纸币塑封包装机塑封部分的电控系统设计 论文.docx

纸币塑封包装机塑封部分的电控系统设计 论文.docx

《纸币塑封包装机塑封部分的电控系统设计 论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纸币塑封包装机塑封部分的电控系统设计 论文.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

纸币塑封包装机塑封部分的电控系统设计论文

纸币塑封包装机塑封部分的电控系统设计

[摘要]纸币在人们的日常生活中扮演着重要角色，随着人口的增加和社会经济交往的增多,纸币的需求量会日益增加。

本文分析了银行清分中心采用纸币塑封包装机的必要性和可行性；根据纸币塑封包装机的工作过程和安全性的要求，设计出纸币塑封包装机塑封部分的电控系统的工作时序，并给出了塑封部分的塑封包装示意图；电路采用双单片机控制的方式，一片用来采集开关量和程序处理，另一片用来输出控制；画出了塑封包装机塑封部分的主程序框图。

另外，本文简略介绍了设计中用到的STC89C51、52单片机和X25045芯片，并对该系统中可能存在的干扰问题提出了一些防止措施。

[关键词]纸币；包装机；塑封；电控系统；金融机具

ElectronicControlSystemDesignonNotesPlasticPackingMachineMoldingPart

[Abstract]Noteshaveplayedanimportantroleinthedailylivesofpeople.Withtheincreaseofpopulationandsocio-economicexchanges,thedemandfornotesisincreasing.Thispaperanalyzesthemoney-centerbanksplasticpackingmachineusingthenecessityandfeasibility.Accordingtoworkingprocessandsafetyrequirementsofnotesplasticpackingmachine,designtheelectroniccontrolsystemsofworkchronicledofnotesplasticpackingmachinemoldingpart,andgivethemoldingpartofplasticpackingschema;Circuitdualcontrolofthemicrocontroller,switchingtoacollectionvolumeandprocedures,andtheotherforoutputcontrol;Paintthemainprogramblockdiagramofthemoldingpartofplasticpackingmachine.Inaddition,thepaperalsointroducestheusesofSTC89C51.52chipmicrocontrollerandX25045inthedesign,andgivessomepreventionmeasuresoftheinterferenceproblemwhichmayexistinthesystem.

[Keywords]Notes;Packingmachine;Plasticpacking;Electroniccontrolsystem;Financetool

0引言--------------------------------------------------------------1

1绪论--------------------------------------------------------------2

1.1国外包装机械工业的发展--------------------------------------2

1.2中国包装机械的现状------------------------------------------2

1.3包装机械的发展趋势------------------------------------------3

1.4纸币塑封包装机的发展----------------------------------------4

1.5常用的收缩薄膜----------------------------------------------4

2塑封部分的硬件设计------------------------------------------------5

2.1纸币塑封包装机塑封部分的工作时序---------------------------5

2.2电控系统的硬件设计------------------------------------------6

3有关芯片的介绍---------------------------------------------------11

3.1STC89C51、52单片机-----------------------------------------11

3.2X25045芯片及其应用-----------------------------------------11

3.2.1X25045芯片工作原理-------------------------------------11

3.2.2X25045芯片功能-----------------------------------------12

3.2.3X25045的引脚排列及引脚说明-----------------------------12

4软件框图的设计---------------------------------------------------14

4.1软件的设计-------------------------------------------------14

4.2干扰的防止-------------------------------------------------15

结论----------------------------------------------------------------15

致谢语--------------------------------------------------------------16

参考文献------------------------------------------------------------17

1引言

随着中国经济快速发展，对金融机具方面的要求也越来越高，纸币塑封包装机是提高银行工作效率和保障金融运作的高效、安全、准确、可靠的重要因素。

造币厂出厂的钱币采用捆扎二横道之后塑封包装，然后给人民银行投放市场使用。

银行对流通卷回笼之后采用捆钞机捆扎，再交给人民银行清分中心。

清分中心把钱币拆捆重新清分，对七成新以下的进行销毁，七成新以上的重新打捆，用于保存和再次流通。

由于只有采用双十字捆扎进行保存和流通，必须捆得紧、捆得牢，防止抽张[1]，但捆得过紧，钱币易造成损伤，且捆扎完毕必须在钱币上用浆糊或胶水粘上一张封条。

拆除封条时，有时会损伤最上端一张钱币。

捆扎的钱币在储藏和运输过程中容易受潮发霉变质。

所有这些因素都大大缩短了钱币的使用寿命，我国的纸币平均寿命低于2年，这大大增加了纸币发行的成本。

纸币清分中心受空间和环境影响，不可能采购与造币厂一样的大型塑封设备，且这种塑封设备也没有捆扎机构，这就导致目前只能采用捆扎方式。

国外有较小的设备，但价格昂贵，要超过100多万，难以承受。

由于以上这些问题的存在，因此必须设计出符合要求的小型化的捆扎和包装一体化的纸币塑封包装机，采用立体式结构，保证长度尺寸在1m左右，从而满足国内清分中心的空间需要和环保要求，其中自动控制是重要的一环，本论文探讨采用单片机作为主芯片，设计了一套切实可行的电控系统。

