产品装箱自动控制系统设计.doc

序号（学号）： 021241232三峡大学毕 业 设 计（论 文）产品装箱自动控制系统设计姓 名张名 学 院电子信息工程学院专 业自动化 班 级12412 指导教师王英霞（副教授）2016年5月31日装订线三峡大学 毕业设计（论文）纸产品装箱自动控制系统设计摘要：从二十世纪十九年代起,人类的科学技术水平飞速发展，特别是有关电子科学技术的方面，自动化一体化已经慢慢融入我们的日常生活之中。一个国家如果它的自动化技术能过做到大幅度的提升，那么这个国家的经济发展水平也定会有着大幅度的提升。尤其在包装行业之中表现的十分突出。在如今的社会之中,包装自动化在很多大型的工厂以及企业里已经实现了。随着自动化技术的不多完善，工厂中生产线上的产品损耗大幅度降低、故障率也是越来越低。在自动化生产的飞快发展的同时，企业的效益越来越高，生产效率成倍提高，自动化水平越来越快的话，那么经济利益就会越来越可观。而此次设计所研究的内容就是应用在生产线上的自动装箱控制系统。在此篇文章中，会对系统的每个硬件与软件的部分进行细致的讲解,其中有系统每个模块的方案如何去选择,以及所用到的元器件的功能以及其使用方法等。 本文之中，我会先大体介绍一下毕业论文设计的整体宏观思路。其次，再更具系统的具体设计及要求对每个部分进行讲解。最后，设计出总体的设计方案。系统的主要组成部分是两条传送带，即运输箱子的传送带和运输产品的传送带。同时，我们选用光电传感器来作为计数器。 整个 系统的主电路是以AT89C52单片机和74LS373等芯片为核心。为了键盘电路能够更清晰更简单的设置参数，以及方便LED电路的连接。因此，在设计电路时特意用8255A扩展了I/O接口，这方面将会在论文中做详细的介绍。至于系统的编程控制部分，我本次结合了硬件和软件去完成程序的设计，最终以实现自动装箱控制系统设计的要求。关键字：传送带；光电传感器；AT89C52；8255A；自动装箱控制 System Designing of Automatic Controls Abstract： From nineteen years of the twentieth century, human science and technology rapid development, especially as related to electronic science and technology, automation has been slowly integrated into our daily lives. If a country had its automation technology can achieve significant upgrade, the level of economic development of the country will certainly also has greatly improved. Especially in the packaging industry are very prominent performance. In today's society, packaging automation in many large factories and businesses had already been realized. With no more perfect automation technology products factory production line loss greatly reduced the failure rate is getting lower and lower. While automated production of fast development, increasing the efficiency of enterprises, production efficiency improved several times, the level of automation and faster, then