【正文】 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 。Antitheft magic； labeling machine 畢業(yè)設(shè)計說明書 I 目錄 第 1 章 緒論 ................................................................................................................................1 研究背景 ........................................................................................................................ 1 研究的目的及意義 ........................................................................................................ 3 研究的主要內(nèi)容 ............................................................................................................ 4 第 2 章 PLC 和單片機的簡介 ..................................................................................................5 PLC 的簡介 ..................................................................................................................... 5 可編程控制器結(jié)構(gòu) .............................................................................................. 5 可編程控制器的硬件系統(tǒng)。在本次 的設(shè)計中， 我們系統(tǒng)的磁條就是 由 非晶態(tài)材料 制成 的。這種非晶合金具有許多獨特的 優(yōu)秀 性能， 如 導(dǎo)磁率高、機械應(yīng)力產(chǎn)生的影響小、隱藏性高、難以仿制等， 因此 從 80 年代以來國內(nèi)外材料科學(xué)界的研發(fā) 重點 就是 非晶材料 。第二章主要 是有關(guān) PLC 和單片機的 基礎(chǔ)介紹 ， 這些單片機和 PLC 類型的 知識數(shù)據(jù)可 以幫助我們 設(shè)計 系統(tǒng) 。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計，介紹的是 硬件的設(shè)計方案 和工作原理 ， 包括一些經(jīng)常用到 的元器件 。 由于本人的能力和時間問題， 無法 將所有 功能 都一一實現(xiàn)，因此 本文中 不可避免的會出現(xiàn)不足和疏漏 ，請各位老師指正。 但是 接二連三的 失竊與內(nèi)盜已經(jīng)成為現(xiàn)代零售的一塊 “心病 ”。 防盜標簽 既為 賣家節(jié)省 了 大量用于防盜 的 人力成本，又為顧客 提供 了更為舒適的購物環(huán)境 。在此系統(tǒng)中，激勵電源為發(fā)射線圈提供一個高頻電流，使之產(chǎn)生足夠強度的激勵磁場。當人們攜帶被檢測的物品經(jīng)過檢查通道時，藏在物品中的磁性標簽被發(fā)射線圈產(chǎn)生的激勵磁場飽和磁化。一般檢測特定諧波存在與否主要是依靠防盜儀來判斷是否發(fā)生失竊。其實際效果與磁性標簽的性能關(guān)系極大。 而 磁性防盜技術(shù)的 迅猛 發(fā)展所 依靠的 就 是非晶 態(tài) 材料的 發(fā)明 。因此， 由 非晶態(tài)材料制作 而成 的 磁性標簽使得磁性防盜的應(yīng)用范圍 從 原來 的 公共圖書館增加 到了藝術(shù)品陳列館、 百貨公司 和 超級市場等 地方 。 以上優(yōu)點 可以表明 ，非晶態(tài)合金材料 幾乎是為磁性標簽 量身定做的 。磁場一般由發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變激勵磁場和包括地磁場在內(nèi)的恒定雜散磁場兩部分構(gòu)成的，如果通道中有磁性標簽（ 有另一種磁場進入了檢測系統(tǒng)磁場的范圍 ） ， 磁性標簽 會 干擾了原本 穩(wěn)定的磁場 導(dǎo)致 磁場不穩(wěn)定 ， 電壓的 變化被 檢測器 的接收線圈感應(yīng) 到并 提示 ，我們 就可以知道未經(jīng)消磁的磁性標簽出現(xiàn)在通道中 。