【正文】 基于單片機(jī)的自動(dòng)計(jì)數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的自動(dòng)計(jì)數(shù)與裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)、裝箱。如果用人工不但麻煩，而且效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著微機(jī)控制的普及，特別是單片機(jī)的應(yīng)用，給該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。本論文設(shè)計(jì)了一種以8031單片機(jī)為核心的流水線產(chǎn)品計(jì)數(shù)及裝箱控制系統(tǒng)，可以對(duì)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行精確的計(jì)數(shù)和裝箱。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)。擴(kuò)展的8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計(jì)數(shù)顯示。對(duì)微型機(jī)控制裝箱系統(tǒng)進(jìn)行全面的論述和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：裝箱；自動(dòng)控制；單片機(jī)BASED ON MICROCOMPUTER SINGLE CHIP OF AUTOMATIC COUNTING AND RESTRAINING BOXESABSTRACTDuring the modern industrial production process, the product needs to count and pack. If this work replaces by the manpower, the efficiency is low and the labor intensity is big. Along with the popularization using of microputer, specially the using of microputer single chip, it has brought enormous convenient for this system design. In this paper, it introduces the central of 8031 microputer single chip, Which count accurately and pack in the automatic production streamlines. In order to read keys and detect signals. this system expand programmable I/O memory 8255A and procedure memory 2732. Port B are used for provided value and displaying count of products. At the same time discussing the system of automatic packing and the system design. Key Words：boxes。 automatic control 。 microputer singlechip目錄1 緒論 1 課題背景及目的 1 工業(yè)控制的研究現(xiàn)狀 1 自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義 2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及功能要求 32 自動(dòng)裝箱控制方案論證 5 控制方案列舉分析及確定 5 機(jī)械式的順序控制 5 繼電器順序控制(RLC) 5 二極管矩陣式順序控制器 6 用計(jì)算機(jī)的順序控制 6 可編程序順序控制器 6 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)順序控制 7 自動(dòng)裝箱系統(tǒng)配置方案 8 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)類型及相應(yīng)芯片、總線的選擇 8 檢測(cè)原理及傳感器選擇 8 輸入輸出設(shè)備的選擇 9 電機(jī)類型及其控制方案的選擇 9 確定自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)總體方案 103 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 微機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 控制電路設(shè)計(jì) 14 信號(hào)檢測(cè)(數(shù)據(jù)采集)電路 14 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 15 顯示電路設(shè)計(jì) 16 報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 17 給定值電路設(shè)計(jì) 184 軟件設(shè)計(jì) 19 程序流程圖 19 主程序的設(shè)計(jì)及其流程圖 19 動(dòng)態(tài)顯示子程序流程圖 21 中斷子程序流程圖 21 報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 22 系統(tǒng)內(nèi)存單元分配 225 結(jié)論 23參考文獻(xiàn) 24致謝 25附錄 26附錄A 27附錄B 28附件 1 開題報(bào)告附件 2 譯文及原文復(fù)印件1 緒論 課題背景及目的在工業(yè)生產(chǎn)過程中,經(jīng)常需要對(duì)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)和包裝,傳統(tǒng)的人工方法不僅容易漏計(jì)、錯(cuò)計(jì)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率較低。本設(shè)計(jì)介紹一種以8031單片機(jī)為核心的流水線產(chǎn)品計(jì)數(shù)及裝箱，可以對(duì)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行精確計(jì)數(shù)和裝箱。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)。主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率的問題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用了工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，以達(dá)到提高產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量、降低生產(chǎn)消耗、確保安全等目的?？