the economic benefits will be more substantial. And the design of the research content is the application of the automatic control system for packing production line. In this article, part of each hardware and software systems will be detailed explanations, including the program of each module system how to choose, and functional components are used as well as the use of methods. Among this article, I will first explain in general the overall macro-thinking design thesis. Further, a system of more specific requirements for the design and explain each part. Finally, the design of the overall design. The main components of the system are two conveyor belts that transport conveyor belt and transport box products. At the same time, we use a photoelectric sensor as a counter. The main circuit of the entire system is based on AT89C52 chip as the core and the like 74LS373. In order to more clearly keyboard circuit easier to set parameters, and convenient LED circuit. Therefore, intended to be used in the design of the circuit 8255A extends the I / O interfaces, this area will be described in detail in the paper.As part of the programming control system, this I combine hardware and software to complete the design process, and ultimately to achieve automatic control system design requirements for packingKeywords：Conveyor belts , Photoelectric Sensors,AT89C52,8255A, Autoboxing control目录第1章 前言11.1自动装箱控制系统的研究目的及意义11.2自动装箱控制系统的国内外的研究现状11.3自动装箱控制系统的涉及内容及设计要求2第2章 总体方案设计32.1方案论证32.2方案设计7第3章 系统硬件设计93.1单片机部分93.2数据采集电路（信号的识别与检测电路）113.3电机控制电路133.4显示电路的设计143.5音频报警电路的设计163.6参数（输入）电路的设计17第4章 系统软件设计194.1程序流程图194.2 部分程序22第5章 总结33致谢34参考文献35装订线三峡大学 毕业设计（论文）纸第1章 前言1.1自动装箱控制系统的研究目的及意义 如今的社会科学技术飞速发展，人们对生活、物质等需求也是变得越来越高。因此，人类需要的生活用品、享受品等也越来越多、生产的速率也有待提高，以往物品的装箱都是以人力完成，那速度自然很慢。