基于单片机的生产线糖果计数与包装控制资料.docx
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基于单片机的生产线糖果计数与包装控制资料
燕山大学
课程设计说明书
题目：
基于单片机的生产线中的糖果计数与包装控制
学院（系）：
电院自动化系
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
吴忠强刘剑鸣
教师职称教授副教授
电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称：
微机控制课程设计
基层教学单位：
自动化系指导教师：
学号
学生姓名
（专业）班级
设计题目
生产线中的糖果计数与包装控制
设
计
技
术
参
数
对生产线上的糖果计数与包装进行控制，计数控制值可以任意设定，要求最大显示3位十进制数
设
计
要
求
1说明书一份，不少于6000字（如打印用小四号字）。
2说明书封面与内容需一致（打印或本人手抄）。
3完成A3图纸一张。
4鼓励学生进行创造性的设计和发明。
参
考
资
料
《反馈控制理论》、《工厂电器》、《半导体变流技术》、《电力拖动及自动化》、《电子技术》、《计算机控制》、《制图》、《计算机原理》、《单片机原理及应用》、《电力电子技术》、《计算机操作系统》、《计算机控制系统》等课程教课书及相关专业报纸、杂志和论文。
周次
第一周
第二周
应
完
成
内
容
1、定系统总体设计方案（包括方案的选择说明）。
2、选择系统控制变量和被控参数，检测与转换器件、控制器和执行器。
3、选择计算机的类型，并对系统控制参数进行整定。
1、完成计算机、外设及被控设备的连接、调试、检验和计算机软件编程。
修正、改进系统的硬、软件设计。
2、编写说明书一份，绘制A3图纸一张。
3、完成课程设计考核，评分。
指导教
师签字
基层教学单位主任签字
说明：
1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院教务科
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
2014年1月4日
答辩小组评语：
成绩：
评阅人：
2014年1月4日
课程设计总成绩：
答辩小组成员签字：
2014年1月4日
摘要
在工业生产中，常常需要对产品进行计数、装箱，像是生产线中的糖果计数与包装控制。
如果用人工不但麻烦，而且效率低、劳动强度大。
随着微机控制的普及，特别是单片机的应用，给该系统的设计带来了极大的方便。
本论文设计了一种以AT89C51单片机为核心的流水线生产糖果计数及包装控制系统，可以对工业自动化生产流水线上的产品进行精确的计数和包装。
为了读键盘给定值及检测和控制，专门扩展一个8255A可编程接口及程序存储器EPROM2732（4K*8200ns可用紫外线擦除标准EPROM）。
扩展的8255A的B口用于给定值或产品计数显示。
对微型机控制装箱系统进行全面的论述和系统设计。
关键词：
计数；包装；自动控制；51单片机
一、课题设计目的及要求3
1.1自动包装控制系统的设计意义3
1.2设计内容及功能要求3
二、总体方案设计4
2.1控制方案列举分析及确定4
2.2自动装箱系统配置方案4
三、控制系统硬件设计7
3.1微机系统硬件设计7
3.2控制电路设计9
四、软件设计13
4.1程序流程图13
4.2系统内存单元分配17
五、电路仿真及程序书写17
六、结论18
参考文献19
附录20
一、课题设计目的及要求
在工业生产过程中,经常需要对流水线上的产品进行计数和包装,传统的人工方法不仅容易漏计、错计、劳动强度大、效率较低。
本设计介绍一种AT89C51单片机为核心的流水线产品计数及装箱，可以对工业自动化生产流水线上的产品进行精确计数和装箱。
1.1自动包装控制系统的设计意义
自动化水平在制造工业中不断提高，应用范围正在拓展。
自动装箱的关键在于依据装箱过程，设计出一个能够得以实现自动控制的结构方案。
具有革命意义的自动化浪潮改变着自动装箱的方方面面：
优秀的自动控制装箱系统，无论从提高产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都能起到十分明显的作用。
1.2设计内容及功能要求
从上面分析论述，由系统功能要求、方案选择和设备配置，我们可以设计出一个自动装箱系统，其原理图如图1.1所示：
图1.1产品自动装箱系统原理图
在图1.1中，该系统带有两个传送带，及包装箱传送带和糖果传送带，在空包装箱传送带的中间装一检测控制器1，用以检测包装箱是否到位。
糖果传送带将产品从车间传送到包装箱。
当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由检测器2转换成计数脉冲。
二、总体方案设计
2.1控制方案列举分析及确定
在这个系统中，从上面对系统要求的分析中可以看出：
生产过程中的机器按确定的先后顺序连续不断的进行开（ON）和关（OFF），所以为顺序控制。
而顺序控制一般有下列几种控制方法
：
1）继电器顺序控制（RLC）RLC的缺点是：
线路复杂；触点的频繁开闭产生电磁干扰信号，降低了使用寿命，使可靠性大为降低；不能随意更改线路以适应其他用途。
可见这种控制方案实现完全自动化较难，功能也较少，不适宜于本系统。
2）可编程序顺序控制器这种顺控器将计算机通用灵活和继电器逻辑控制简单、操作方便、价格便宜的优点结合起来，被称为ProgrammableLogicController（可编程控制器），简称PLC。
3）单片机：
随着大规模集成电路技术的发展，中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、（I/O）接口、定时器/计数器和串行通信接口，以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机，简称为单片机。
单片机具有体积小、成本低，性能稳定、使用方便、使用寿命长、功耗低等特点。
