【正文】 模塊、碎紙方式選 擇模塊、主控制模塊、傳感檢測(cè)模塊、過(guò)壓 過(guò)壓保護(hù) 模塊、過(guò)熱保護(hù)保護(hù)模塊、過(guò)載保護(hù)模塊、報(bào)警模塊、風(fēng)冷散熱模塊等組成， 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。光電傳感器采用 MT230，溫度傳感器采用 DS18B20 單總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器，厚度傳感器為根據(jù)機(jī)器人利用觸須自動(dòng)規(guī)避障礙物的原理，自 己動(dòng)手制作的簡(jiǎn)易實(shí)用傳感器， STC89C52 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)三極管控制繼電器的通斷，繼而控制電機(jī)，帶動(dòng)刀具進(jìn)行碎紙，風(fēng)冷系統(tǒng)為直流電機(jī)和葉輪組成的散熱風(fēng)扇，報(bào)警系統(tǒng)關(guān)鍵器件是蜂鳴器，供電系統(tǒng)由變壓器（ 220V～ 15V）、全橋式整流電路、穩(wěn)壓芯片 AMS11175 等組成。 Protel DXP 2020 Protel DXP 2020 是 Altium 公司開(kāi)發(fā)的大型 EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化） 軟件， Altium公司作為 EDA 領(lǐng)域里的一個(gè)領(lǐng)先公司，在原來(lái) Protel 99SE 的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)方法，率先推出了一款基于 Windows2020 和 Windows XP 操作系統(tǒng)的 EDA 設(shè)計(jì)軟件 Protel DXP。新的可定制設(shè)計(jì)環(huán)境功能包括雙顯示器支持，可固定、浮動(dòng)以及彈出面板，強(qiáng)大的過(guò)濾和對(duì)象定位功能及增強(qiáng)的用戶(hù)界面等。 Protel DXP運(yùn)行在優(yōu)化的設(shè)計(jì)瀏覽器平臺(tái)上，并且具備當(dāng)今所有先進(jìn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能夠處理各種復(fù)雜的 PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程。 如圖 為 Protel DXP2020 軟件工作界面。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 8051 系列、 HC11 系列、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430 等， 2020 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。 圖 軟件 工作 界面 控制系統(tǒng)硬件電路具體設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件主要 由中央控制器、電源電路、紙張檢測(cè)電路、 過(guò)載檢測(cè)電路、 溫度檢測(cè)電路、碎紙刀具選擇電路、碎紙速度選擇電路、風(fēng)冷散熱電路、報(bào)警電路 、按鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路 等組成， 以下是詳細(xì)介紹 。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。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。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。 圖 STC89C52 同系列單片機(jī)引腳功能圖 碎紙機(jī)控制器是整個(gè)控 制系統(tǒng)的核心，充當(dāng)處理中樞作用，要負(fù)責(zé)檢測(cè)文件的存在、檢測(cè)文件是否過(guò)載、檢測(cè)電機(jī)溫度，然后要控制刀具選擇、速度選擇、控制報(bào)警系統(tǒng)和風(fēng)冷系統(tǒng)，還要控制兩個(gè)數(shù)碼管顯示當(dāng)前電機(jī)溫度。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 碎紙機(jī)中央控制器 IO 口功能分配 由圖可知， DS18B20 接口為 ， 和 分別為光電傳感器 1 和光電傳感器2 的接口， 和 為厚度傳感器接口， 為報(bào)警系統(tǒng)接口， 為風(fēng)冷系統(tǒng)接口， 為刀具選擇端口， 為速度控制輸出端口， 為 急停信號(hào)輸入端口， 為速刀具選擇輸出端口， 為速度控制信號(hào)輸入端口， P1 口控制數(shù)碼管 1 顯示溫度的十位數(shù)， P32 口控制數(shù)碼管 2 顯示溫度的個(gè)位數(shù)，單片機(jī)第九腳未復(fù)位信號(hào)輸入引腳。 89 系列單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)也需要復(fù)位使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始工作， STC89C52 單片機(jī)內(nèi)置 MAX810 復(fù)位電路， 開(kāi)機(jī)時(shí)，電源經(jīng)過(guò)R8 給 C2 充電，即電流經(jīng) C2 流向 RST， RST 得到高電平， 單片機(jī) 即復(fù)位。 另外，本設(shè)計(jì) 中 通過(guò)按鍵連接 電源 ， 在需要時(shí)， 還可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。本設(shè)計(jì)中，石英晶體選擇 12MHz,單片機(jī)工作頻率為 1MHz。