因此，东西往往会供不应求，所以，提高生产速率就尤为重要。自从新中国成立以来，我国的食品以及包装机械行业一步步从无到有、从低水准到高水平、在从单机到成套设备，着实取得了令人赞叹的成绩。尤其在最近的几年，产品销售的每一项指标在我国都是以一种直线的方式上升，每年以百分之十八的速度飞速增长。当2008年时，中国包装机械制造业和食品业完成产品销售收入高达1262亿元，这其中包装机械产品销售占641.34亿元，相对于2007年增长了32.59%，可见包装机械市场潜力巨大，但是仍有不足之处。也正因如此，自动装箱控制技术就显得更加重要。因为它可以大大的提高生产速率。 不仅如此，有些公司为了扩大本公司规模，不得不从国外引进一些昂贵的先进设备。或者去大批量的雇佣人力来工作。消耗高额资金，而且人力资源浪费严重，因而影响了总体利益。但是，有了这方面的技术就可以大幅减少这方面的损失。在一般进行工业生产的时候,对生产线上的运输的产品进行包装与计数是必须的一步，刚开始的时候工厂所用的是人工的方法去计数，可这种方法不仅仅、消费过高、效率很低同时特别容易记错数目特别不实用。但是，如果通过自动装箱系统来进行自主检测通过检测产品,然后利用单片机自动计数,并显示出数字。这样就会使计数变得精准并且可以解决效率低、劳动强度大等问题。不仅仅节省资源提高效率，同时非常的实用。本此设计-自动装箱控制系统将会为以上存在的问题提供出一种可行的方法，从根本去消除问题，这具有很重要的实践指导意义。1.2自动装箱控制系统的国内外的研究现状 我国包装机械起步较晚，经过多年努力的发展，中国的包装机械已成为机械工业之中十大行业之一，成功的为我国包装工业的快速发展提供了保障。与此同时，在一部分包装机械能基本满足国内市场的需求的同时，还有一部分产品会运到国外。而且，自从中国加入世贸组织之后有了巨大的进步，在包装机械方面提升的速度非常之快，逐渐与世界的先进水平缩小差距。随着我国经济的发展与开放，我国的包装机械生产也是逐渐与国际接轨。但目前来看，我国包装机械出口总额不足总产值的5%，进口额却和总产值差不多，这与发达国家相比差距太大。如今，中国的商品生产和出口已然成为世界之最。与此同时，全球的注意力都聚焦在发展最迅速、最具潜力、规模最大的中国生产包装市场。尽管我国国内的自动化包装机械的市场前景十分宽广。但是，像、稳定性和可靠性差、单机自动化、造型不美观、使用寿命短等一些列问题也使得我国的内包装机械产品遭受到质疑。而国外的包装机械发展的起步相对较早，已经将很多先进技术应用在包装机械上，比如自动柔性补偿技术、远距离遥控技术（包括监控）、机器人技术、信息处理技术等。至于自动装箱机，外国人他们一般会把整列装置、成箱装置、充填装置、码垛装置和封箱装置整合到一套设备之中，整个机械系统设备不仅占地面积小而且集成度非常高。目前，世界上的包装机械业是以美国、德国、日本、意大利为首的四大强国。 作为世界上包装机械发展历史最长的国家之一的美国， 早就已经形成自己一套独立且完整的包装机械体系，它的产量和品种是当之无愧的世界之最。在最近的10 多年以来，美国始终保持着世界最大包装机械生产和消费大国的地位。其实现机械与计算机紧密结合、机电一体化控制，使产品达到顶尖水平。在新型机械产品之中增长最快的当属填充、成型、封口三种机械，薄膜包装机和裹包机占据了整个市场绝大份额，市场占有率位居第二位则是纸盒封盒包装机。自十九世纪初以来，美国的包装机械业始终以一个很良好的势头稳定发展。总体来说我国和其他国家相比还是仍然有一段距离的。现如今其实有许多的方法可以实现自动装箱系统。比如，通过使用单片机的方法来实现，像89C51、89SC52等均可。当然，也可以基于PLC来实现或者基于Delphi7_0也同样可以。所以说，实现自动装箱系统的方法非常之多，有很大的发展空间。因此，每个国家都在积极的研究，不肯落后，我国自然也是热情高涨。1.3自动装箱控制系统的涉及内容及设计要求根据毕业设计（论文）任务书的要求，需设计一种自动装箱控制系统，其应具有自动装箱和计数、数字显示给定值或产品计数、方便的设定每个包装箱产品的个数和每批产品的箱数、有必要的保护和提示等功能，因此通过查阅相关文献资料，提出一种以STC89C52单片机为主控芯片，并结合LED显示模块、红外接收发射等功能模块的控制系统。