国内目前在塑封包装机方面研究不是很成熟，加上目前塑封包装机具的需求性日益加大，现在开发出塑封包装系统是有非常大的意义的，它能大大提高目前银行或者其它相关单位的工作效率，节省成本，并且在今后的同类技术研究上能起到引导和借鉴的作用，其意义深远！

1绪论

1.1国外包装机械工业的发展

美国是世界上包装业最发达的国家，非常重视研制和开发先进的包装机械。

这些包装机械设备为生产先进的产品包装奠定了良好的基础。

据了解，目前美国的包装机械品种繁多、设备先进，但为了适应国际市场的竞争，他们还在不断研制和开发更先进的包装机械设备。

目前较先进的包装机械主要有吹塑机、注射成型机、纸盒和塑料袋加工成型机；各种块状、颗粒状、粉沫状、液态商品包装机；成型、充填、计量封口机和装卸托盘机；用于箱、桶容器的拉伸裹包机；各种控制质量的选别机；对包装性能进行试验的检测机；清洗机、消毒机和生产大型瓦楞纸箱的自动生产线等。

美国的包装机械大多数用计算机控制，使包装机械向高速度、高效率、高质量的方向发展。

对商品包装材料所需的温度、湿度、强度、电压和包装的数量等都编成程序输入电脑，进行自动控制。

这不仅可以提高包装机械的使用效率，提高包装机械的精密度和准确度，同时还能大大减轻操作人员的劳动强度，如笨重的纸箱堆码劳动，妇女只要用机械手操作便可完成。

电脑计量选别机在生产线上已经广泛应用，它可以对装置计量不准的产品进行剔除，可以对未贴标签的产品进行剔除，可以对没加盖的瓶装商品进行剔除，也可以控制充填计量。

电脑计量选别机的推广使用，使商品的质量控制实现了机械化、科学化、自动化。

美国不但积极研制开发先进的包装机械设备，同时还非常注意对包装缓冲材料，如胶带、捆扎材料和机械设备进行研制和开发。

现在生产的包装缓冲材料、聚乙烯和聚丙烯低发泡材料，可根据不同包装商品的需要进行选用[2]。

1.2我国包装机械的现状

包装机械是完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。

包装过程包括充填，包裹，封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗，堆码和拆卸等。

包装机械是完成包装的一种手段，是特殊类型的专业机械，机种繁多。

包装机械主要分为两大类：

内包装机械和外包装与捆扎机械。

内包装机械又分为充填机、计量机、灌装机、制袋机、贴标机和封合机等多种，外包装与捆扎机械分为装箱机、贴带机等2种。

包装机械的作用是给有关行业提供必要的技术设备，以完成所要求的产品包装工艺过程。

没有现代化的包装机械，就没有现代化的包装工业。

包装机械是为商品进入市场提供保护、促进销售及提高附加值而完成生产过程的技术装备，它是包装工业同时也是机械工业一个重要组成部分。

中国包装机械工业发展起步较晚，很长时间没有形成一个独立的行业。

1980年中国政府公布的工业产品名称中还没有包装机械类。

70年代中期以前，中国食品大部分采用手工包装或散装销售，机械包装主要是包装能力400块/min以下的糖果扭结式包装机和每分钟几十包的香烟包装机及部分灌装机，其品种少，结构简单，技术水平低。

70年代后期，随着进口设备的不断增多，中国陆续开发了真空包装机械、封口机械、卧式裹包机和立式袋成型包装机、捆扎机等包装机械。

进入80年代，随着改革开放的不断深入，包装机械工业逐渐形成一个门类齐全，初具规模的产业。

80年代后期，中国包装机械行业进入了高速发展时期，年均增长速度超过30%，其发展速度列为机械工业各行业之首；进入90年代，包装机械工业仍以20%以上的速度高速发展，预计今后几年，还会以这一速度发展下去。