刂评碚?、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)自動(dòng)化體系主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)主要解決生產(chǎn)效率的問題。自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)信息科學(xué)的緊密結(jié)合，給工業(yè)生產(chǎn)過程帶來了新的技術(shù)革新。在工業(yè)自動(dòng)化體系中，一個(gè)重要的角色就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，即IPC?；蛘呓挟a(chǎn)業(yè)PC。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備的核心。傳統(tǒng)意義上，將用于工業(yè)生產(chǎn)過程的測(cè)量、控制和管理的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)和過程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的內(nèi)涵已經(jīng)遠(yuǎn)不止這些，其應(yīng)用范圍也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工業(yè)過程控制。 工業(yè)控制的研究現(xiàn)狀當(dāng)今工業(yè)控制多以集散控制、PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線為主體，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理集于一體化。進(jìn)入二十一世紀(jì)，國(guó)際上一種“新型自動(dòng)化控制系統(tǒng)”的興起，進(jìn)一步使工業(yè)控制向著智能化方向發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，引進(jìn)了集散系統(tǒng)，習(xí)慣上稱之為集散系統(tǒng)或DCS。這種系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到過程控制系統(tǒng)中,利用單元組合儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),用軟件組成各種功能模件,并用CRT顯示溫度、壓力、液位、流量、成分等等過程參數(shù),通訊網(wǎng)絡(luò)把二者連成一個(gè)系統(tǒng)。因此DCS的一個(gè)顯著特點(diǎn)是各工藝現(xiàn)場(chǎng)由現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行分散控制,各個(gè)分散控制得到的信息由管理站集中管理,同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求管理站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行集中控制,即信息和操作管理集中化而控制分散化。分散是指功能分散、負(fù)荷分散和危險(xiǎn)分散,危險(xiǎn)分散是DCS系統(tǒng)的主要特征之一。DCS在工業(yè)生產(chǎn)過程中的使用較為廣泛，發(fā)展勢(shì)頭很大，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。邏輯順序控制從繼電器發(fā)展為采用數(shù)字化邏輯順序控制系統(tǒng),從而產(chǎn)生了可編程控制器(Programmable Logic Controller ),俗稱PLC?？删幊炭刂破鞑捎锰菪螆D或布爾代數(shù)實(shí)現(xiàn)控制程序的編制。與繼電器相比,不僅體積小,而且無火花運(yùn)行,安全可靠,在現(xiàn)場(chǎng)的安裝調(diào)試都比較簡(jiǎn)單,很少由于地線出現(xiàn)故障而燒壞控制器。從80年代后期開始,PLC的制造廠家為適應(yīng)市場(chǎng)需求加進(jìn)一些模擬量的采集和控制,并和傳動(dòng)控制相配合,在絕大多數(shù)情況下都是以單機(jī)設(shè)備銷售,系統(tǒng)集成由最終用戶或工程公司完成?，F(xiàn)場(chǎng)總線是開放式工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng),是連接設(shè)置在工業(yè)過程現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、雙向、多站通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一項(xiàng)高科技、高水平、高難度的自動(dòng)控制系統(tǒng)工程,對(duì)化工、石化、冶金、電力、制藥等各領(lǐng)域的發(fā)展將起到十分重大的作用。 自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義自動(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。自動(dòng)裝箱的關(guān)鍵在于依據(jù)裝箱過程，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠得以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)方案。顯然，自動(dòng)裝置(機(jī)械手或機(jī)器人)的選擇取決于這一過程的需求及特性。依據(jù)定義，一個(gè)自動(dòng)裝置即能通過自動(dòng)控制或遙控方法完成任務(wù)的一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)機(jī)構(gòu)。它可以是簡(jiǎn)單的，例如，從一個(gè)位置移向另一位置的一種單軸結(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)控制的包裝系統(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。 具有革命意義的自動(dòng)化浪潮改變著自動(dòng)裝箱的方方面面。優(yōu)秀的自動(dòng)控制裝箱系統(tǒng)，無論從提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，都能起到十分明顯的作用。尤其是在食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)，這點(diǎn)都是至關(guān)重要的。自動(dòng)裝置和系統(tǒng)工程方面的技術(shù)正在進(jìn)一步深化，并得到更廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及功能要求從上面分析論述，由系統(tǒng)功能要求、方案選擇和設(shè)備配置，我們可以設(shè)計(jì)出一個(gè)自動(dòng)裝箱系統(tǒng)，：檢測(cè)器2檢測(cè)器1傳送帶1傳送帶2 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)帶有兩個(gè)傳送帶，及包裝箱傳送帶和產(chǎn)品傳送帶。