第2章 总体方案设计2.1方案论证在此次课题中,经过对自动装箱控制系统分析中可知:两个传送皮带在程序中已经确定好了顺序，需不停地关闭和重启,对于这种控制方式，我们称之为顺序控制。顺序控制一般有以下几种控制方法：1.可编程序的顺序控制器：可编程的控制器简称PLC。其既有继电器的简单控制还有计算机的灵活性的优点而且操作方便。目前市场上的软PLC价格对于用户来说比较合理，性价比还算很高。这是因为软PLC那种开放性的结构体系，使得用户得考虑下厂家的限制。然后，再看具体的要求，去选用与要求符合的软硬件，时间久了这种方法自然会节省不少的费用；同时，由于PLC符合诸多工业上的标准，可省去培训的时间以及费用。软件PLC的主要缺点：但目前软PLC技术同样是存在着一些问题需要解决。比如说：设备是否可靠。实时性，能否对于现场信号作出相应的响应，是否及时与有效。2.机械式的顺序控制什么是机械式的顺序控制呢？其实就是一个开关通过分配轴上的那个凸块来控制电器，从而实现控制的一种控制方法。但是这种控制的方法也存在着局限性，比如说只能通过限位开关进而进行定位、没有办法对执行器的位置进行控制等。目前来看，对简单控制仍然很普遍适用的开关就是凸轮控制的多点开关。但是此控制方法由于体积过大，精度低，陈套老旧，成本高，并不适合本控制系统，因此不予考虑。3.二极管矩阵式的顺序控制器介绍顺序控制器其实是通过二极管矩阵来控制信号。利用在矩阵板上插接二极管来实现程序设计。不仅仅如此，程序存储以及逻辑运算通过矩阵基本都可以实现。二极管矩阵顺序控制器有下列优点：(1) 设定控制程序时，无需专门的技术和装置。(2)逻辑处理采用并列处理，没有时间延迟现象。(3)更改程序容易，只需改变带二极管插入的位置即可。(4)原理简单，容易掌握。(5)电路的复杂程度靠二极管去完成，成本较低。该系统易于实现，但由于功能少，达不到系统的要求，故也不予采纳。4.RLC(继电器顺序控制)继电器顺序控制是一种采用继电器组成的顺序控制(又称RLC)，RLC具有下列多个优点：(1)消费成本很低。(2)使用继电器可以扩展节点数量，提高开关电流容易。(3)线路设计简洁，要求低，发挥空间大。(4)很容易就可以通过输出电流产生电磁并最终转化为机械力。(5)对维护技术要求低。(6)如采用时间继电器，可以很好的实现定时。RLC的缺点是：(1) 频繁开关触点，产生电磁干扰信号，降低了使用寿命，可靠性降低。(2) 由于不能多次利用，所以在不同的系统中，采用这种控制方式都要重新设计和制造线路板，阻碍了技术和生产的发展。(3)如果系统自动化的要求越高，RLC的线路设计就越加繁琐。所以，相应的难度也会变大。本系统自动化程度较高，很显然RLC也不适于本系统。5.计算机的顺序控制在上个世纪九十年代初的时候，计算机获得更大的发展，人们开始把计算机应用在工业控制领域当中。计算机的功能越来越强大，所能过做的事情越来也多。但需要更多的外围设备，价格昂贵，这大大限制了它的使用范围。此外，计算机原理复杂，在使用和维护方面存在很大的困难，所以，推广较为缓慢。虽然它可以完全用于顺序控制，但是我们的自动装箱控制系统只需要简单的控制就可以了，所以它也不适合本系统。6.通过单片机实现的顺序控制单片机具有下面一些特性：体积小：单片机内部拥有作为一个计算机工作所需的所有基本组成部分，所以单片机构成的系统较为简单，体积也小。可靠性高：单片机中的存储器和传输线大多数在内部，不易受到外界的干扰；单片机在环境条件差的时候，会对系统采取电磁屏蔽。所以单片机系统的可靠性一般较高。性价比高：现在，单品机生产所需要的成本越来越低，但是其功能却是越发的强大。因此，单片机的性价比越来越高。控制功能强：单片机的CPU可以直接操控I/O口进行工作，提高了系统的运算速度。使用方便：单片机功能强，扩展方便，应用中所需的硬件设计也简单。目前市场中有很多的单片机开发工具，使单片机的应用变得更方便。低功耗：单片机系统集成度高，功耗相比其他设备要低很多。