【正文】 畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：條帶切割機控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 號：姓 名：班 級：專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師：學(xué) 院：機械工程學(xué)院答辯日期：37畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書摘 要本文簡要介紹了條帶切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及工作原理。本系統(tǒng)具備液晶顯示、電機運動狀態(tài)顯示、延時動作設(shè)置、數(shù)值記憶、檢測布條盤滿盤狀態(tài)、設(shè)定加工長度和速度控制等功能。系統(tǒng)以STC89C52RC單片機為核心，采用CS1621液晶顯示器、矩陣按鍵、霍爾磁感、滿盤開關(guān)、報警電路、掉電存儲器EEPROM及調(diào)速電機等幾部分硬件電路，已完成對已卷長度、設(shè)定長度及電機速度的顯示和調(diào)節(jié)。同時含有本控制系統(tǒng)的全部外圍硬件電路，并設(shè)計了原理圖和PCB圖，編寫出系統(tǒng)軟件程序，最后完成了聯(lián)機調(diào)試，達到了設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：單片機；條帶切割機；電機速度；矩陣按鍵；AbstractThe paper has briefly introduced the design method and the working principle of strip cutting machine. System is provided with LCD display, motor show, a deferred action sets, numerical memory, test strips full State, set the length of processing and control functions. System is with STC89C52RC singlechip as the core, adopting CS1621 LCD, matrix press, Halleffect magnetic sensor, switch, alarm circuit, EEPROM memory and speedregulating motors and other parts of the hardware circuit have pleted its length, set the length and the volume display and adjustment of the motor speed, While I have cmpleted all the peripheral hardware of the control system circuit , schematic and PCB design contained , written system software sequence range, finally I have pleted the online debugging, making the system meet design requirements.Key words: Singlechip Microcontroller 。 Strip cutting machine。 motor speed matrix keys。目錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1第2章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 2 課題分析 2 條帶切割機的設(shè)計方案與論證 3第3章 硬件原理電路圖的設(shè)計與分析 6 單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計及I/O口分布 6 3*8矩陣按鍵電路 7 液晶顯示電路 8 電機速度電路 11 霍爾速度傳感器電路 12 滿盤開關(guān)電路 12 LED照明電路 13 報警電路 13第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計與分析 14 主程序 14 3*8矩形按鍵掃描程序 16 液晶驅(qū)動及初始化程序 19 電機控制程序 22 EEPROM掉電保護程序 24 報警程序 25 中斷服務(wù)程序 26第5章 制作調(diào)試 28 制作 28 調(diào)試 29第6章 總結(jié) 30參考文獻 31附錄 33附錄1 傳統(tǒng)條帶切割機線路圖附錄2 原理圖附錄3 PCB圖附錄4 實物圖附錄5 控制面板布線與效果圖附錄6 元器件清單附錄7 條帶切割機接線圖說明附錄8 控制系統(tǒng)使用說明書附錄9 源代碼致謝 52第1章 緒論18世紀從英國發(fā)起的技術(shù)革命是技術(shù)發(fā)展史上的一次巨大革命，它開創(chuàng)了以機器代替手工工具的時代。