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1、产品自动装箱系统设计摘要在许多产品的生产过程中，常常需要对产品进行计数、装箱。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。本文设计了一种以8086单片机为核心的产品自动装箱系统，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装箱。为了读键盘给定值及检测和控制，专门扩展一个8255A（P259）可编程并行接口、SRAM6116(2K*8静态随机存取存储器)程序存储器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外线擦除标准EPROM)（P65）。扩展的8255A的B口用于给定值或产品计数显示。对产品自动装箱系统进行全面的
2、论述和系统设计。关键词：自动装箱控制；单片机；产品计数目录1 绪论11.1 课题背景及目的11.2 工业控制的研究现状11.3 自动装箱控制系统的设计意义21.4 设计的内容及功能要求32 自动装箱控制方案论证52.1 控制方案列举分析及确定52.1.1 机械式的顺序控制52.1.2 继电器顺序控制(RLC)52.1.3 二极管矩阵式顺序控制器62.1.4 用计算机的顺序控制62.1.5 可编程序顺序控制器62.1.6 用单片机实现顺序控制72.2 自动装箱系统配置方案82.2.1 单片机微型计算机类型及相应芯片、总线的选择82.2.2 检测原理及传感器选择82.2.3 输入输出设备的选择92
3、.2.4 电机类型及其控制方案的选择92.2.5 确定自动装箱控制系统总体方案103 控制系统硬件设计123.1 微机系统硬件设计123.2 控制电路设计143.2.1 信号检测(数据采集)电路143.2.2 电机控制电路的设计153.2.3 显示电路设计163.2.4 报警系统的硬件设计173.2.5 给定值电路设计184 软件设计194.1 程序流程图194.1.1 主程序的设计及其流程图194.1.2 动态显示子程序流程图214.1.3 中断子程序流程图214.1.4 报警子程序设计224.2 系统内存单元分配225 结论23参考文献24致谢25附录26附录A 27附录B 28附件 1
4、开题报告附件 2 译文及原文复印件1 绪论1.1 课题背景及目的在工业生产过程中,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。本设计介绍一种以8086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。在工业自动化体系中，一个重要的角色就是工业控制计算机，即IPC。或者叫产业PC。工业控制计算机是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。传统意义上，将用于工业生产过程的测量、控制和管理的计算机统称为工业控制计算机，包括计算机和过程输入、输出通道两部分。但今天的工业控制计算机的内涵已经远不止这些，其应用范围也
5、已经远远超出工业过程控制。1.2 产品自动装箱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。装箱行业中自动化操作正在改变着装箱过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。产品自动装箱系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。 具有革命意义的自动化浪潮改变着自动装箱的方方面面。优秀的产品自动装箱系统，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。尤其是在食品、饮料、药品、电子等行业，这点都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得
6、到更广泛的应用。1.4 设计的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：检测器2检测器1传送带1传送带2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，及包装箱传送带和产品传送带。包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。为使空箱恰好对准产品传送带的末端，以便使产品刚好落入箱中，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。产品传送带将产品从生产车间传送到包装车间。当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由光电检测器2转换成
7、计数脉冲。产品计数可以由硬件完成(如8086单片机中的定时器/计数器)，也可以用软件来完成。本系统采用软件计数方法。系统工作步骤如下：(1)用键盘设置每个包装箱所装的产品数量以及包装箱数，并分别存放在PARTS和BOXES单元中。(2)接通电源，使传送带1的驱动电机转动。由控制程序控制传送带1的驱动电机持续运动，当包装箱运行到检测器1的光源和传感器的中间时，通过检测光电传感器的状态，判断传送带1上的包装箱是否到位。(3)当包装箱到位时，关断电机电源，使传送带1停止运动。(4)启动传送带2电机，使产品沿传送带向前运动，并转入箱内。(5)当产品一个一个落下时，通过检测器2的检测，将产生一系列脉冲信