到了21世纪，我国包装机械基础技术发展的重点是：

机电一体化技术、热管技术、基础配套技术、设计技术、模块化技术、制造技术等。

机电一体化技术和微机应用可提高包装自动化程度的可靠性和智能化程度；热管技术可提高包装机械的封口质量；基础配套技术中配套的电子元件、专用泵、阀产品、传感器、电机及电控制元件，开发出各种在线或离线的检测设备；采用模块化设计技术和CAD/CAM技术，可以提高包装机械在材料选择、加工装备与工艺技术方面的水平。

1.3包装机械的发展趋势

1）广泛采用新技术包装机械，新技术的采用正在受到重视，尤其是PC机应用于包装机械的控制正在迅速普及。

随着包装机械的发展，各种新技术，如热管技术、光纤技术、激光技术、模糊技术和人工智能技术等会得到更广泛的应用。

CAD和CAM等技术已在包装机械的设计和制造上推广，包装机械正在向着机电一体化、智能化的方向发展。

2）向系列化、标准化、模块化方向发展，目前国内包装机械大部分没有系列化，缺档多，品种少而且换产不易，对包装物的适应性差。

系列化有利于提高通用性、互换性及提高产品质量。

采用模块化设计，可根据实际需要采用不同组合，参数变化范围宽且易调整，换产方便。

有利于组织生产，缩短供货周期，降低成本满足市场需求。

便于提高产品的成套性、互换性、高效性[3]。

3）高技术产品和半自动产品长期共存，高技术和高生产率的包装机械有良好的市场前景，当前此领域以引进设备为主，国内产品较少。

由于中国的经济尚不发达，半自动机型在包装机械的产量上仍占有相当大的比例，它以价格便宜，质量稳定，维修简便等优点，在国内和国际市场上具有很强的竞争力。

预计在很长一段时间内，高技术产品和半自动产品同样受到不同用户的亲睐。

4）绿色食品包装机械大力发展，绿色包装是一个系统工程，是包装工业的一项技术革命，绿色包装的内容随着科技的进步，包装的发展还可有新的内涵。

目前，全国铁路系统率先淘汰白色发泡餐盒，用节能、低耗、少污染、易回收的纸质餐盒替代，随后国内一些大中城市发出不准用白色发泡餐盒的禁令。

这些措施的实施，为纸餐盒成型机的发展提供了机遇。

随着绿色包装工程和治理白色污染的进展，开发与其相适应的包装机械迫在眉睫[4]。

1.4纸币塑封包装机的发展

日新月异的新技术，带动了新材料、新设计、新工艺的不断推陈出新，作为现代办公用品的纸币塑封包装机一样，而银行办公自动化是提高银行工作效率和保障金融动作的高效、安全、准确、可靠的重要因素，对纸币进行包装，纸币塑封包装是其中重要的一环。

验证整大把钱币（10小把捆成一大把）是否够数量。

目前所采用的方法是拆捆重新点数（可用复点机、点钞机或清分机重新清点），点完之后又得重新捆扎起来，人力物力浪费巨大。

现代的纸币塑封包装机不断向智能化、自动化发展，为了满足银行在使用纸币塑封包装机时对纸币塑封安全、可靠、无法抽张的要求，要对纸币进行热塑封包装，由于热缩膜一旦破损不可再恢复的特点，有效地防止了钱捆抽张的可能，这就免除了各银行、金融机构对纸币的复点工作，既提高了他们的工作效率，也大大降低了对纸币的磨损。