工業(yè)革命首先出現(xiàn)于工場手工業(yè)新興的棉紡織業(yè)等一批輕工業(yè)中。到現(xiàn)在，輕工業(yè)劃分為22大類，44個行業(yè)，產(chǎn)品50多萬種，涵蓋了衣、食、住、行、用、玩各個方面。 改革開放以來，我國輕工業(yè)有了飛速發(fā)展，不僅從根本上改變了我國消費品短缺的狀況，而且產(chǎn)品大量出口。目前我國已躋身世界輕工產(chǎn)品生產(chǎn)和消費大國的行列?？傮w上看，近10年我國輕工行業(yè)實現(xiàn)了較快增長，經(jīng)濟運行的質(zhì)量和效益都較好。我國輕工業(yè)產(chǎn)品中的家用電器、五金制品、制漿造紙、鐘表、啤酒、皮革及皮革制品等的產(chǎn)量已排名世界首位或位居前列，我國已成為世界輕工生產(chǎn)和消費大國。條帶切割機正是這些輕工業(yè)產(chǎn)業(yè)不可或缺的必備設(shè)備之一。隨著工業(yè)自動化的進步、控制技術(shù)的發(fā)展及受數(shù)字技術(shù)和微處理技術(shù)的影響，人們對工業(yè)過程控制的終端—執(zhí)行器提出了新的要求——工業(yè)自動化。工業(yè)自動化，主要指在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動化技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品的無間斷自動生產(chǎn)，并以此加快產(chǎn)品的制造速度，由于其對人工需求較少，故可以有效的降低生產(chǎn)中的人工成本，這在當(dāng)今工人工資急劇上漲的背景下十分重要。同時，在某些生產(chǎn)、加工領(lǐng)域，人工操作有一定的危險性或其精度等無法滿足生產(chǎn)要求，在這些領(lǐng)域中，工業(yè)自動化技術(shù)的應(yīng)用可以說是必須的。本課題涉及的條帶切割機控制系統(tǒng)設(shè)計即屬于工業(yè)自動化設(shè)備。近幾十年來，在工業(yè)制造領(lǐng)域，由于人工成本的大幅提升，使得工業(yè)自動化在大量企業(yè)中開始推廣，企業(yè)對自動化生產(chǎn)的需求又反過來帶動包括微電子技術(shù)、計算機制造技術(shù)及各類控制理論在內(nèi)的大量自動化生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，在這種相互促進中，自動化技術(shù)有了長足進步，相比較以往，現(xiàn)今的自動化生產(chǎn)有了質(zhì)的飛躍。國外發(fā)達國家切割行業(yè)90%為數(shù)控切割機下料，僅10%為手工下料，而我國用數(shù)控切割機下料僅占下料總量的10%以下，其中數(shù)控等離子切割比例更小。絕大多數(shù)仍采用手工或半自動切割，笨重落后，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，而且材料浪費嚴重，因此十分有必要發(fā)展并普及數(shù)控切割機以改變這一落后現(xiàn)狀。條帶切割機控制系統(tǒng)設(shè)計的，如改用現(xiàn)在使用單片機的有關(guān)知識對其進行精確的運動控制，使條帶切割機能對切出來的布進行長度記錄，用限位傳感器實現(xiàn)對滿盤的檢測和報警提醒等功能。不僅替代了目前不少單位普遍采用的手工開料的落后工藝，減輕了勞動強度，而且提高了勞動工效，保證了落料的精度。同時很好的滿足了工廠對自動化技術(shù)的需求，也避免了特殊行業(yè)上出現(xiàn)員工荒的現(xiàn)象，保證企業(yè)正常的發(fā)展，進一步促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。