【正文】 his design can be widely used in packaging object of indefinite length. Keyword： Intermittent， Packing machine， SCM， Stepper motor 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） III 前 言 中國的包裝業(yè)社會需求量大，科技含量日益增高，已成為我國經(jīng)濟中的重要產(chǎn)業(yè)之一。到 20xx 年，紙包裝制品可以達到三千六百萬噸、塑料包裝制品九百四十六萬噸、金屬包裝制品四百九十一萬噸、玻璃包裝制品一千五百五十萬噸、包裝機械一百二十萬臺套。包裝產(chǎn)業(yè)已成為“朝陽”產(chǎn)業(yè)，發(fā)展?jié)摿Ψ浅Ｖ?。二是從企業(yè)結(jié)構(gòu)上看，塑料包裝企 業(yè)總體規(guī)模不大，產(chǎn)業(yè)集中度不高。目前包裝產(chǎn)業(yè)還處于高速發(fā)展，但是有專家預(yù)測，未來我國包裝產(chǎn)業(yè)長期存在著產(chǎn)能過剩、依賴能源資源消耗、沒有自主創(chuàng)新能力、企業(yè)競爭能力不強、產(chǎn)業(yè)規(guī)模與經(jīng)濟效益不相稱等結(jié)構(gòu)性和素質(zhì)性缺陷的問題。 隨著科學技術(shù)的不斷進步發(fā)展，各種食品加工品不斷的出現(xiàn)，對包裝技術(shù)和包裝設(shè)備都 提出了更高的要求，包裝機在各大領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越大的作用。進入 21 世紀以來，較之傳統(tǒng)的包裝機，新型包裝機要求具有簡潔化、高生產(chǎn)率、配套更完善，更具自動化等特點。如高智能數(shù)控系統(tǒng)、編碼器及數(shù)字控制組件、動力負載控制等新型智能設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用到包裝機設(shè)備中，使設(shè)備使用者在操作過程中更具有獨立性、靈活度、操作正確性、高效率和兼容性。所以，研究一款間歇式包裝機是很有必要的，它可以廣泛應(yīng)用于食品，藥品，玩具等一些小商品的包裝，同時也可以運用于一些大商品的包裝。 本次畢設(shè)的題目是間歇式包裝機袋長控制系統(tǒng)設(shè)計，通過這次畢業(yè)設(shè)計使我更加深入了解間歇式包裝機控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的學習和認識了間歇式包裝機電路知識和電子技術(shù)部分知識。 本文第一章為緒論，主要寫研究本課題的目的，意義以及主要的研究類容，第二章主要對設(shè)計的方案進行了一個簡單的論述，第三章主要寫了硬件電路的設(shè)計思路及原理圖，第四章主要對軟件設(shè)計思路及流程圖進行了撰寫，第五章主要是本次研究的軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。但目前我國包裝機械出口額還不足總產(chǎn)值的 5%，進口額卻與總產(chǎn)值大抵相當，與發(fā)達國家相去甚遠。根據(jù)食品和包裝機械工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，中國目前有包裝機廠商 3,600 多家，但產(chǎn)值及銷售額超過億元的現(xiàn)在只有 20 家。統(tǒng)計顯示，我國包裝機品種只有 1300 多種，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產(chǎn)產(chǎn)品，不能滿足 市場需求，產(chǎn)品質(zhì)量差距表現(xiàn)在產(chǎn)品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件質(zhì)量差，壽命短，可靠性低，影響了整體產(chǎn)品的質(zhì)量。目前包裝機競爭日趨激烈，而高度自動化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包裝設(shè)備越來越受到行業(yè)的青睞。未來的包裝機將配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，促 進包裝設(shè)備總體水平提高。 所以，就目前的發(fā)展情況來說，研究一款間歇式自動包裝機是很有必要的。也就是說，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角、步距角）。一般步進電機的 精度 為步進角的 35%，且不累積。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機構(gòu)間歇拉帶方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào) 整困難，特別是當需要更換產(chǎn)品時，不僅調(diào)節(jié)困難，而且包裝膜浪費很多。 ：在連續(xù)包裝時，步進電機根據(jù)設(shè)定的速度連續(xù)轉(zhuǎn)動，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送 。 