随着科学和时代的不断进步，各种关键技术的不断突破，纸币塑封包装机的发展也越来越快，多种型式的产品相继问世。

1.5常用的收缩薄膜

被包装物品进入加热箱前要用收缩膜进行预包装，所以我们要对包装物品的收缩膜进行选择。

目前使用较多的收缩薄膜是聚氯乙烯，聚乙烯和聚丙烯等。

1）聚氯乙烯收缩薄膜

收缩温度比较低而且范围光，收缩温度为40～160℃，加热通道温度为100～160℃。

热收缩快，作业性能好。

包装加工后透明而美观，热封部分也很整洁。

氧气透过率比聚乙烯低，而透湿度大，故对含水分多的蔬菜，水果包装比较合适。

其缺点是，抗冲击强度低，在低温下易变脆，不适合用于运输包装。

另外封缝强度差，热封时会分解产生臭味，当其中的增塑剂起变化后，薄膜易断裂，损失光泽。

目前聚氯乙烯薄膜主要用于包装杂货，食品，玩具，水果和纺织品等[5]。

2）聚乙烯

特点是抗冲击强度大，价格低，封缝牢固，多用于运输包装。

聚乙烯的光泽与透明性比聚氯乙烯差。

在作业中，收缩温度比聚氯乙烯约高20～30℃。

因此，在热收缩通道后段需装鼓风冷却装置。

3）聚丙烯

主要优点是透明性及光泽均好，与玻璃纸相同，耐油性与防潮性良好，收缩张力强。

缺点是热封性差，封缝强度低，收缩温度比较高而且范围窄。

有代表性的用途是录音磁带和唱片等的多件包装。

4）其他薄膜

聚苯乙烯主要用于信件包装，聚偏二氯乙烯主要用于肉类包装。

最近出现的乙烯—醋酸乙烯共聚物收缩薄膜，抗冲击强度大，透明度高，软化点低，熔融温度高，热封性能好，收缩张力小，被包装产品不易破损，适合于带有突起部分的物品或异形物品的包装，预计今后会有较大的发展[6]。

2塑封部分的硬件设计

2.1纸币塑封包装机塑封部分的工作时序

纸币塑封包装机要实现两大功能：

1）十把钱币叠成一大把，竖捆二道，捆扎

压力较现行捆钞机小得多；2）竖捆二道之后的一大把用POF膜或其它环保膜进行塑封。

为了保证不散捆的钱捆进入加热箱产生意外损伤钱币，目前钱捆完之后通过人工检查钱捆之后再置入塑包系统，国外的系统也是如此设计。

纸币塑封包装机采用时序控制，加热箱和切刀采用恒温控制，成为独立子系统。

塑包的时序首先保证切刀的温度和加热箱温度达到系统的要求之后才可以进行。

切刀和加热箱的温度达到要求之后，各自向主系统发出准备好的信号，此时按塑封键才会起作用。

具体时序为：

人工把捆扎好的钱捆放在塑包系统的前推币板上，按塑封键，系统检测到有钱捆，转动前推电机，前推到位，停前推电机，侧推电机运动，侧推钱捆进入托币板，到位之后回位侧推机构，切膜封口的热刀运动，切膜封口完毕，切刀回位，托币板下移，使钱捆落到运动的链条上，待钱捆被链条带走进入到加热箱之后，托币板回位，钱捆继续在加热箱中运动热缩，一直到链条又把钱捆带出，热缩完毕。