在 這個 系統(tǒng)中，振蕩器產(chǎn)生交流信號 轉(zhuǎn)化成 交變電流需要經(jīng)過 電流放大器 ， 通過 電容 傳送 到勵磁線圈上， 這樣就 形成 了 一個交變磁場 用來 覆蓋整個 需要 監(jiān)測的區(qū)域 。 以書本舉例 ，書中放入 磁性標簽后， 標簽 用不干膠紙 貼住固定 ， 通過 固定對 磁性 標簽產(chǎn)生 的束縛力，當未被消磁 的磁條進入防盜通道 時，磁條被磁化， 防盜接收系統(tǒng)將 產(chǎn)生 的 多次諧波處理放大， 使報警器 開始工作 。 我們最終 設(shè)計完成 的防盜磁條的樣品如 圖 11 所示： 下面是設(shè)置的鋼帶長、段長和段數(shù)，設(shè)置完后才能 進行生產(chǎn)操作。在傳送磁條 的同時傳 送鋼帶， 因為鋼帶長比我們 所設(shè)置的磁帶長 度短一些 ， 但是 送 磁條和 傳送鋼帶 是 同步 進行的， 此 時 我們給 傳輸鋼帶的步進電機的脈沖需要比送鋼帶的短圖 11 圖書防盜磁條示意圖 3 的時候 才可以保 2 個 傳送可以 同時進行，每切完一次鋼帶繼續(xù)送鋼帶 ，依次循環(huán)，當切割 四次鋼帶 結(jié)束 的時候， 1 切料機構(gòu)就 切出了一條完成的磁條 ，此時 15 落料導(dǎo)板上 的 就是完整的磁條 了。由于 非晶磁條未被 機械化 地 大批量生產(chǎn) ，導(dǎo)致從 全國來 看 非晶磁條 還處于 起步階段 ， 普及率不高 ， 由于 缺少成熟的制作工藝 ， 大多數(shù)的公司 的生產(chǎn) 效率非常低，市場上不斷加大的需求 也 無法 對 這樣的 生產(chǎn)效率 滿意。 二十一世紀 以來， 社會安全意識 隨著 經(jīng)濟與社會 的迅猛發(fā)展 而不斷增強 。市場需求 的膨脹 也被大量生產(chǎn)的非晶磁條趕上 ，使非晶磁條的使用者 大大喘了 一口氣 并且提高了收益和信譽度 。 研究的主要內(nèi)容 PLC 技術(shù)是 防盜磁條自動標簽機控制系統(tǒng) 的 絕對 核心， 但是因為 PLC 有一個 不足之處，它 只可以控制兩個步進電機的正常運行，而 完成防盜標簽機的 設(shè)計 需要 至少 四個 步進電機 ， 只有 兩個 步進電機遠遠無法滿足 設(shè)計 的 需求 ，需再加兩個步進電機， 因此 只能依靠 單片機來 控制另外兩個步進電機。 PLC 的控制下的 整個控制系統(tǒng) 成本不高 ，體積小巧 ， 具有十分優(yōu)秀 的市場前景 。 圖 13 系統(tǒng)簡化圖 5 第 2章 PLC 和單片機的簡介 PLC 的簡介 可編程控制器結(jié)構(gòu) PLC 是一個數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置 ，它以微處理器為核心的， 采 用 可編程 存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算 、 算術(shù)運算 、順序運算 、計數(shù) 和 計時操作的指令，如需要 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 ， 只需要通過模擬或 者數(shù)字式的輸入輸出 。 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機、輸入輸出擴展部件及外部設(shè)備組成。 PLC 的主機系統(tǒng)由中央處理單元、 輸入單元、輸出單元、輸入輸出擴展接口、 存儲單元、外圍設(shè)備接口 和 電源等 七大 部分組成。 （ 1） 中央處理單元（ Central Processing Unit——CPU） PLC 的核心部分就是 CPU， 計算機 的運算核心和控制核心 就是 CPU 的具體作用 ， 計算機指令 并 處理計算機 軟件 中的 數(shù)據(jù) 依靠的 就是 CPU。 CPU 的 工作流程是先 在 存儲器 中 取出指令， 然后圖 21 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 驅(qū)動受控元件 中央處理器 電 源 輸入部件 輸出部件 存儲器 系統(tǒng) 程序 外設(shè) I/O 接口 I/O擴展接口 I/O擴展單元 基本單元 外部設(shè)備 接受現(xiàn)場信號 用戶 程序 6 存 入 指令寄存器 ， 進行編譯并 執(zhí)行指令 。單片機是 一塊集成 了 部分存儲器、微處理器、部 分輸入輸出的接口和連接它們的控制接口電路等功能 的處理器 ，具有集 功能強、可靠性高、成本低、 成度高、速度快等 各種 優(yōu)點。 系統(tǒng)程序存儲器 是由 ROM、 只 讀存儲器組成的 以存放系統(tǒng)程序 的 解釋編譯程序。 用戶存儲器 則 是 由隨機存取存儲器（ RAM）組成 的 ，它 分為 工作數(shù)據(jù)存儲區(qū) 及用戶程序存儲區(qū)兩大部分 。 但是 斷電 后里面 的內(nèi)容會 消失。 （ 3） 輸入 /輸出部件 輸入 /輸出 端 口是 現(xiàn)場 I/O 設(shè)備 和 PLC 或者 另外的 外部設(shè)備之間的連接 的 功能 部件。 