自动计数与装箱系统设计.docx
- 文档编号:29238822
- 上传时间:2023-07-21
- 格式:DOCX
- 页数:61
- 大小:618.27KB
自动计数与装箱系统设计.docx
《自动计数与装箱系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动计数与装箱系统设计.docx(61页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
自动计数与装箱系统设计
毕业设计(论文)
题目:
自动计数与装箱系统设计
学生姓名:
学号:
班级
:
专业:
指导教师:
2016年10月
自动计数与装箱系统设计
学生姓名:
张三
学号:
2008200200200
班级:
2002020202020
所在院(系):
电气与信息工程学院
指导教师:
李四
完成日期:
0000年0月
毕业设计(论文)任务书
电气与信息工程学院自动化专业10-01班
题目
自动计数与装箱系统设计
任务起止日期:
2014年3月19日~2014年6月15日
学生姓名张三学号00000000000
指导教师李阿四
教研室主任2014年月日审查
院长2014年月日批准
一、毕业设计(论文)任务
课题内容
为某厂设计自动装箱控制系统,该系统被控对象是两个传送带:
包装箱传送带和产品传送带,由两个马达控制产品的计数和装箱,采用微型计算机进行自动控制。
主要内容:
对产品进行装箱和自动计数,一箱装满后由马达传送空箱继续进行产品计数和装箱,周而复始。
课题任务要求
1.了解系统工作流程。
2.对控制方案进行论证,并说明方案优、缺点。
3.系统硬件总体方案设计。
4.系统硬件电路电路设计:
微机系统、信号检测电路、马达控制电路、给定值电路、显示电路。
5.系统软件总体方案设计。
6.控制系统软件设计:
主程序、中断服务程序。
课题完成后应提交的资料(或图表、设计图纸)
1.设计说明书;2.硬件电路图;
3.程序框图;4.程序清单;
主要参考文献与外文翻译文件(由指导教师选定)
[1]于海生.微型计算机控制技术[M].北京:
清华大学出版社,1999.
[2]曹承志.微型计算机控制新技术[M].机械工业出版社,2001.
[3]何立民.MCS-51单片及应用文集[M].北京:
北京航空航天出版社,1993.
[4]胡汉才.单片机原理技接口技术[M].北京:
北京航空航天出版社,1993.
[5]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[M].北京:
北京航空航天出版社,2003.
[6]罗亚非.单片机应用基础[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2005.
[7]王晓明.单片机控制[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2002.
[8]钟寒梅.电源系统的设计[J].国外电子元器件,2002,09(12A):
15-23.
[9]刘辉.流水线产品计数及包装微机自动控制[J].计量与测量技术,2000,20(10A):
5-14.
[10]叶澄清.微型计算机应用系统及其应用[M].杭州:
浙江大学出版社,1997.
[11]涂时亮.单片微机控制技术[M].上海:
复旦大学出版社,1994.
[12]杨立.微型计算机原理与接口技术[M].北京:
中国铁道出版社,2003.
[13]彭楚武.微机原理与接口技术[M].湖南:
湖南大学出版社,2005.
[14]INTEL.CORP.8-bitEmbeddedcontrollerhandbook,1989.
[15]SmartBatterySystemSpecifications,SYSTEMMANAGEMENTBUSSPECIFICATION.Revision1.08.September15.1998.
