【正文】 esigned the system’ s framework map and the structural design of security tags, then we du an preliminary design of the PLC control circuit, 89C51 microcontroller system and touch screen production. After all we finish the stepper motor, PLC control circuits and C51 microcontroller system’s hardware design and the design of the touch screen, finally we prepared the control program of microcontroller and PLC . Key words: PLC； micropute r 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 防盜標(biāo)簽機(jī) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 本文 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 的是 防盜磁條標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng) ， 其中 包括 了 單片機(jī)， PLC 和人機(jī)界面等方面的 知識(shí) 。 touch screen 。非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固時(shí)原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)序結(jié)構(gòu)。第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)， 介紹了 系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行過程， 每一步的工作內(nèi)容和原理 。 1 第 1章 緒論 研究背景 現(xiàn)代開放式零售模式的普及，實(shí)現(xiàn)了商品與顧客的 “零距離 ”接觸，為顧客營(yíng)造了輕松愉悅的購(gòu)物體驗(yàn)，直接帶動(dòng)了商場(chǎng)人流量與商品銷售量大幅度增長(zhǎng)。 用作磁性標(biāo)簽的磁芯，如果被勵(lì)磁線圈、飽和交流磁化，就會(huì)產(chǎn)生非線形調(diào)制，使次級(jí)接受線圈中出現(xiàn)高次諧波，利用這一現(xiàn)象，可以構(gòu)成磁性防盜系統(tǒng)。由于磁性標(biāo)簽飽和交流磁化時(shí)的非線形調(diào)制作用，便會(huì)在接收線圈的輸出電壓中形成高次諧波。 幾年前的 磁性標(biāo)簽 主要 材料是 矩磁材料， 缺點(diǎn)是隱藏性差、 勵(lì)磁功率大 和 誤報(bào)率高， 這些 缺點(diǎn)對(duì)于這種技術(shù) 的發(fā)展 和推廣 是 非常不利的 。 非晶態(tài)合金磁性標(biāo)簽的特性： 1） 標(biāo)簽材料特殊，仿制極為 困難 ； 2） 機(jī)械尺寸小，標(biāo)簽的隱藏性大大 提高 ； 3） 磁導(dǎo)率高，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低，大大降低了勵(lì)磁功率； 4） 磁致伸縮系數(shù)小，降低了機(jī)械應(yīng)力對(duì)磁性標(biāo)簽性能產(chǎn)生的影響 。 2 典型磁性防盜系統(tǒng) 的 主要 組成部分 是 勵(lì)磁線圈、 振蕩器 、接收線圈 、電流放大器、接收線圈、選頻放大器 和報(bào)警器 。 防盜儀的靈敏度 還受到 磁性標(biāo)簽的寬度、厚度的影響。 研究的目的及意義 防盜系統(tǒng) 最重要 的部分 就是非晶 磁條 ， 隨著信息 技術(shù) 的快速發(fā)展， 非晶磁條也不斷 發(fā)展 。 非晶標(biāo)簽 制作公司能節(jié)省大部分的人力和財(cái)力就是因?yàn)?非晶磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)， 非晶磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)不止為 公司 提高 了 生產(chǎn)效率，增加效益， 而且 帶動(dòng) 了 工業(yè)的 更快 發(fā)展， 大力 推動(dòng) 了 社會(huì)的發(fā)展。 因?yàn)椴⒉皇撬腥硕?精通 計(jì)算機(jī) 的操作，所以 為了 擁有簡(jiǎn)潔方便 的人機(jī)界面 ， 觸膜屏技術(shù) 也被 加入其中 。 可編程控制器的硬件系統(tǒng) 。各部 分之間 的連接 依靠的是內(nèi)部的系統(tǒng) 總線 ，如上圖 21 所示。 PLC 多使用 2 種微處理器， 即 8 位 和 16 位 微處理器 。是 只 供 廠家使用的， 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 內(nèi)部的 內(nèi)容不可 以 更改，斷電 以后 內(nèi)容 不消失。 鋰電池作為一種 常用 的高效電池 一直 作為 存儲(chǔ)器 的 后備電源， 電池壽命大約 為 3~5年 。 LED 二極管 則 具體 用來顯示某一路輸入端子是否有信號(hào)輸入。 （ 5） 外部設(shè)備接口 外部設(shè)備接口 是 一種 令 PLC 主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話或者 機(jī)機(jī)對(duì)話 的通道。 （ 6） 電源單元 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。 當(dāng)用戶所需點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)所允許的范圍時(shí)可以使用輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié) ，通過添加輸入輸出擴(kuò)展環(huán)來解決。 