制模式：包裝機配有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測色標的位置，當檢測到色標時，發(fā)出控制開關(guān)信號，步進電機接到信號后，停止轉(zhuǎn)動，延時一定時間后，再轉(zhuǎn)動供膜，周而復(fù) 始，保證按照色標的位置定長供膜 。 4. 設(shè)計出簡易的鍵盤與控制器相連接，便于輸入設(shè)定袋長的數(shù)據(jù)。 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 方案論證 本章主要 通過對設(shè)計要求的分析， 來對系統(tǒng)的方案選擇進行論證 ，通過對各個功能模塊的設(shè)計和實現(xiàn)，來完成系統(tǒng)的整體功能。 MCU 的選擇 此設(shè)計 的 MCU 我們選的是 STC89C52 單片機， STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路， 三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。在價格方面，雖然直流電機是最便宜的，但是直流電機做不到精確地控制。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變 的非常的簡單。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。 步進電機控制框圖如圖 所示 圖 步進電機控制框圖 步進電機驅(qū)動 方案一：由單片機編程產(chǎn)生并分配環(huán)形脈沖，由分散元件構(gòu)成功率放大電路，信號經(jīng)其放大后驅(qū)動步進電機。 圖 方案一 該方案由單片機作為脈沖產(chǎn)生模塊以及脈沖分配模塊，經(jīng)編程后從單片機輸出已經(jīng)分配的環(huán)形脈沖，經(jīng)一些分散元件構(gòu)成的放大電路放大后驅(qū)動步進電機。由分散元件構(gòu)成的放大電路實現(xiàn)簡單，而且所需元件常見，價格便宜，節(jié)約成本。另外占用單片機資源較多，編程復(fù)雜，而且不能實現(xiàn)對脈沖實現(xiàn)細分，達到對步進電機的精確控制。設(shè)計方案如圖 所示。步進電機的細分控制，從本質(zhì)上講是通過對步進電機勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步距角的細分。設(shè)計方案如圖 所示。 ULN20xxA 由 7 組達林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時驅(qū)動 7 組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。 方案 四 ：由單片機產(chǎn)生脈沖，經(jīng) L298N 芯片進行脈沖分配和功率放大后，將脈沖信號輸入步進電機進行驅(qū)動。 圖 方案 四 L298N 可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，可直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，直接用單片機的 I/O 口提供信號。 液晶 的選擇 在本次設(shè)計中可使用的液晶有 lcd12864 和 lcd1602。所以還是采用較為復(fù)雜的 lcd12864進行顯示。獨立式鍵盤每個按鍵獨占一根 I/O 線。對于只有幾個按鍵的系統(tǒng)，常采用這種電路。 矩陣式鍵盤電路將 I/O 口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點上，這就構(gòu)成了行列式鍵盤。由此可以看到行列式鍵盤在按鍵較多時，可以節(jié)省 I/O 線。所以本次設(shè)計采用矩陣鍵盤。 P1 口作為 4*4 鍵盤輸入端， 用來實現(xiàn)人機交互。本設(shè)計已經(jīng)選擇了 L298N 作為驅(qū)動， 通過接受單片機傳輸?shù)男盘杹懋a(chǎn)生脈沖信號來控制電機的轉(zhuǎn)動。在中斷中實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動的控制和相應(yīng)數(shù)據(jù)的顯示。 圖 總設(shè)計框圖 AT89C52 12864 液晶顯示 L298N 驅(qū)動芯片 色標檢測 4*4 鍵盤輸入 步進電機 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 如圖 所示，本設(shè)計的包裝機共分為兩個模式，首先通過鍵盤選擇包裝模式，第一個模式為連續(xù)包裝模式，確定了模式之后，選擇對長度進行設(shè)置，設(shè)置一個三位數(shù)的長度，點擊開始鍵可以進行包裝，包裝過程為：包裝袋輸送所設(shè)置的長度后，電機停轉(zhuǎn)，進行切割包裝，當包裝完成后自動進行下一個的包裝。 連續(xù)式包裝設(shè)計框圖如圖 所示。 色標式包裝設(shè)計框圖如圖 所示。 電源模塊 電路中的 單片機 AT89C52 的工作電壓是 +5V，根據(jù)穩(wěn)壓電源的 原理 設(shè)計要求及其技術(shù)指標，結(jié)合本系統(tǒng)的功率 需 求及安裝方便實用，本 次設(shè)計需要 得到直流 +5V和 +12V 電壓。 