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1、基于单片机的自动计数与装箱控制系统设计 摘要在工业生产中，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。本论文设计了一种以 8031 单片机为核心的流水线产品计数及装箱控制系统，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装箱。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*8 200ns 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：装
2、箱；自动控制；单片机BASED ON MICROCOMPUTER SINGLE CHIP OF AUTOMATIC COUNTING AND RESTRAINING BOXESABSTRACTDuring the modern industrial production process, the product needs to count and pack. If this work replaces by the man-power, the efficiency is low and the labor intensity is big. Along with the populariz
3、ation using of microcomputer, specially the using of microcomputer single chip, it has brought enormous convenient for this system design. In this paper, it introduces the central of 8031 microcomputer single chip, Which count accurately and pack in the automatic production stream-lines. In order to
4、 read keys and detect signals. this system expand programmable I/O memory 8255A and procedure memory 2732. Port B are used for provided value and displaying count of products. At the same time discussing the system of automatic packing and the system design. Key Words：boxes; automatic control ; micr
5、ocomputer single-chip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
6、输出设备的选择.92.2.4 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
7、.24致谢.25附录.26附录 A .27附录 B .28附件 1 开题报告附件 2 译文及原文复印件第 1 页 共 35 页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 8031 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。工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术。主要包括工业自动化软件、硬
8、件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为 20 世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率的问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。工业生产过程中广泛应用了工业控制自动化技术，来实现对1工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，以达到提高产品的品质和产量、降低生产消耗、确保安全等目的。控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术的应用，极大地推进了工业控制自动化技术的发展。工业自动化体系主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。作为 20 世纪现代制造领域中最重要的技术之一，工业控制自动化技术主要解决生产效率的问题。自动化系统与计算机信息
9、科学的紧密结合，给工业生产过程带来了新的技术革新。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，其应用范围也已经远远超出工业过程控制。1.2 工业控制的研究现状当今工业控制多以集散控制、PLC、现场总线为主体，实现了生产过程控制和生产管理集于一体化。进入二十一世纪，国际上一种“新型自动化控制系统”的兴起，进一步使工业控制向着智能化方向发展。在工
10、业生产过程中，引进了集散系统，习惯上称之为集散系统或DCS。这种系统第 2 页 共 35 页将计算机技术引入到过程控制系统中,利用单元组合仪表及计算机系统的优点,用软件组成各种功能模件,并用CRT显示温度、压力、液位、流量、成分等等过程参数,通讯网络把二者连成一个系统。因此DCS的一个显著特点是各工艺现场由现场控制站进行分散控制,各个分散控制得到的信息由管理站集中管理,同时根据生产工艺要求管理站对现场控制站进行集中控制,即信息和操作管理集中化而控制分散化。分散是指功能分散、负荷分散和危险分散,危险分散是DCS系统的主要特征之一。DCS在工业生产过程中的使用较为广泛，发展势头很大，具有较为广阔的
11、应用前景。逻辑顺序控制从继电器发展为采用数字化逻辑顺序控制系统,从而产生了可编程控制器(Programmable Logic Controller ),俗称PLC。可编程控制器采用梯形图或布尔代数实现控制程序的编制。与继电器相比,不仅体积小,而且无火花运行,安全可靠,在现场的安装调试都比较简单,很少由于地线出现故障而烧坏控制器。从80年代后期开始,PLC的制造厂家为适应市场需求加进一些模拟量的采集和控制,并和传动控制相配合,在绝大多数情况下都是以单机设备销售,系统集成由最终用户或工程公司完成。现场总线是开放式工业自动化控制系统,是连接设置在工业过程现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、
12、串行、双向、多站通信网络系统。现场总线技术是一项高科技、高水平、高难度的自动控制系统工程,对化工、石化、冶金、电力、制药等各领域的发展将起到十分重大的作用。1.3 自动装箱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。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。实现自动控制的集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。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。显然，自动装置(机械手或机器人)的选择取决于这一过程的需求及特性。
13、依据定义，一个自动装置即能通过自动控制或遥控方法完成任务的一台机器或一个机构。它可以是简单的，例如，从一个位置移向另一位置的一种单轴结构的气动压力联动装置，也可以是复杂的。例如，具有六轴结构的能动外科手术的机器人。包装过程的各个项目选择以及各类工业自动化机构，可以在一个具体工作场所的空间范围内，使每一个设第 3 页 共 35 页计方案完成一项任务。自动控制的包装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
14、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：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
15、器 1，用以检测包装箱是否到位。产品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。产品计数可以由硬件完成(如 MCS-51 系列单片机中的定时器/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检测器 2检测器 1传送带 1传送带 2第 4 页 共 35 页和 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
16、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号。(6)从检测器 2 来的输出脉冲，由计算机进行计数，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 电机，不再转入产品。(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(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。第 5 页 共 35 页2 自动装箱控制方案论证2