滾布筒電機及變頻器間距調(diào)整手柄張緊機構(gòu)刀具調(diào)節(jié)旋鈕滾布筒電機速度調(diào)節(jié)旋鈕滾布筒拖布盤電機圖11　條帶切割機整體效果圖第2章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 課題分析 本設(shè)計為一個控制系統(tǒng)，采用單片機作為控制器核心，實現(xiàn)條帶切割機控制器的設(shè)計。利用單片機技術(shù)，取代傳統(tǒng)的以控制按鈕、可調(diào)開關(guān)、時間繼電器、行程開關(guān)、接觸器等組成的機械式控制方式，傳統(tǒng)條帶切割機接線圖詳見附錄1，最主要目的是對條帶切割進行智能化改進。根據(jù)設(shè)備的實際情況和生產(chǎn)要求，需解決以下四點問題：1. 滾布筒和拖布盤電機可精確調(diào)速；2. 可實現(xiàn)兩種工作模式，即設(shè)定長度和滿盤切割模式；3. 可顯示工作狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)；4. 具備自動報警功能。 條帶切割機的設(shè)計方案與論證 設(shè)計方案的選擇針對傳統(tǒng)的條帶切割機切割精度低、加工速度慢、安全系數(shù)低、可控性差等問題，根據(jù)實際情況和現(xiàn)實要求，主要進行以下兩點改進：1） 滾布筒和拖布盤精確控制及調(diào)速；根據(jù)設(shè)備的實際使用情況與成本控制，對滾布筒電動機選擇，根據(jù)設(shè)計要求與具體情況，選擇傳統(tǒng)條帶切割機的鼠籠式三相異步電動機及配套變頻器，如下圖21（a）、21（b）所示。圖21　滾布筒電機及配套變頻器相比滾布筒電動機，托布盤電機要求沒那么高，選用普通減速電機，圖22，為普通交流減速電機及配套驅(qū)動器。圖22　交流減速電機及配套驅(qū)動器傳統(tǒng)條帶切割機則是采用可調(diào)旋鈕和繼電器相結(jié)合的的方法對電機進行啟停控制，本次設(shè)計則是選用光耦控制，更加精確，大大提高了控制實用性。對于電機調(diào)速，有調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速和電磁調(diào)速四種方法。針對滾布筒電機實際情況，有調(diào)壓調(diào)速與變頻調(diào)速兩種方案選擇。調(diào)壓調(diào)速優(yōu)點：，效率高；，適用于70%～95%的調(diào)速。缺點：功率因素較低，有諧波干擾，正常運行時無制動轉(zhuǎn)矩，適用于單象限運行的負載。變頻調(diào)速優(yōu)點：1） 無附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，調(diào)速范圍寬；2） 對于低負載運行時間較多，或起停運行較頻繁的場合，可以達到節(jié)電和保護電機的目的。缺點：技術(shù)較復(fù)雜，價格較高。滾布筒電機和拖布盤在兩個工作模式下均有可能頻繁啟停與調(diào)速范，應(yīng)選擇變頻調(diào)速。原控制系統(tǒng)采用，外接可調(diào)電阻再接變頻器，改變電阻大小，從而控制變頻器，最終控制電機速度。由于變頻調(diào)速技術(shù)和傳統(tǒng)方法在精確性、靈敏性和安全性等方面的缺點，本系統(tǒng)將采用一個數(shù)字定位器，通過數(shù)字電位器來調(diào)整頻率，與傳統(tǒng)的旋鈕式調(diào)速方法相比，更加靈敏、體積也更加小。對市面上較成熟的數(shù)字電位器，如圖23為X9313數(shù)字電位器，進行電機調(diào)速試驗，經(jīng)過多次試驗，效果均不理想，故采用自制數(shù)字電位器。詳情見電機調(diào)速電路模塊。圖23　X9313數(shù)字電位器2） 滾布筒和拖布盤間的聯(lián)動協(xié)作。原系統(tǒng)通過傳統(tǒng)常用低壓電器時間繼電器和復(fù)合開關(guān)，對電機進行聯(lián)動控制。本次設(shè)計中，采用單片機進行時間設(shè)定及控制，不僅更加精確，同時不再需要時間繼電器和復(fù)合開關(guān)，使結(jié)構(gòu)更加簡單，成本也進一步降低。本方案采用單片機控制來實現(xiàn)條帶切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計，其電路簡單、人機界面友好、功能齊全，智能化程度高、操作更加簡便。 設(shè)計方案的論證本次設(shè)計使用AT89C52RC 單片機完成此次設(shè)計。此款單片機與MCS51 兼容，含有32個可編程I/O 線，兩個16 位定時/計數(shù)器，5個中斷源，可編程串行通道，紅外接收裝置等部件，為實現(xiàn)上述功能提供了大量硬件。