单片机以上的优势，缩短了系统开发周期，使研究结果可以迅速转化为生产力。通过对以上各种控制方案的分析比较，再考虑到本次设计的要求以及情况。发现单片机控制系统最符合本次设计。因此，决定采用单片机来控制。7.单片机的选型及相应芯片、总线的选择单片机的选择：本系统（自动装箱控制系统）相对较为简单，因此可以选用AT89C52此片单片机来进行设计。此单片机价格不贵而且应用范围广。除此之外，本系统需要较多的I/O接口，因此必须进行接口扩展。8255A较之8155的扩展I/O口更多，更能满足我们的自动装箱控制系统的设计需求。因此，这里我们将选用的是8255A芯片。总线的选择：本系统采用标准总线，标准总线具有良好的兼容性，因为标准总线有严格的定义，不同的生产厂家的产品兼容性都很好。在由不同模块构成的系统中，扩展相对容易，设计也比较简单。在工业控制中，大多选用的是STD总线，它直接面向I/O口、可靠性高。本系统将选择STD总线作为系统总线。8.输入输出设备的选择系统输入输出设备是提供系统与人机间进行对话的一种设备。(1)输入设备的选择一般用按钮、开关以及键盘等来作为输入设备，本系统不但需要开关，而且还需要输入设定数据，所以可采用键盘（包含开始、停止命令键，还有数字键等）来作为输入设备。(2)输出（显示）设备的选择在一个系统中，可选择的输出显示设备很多，而本系统等所需的小型简单的显示器通常采用发光二极管显示器（即LED）显示以及液晶显示器（即LCD）显示两种。LED结构简单，价格廉价，是应用最广泛的显示器。它显示清晰而且性能十分稳定；LCD液晶显示的优点是体积小、功耗小，但是成本太高，常用于小型仪表和功耗低的系统中。本系统中，为了显示清晰，同时考虑到功耗，产品成本等，所以采用发光二极管显示器显示。9.供电方案的选择微机系统大多采用交流电供电，系统电源一般来自于稳压电路。稳压电路提供每个档电压一般分为两种。一种为线性电源，它主要由整流器、变压器、稳压器、滤波器组成。这种电源设计结构简单，成本低，精度不高但也能满足一般的系统需要。缺点就是体积大，散热较差。另一种是开关电源，这样电源在微机系统中应用广泛。目前电源开关经过多年的发展越来越小型化、高效化，已经成为电子设备的主流电源，现在的微型机系统或者输入输出设备中大概有90%以上都是采用得开关电源供电。开关电源的工作原理是采用PWM（脉宽调制技术）原理，精度高，小巧轻便，可靠性高。10.传感器的选择及工作原理选择传感器前我们应先了解本系统所需的检测对象：(1)检测空箱是否到达指定位置。本系统中，采用传感器来判断空箱是否到位，通常可选择光电传感器和红外传感器两种传感器。红外传感器的检测原理：当红外线的发射端与接收端之间有障碍物（包装箱）时，此时接收端收不到发射端发射的光信号，传感器将产生一个信号，可以判断出箱子已经到达指定位置，由于红外传感器是利用物体的辐射来接收信号的，所以信号强度较弱不精确，而且价格贵、易干扰、成本高。光电传感器的检测原理：它的检测元件是光电元件。先将被测量的变化转换成为光信号，然后利用光电元件再将光信号转换成电信号。较之红外传感器，光电传感器的精度更高、响应速度更快等，内部构造也简单。因此，光电传感器的应用很广泛。综合所述，本系统采用光电传感器进行检测比较好。(2)判断箱子的装载产品数是否达到设定要求。判断箱子的装载数是否达到设定要求的方法有：对装载产品计数：当装载数达到给定要求时，判断箱子是否装满。通常的计数也是采用红外照射计数和光敏电阻计数两种方法。对箱子进行称重：当箱重满足预先给定好的重量时，表明这个箱子已装满，该重量就是相应数量产品的总重，这里将用到压力传感器，但是采用这种方法的缺点就是有较大误差，且压力传感器不好安装。所以这里还是选择采用光电传感器来进行检测。11.电机的选型及控制方案的选择电机一般会分为交流电机以及直流电机两种类型。直流电机与交流电机相比其启动的转矩较大，启动速度快，特别是在调速方面比之交流电机要更加优秀。因此，直流电机在对电机的启动性能、调速性能要求高的生产现场中来进行拖动。但直流电机同时也有很多的缺陷，如生产过程复杂，制造成本高。另外直流电机的维护也比较困难。