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 Vin11Vin22Vout13Vout24U4ACACVin1Vin2D21N4007D41N4007D31N4007D11N400747uF/50VC3Cap Pol1C4+7V變壓器全橋整流 圖 7V 直流信號(hào)獲取電路 LM7805 是 三端正電源穩(wěn)壓電路，應(yīng)用極為廣泛，內(nèi)部自帶 過(guò)壓保護(hù) 與過(guò)熱保護(hù)，如果能夠提供足夠的散熱片，他能輸出 以上的電流， LM7805 輸入電壓最大能達(dá)到35V， 25 攝氏度時(shí)輸出 電壓為 ～ ，而 STC89C52 單片機(jī)工作電壓為 ～，所以該電源芯片 能很好的滿(mǎn)足單片機(jī)電 源需求 。 紙張檢測(cè)電路如圖 ， 光電傳感器安裝在碎紙機(jī)入口端點(diǎn)處，當(dāng)文件送達(dá)碎紙機(jī)入口時(shí)，不透明的文件把發(fā)光二極管的光線(xiàn)遮擋住，使得光敏三極管失去導(dǎo)通狀態(tài)，繼而 使 三極管發(fā)射機(jī)被拉至低電平，單片機(jī)檢測(cè)到低電平之后就能 判斷有文件送達(dá)碎紙機(jī)，并馬上開(kāi)啟電機(jī)進(jìn)行碎紙。 圖 DB1S650 光電傳感器外觀(guān) 過(guò)載檢測(cè)電路 過(guò)載檢測(cè)電路的作用是判斷一次送入的文件是否超過(guò)碎紙機(jī)負(fù)載能力， 本碎紙機(jī)使用的厚度傳感器為 根據(jù)機(jī)器人利用觸須自動(dòng)規(guī)避障礙物的原理，自己動(dòng)手制作的簡(jiǎn)易實(shí)用傳感器，在文件入口兩側(cè)各放置一個(gè)金屬觸須，觸須外側(cè)布置單片機(jī)的地線(xiàn)， 當(dāng)文件厚度超過(guò)兩個(gè)觸須之間的寬度時(shí)，觸須受到擠壓而接觸到單片機(jī)的地線(xiàn)，使得觸須電位被強(qiáng)制拉低，如果單片機(jī)同時(shí)檢測(cè)到兩根觸須均為低電平時(shí)，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 即可判斷送入的文件厚度超標(biāo)，即檢測(cè)到過(guò)載信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)會(huì)阻止電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 溫度檢測(cè)電路 如圖 所示， 主要器件為溫度傳感器 DS18B20。溫度傳感器的種類(lèi)眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí) DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器性能卓越。 DS18B20 的主要特征： 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出； 先進(jìn)的單總線(xiàn)數(shù)據(jù)通信； 最高 12 位分辨率，精度可達(dá)土 攝氏度； 12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒； 可選擇寄生工作方式； 檢測(cè)溫度范圍為 – 55176。 C ； 內(nèi)置 EEPROM ，限溫報(bào)警功能； 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接； 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 R21 2P1Motor11 2P3Motor2接刀具組合 1接刀具組合 2+5V自恢復(fù)過(guò)壓保護(hù)ConnectTool SelectVin2K1RelayDC5V壓敏電阻Q19012D5IN4148 圖 碎紙刀具選擇電路 碎紙速度選擇電路 碎紙機(jī)速度選擇電路由三極管、繼電器等器件組成，如圖 所示當(dāng)控制面板的“快速”按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出 低 電平到三極管 9012 的基極，三極管導(dǎo)通使得繼電器常閉觸頭打開(kāi)，常開(kāi)觸頭閉合，電機(jī)被切換至低阻回路，電流增大，從而使得電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，碎紙機(jī)碎紙速度提高。 圖 碎紙速度選擇電路 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 風(fēng)冷散熱電路 第七代產(chǎn)品，引入水冷或者風(fēng)冷系統(tǒng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行散熱，是的碎紙機(jī)持續(xù)碎紙時(shí)間達(dá)到 40 分鐘以上，大大延長(zhǎng)工作時(shí)間，本設(shè)計(jì)采用風(fēng)冷散熱，如圖 所示，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到溫度比較高時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出高電平信號(hào)給三極管的基級(jí)，使得 NPN 三極管 Q4 導(dǎo)通，繼而啟動(dòng) P4 接口上的直流散熱風(fēng)扇，給電機(jī)散熱，已達(dá)到降溫目的。 100R13Buzzer1Bell100R11Q38050+5VAlarm bell蜂鳴器 圖 安全報(bào)警電路 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計(jì)使用兩個(gè)七段 LED 數(shù)碼管來(lái)顯示當(dāng)前電機(jī)溫度值 。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)表示。 圖 數(shù)碼管管腳定義 如圖 所示， 如果要 顯示一個(gè)“ 2”字，那么應(yīng)當(dāng)是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 dp 不亮。