圖 22 I/O 接口電路結(jié)構(gòu)框圖 外 部 設(shè)備 保持器 保持器 保持器 光電隔離器 光電隔離器 光電隔離器 功率放大 功率放大 功率放大 信號(hào)發(fā)送回路 輸出狀態(tài)寄存器 8 PLC 的外部設(shè)備主 要有 編程設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備 、輸入輸 出設(shè)備等。 （ 2） 監(jiān)控設(shè)備 除了不能改變 PLC 的用戶程序 以外 ， 監(jiān)控設(shè)備和 編程器相當(dāng)類似 ， 但是 監(jiān)控設(shè)備簡(jiǎn)單 明了， 可以直觀的觀察 PLC 的 各種情況，監(jiān)控設(shè)備 是 一個(gè) 使用 PLC 很好的界面。 PLC 在 這方面的配套設(shè)施 相當(dāng) 普遍 。 PLC 基本功能由 PLC 系統(tǒng)程序決定，主要有 系統(tǒng)程序調(diào)用、功能程序、系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序 等部分。監(jiān)控程序 （ 管理程序 ） ，主要發(fā)揮 的是 管理全機(jī) 的 功能 。 系統(tǒng)程序包括 系統(tǒng)管理程序，用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序 模塊 。 （ 2） 模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序 在大中型 PLC 上實(shí)施的程序 通常是模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序， 用戶 的 程序編制主要 根據(jù) 的是所需 PLC 提供 的軟硬件功能 。 可編程控制器的工作過 程和工作原理 工作 原理 PLC 工作的 要點(diǎn)是 可靠物理實(shí)現(xiàn)和出入信息交換。 用戶可以根據(jù)自己的需求自行設(shè)計(jì)用戶程序 。 PLC 的 I/O 系統(tǒng) 由 若干模版集成而成 ， 這些模版依靠若干個(gè)輸入輸出電路集成 。 接受模擬信號(hào)的輸入電路和 可接收開關(guān)的輸入電路 這些功能 PLC 都有 。 實(shí)現(xiàn) 用 PLC 的 控制 也正是因?yàn)橛辛诉@個(gè)過程 。 過程 11 圖 23 PLC 工作過程 啟動(dòng) 初始化 監(jiān)視定時(shí)器（ WDT） 與編程器交換信息 與數(shù)字處理器交換信息 與外部設(shè)備交換信息 執(zhí)行用戶程序 輸入輸出信息處理 處理中斷 處理中斷 處理中斷 處理中斷 處理中斷 12 89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 89C51 單 片機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 單片機(jī)片上硬件資源 89C51 為典型的 ROM 型單片機(jī)，內(nèi)部硬件資源有： 1） . 面向控制的 8 位中央處理器； 2） . 4K 字節(jié)掩膜 ROM 程序存貯器； 3） . 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存貯器； 4） . 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5） . 1 個(gè)全雙工的異步串行口； 6） . 5 個(gè)中斷源、 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器； 7） . 時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率為 ～ 12MHz 單片機(jī)結(jié)構(gòu) 89C51 采用模塊式的結(jié)構(gòu)，有多個(gè)存貯空間，其結(jié)構(gòu)框圖如 圖 24 所示。 單片機(jī)擁有的中央處理器 CPU 是單片機(jī)的核心， 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器使 CPU 能處理8 位二進(jìn)制代碼或數(shù)據(jù)，中央處理器進(jìn)行調(diào)度、控制和指揮單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出的操作。 CPU 執(zhí)行程序主要包括兩個(gè)過程：一是取指過程， CPU 從 ROM 中取出指令，指令的地址由 PC 指針提供， PC 指針將在 CPU 取指后加一，所以 PC 指針總指向接下來一個(gè)要執(zhí)行的操作數(shù)或指令代碼。 防盜磁條控制系統(tǒng)由 89C51 單片機(jī)、 PLC 可編程邏輯控制器、步進(jìn)電機(jī)和觸摸屏技術(shù) 等各個(gè) 部件合作 完成的 ， 圖 12 表示的是 防盜磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)機(jī)械總圖 ： 信息時(shí)代的便捷 被觸摸屏技術(shù)展現(xiàn)得淋漓盡致 ，整個(gè)系統(tǒng) 就是 因?yàn)?它的發(fā)明和使用 才能擁有 優(yōu)秀的人機(jī)界面。 圖 32 PLC 控制電路框圖 OMRON CPM2A40CDTD 啟動(dòng) 復(fù)位 停止 急停 裁切電機(jī) 1 原點(diǎn)接近開關(guān) 裁切電機(jī) 2 原點(diǎn)接近開關(guān) 傳感器 1 傳感器 2 送料電機(jī) 1 驅(qū)動(dòng) 送料電機(jī) 2 驅(qū)動(dòng) 裁切電機(jī) 1 裁切電機(jī) 2 89C51 單片機(jī) 指示燈 觸摸屏 GP37W2 電源 16 觸摸屏的設(shè)計(jì) 隨著近年來多媒體信息查詢次數(shù)的與日俱增，人們?cè)絹碓蕉嗟亟佑|到觸摸屏上，因?yàn)橛|摸屏作為作為一種先進(jìn)的輸入設(shè)備，觸摸屏是目前最方便、簡(jiǎn)單、快捷且又適用于中國(guó)多媒體信息查詢情況的輸入設(shè)備，觸摸屏的 優(yōu)點(diǎn)是 堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流。 