在 I/O 接口電路中， 為了 實現(xiàn)信號的無失真?zhèn)鬟f 和 內(nèi)外部的各種信號的匹配 ， 一般均配有 光耦合器 、 電子變換、阻容濾波等電路， PLC 能 實現(xiàn)信號與電平 的 轉(zhuǎn)換 正是 依靠這種接口 。 而 PLC 的I/O 擴展接口 可以 對系統(tǒng)進行擴展。 為了 實現(xiàn)更大規(guī)?？刂?也可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò) 。 PLC 與一些外部設(shè)備相連，如 編程器，也可以和其他 PLC 或者上位計算機相連。對于一些小型 PLC，外部設(shè)備接口中還有與專用編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。 PLC的電源一般采用開關(guān)電源，其特點是輸入電壓范圍寬、體積小、質(zhì)量輕、效率高、抗干擾性能好。一般擴展環(huán)節(jié)可以簡單型 和 智能型 兩種 。 簡單型的輸入輸出擴展環(huán)節(jié)是 則依賴于主機的程序掃描過程 ， 必須 通過并行 接 口和主機相通，常用在小型 PLC 輸入輸出擴展環(huán)節(jié)。 （ 1） 編程設(shè)備 編程器是一個 將 數(shù)據(jù)寫到可編程的集成電路 上的外部設(shè)備 ,主要用于存儲器和單片機之類芯片 的程序編寫。 PLC 的工作狀態(tài)還可以通過編程器來 進行 跟蹤和 監(jiān)視， 有利于調(diào)試用戶程序 。這種外部設(shè)備已經(jīng)越 來越多的出現(xiàn)在 PLC 身上 。 存儲 設(shè)備 包括 只讀存儲器 、 存儲卡 、軟磁盤 和 存儲磁帶 等等， 相應(yīng)的 也 有 ROM 寫入器 、 軟驅(qū) 、 存卡器 和 磁帶機 等 來連接相應(yīng)的存儲設(shè)備 。 （ 4）輸入輸出設(shè)備 通常輸入輸出設(shè)備用來 輸出 或者 接收信號，便于與 PLC 進行人機對話。 可編程控制器的軟件系統(tǒng) PLC 的軟件系統(tǒng)通?？煞譃?兩大部分： 系統(tǒng)程序和用戶程序， PLC 所使用的程序的 集合 就是 軟件系統(tǒng) 。 系統(tǒng)程序 主要 用來 控制 PLC 的運行， 由于 系統(tǒng)程序是重要數(shù)據(jù) 并且需要長期保存 ，所以其采用 EPROM 存儲器或 ROM。 監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等 構(gòu)成 了系統(tǒng)程序 。編譯程序 的 功能是 將 程序語言翻譯成機器語言。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造商編制，固化在 PROM 或 EPROM中，隨 PLC 一起提供給用戶使用 。 9 用戶程序 是 用戶利用企業(yè)提供的程序編譯語言編制出 符合 生產(chǎn) 要求的 程序 的 應(yīng)用程序。 （ 1） 開關(guān)量邏輯控制程序 PLC 用戶程序中最重要的一部分 就是開關(guān)量邏輯控制程序 ， 不同的 PLC 的制造企業(yè)其編程語言 也并不相同， 一般 公司 主要 采用梯形 圖、助記符或功能表圖等編程語言編制， 全部兼容的 編程語言尚未 被 研發(fā)完成 。編程語言 基本 采用 匯編語言和高級語言 ，一些 公司 也有提供相應(yīng)編程軟件 以方便用戶編程 。 操作站系統(tǒng)程序 包括了各類畫面的操作顯示程序， 基本 采用高級語言，用戶可憑借 制造商提供的軟件使用 的 說明進行 人機界面操 作和 操作站的系統(tǒng) 編制和 畫面組態(tài) 等 相應(yīng)的應(yīng)用程序。 出入信息交換 的 實現(xiàn)主要依靠運行 位 PLC 內(nèi)存中的程序。系統(tǒng)程序 不僅 為用戶程序提供 運行和編輯的 平臺，同時， 系統(tǒng)程序 還進行必要的公共處理， 包括 I/O 刷新、自檢 、與 上位計算機 和外設(shè) 或其他 PLC 通訊等處理。 需要 什么控制就 可以編制 什么用戶程序。每 個 I或 O 電路都處在 一 個 輸入點或輸出點 上面 。 PLC 體積的大部分 都是 由這些模版組成 ，但由于 這些模版 都是 高度 集成化的，所以 PLC 的 體積 并不是很大 。 輸出鎖存器和輸入暫存器 通過 PLC 的 I/O 總線和 運行 PLC 系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn) 與 PLC 內(nèi)存交換信息 。 知識接受模擬信號 的輸入電路需要 先將 模擬信號 轉(zhuǎn)換 為 數(shù)字信號 ，然后在將轉(zhuǎn)換 完成 的數(shù)字信號 存入 PLC 中的 內(nèi)存單元中。 PLC 工作過程 簡單來說是 是： 輸入刷新