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫(huà)常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為 左右，電流不超過(guò) 30mA。常用 LED 數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是 0、 A、 B、 C、 D、 E、F。 K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1a1b1c1d1e1f1g1dp11KR151KR171KR191KR211KR231KR251KR271KR29顯示溫度十位+5V 圖 數(shù)碼管顯示電路 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 按鍵控制電路 碎紙機(jī)控制面板上設(shè)置有四個(gè)按鍵， 圖 為按鍵連線(xiàn)原理圖。按鍵 S2（換刀鍵）為換刀控制鍵，當(dāng)需要改變碎紙機(jī)的碎紙效果，改變碎片形狀，則按下 S2 鍵即可。 S4 為復(fù)位鍵，按下 S4 能夠使單片機(jī)控制系統(tǒng)重新啟動(dòng)，重新開(kāi)始。編程軟件為 Keil C51 編譯器 。 C 語(yǔ)言由早期的編程語(yǔ)言 BCPL(Basic Combined Programming Language)發(fā)展演變而來(lái)。 1972～ 1973 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的 在 B 語(yǔ)言的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出 C 語(yǔ)言。歸納起來(lái) C 語(yǔ)言具有如下特點(diǎn) : C 語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)句。這種結(jié)構(gòu)化 方式可使程序?qū)哟吻逦阌诰S護(hù)及調(diào)試。它即可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址這些計(jì)算機(jī)基本工作單元進(jìn)行操作 。 C 語(yǔ)言功能齊全、生成代碼質(zhì)量高。用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，編譯后一般只比有豐富經(jīng)驗(yàn)的匯編編程人員所編寫(xiě)的匯編程序效率低 10%～ 20%。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。如果 使用 C 語(yǔ)言編程，那么 Keil 幾乎就是不二之選，即使不使用 C 語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿 真調(diào)試工具也 能夠 事半功倍。通過(guò) Keil 軟件的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (uVision)對(duì) C 語(yǔ)言源程序進(jìn)行編譯 ， 對(duì)目標(biāo)模塊和庫(kù)模塊進(jìn)行鏈接以產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)文件 ， 生成 HEX 文件 ，然后下載到單片機(jī)中 。 圖 Keil C51 進(jìn)行程序調(diào)試的界面 碎紙機(jī)控制系統(tǒng)軟件組成 碎紙機(jī)控制系統(tǒng)主要由系統(tǒng)主控制程序、溫度檢測(cè)程序、數(shù)碼管顯示程序等模塊組成 ，如圖 是碎紙 機(jī)控制系統(tǒng)程序軟件流程圖 。 單片機(jī)不間斷的掃描按鍵和傳感器輸出信號(hào)，一旦檢測(cè)到信號(hào)輸入，則啟動(dòng)碎紙機(jī)恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)，需要進(jìn)行碎紙時(shí)，單片機(jī)可以迅速的啟動(dòng)碎紙機(jī)在主電機(jī)進(jìn)行碎紙。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 碎紙機(jī)控制系統(tǒng)程序軟件流程圖 碎紙機(jī)控制系統(tǒng)主控制程序 碎紙機(jī)控制器要負(fù)責(zé)檢測(cè)文件的存在、檢測(cè)文件是否過(guò)載、檢測(cè)電機(jī)溫度，然后要控制刀具選擇、速度選擇、控制報(bào)警系統(tǒng)和風(fēng)冷系統(tǒng)，還要控制兩個(gè)數(shù)碼管顯示當(dāng)前電機(jī)溫度， 碎紙機(jī)控制系統(tǒng)主控制程序部分如下 ，雙斜杠后 面為注釋。 P1=0。 // 關(guān)閉數(shù)碼管 SanRe = 0。 // 關(guān)閉報(bào)警器 StopOut = 0。 // 速度切換輸出關(guān)閉 DaoJuOut = 0。 // 讀取溫度 gewei = tvalue%100/10+0。 P3=table[shiwei]。 // 顯示個(gè)位數(shù) /************************溫度測(cè)量結(jié)果處理 **************************/ if(tvalue300) // 當(dāng)溫度高于 30 度時(shí) { SanRe=1。 // 開(kāi)啟報(bào)警器 } else { BaoJing = 0。 // 關(guān)閉風(fēng)冷散熱 BaoJing = 0。 //切換刀具 } else { 。 //改變切削速度 } else { 。amp。 // 開(kāi)啟電機(jī) } else { StopOut = 0。 // 延時(shí)一下，給溫度傳感器緩沖時(shí)間 } 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 } 溫度檢測(cè)程序 設(shè)計(jì)中使用的溫度傳感器為