根據(jù)要實現(xiàn)的功能特點，本次設(shè)計主要用到以下模塊：中斷服務(wù)，電機調(diào)速、EEPROM存儲、液晶顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)功能，硬件上采用1621液晶顯示器、3*8矩形按鍵、行程（滿盤）開關(guān)、霍爾傳感器、LED燈、蜂鳴器、繼電器等。此設(shè)計是利用單片機對滾布筒與托布盤電機啟?？刂?。由液晶實現(xiàn)已卷長度、設(shè)定長度、電機檔位與啟停以及其他的顯示，采用線反轉(zhuǎn)法取得鍵值，并由按鍵處理程序?qū)θ〉玫逆I值進行處理，實現(xiàn)條帶切割機主輔電機啟動方式和工作方式的控制。圖24　系統(tǒng)總體框圖在本系統(tǒng)中使用到的芯片都是符合設(shè)計要求的，使用的芯片實用且經(jīng)濟。如EEPROM是STC89C52RC 本身自帶的，運行響應(yīng)速度更加快捷。還有LED液晶顯示器，體積小、微功耗、顯示內(nèi)容豐富超薄輕巧等優(yōu)點，在很多場合得到運用。在校期間對VB、c語言等匯編語言的學(xué)習(xí)，同時也學(xué)習(xí)了基于STC89C52RC的單片機編程方法和技巧，現(xiàn)已能獨立進行編程、調(diào)試等相關(guān)工作。利用這些資源可使條帶切割機具完成下功能： ：顯示滾布筒電機和托布盤電機運行狀態(tài)（包括運行、停止）、轉(zhuǎn)速檔位、布條盤滿盤等狀態(tài)的指示；顯示布條盤已卷布條的總長度、顯示設(shè)定切帶長度值等；*8矩陣按鍵式鍵盤操作面板，可進行多種狀態(tài)切換及數(shù)值輸入等；，觸發(fā)中斷功能；，單片機內(nèi)EEPROM能實時保存所需存儲數(shù)據(jù)；，蜂鳴器可對各種狀態(tài)方式進行提示或報警；第3章 硬件原理電路圖的設(shè)計與分析 單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計及I/O口分布在本設(shè)計的自動計數(shù)控制系統(tǒng)中，控制的核心是STC89C52單片機，該單片機是51系列增強型8位單片機，它提供了4個8位的I/O口，分別為P0、PPP2和P3，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，內(nèi)部有2個16位定時器/計數(shù)器，用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能，并且片內(nèi)含有256個RAM單元以及8KB的ROM存儲單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的存儲，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，一個指令周期為1us。其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路、震蕩電路以及存儲器選擇模式（EA腳的高低電平選擇），電路如下圖31所示：圖31　單片機最小系統(tǒng)為合理利用單片機的端口資源，并且兼顧程序設(shè)計的便利，將系統(tǒng)的輸出和輸入端口作如如表31 所示硬件說明。表31　STC89C52主要管腳功能表單片機端口外圍接口電路硬件模塊液晶顯示集成電路模塊LED（照明）電路模塊托布盤電機調(diào)速電路模塊，3*8矩陣按鍵電路模塊滾布筒電機調(diào)速電路模塊蜂鳴器電路模塊限位（滿盤）開關(guān)電路模塊外部中斷（霍爾）電路模塊滾布筒電機啟停電路模塊拖布盤電機啟停電路模塊 3*8矩陣按鍵電路按鍵是最常用的單片機輸入設(shè)備，可通過按鍵輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通信。常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。本系統(tǒng)采用3*8矩陣按鍵，電路如圖32 所示?！?，該端口各位都上拉一個1k的上拉電阻。圖32　3*8矩形按鍵電路圖以及對應(yīng)的鍵值3*8矩形按鍵在控制面板的效果圖，詳見附錄4 控制面板布線與效果圖，如圖33 所示，本系統(tǒng)設(shè)置了24個按鍵，采用查詢方式處理，其功能如下：確定狀態(tài)滾布筒啟停已卷長度清零1） 刪除設(shè)定長度2） 刪除目前運動狀態(tài)LED開關(guān)托布盤速度加減托布盤啟停滾布筒速度加減設(shè)定動作延時圖33　按鍵效果圖 液晶顯示電路CS1621是一種具有微控制器接口，由存儲器映射的32*4點陣式LCD控制驅(qū)動器。電路上電時清零復(fù)位，通過命令端進