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品傳送帶的末端，以便使產(chǎn)品剛好落入箱中，在空包裝箱傳送帶的中間裝一檢測(cè)控制器1，用以檢測(cè)包裝箱是否到位。產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從車間傳送到包裝箱。當(dāng)某一產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會(huì)自動(dòng)落入包裝箱內(nèi)，并由檢測(cè)器2轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖。產(chǎn)品計(jì)數(shù)可以由硬件完成(如MCS51系列單片機(jī)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器)，也可以用軟件來完成。本系統(tǒng)采用軟件計(jì)數(shù)方法。系統(tǒng)工作步驟如下：(1)用鍵盤設(shè)置每個(gè)包裝箱所裝的產(chǎn)品數(shù)量以及包裝箱數(shù)，并分別存放在PARTS和BOXES單元中。(2)接通電源，使傳送帶1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由控制程序控制傳送帶1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)包裝箱運(yùn)行到檢測(cè)器1的光源和傳感器的中間時(shí)，通過檢測(cè)光電傳感器的狀態(tài)，判斷傳送帶1上的包裝箱是否到位。(3)當(dāng)包裝箱到位時(shí)，關(guān)斷電機(jī)電源，使傳送帶1停止運(yùn)動(dòng)。(4)啟動(dòng)傳送帶2電機(jī)，使產(chǎn)品沿傳送帶向前運(yùn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)入箱內(nèi)。(5)當(dāng)產(chǎn)品一個(gè)一個(gè)落下時(shí)，通過檢測(cè)器2的檢測(cè)，將產(chǎn)生一系列脈沖信號(hào)。(6)從檢測(cè)器2來的輸出脈沖，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并不斷地與存在PRESET單元中的給定值進(jìn)行比較。(7)當(dāng)產(chǎn)品數(shù)與給定值不等時(shí)，將繼續(xù)控制傳送帶2運(yùn)動(dòng)，以便繼續(xù)裝入產(chǎn)品，直到零件數(shù)與給定值相等，停止傳送帶2電機(jī)，不再轉(zhuǎn)入產(chǎn)品。(8)再次啟動(dòng)傳送帶1的電機(jī)，使裝滿產(chǎn)品的箱子繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，并把存放箱子數(shù)的內(nèi)存單元加1，然后再與給定的箱子數(shù)進(jìn)行比較。如果不夠，則帶動(dòng)下一個(gè)空箱到達(dá)指定位置，繼續(xù)上述過程。直到產(chǎn)品數(shù)與給定值相等，停止包裝，等待下面操作命令。當(dāng)傳送帶2上的產(chǎn)品和傳送帶1上的箱子足夠多時(shí)，這個(gè)過程可以繼續(xù)不斷進(jìn)行下去,這就是產(chǎn)品自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的流程。必要時(shí)操作人員可以隨時(shí)通過停止(STOP)鍵停止傳送帶運(yùn)動(dòng)，并通過鍵盤重新設(shè)置給定值，然后再起動(dòng)。2 自動(dòng)裝箱控制方案論證 控制方案列舉分析及確定在這個(gè)系統(tǒng)中，從上面對(duì)系統(tǒng)要求的分析中可以看出：生產(chǎn)過程中的機(jī)器按確定的先后順序連續(xù)不斷的進(jìn)行開(ON)和關(guān)(OFF)，所以為順序控制。而順序控制一般有下列幾種控制方法： 機(jī)械式的順序控制用分配軸上的凸塊去控制電器開關(guān)、液壓或氣壓閥門實(shí)現(xiàn)的一種順控。改變順序較容易，但是它控制不了執(zhí)行元件的位置，定位還要靠限位開關(guān)。 目前，商品化的凸輪控制的多點(diǎn)開關(guān)，對(duì)簡(jiǎn)單控制仍很實(shí)用。但這種方式已經(jīng)過于老式，體積龐大、精度不高、成本也貴，顯然已不適合于本系統(tǒng)，所以不予考慮。 繼電器順序控制(RLC)傳統(tǒng)的順序控制使用繼電器組成的邏輯(Relay Logic Circuit，簡(jiǎn)稱RLC)，RLC具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)設(shè)計(jì)線路直觀易懂，無需掌握邏輯代數(shù)，設(shè)計(jì)自由度大。(2)成本低，制造生產(chǎn)機(jī)械的廠家均可自行制造。(3)繼電器具有擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)數(shù)、增加開關(guān)電流容易的功能。(4)輸出電流很方便的通過電磁產(chǎn)生機(jī)械力。如電磁離合器、電磁閥、電動(dòng)機(jī)。(5)采用時(shí)間繼電器時(shí)，能實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。(6)維護(hù)技術(shù)要求較低。RLC的缺點(diǎn)是：(1)自動(dòng)化程度的提高，RLC的線路愈來愈復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)、連接、調(diào)試的工作量，維修的難度再度增加。(2)觸點(diǎn)的頻繁開閉產(chǎn)生電磁干擾信號(hào)，降低了使用壽命，使可靠性大為降低。(3)針對(duì)不同用途，要專門設(shè)計(jì)和制造控制線路板，控制用途若有改變，必須重新設(shè)計(jì)制作，這不利于系統(tǒng)的柔性化，阻礙了技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展?？梢娺@種控制方案實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化較難，功能也較少，不適宜于本系統(tǒng)。 二極管矩陣式順序控制器這種順序控制器是利用二極管(或三極管)來改變控制順序，是由輸入、輸出和矩陣組成的一種組合邏輯電路。它通過改變矩陣上的插入二極管的位置，便可以改變邏輯關(guān)系。二極管矩陣順序控制器具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)制造原理簡(jiǎn)單，很容易掌握。(2)設(shè)定順序控制程序時(shí)，不需專門的編程技術(shù)和裝置。(3)程序的改變?nèi)菀祝恍韪淖儙ФO管的插頭(硬件)的位置，具有很大的柔性，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)可以放心。(4)順控的邏輯處理是并列處理的，不會(huì)有時(shí)間延誤現(xiàn)象。(5)不管邏輯控制多么復(fù)雜，電路的復(fù)