所以在如今的工业电力拖动系统中，直流电机与交流电机都有其不同的应用场合。如果再将交流电机分类，可划分为交流异步电机和交流同步电机两种。交流异步电机不能实现平滑调速，经济不划算，而且必须在电网中获取励磁电流，这就改变并污染了电网中的功率因数。但其也具有制造简便、结构简单、运行稳定、价格廉价等等优点。交流同步电机中的电机转速与电网频率间存在着固定的关系。由于开关量作为控制输入信号来控制电机，不需要大的传动功率，且自动装箱控制系统对传送箱子和传输产品都需要一个非常精确的定位，所以本系统的电机部分我们采用的是用开关量控制的同步伺服电机。而且本系统不需可逆调速，我们选择交流电机，分析本系统的功能要求可知，传送带传送过程中需要精确定位来实现产品的自动装箱，这就要求电机能迅速停止。综合上面的要求我们最终选择220V交流伺服同步电机。传送带的电机需要交流大电压来控制，但我们的单片机控制部分输出的开关量为直流低电压，因此不能用来直接驱动电机，同时也为了提高系统的抗干扰能力，我们将采用光电隔离技术进行强弱电隔离。电机的控制也有很多种方法，如继电器、固态继电器(SSR)、电磁阀、可控硅(SCR)及大功率的场效应管等等。继电器是电气控制中最常用的方式，相比其他几种方式结构简单、体积小、重量轻、成本较低。本系统相比电机的选择对电机控制没有过高的要求因此这里我们采用继电器进行控制即可。 由于本系统对电源没有特别高的要求，而且电源部分也不是本系统的主要内容，为了方便使用，我们将采用开关电源作为系统的供电，电源只要达到下面的要求即可：(1)要求能提供包括+5V等多档的直流电压。(2)具有良好的抗干扰能力，稳压效果好。(3)电源供应的功率很充足，以避免在满荷或超荷运行时出现严重的发热现象，导致电压的精度降低。综上分析可知：采用ATMEL公司的AT89C52单片机以及8255A等芯片作为自动装箱控制系统的控制部分。采用STD总线作为自动装箱控制系统的总线。采用光电式传感器作为自动装箱控制系统的检测部分。采用编码键盘作为自动装箱控制系统的输入部分。采用LED显示器作为自动装箱控制系统的显示部分。采用220V交流同步伺服电机进行传送，电机的控制则采用光电隔离接口的继电器进行控制。采用开关电源作为自动装箱控制系统的电源部分。2.2方案设计通过对已有资料的研究，现拟采用以下实施方案：利用产品传送皮带将产品从一端传送到另一侧的包装箱中，来完成装箱。当产品被运送到传送带的另一端的时候，产品会自己掉在包装箱中，同时传感器检测到一个产品并产生脉冲接着转化为计数脉冲。在由红外发射接收系统来对箱子进行计数。系统包括主控芯片、产品运输、报警电路、箱子运输、键盘电路、显示电路、产品计数，其中红外装置用以计数，按键控制更改计数值，外部存储是对所测得的数据存储，警报装置能在故障时及时提醒工作人员，显示电路实现计数数量显示。当电源接通时。首先，通过键盘电路的功能键来设置产品的个数以及箱子的个数。按下启动按钮。床送箱子的皮带1开始运动。当皮带1运动到其指定的位置时，红外接收器接收到箱子运动到指定位置的信号。然后床送给单片机一个高电平。经过一系列处理，皮带1停止运动，计数器加一。皮带2开始运动，当产品运动到红外接收器时，同样单片机接收到信号。产品计数加一，通过显示器展现出来。系统的原理如图2.1所示。电机电路1报警电路单片机STC89C52显示电路电机电路2检测电路2键盘电路检测电路2图2.1 系统总体方案框图第3章 系统硬件设计3.1单片机部分根据自动装箱控制系统的设计要求，我们所设计的最小系统将以AT89C52单片机做核心。扩展一个8255A可编程接口，用于外扩检测接口和控制接口，同时也方便读取给定参数。采用74LS373作为锁存器和驱动器，扩展8255A的PB口用于给定参数或计数的显示。自动装箱控制系统原理图如附录1所示。AT89C52单片机，8255A芯片和74LS373芯片组成自动装箱控制系统的最小系统。其中各芯片及引脚说明如下：(1)AT89C52: 图3.1是AT89C52单片机的引脚图。