8、号。(6)从检测器2来的输出脉冲，由单片机进行计数，并不断地与存在PRESET单元中的给定值进行比较。(7)当产品数与给定值不等时，将继续控制传送带2运动，以便继续装入产品，直到零件数与给定值相等，停止传送带2的驱动电机，不再传送产品。(8)再次启动传送带1的电机，使装满产品的箱子继续向前运动，并把存放箱子数的内存单元加1，然后再与给定的箱子数进行比较。如果不够，则带动下一个空箱到达指定位置，继续上述过程。直到产品数与给定值相等，停止包装，等待下面操作命令。当传送带2上的产品和传送带1上的箱子足够多时，这个过程可以继续不断进行下去,这就是产品自动包装生产线的流程。必要时操作人员可以随时通过停止
9、(STOP)键停止传送带运动，并通过键盘重新设置给定值，然后再起动。2 自动装箱控制方案论证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：2.1.1 机械式的顺序控制用分配轴上的凸块去控制电器开关、液压或气压阀门实现的一种顺控。2.1.2 继电器顺序控制(RLC)传统的顺序控制使用继电器组成的逻辑(Relay Logic Circuit，简称RLC)，2.1.3 二极管矩阵式顺序控制器这种顺序控制器是利用二极管(或三极管)来改变控制顺序，是由
10、输入、输出和矩阵组成的一种组合逻辑电路。2.1.4 用计算机的顺序控制计算机具有功能完备、灵活性强和通用性广、可组织批量生产等优点，但需要较多的外围设备，价格昂贵，这大大限制了它在工业控制中的使用范围，加上它的原理复杂，增加了利用和维护的难度，导致普及推广进程缓慢。虽然它完全能用于顺控，单用作简单控制时不太合算，故也不适宜本系统。2.1.5 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Programmable Logic Controller (可编程控制器)，简称PLC.。2.1.6 用单片机实现顺序控制单片机具有下面一些特性：体
11、积小：由于单片机内部集成了计算机的基本功能部件，能满足很多领域对硬件的功能要求，因此由单片机组成的应用系统结构简单、体积特别小。可靠性高：单片机内CPU范围存储器、I/O接口的信息传输线(即总线地址总线、数据总线和控制总线)大多数在内部，因此不易受外界的干扰；另一方面，由于单片机微机体积小，在应用环境比较差的情况下，容易采取对系统进行电磁屏蔽等措施。所以单片机应用系统的可靠性比一般的微机系统高得多。性价比高：由于单片机的大批量生产，及其已非常成熟的制造工艺，所以成本很低，加上单片机的功能性能不断的完善，种类型号的增加，其应用系统的印版小、接插件少、安装调试简单等一系列原因，使单片机应用系统的性
12、能价格比高于一般的微机系统。控制功能强：单片机像计算机一样是面向控制，它的实时控制功能特别强，CPU可以直接对I/O口进行各种操作(输入/输出、位操作以及算术逻辑操作等)，运算速度高，最高可达16MHZ。而且单片机对实时事件的响应和处理速度快。使用方便：由于单片机内部功能强，系统扩展方便，因此应用系统的硬件设计非常简单，又因为市场上提供多种多样的单片机开发工具，它们具有很强的软硬件调试功能和辅助设计的手段。这样使单片机的应用极为方便，大大的缩短了系统研制的周期。功耗低：由于单片机集成度高，相应其功耗相对于同功能的其他设备功耗低了很多。单片机以上的特性，缩短了单片机应用系统研制到真实产品的过渡过
13、程，使科研成果迅速转化成生产力。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，我们开始进行硬件配置。2.2.1 单片机微型计算机类型及相应芯片、总线的选择单片机类型：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、性能较高的16位高性能Inter系列8086芯片。由于系统需要较多接口，所以必须进行接口扩展，在这里由
14、于系统需求需要扩展数据储存器用SRAM6116扩展。8155的扩展的I/O口较少，所以采用有较多的I/O接口的8255A芯片而不采用8155芯片进行接口扩展。另外，还采用2732进行程序存储器扩展。总线：由于采用标准总线有良好的兼容性。因为标准总线的严格定义，所以不同的厂家生产的产品都能兼容得很好。选择不同的模块组成系统，系统的扩展容易，硬件设计简单。在工业控制中，较常见的是STD总线，它采用小板结构模块化设计(适用于不同要求的微机系统)。面向I/O设计、可靠性高。所以在这里选择STD总线作为系统总线。2.2.2 检测原理及传感器选择先看一下本系统所需的检测，判断的对象：(1)判断空箱是否到位
15、。判断空箱是否到位的方法是利用光电传感器进行检测，与相比较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。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。判断箱子是否已装满产品的方法为对产品进行计数：当数量达到要求时就做出箱子已装满的判断，计数的方法为光敏电阻照射，原理参照上段判断(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)显示设备的选择显示设备采用发光二极管显示器LED(Light Emitting Diode)显示。和采用液晶显示器LCD(Liquid Crystal Diode)显示相比。前者是既简单又廉价的显示输出设备，是目前应用最广泛的显