在塑封过程中，加热箱进出口均布置二对检测传感器，用来记录进出加热箱

的钱捆数以及还在加热箱中的钱捆数，防止因为某种原因钱币卡在加热箱中不出来，系统不知道而导致的严重后果。

塑封系统示意图如图1所示。

图1塑封系统示意图

2.2电控系统的硬件设计

为了实现塑封的需要，该系统的输入量有开关量和模拟量[7]，开关量输入使用二种开关：

按键开关和光电开关，加热箱和切刀采用热电偶检测，在其他同学毕业设计中叙述。

显示系统采用VR-63型液晶显示屏，加上相应的板，也在其他同学毕业设计中叙述。

本文主要分析时序过程和安全保护需要的输入量和输出量。

塑封包装机塑封部分的开关量输入及其相应的用途如表1所示，输出点及其相应的用途如表2所示。

表1开关量输入点用途

点数（个数）

用途

2（光电开关）

2（光电开关）

1（光电开关）

1（光电开关）

2（光电开关）

2（光电开关）

2（光电开关）

1（光电开关）

9（薄膜按键开关）

前推币推到位和复位检测开关

侧推币推到位和复位检测开关

切刀复位开关

切掉多余的POF膜拉紧检测开关

托币板上、下运动到位的检测开关

钱币进入加热箱检测开关

钱币出加热箱检测开关

检测是否有捆好两道的钱捆在推币台板

捆钞、切带、切膜、塑封、复位和液晶界面上下左右移动键。

上、下、左、右4个按键，按下信号通过主系统送给显示检测子系统用来作为鼠标、设置参数、手动、自动功能等用。

表2输出点用途

点数

用途

2

2

2

2

1

控制前推币直流减速电机正反转

控制侧推币直流减速小电机正反转

控制切膜、封口单相交流220V电机的正反转

控制托币板单相交流220V电机的正反转

控制收废膜单相交流220V电机的正转

加热箱系统中的控制链条运动的电机和鼓风机电机（保证加热箱中温度的均衡）一上电就运动起来，不作控制。

目的是防止因控制系统出差错导致链条停止运动，把钱币烤坏。

为了使塑封包装机塑封部分的电控系统具有实用性，自行设计了控制电路板。

由于需要的点数太多，必须扩展接口线。

故采用双单片机控制的方式，用一片采集开关量，接收切刀和加热箱控制子系统的信号，给显示控制子系统送信号（共11根），另一片用来输出控制。

硬件原理图见图2。

图2硬件原理图

图2中的Dx、Dy用来指示单片机1、2是否在正常运转。

输入开关量有按键开关和光电开关[9]，具体电路见图3。

开关信号采用定时巡回采集，光电开关和按键开关在检测到有动作时都会发出一个电信号，经过导线传至双向总线驱动器74HC245，此芯片有一个DIR端，由于DIR端接地，所以决定了74HC245只能输入允许，因此当单片机1的P2.3-P2.5任何一个引脚输出一个低电平时就能选中其中一个74HC245，开关信号便通过该芯片传给单片机1。

单片机1根据采集开关量情况，决定机器下一步应该进行的动作。

并把这些动作通过串行通讯口送给单片机2（单片机程序较短，故采用4KE2PORM的89C51芯片）[10]。

单片机2根据单片机1命令，通过P0、P1输出相应的值来控制机器的动作。

P0口的输出值通过TLP521-4光电隔离之后，送给MC1413达林顿管进行功率放大，直接驱动12V直流继电器，从而控制有关电机运转。

a）光电开关

b）按键开关

图3开关量输入电路

图3中Di用来指示相应的光电开关是否被阻挡，利于维护时判断是光耦坏了还是后续的电路或软件出问题。

单片机2的P1口输出控制12V直流减速小电机的正反转。

图4是直流小电机控制电路。

当P1.i=0,P1.j=任意值，M停转；当P1.i=1，P1.j=0,M正转；当P1.i=P1.j=1,M反转。

图4直流小电机控制电路

X25045具有输出复位信号，可编程看门狗的4K位的串行E2PROM的功能。

上电时X25045发出复位信号，复位STC89C51和89C52两芯片。

通过仿真串行通讯办法把切膜粘合的时间等有关参数存储在E2PROM里。

为防止人身安全事故，电源经过漏电开关后再接入电控系统。

3有关芯片的介绍

3.1STC89C51、52单片机

从成本和使用性能出发，本系统选用STC89C51作为核心单元。

STC89C51是一种超低功耗、超低价，高速、高可靠，强抗静电、强抗干扰的单片机，它有丰富的输入输出接口、中断系统及外部扩展能力。

STC89C51的超强抗干扰能力体现在：

1）I/O口经过特殊处理，很多干扰是从I/O口进去的，每个I/O口均有对VCC/GND二级箝位保护；2）单片机内部的电源供电系统、时钟电路和复位电路均经过特殊处理的，经特殊处理的看门狗电路在打开后无法关闭，可放心省去外部看门狗；3）宽电源，不怕电源抖动；4）高抗静电（高ESD保护），轻松过2000V快速脉冲干扰（严格的日本及欧洲EFT标准）。

STC89C52单片机是兼容8051内核的新一代高速/低功耗单片机。

其主要特点是：

片上集成有512B的RAM、8kB的Flash，具有ISP功能，完全可以满足本塑封包装机控制系统的需要。

3.2X25045芯片及其应用

微机控制系统干扰、电源的波动引起的程序跑飞和数据丢失,常造成系统的各种误动作或死机,直接影响着系统的正常运行,设计人员为此倍感头痛。

X25045（X25043）芯片将微机测控系统中常用的功能:

看门狗定时器、电源电压监控、上电复位、串行E2PROM集成在一片8引脚的芯片内。

这种组合大大减少了对电路板的空间要求，简化了硬件设计，降低了成本和功耗，大大提高了系统的可靠性和安全性。

X25045具有输出复位信号，可编程看门狗的4K位的串行E2PROM的功能。

上电时X25045发出复位信号，通过仿真串行通讯的办法把设定的有关参数存储在E2PROM中。

3.2.1X25045芯片工作原理

X25045内部有一个8位指令寄存器，该寄存器可以通过引脚SI来访问，数据在串行时钟输入的上升沿由时钟同步输入。

另外，对芯片的所有操作都需要通过对该寄存器的写命令来完成。

其中操作主要有设置写使能锁存器允许写，复位写使能锁存器禁止写，读写状态寄存器，从所选地址开始的存贮器中读出数据，把数据写入所选地址开始的存贮器中。

在执行