图3.1 AT89C52引脚下面对AT89C52单片机做一个基本介绍：面向控制的8位CPU；256x8bit内部RAM；3个16位可编程定时器/计数器；32条双向I/O口；一个可编程全双工串行口；包含外部中断源2个，总共有6个中断源；(2)8255A:8255A是一种可编程能过做到输入输出接的一种口芯片，它的并行I/O口是3个8位口，可以通过异步、同步以及中断的方式来传送I/O数据。这三个口可称之为PA口、PB口以及PC口，而PC口又分为第4位口（PC3PC0）以及高4位口（PC7PC4），它们的工作方式均可以以利用软件编程去改变I/O口。8255A的引脚图如图3.2所示图3.2 8255A引脚图8255A的基本特性：1.8255A芯片中的PA和PB口是两个8位IO接口，PC的高低4位是两个4位并行输入输出端口的接口。2.能满足在CPU与I/O接口之间的数据传输的多种传输要求；3.8255A执行能力很强，有两个命令字(方式字和控制字)，可以由8255A构成不同的接口电路配合外部条件使用，可以提供给更加方便的编程环境给用户使用。 4.8255A的PC口使用的比较特殊，除了用作数据口传送数据外，还可以当做状态口来进行按位控制等；(3)74LS373:图3.3 74LS373引脚8位输入与输出锁存器，引脚功能如下：D0D7 数据输入端OC三态允许控制端（低电平有效）LE 锁存允许端Q0Q7 输出端；同时74LS373也可以用作显示驱动器，提供较大的驱动电流，使数码管的显示效果更好。 5.光电传感器：采用光电传感器作为检测器件。其检测范围大大超过电感传感器、电容传感器和超声波传感器。体积小也是光电传感器的一大优点，外部机壳可以有很多样式，基本上什么地方都可以使用。它的原理图如图3.4所示：图3.4 光电传感器原理图(6)开关电源： 开关电源选用+12V的ATX电源。其提供的能量是离散的。因为，当开关导通的情况下，电源源源不断的将能量提供给负载；当开关断开的情况下，开关电源停止它对负载能量的控制。3.2数据采集电路（信号的识别与检测电路）自动装箱控制系统的数据采集电路主要是将光电传感器与单片机结合在一起，图3.5是它的检测原理图。系统中电源是由单片机所控制的。由用户设定参数，并输入控制器中，单片机将自动生成一系列脉冲信号，这是用来控制半导体激光器。这样半导体激光器发射的激光形成了一系列激光脉冲波，这串激光脉冲就是包含用户信息的一串信号波。当光电传感器检测到此信号波时，再将其转化成一串连续的脉冲信号。但是这个时候信号是没有规则的而且非常的弱，且含有外部杂波等干扰信号。在通过前置放大电路的除噪和放大处理后，此时的信号就可以用来提供单片机工作了，完成相应的译码和判别工作。然后通过比较鉴别，单片机就会收到信号取到自己所该做的事情，同时给设备传去相应的控制信号。图3.5 检测原理框图上面的原理图可能会较为复杂，在我们的论证之后，还可以省略一些部分。分析可知，光电脉冲转换电路可以如图3.6中所示的那样，当光照射到BG1（光敏二极管）时，将生成光电流，这个时候电阻R1的压降快速增加，致使BG2导通。电路里的触发模块是BG3以及BG4组合而成的射极耦合触发器，U0被置于高电位。不然，U0被置于低位。脉冲信号被U0送到本系统计数电路中从而进行计数。图3.6 电脉冲转换电路3.3电机控制电路自动装箱控制系统的控制电路有两部分：一个是信号检测电路，即光电传感器1判断箱体是否到达指定位置，光电传感器2用于装箱产品的计数。另一部分就是传送皮带的电机控制。系统决定采用光电隔离技术，来提高抗干扰的能力。电机的控制方法有很多种，好比固态继电器、SCR可控硅以及大功率场效应管等等，而本系统则是采用了固态继电器。本课题选用的电动机为交流伺服电动机。交流伺服电机其实是一种两相交流电动机。此电机主要为转子部分以及定子部分两个部分。开关电源选用+12V的ATX电源。当开关导通的时候，电源源源不断将大量的能量提供给负载；当开关断开失去电时，开关断开的情况下，开关电源停止它对负载能量的控制。所以，开关电源给提供的能量的性质是离散的。以下主要是介绍传送皮带的电机控制。在图3.7中，AT89C52中的P16口控制传送皮带1的电机，P12口控制传送皮带2的电机。