其最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中，这是其他计算机和网络都无法做到的。
综上所述，通过对各种控制方案的分析比较，再加上对本系统实际情况、功能要求的结合，我们可以看出，采用单片机实现控制的方案将容易实现。
单片机控制系统功能强大、精度高、性能稳定可靠、使用方便、性价比高。
所以采用单片机控制系统来实现自动控制。
2.2自动装箱系统配置方案
选定了单片机之后，为了实现自动装箱系统，然后开始进行硬件配置。
2.2.1单片机微型计算机类型及相应芯片的选择
单片机类型：
对于单片机的型号，由于系统不是特别复杂的较大型系统，我们在这里采用应用广泛、性能较高、这几年在我国非常流行的AT89C51单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。
由于系统需要较多接口，所以必须进行接口扩展，在这里由于系统不需扩展数据储存器（RAM）。
采用有较多的I/O接口的8255A芯片而不采用8155芯片进行接口扩展。
2.2.2检测原理及传感器选择
本系统所需的检测，判断的对象有：
（1）判断空箱是否到位。
判断空箱是否到位的方法是利用传感检测器进行检测，有红外线探测器和光电传感器两，但红外线探测器由于是利用物体辐射接收信号，所以信号较弱不准确，而且红外线传感器价格较贵、易受干扰、成本也高；光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、应用快、非接触等优点，而可测参数多，光电传感器的结构简单，形式灵活多变因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
可见利用光电式传感器进行检测较好。
（2）判断箱子是否已装满产品。
这里判断箱子是否已装满产品的方法采用产品进行计数：
当数量达到要求时就做出箱子已装满的判断，计数的方法又有两种，即红外线照射和光敏电阻照射两种，如
（1）的方法所述，所以我们在这里采用光电传感器来进行信号检测。
2.2.3输入输出设备的选择
输入输出设备是指系统与各种人机之间的对话设备。
（1）输入设备的选择
输入设备有按钮、开关、键盘等，本系统由于不但需要开关，而且要输入数据，故可采用包括开始、停止两个命令功能键和数字等多个键的键盘来作为输入设备。
（2）显示设备的选择
本系统的较小型简单的显示设备有两种：
采用发光二极管显示器LED（LightEmittingDiode）显示和采用液晶显示器LCD（LiquidCrystalDiode）显示。
后者虽然有功耗小、体积小、重量轻的优点，但价格较高，多用于珍袖仪表和低功耗的系统中。
而在本系统中，为了降低产品成本、使显示清晰容易辨认，而且对功耗和体积重量等捕捉很大要求，所以采用发光二极管显示器LED显示。
2.2.4电机类型及其控制方案的选择
由于对电机的控制输入的信号为开关量，传送动力不用很大，而且传送产品和箱子时需要精确定位，所以我们在这里采用由开关量控制的伺服同步电机。
不需要可逆调速，所以选择交流电机，因为对箱子和产品的传送过程中都需要精确定位以便实现自动装箱，所以要求电机能快速停止，在此选择了220V交流伺服同步电机。
由于在传动过程中，传送箱子的电机负荷较大，所以选用堵转力矩和转子惯量较大的HD18-1电机。
由于对电机需要大电压来控制，而微机系统输出的开关量为不能直接用来驱动电机的低电平，还有也为了提高系统的抗干扰能力，我们采用光电隔离技术。
而对电机可以采用多种方法控制，如继电器、固态继电器（SSR）、可控硅（SCR）、电磁阀及大功率场效应管等。
其中继电器是电气控制中最常用的控制器，但在控制时容易发生触点产生火花，并且因触点容易氧化而影响系统稳定性；而固态继电器输入电流小，输出无触点，与电磁式继电器相比具有体积小、重量轻、无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、工作可靠等优点。
故我们在这里采用无触点的固态继电器进行控制。
2.2.5确定自动装箱控制系统总体方案
由以上分析可得：
本系统采用型号为8051的单片机及其8255A等系列芯片进行微机控制。
采用STD标准总线作为系统总线。
采用光电式传感检测器进行检测信号。
采用带有开始和停止命令功能键的编码键盘。
采用LED显示器进行信号显示。
采用220V交流电机进行同步伺服电机传送，产品传动采用堵转力矩可转子惯量较小的HD5-1电机、箱子传动选用堵转力矩可转子惯量较大的HD18-1电机，电机的控制则采用光电隔离接口和固态继电器进行控制。
采用专用厂家生产的成品的开关电源。
只要达到下列要求即可：
（1）电源具有足够的功率，以免满负荷或超负荷时发热严重，精度降低。
（2）电源变压器将有良好的屏蔽并在电源入口处设置了交流稳压器和交流滤波器、分布式电抗等，以做好抗干扰、提高稳压和滤波效果。
（3）要求能提供包括+5V等的多档次的电压。
本系统结构框图如下：
三、控制系统硬件设计
3.1微机系统硬件设计
硬件图说明为达到本系统功能，采用AT89C51单片机设计系统，为读键盘给定值，同时实行检测和控制，专门扩展一个8255A可编程接口，扩展的8255A的B口用于给定值或产品计数显示。
其系统原理图如附录A所示。
AT89C51、74LS373（8位I/O锁存器）、2732组成最小系统。
其中各芯片及引脚说明如下：
（1）AT89C51:
4K字节可编程FLASH存储器
全静态工作：
0Hz-24MHz
三级程序存储器锁定
128×8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
（2）8255A:
8255A基本特性：
①8255A是一个具有两个8位（A口和B口）和两个4位（C口高/低4位）并行I/O端口的接口芯片，它是Intel系列CPU与外部设备之间提供TTL电平兼容的接口，如
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