億元的現(xiàn)在只有 20 家。我國還基本停留在測試仿制階段，自行開發(fā)能力弱。統(tǒng)計顯示，我國包裝機品種只有 1300 多種，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產產品，不能滿足 市場需求，產品質量差距表現(xiàn)在產品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件質量差，壽命短，可靠性低，影響了整體產品的質量。 隨著科學技術的不斷發(fā)展進步，各種食品加工品的出現(xiàn)，對包裝技術和包裝設備都提出了新的要求，包裝機在流通領域中發(fā)揮著越來越大的作用。目前包裝機競爭日趨激烈，而高度自動化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包裝設備越來越受到行業(yè)的青睞。進入 21世紀以來，較之傳統(tǒng)包裝機，新型包裝機要求具有簡潔化、高生產率、配套更完善，更具自動化等特點。未來的包裝機將配合產業(yè)自動化趨勢，促 進包裝設備總體水平提高。如高智能數(shù)控系統(tǒng)、編碼器及數(shù)字控制組件、動力負載控制等新型智能設備已經普遍應用到包裝機設備中，使設備使用者在操作過程中更具有獨立性、靈活度、操作正確性、高效率和兼容性。 所以，就目前的發(fā)展情況來說，研究一款間歇式自動包裝機是很有必要的。 步進電機 步進電機是一種將數(shù)字脈沖信號轉化為角位移的執(zhí)行機構。也就是說，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（即步進角、步距角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的； 同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。一般步進電機的 精度 為步進角的 35%，且不累積。 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 2 課題研究內容 根據(jù)實際工程背景，本課題要完成的主要內容為： 間歇式包裝機使用步進電機供膜，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構間歇拉帶方式，結構復雜，調 整困難，特別是當需要更換產品時，不僅調節(jié)困難，而且包裝膜浪費很多。采用步進電機與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結構得到了簡化，而且調節(jié)極為方便，節(jié)省了調節(jié)時間，又節(jié)約了包裝材料。 ：在連續(xù)包裝時，步進電機根據(jù)設定的速度連續(xù)轉動，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送 。 當改變袋長時，通過鍵盤輸入的數(shù)據(jù) ， 步進電機 根據(jù)新數(shù)據(jù)自動旋轉指定長度。 制模式：包裝機配有光電開關，光電開關檢測色標的位置，當檢測到色標時，發(fā)出控制開關信號，步進電機接到信號后，停止轉動，延時一定時間后，再轉動供膜，周而復 始，保證按照色標的位置定長供膜 。 3. 包裝機可以根據(jù)預先設定的包裝膜的長度自動完成控制進行包裝，即步進電機轉動到一定長度后，暫停轉動，包裝完成后再轉動 。 4. 設計出簡易的鍵盤與控制器相連接，便于輸入設定袋長的數(shù)據(jù)。 5. 能夠顯示出所輸入設定袋長的數(shù)據(jù)，并且能夠更改數(shù)據(jù) 。 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 3 第 2 章 方案論證 本章主要 通過對設計要求的分析， 來對系統(tǒng)的方案選擇進行論證 ，通過對各個功能模塊的設計和實現(xiàn)，來完成系統(tǒng)的整體功能。 該系統(tǒng)通過鍵盤輸入，掃描將其結果輸送給單片機，再通過單片機控制電機轉動指定的角度并且用單 片機控制液晶顯示出其轉動角度所對應的長度以及運行模式。 MCU 的選擇 此設計 的 MCU 我們選的是 STC89C52 單片機， 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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM， MAX810復位電路， 三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構，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。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。 電機的選擇 在本次設計中可使用的電機有步進電機，伺服電機和直流電機，綜合考慮，步進電機方便控制角度，可以很好的控制包裝帶的長度，在性能方 面是最好的選擇。在價格方面，雖然直流電機是最便宜的，但是直流電機做不到精確地控制。 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制 元件 。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變 的非常的簡單。 