如圖 ， 220V 交流電壓通過變壓器先進行一個降壓，降壓之后接一個保險絲 FU1，當電壓過高時，電路自動切斷，當電壓滿足要求時，通過整流管進行整流，因為左上角二極管截止，正電流從右上角的二級管流向 7805芯片，再流向左下角的二極管從而形成 了一個閉合的回路；而負電流則從右下角的二極管流向 7805芯片再到左上角的二極管形成回路。5V 穩(wěn)壓電路如圖 。 12V 穩(wěn)壓電路如圖 所示。具有可擦除性。 AT89C52 共有 40 個拐角單片機，它的最小系統(tǒng)是指給此芯片接上時鐘電路和復(fù)位電路之后所形成的系統(tǒng)。 圖 AT89C52 引腳圖 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 時鐘電路 時鐘電路對于單片機而言，就像心臟對于人一樣，單片機執(zhí)行一條指令需要兩個時鐘周期，沒有了時鐘電路也就不存在時鐘周期，這將使單片機 無法正常工作。 單片機內(nèi)部 具 有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大電器的輸入端和輸出端 。時鐘電路如圖 所示。單片機的復(fù)位電路是需要外接電路的，本次設(shè)計采用的是高電平復(fù)位。 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 復(fù)位電路如圖 所示。用 AT89C52 單片機 的 P1 口 接 4*4 矩陣鍵盤 ， 接矩陣鍵盤的行線， 接矩陣鍵盤的列線。 圖 矩陣式鍵盤電路 矩陣鍵盤采用 的 是 逐行掃描法，是 一種最常用的按鍵識別方法，如 圖 所示鍵盤， 先對 口的初值設(shè)置為高電平， 當 16 個按鍵當中有按鍵按下 時， 中一定會有一行電壓被拉低，此時可以判斷出矩陣鍵盤當中有按鍵按下。 顯示電路 在本次設(shè)計中，顯示部分是為了更好的展現(xiàn)包裝機的模式以及運行狀態(tài)。 液晶顯示模塊概述 12864 中文漢字圖形點陣液晶顯示模塊 ，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）。 lcd12864 引腳 Lcd12864 共有 20個引腳接口，其中有 RS， RW， EN三跟信號線，還有 DB0— DB7共 8 根的三態(tài)數(shù)據(jù)線，還有串口方式和復(fù)位端等等。沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 lcd12864 引腳圖 lcd12864 電路連接 12864 液晶的 PA 口到 PH 口 的 8 個數(shù)據(jù)口 分別接 到 口， 口接 CS1口， 口接 CS2 口， 口接 RS 口， 口接 RW口， 接 E口。 圖 12864 液晶顯示電路 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 色標檢測模塊 色標檢測模塊的功能是對物體上的紅色標志進行掃描，確定有物體通過，當掃描到紅色標志的時候包裝機停下對物體進行包裝，包裝完成后包裝機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，等待下一個物體的到來。 色標傳感器 其實 是一種反向裝置，光源 垂直于目標物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來自目標物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。 色標傳感器工作原理：色標傳感器對各種標簽進行檢測，即使是背景顏色有著細微的差別的顏色也可以檢測到，處理速度快。 本設(shè)計方案中的 色標模塊 信號接入單片機的 口， 在仿真當中使用一個按鍵開關(guān)來代替這部分。 步進電機驅(qū)動 本次設(shè)計方案論證之后，選用的驅(qū)動芯片為 L298N，所以使用 L298N 來驅(qū)動步進電機。 模塊接口說明： +5V：芯片電壓 5V。 GND：共地接法。 A~D+ ：為步進電機公共端，模塊上接了 VCC。 IN1~ IN4：輸入端，輸入端電平和輸出端電平是對應(yīng)的。 圖 驅(qū)動芯片 L298N 引腳圖 使用 L298N 驅(qū)動步進電機時， OUT OUT OUT3 和 OUT4 接到步進電 機的4 個接口 。 L298N 驅(qū)動步進電機原理圖如圖 所示。在開環(huán)數(shù)字程沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 序控制系統(tǒng)中，輸出控制部分常采用步進電機作為驅(qū)動元件。步進電機 收到單片機發(fā)送的脈沖 信號 ，控制步進電機 轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度 。 這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點 。 此次設(shè)計采用 兩相混合 式步進電機。 勵磁線圈如圖 所示： 圖 11 步進電機勵磁線圈 步進電機工作原理說明：步進電機由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子由一個永久磁鐵構(gòu)成，定子分別由四組繞組組成。 圖 轉(zhuǎn)子和定子示意圖 圖 電氣連接示意圖 沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 當 S1 連通電