由于 便于操作 ， 鼠標(biāo)鍵盤這種 傳統(tǒng)輸入設(shè)備被觸摸屏所取代 。 同時(shí) CPU 發(fā)來的命令 也可以 被 觸摸屏控制器 接收并 進(jìn)行操作 。 觸摸屏系 統(tǒng)包括控制器和檢測(cè)裝置 這兩大部分 。 和觸摸屏的連接設(shè)計(jì) 上 圖 34 表示的 是 觸摸屏靠 傳送、 接收、接地三根線來完成 與 PLC 之間的連接 與通訊 。 下面的 是 送鋼帶步進(jìn)電機(jī)的接線： 通過 上 圖 41 我們可 了解到 ， PLC 通過 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來傳送 信號(hào) 給 步進(jìn)電機(jī) ，為了 使步進(jìn)電機(jī) 能夠保持 正常的工作 ，價(jià)格適宜、 功能強(qiáng)大的四海電機(jī)系列 的 產(chǎn)品 就是我們 的首選 。 設(shè)計(jì)完成 送鋼帶步進(jìn)電機(jī) 的 接線 后 ，設(shè)計(jì)送磁條步進(jìn)電機(jī)的接線只需改變?nèi)齻€(gè)端口的接線就可以 完成了 ，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的 DIR 接口 接 PLC 的 IR1004 接口 ， FREE接口 接 PLC 上的 IR1005 接口 ， CP 接口 接 PLC 上的 IR1001 接口 ， A+、 A、 B+、 B則 與步進(jìn)電機(jī)的 S2A+、 S2A、 S2B+、 S2B四個(gè) 接口 相連，接下來是 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的兩個(gè) AC 端 口接變壓器上的 T_AC R_AC2 端口，剩下來 的 接線與送鋼帶步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)完全 相同 。 接下來是 設(shè)計(jì)切鋼帶步進(jìn)電機(jī)的 端口 接線 ： 匹配步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源 的是 5V 直流電壓，因此步進(jìn)電機(jī) 上 的 OPTO 接 口接的是 5V DC。 20 PLC 的控制電路設(shè)計(jì) 如 圖 42 所示的 是有關(guān) PLC 的控制電路 的 設(shè)計(jì)： PLC 之間的通訊 通過 PLC 上的DSUB9F 連 接觸摸屏 來 實(shí)現(xiàn)。 89C51 單片機(jī)控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 圖 43 顯示 的 是 89C51 單片機(jī)原理圖。 圖 43 89C51 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 圖 44 PC817 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 22 下圖 45 表示 的是 施密特觸發(fā)器 74HC14 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 。 DT620xxA 是 一個(gè) 功率放大器， 功率放大器需要對(duì) 通過 74HC14 反相器的 輸出 信號(hào)再反相一次并進(jìn)行 放大操作 使之 能夠 驅(qū)動(dòng)負(fù)載。如上圖所示：先進(jìn)行 讀狀態(tài) 操作 判斷是 01 狀態(tài) 還是 10 狀態(tài) ，若是 10 狀態(tài)的話就按 10 低速所要 的 要求 進(jìn)行 設(shè)置初值 的操作，然后將 定時(shí)器 打開之后 等待。 開機(jī)設(shè)置初值 如上圖 55 所示： 系數(shù) K 需要 在 初值 設(shè)置 這個(gè)操作之 前算出，我們 通過下面的 方法來 確定在一種型號(hào)的機(jī)子上系數(shù) K 的具體數(shù)值 的： 精確測(cè)量 100 個(gè)脈沖 信號(hào) 在發(fā)出后 所走的 長(zhǎng)度 ，根據(jù) N=K*段長(zhǎng) 這個(gè) 式子確定 K， 系數(shù) K 通過 用脈沖數(shù)除以段長(zhǎng) 被 精確地 計(jì)算出 來 ， 這樣就精確 計(jì)算了系數(shù) K 的 數(shù)值 ， 從此以 后只要是這類機(jī)型，只要 在觸摸屏上設(shè)置 一下 段長(zhǎng) N， N 對(duì)應(yīng) 的數(shù) 值就會(huì)被 PLC 迅速的計(jì)算出來 。 各個(gè)步進(jìn)電機(jī) 通過手動(dòng)段梯形圖的設(shè)計(jì)來 獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)， 這樣就不用對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng) ，只需要對(duì)需要改動(dòng)的部分進(jìn)行調(diào)試 ， 極大的方便 了 調(diào)試工作 。 圖 56 PLC 控制觸摸屏換頁(yè)寄存器設(shè)計(jì)的梯形圖 圖 57 送料電機(jī) 1 的初值設(shè)置梯形圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 如上 圖 57 所示： 設(shè)置 端口的 時(shí)間是 PLC 所 發(fā)射的脈沖為 剛好上升沿 的時(shí)候 ， 這個(gè)時(shí)間 也是 送料步進(jìn)電機(jī) 1 設(shè)定 手動(dòng)送料 1 內(nèi)為 on 步進(jìn) 為 off 的時(shí)候，則 送料電機(jī) 1 的脈沖頻率和 脈沖數(shù) 就 可以 用 PLC 來 設(shè)置。 圖 58 連續(xù)送料設(shè)計(jì)梯形圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書 30 切料電機(jī) 1 的 部分 設(shè)計(jì) 如 圖 59 所示， 單片機(jī)上的接口 會(huì)自