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 4 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。綜上 各 種原因，此處我們選用兩相混合式 步距角為 度的 步進電機。 步進電機控制框圖如圖 所示 圖 步進電機控制框圖 步進電機驅動 方案一：由單片機編程產生并分配環(huán)形脈沖，由分散元件構成功率放大電路，信號經其放大后驅動步進電機。設計方框圖 如圖 所示。 圖 方案一 該方案由單片機作為脈沖產生模塊以及脈沖分配模塊，經編程后從單片機輸出已經分配的環(huán)形脈沖，經一些分散元件構成的放大電路放大后驅動步進電機。此方案結構簡單易行，驅動電機所需要的控制信號直接由軟件實現(xiàn)。由分散元件構成的放大電路實現(xiàn)簡單，而且所需元件常見，價格便宜，節(jié)約成本。但是該設計在步進電機在低頻工作時，振動大、噪聲大。另外占用單片機資源較多，編程復雜，而且不能實現(xiàn)對脈沖實現(xiàn)細分，達到對步進電機的精確控制。 方案 二 ：由單片機產生脈沖，經 TA8435H 專用芯片 進行脈沖分配和功率放大后，將脈沖信號輸入步進電機進行驅動。設計方案如圖 所示。 圖 方案 二 MCU 放大電路 步進電機 MCU AT8435H 步進電機 控制信號 AT89C52 驅動電路 步進電機 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 5 使用細分方式，能很好的解決步進電機在低頻工作時，振動大、噪聲大的問題。步進電機的細分控制，從本質上講是通過對步進電機勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內部的合成磁場為均勻的圓形旋轉磁場，從而實現(xiàn)步距角的細分。 方案 三 ：由單片機產生 四路信號 ， 將這個四路信號送給 ULN20xxA 芯片進行脈沖分配， 再 將脈沖信號輸入步進電機進行驅動。設計方案如圖 所示。 圖 方案 三 ULN20xx 是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，適應于各類要求高速大功率驅動的系統(tǒng)。 ULN20xxA 由 7 組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡以及鉗位二極管網(wǎng)絡構成，具有同時驅動 7 組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。但是使用 ULN20xxA 只可以驅動小型步進電機，不能滿足本設計的需要。 方案 四 ：由單片機產生脈沖，經 L298N 芯片進行脈沖分配和功率放大后，將脈沖信號輸入步進電機進行驅動。設計方案如圖 所示。 圖 方案 四 L298N 可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，可直接通過電源來調節(jié)輸出電壓，直接用單片機的 I/O 口提供信號。 綜合考慮， L298N 方便控制并且成本較低，所以選擇方案四驅動步進電機。 液晶 的選擇 在本次設計中可使用的液晶有 lcd12864 和 lcd1602。 Lcd1602 雖然相對來說要簡單一些，但是它只能顯示字母和數(shù)字， lcd12864 則能很好的顯示漢字，可以將本次設計所要求顯示的長度，模式都很好的顯示出來。所以還是采用較為復雜的 lcd12864進行顯示。 MCU L298N 步進電機 MCU ULN20xxA 步進電機 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 6 鍵盤 的選擇 鍵盤電路常用 的有兩種，一種是獨立式鍵盤電路，另一種是矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤每個按鍵獨占一根 I/O 線。因此鍵識別軟件非常簡單。對于只有幾個按鍵的系統(tǒng)，常采用這種電路。對于多按鍵系統(tǒng)來講，這種電路將占用更多的 I/O 線而變得無法實用。 矩陣式鍵盤電路將 I/O 口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設置在行線和列線的交叉點上，這就構成了行列式鍵盤。行列式鍵盤中按鍵的數(shù)量可達行線數(shù) n 乘以列線數(shù) m。由此可以看到行列式鍵盤在按鍵較多時，可以節(jié)省 I/O 線。按鍵開關的兩端分別接在行線和列線上。所以本次設計采用矩陣鍵盤。 系統(tǒng) 總體方案論證 本方案中的主控單元采用了常見的 8 位微控制器 AT89C52。 P1 口作為 4*4 鍵盤輸入端， 用來實現(xiàn)人機交互。 通過鍵盤輸入 數(shù)據(jù)來控制電機的轉動角度，以此來控制包裝膜的長度。本設計已經選擇了 L298N 作為驅動， 通過接受單片機傳輸?shù)男盘杹懋a生脈沖信號來控制電機的轉動。 設計方案中同時具備了色標顯示功能，當檢測到包裝膜上的色標時，色標傳感器會給出相應的脈沖信號，單片機以此作為中斷觸發(fā)信號。在中斷中實現(xiàn)對步進電機轉動的控制和相應數(shù)據(jù)的顯示。 總設計框圖如圖 所示。 圖 總設計框圖 AT89C52 12864 液晶顯示 L298N 驅動芯片 色標檢測 4*4 鍵盤輸入 步進電機 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 7 如圖 所示，本設計的包裝機共分為兩個模式，首先通過鍵盤選擇包裝模式，第一個模式為連續(xù)包裝模式，確定