当工作人员按下START键(启动键)后， 单片机开始工作，根据程序设定，P16口将输出高电平，经74LS373增大输出电流，使发光二极管工作，继而导通复合三极管，使继电器开始工作，开关闭合，交流电机1通电，传送皮带1运动，带动箱体运动。空箱随传送带运动到光电传感器1的发射与接收端之间时，如果接收端接收不着发射信号发射光，那么传感器1就会发出一个高电平。当单片机接收到这个高电平之后，P16口会输出低电平，传送皮带的电机又停止。此时单片机P12口输出高电平，启动传送皮带2的电机，带动产品继续不停的运动，使产品掉落在空的包装箱内。当一个个的产品经过传感器2的光源与光电传感器时，光电传感器会输出个高电平。当单片机接收到这个信号之后，在计数器中加1，并送到LCD显示。与给定的产品数进行比较。如果此时的计数值小于给定的产品数，系统继续工作；当此时的计数值等于给定的产品数时，则系统停止工作。切断传送皮带2电机上的电源，接通传送皮带1电机上的电源，使装满产品的包装箱继续传输，同时，下一个空箱继续传输到达指定位置，重复以上叙述的步骤。图3.7 电机控制电路3.4显示电路的设计本系统的显示部分采用的是LED数码管显示，发光二极管（即LED）是一个通电后发光的半导体元器件，具有和普通二极管相同的导电特性。数码管显示器是由多个发光二极管组合而成的一种显示器件，在单片机系统中应用非常普遍。数码管是有8个发光二极管，它们组成的字符可以作为显示器件。显示字符的有7个LED，我们可以命名为，A,B,C,D,E,F,G。还有一个，用作显示数字的小数点，我们命名为G。因此有时候我们也称之为7段发光二极管数码管显示器。发光二极管有共阳极和共阴极两种接法，这是按照其内部结构不同而划分的，对应的是高电平有效和低电平有效。图3.8是两种接法的示意图。如果数字想要显示出来，那么就需要将这个数字相应的段点亮，那么就会需要用到译码。译码则是包括软件译码以及硬件译码。共阳极共阴极图3.8 8段LED数码管的两种接法硬件译码时，电路设计中，在数码管与总线之间，需要添加锁存器，同时提供相应的译码器。译码器将电路中提供的1位十六进制数或BCD码转换为相应的显示段码送给数码管显示（数码管LED需要有驱动器提供较大的电流用于显示）。这种方法只需要用1条输出指令，便可以进行LED的显示。在电路较为复杂的硬件电路中，采用硬件译码就有一定的局限性。因此，硬件译码多用在显示的位数较多或亮度较高要求的场合。在进行软件译码的时候，主要是通过软件查表的方法取代硬件译码。这样，不但硬件上省去了译码器，而且这样能够显示出更多的字符，只使用编辑设定即可，不用考虑硬件译码的限制性。本系统采用的是以软件译码为主的LED数码管接口电路。用软件进行译码，电路图如图3.9所示。(发光二极管一般需要十几到二十几毫安的驱动电流，因此需要在数码管前加上驱动器，因为单纯靠接口提供不了那么大的电流供数码图3.9 LED数码管接口电路管显示器使用，本系统采用的是74LS373进行驱动)。本系统的LED接口电路采用软件译码。因为每个数码管的LED的显示段的连接方式是并联的，所以在同一个时刻，每个数码管显示的都是同一个字，没有办法将多个字符显示出来。为了能够体现出多个字符，我们可以采用LED的动态显示方法，挨个并且循环的点亮各个位的数码管，每位所显示的时间大约为1.2ms左右，因为人自身存在着视觉暂留效应，这就让人看着好像是在同时显示不同的字符一样。为了能够使数码管实现动态显示数，不是只要为数码管提供能过显示的段码就可以的，与此同时，LED数码管位选也是必须要有的，即“段选”以及“位选”。所以当显示电路中需要多位的LED数码管的时候，就需要有一个用于输出显示的段码以及一个用于输出位选信号的段码。所谓的“位选”是对LED公共端的控制，数码管的位数要与位选信号的数量一致。因为系统中需要显示3位数需要有3个位选信号。3.5音频报警电路的设计本系统的报警电路的设计比较简单，采用压电蜂鸣器作为报警电路中的发音部分。压电蜂鸣器结构简单，在两根引线上加上5V左右的直流电压，就能产生频率约为3kHz左右的尖锐报警声音。和电磁式蜂鸣器相比，压电蜂鸣器不仅结构简单，而且耗电也少，在单片机系统中更为常见。压电式蜂