同组设计者:
注:
1.此任务书由指导教师填写。
如不够填写,可另加页。
2.此任务书最迟必须在毕业设计(论文)开始前一周下达给学生。
3.此任务书可从教务处网页表格下载区下载
二、毕业设计(论文)工作进度计划表
序号
毕业设计(论文)工作任务
工作进度日程安排
周次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
毕业实习
2
搜集、整理、消化有关资料,外文翻译、方案论证、开题报告。
3
确定方案,选择元、器件,进行硬件设计、制作。
4
软件设计。
5
撰写报告,打印文稿
6
根据指导教师进行修改、定稿、打印、装订。
准备答辩。
7
答辩
8
善后
9
注:
1.此表由指导教师填写;
2.此表每个学生人手一份,作为毕业设计(论文)检查工作进度之依据;
3.进度安排请用“一”在相应位置画出。
三、学生完成毕业设计(论文)阶段任务情况检查表
时间
第一阶段
第二阶段
第三阶段
内容
组织纪律
完成任务情况
组织纪律
完成任务情况
组织纪律
完成任务情况
检
查
记
录
教师
签字
签字日期
签字日期
签字日期
注:
1.此表应由指导教师认真填写。
阶段分布由各学院自行决定。
2.“组织纪律”一档应按《长沙理工大学学生学籍管理实施办法》精神,根据学生具体执行情况,如实填写。
3.“完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。
包括优点,存在的问题与建议
4.对违纪和不能按时完成任务者,指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。
四、学生毕业设计(论文)装袋要求:
1.毕业设计(论文)按以下排列顺序印刷与装订成一本(撰写规范见教务处网页)。
(1)封面
(2)扉页
(3)毕业设计(论文)任务书(4)中文摘要
(5)英文摘要(6)目录
(7)正文(8)参考文献
(9)致谢(10)附录(公式的推演、图表、程序等)
(11)附件1:
开题报告(文献综述)(12)附件2:
译文及原文影印件
2.需单独装订的图纸(设计类)按顺序装订成一本。
3.修改稿(经、管、文法类专业)按顺序装订成一本。
4.《毕业设计(论文)成绩评定册》一份。
5.论文电子文档[由各学院收集保存]。
学生送交全部文件日期
学生(签名)
指导教师验收(签名)
自动计数与装箱系统
摘要
伴随着经济的发展和人类的需要,现在的工厂和车间每天都要生产数以万计的产品。
在过去还可依赖人工纸笔计数,现在由于数量庞大加上生产速度之快这种人工计数的方式已无法达到良好的实时性与准确性。
因此自动计数系统已成为现今工业生产不可或缺的一部分。
然而一个优良的自动计数装箱系统必须拥有良好的数据采集方式和完善的控制系统。
本论文设计一个以8051单片机为核心的流水线产品计数及装箱控制系统。
单片机的发展为工业生产及社会生活带来了很大的方便。
单片机已经在工业过程控制、机床控制等方面得到广泛的应用。
在工业生产中,常需要对产品计数、包装。
人工完成麻烦,且效率低,单片机的应用给这类系统的设计带来了方便。
单片机体积小、性能高、可靠性高的特点可为这类系统提高效率,且降低成本。
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。
本系统中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EPROM2764。
扩展的8255A的B口用于产品计数显示。
对微型机控制装箱系统进行全面的论述和系统设计。
此自动计数与装箱系统弥补了传统装箱系统的不足,具有高效、实时、准确、抗干扰等特点。
能够广泛的应用于工厂、车间,实现计数过程的自动化,大大提高了生产效率,能为企业带来更高的效益。
关键词:
单片机;计数装箱系统;光电传感器
附件一:
开题报告
附件二:
译文及原文影印件
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。
本设计要求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。
由于科技的发展,生产操作的自动化在各个领域都得以普及和推广。
自动计数与装箱系统更是许多工业生产厂不可或缺的一部分。
而一个优良的自动计数与装箱系统必须拥有良好的数据采集方式和完善的控制系统。
因为只有拥有良好的数据采集方式才能保证数据的实时性与准确性,拥有完善的控制系统才能保证整个操作过程有条理且高效率的运作。
1.2自动计数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。
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。
自动计数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,自动装置的选择取决于这一过程的需求及特性。
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,使每一个设计方案完成一项任务。
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。
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。
1.3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计数与装箱系统,其原理图如图1.1所示。
图1.1自动计数与装箱系统原理图
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[4],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,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)预置设定:
用键盘分别设置每个包装箱所装的产品数和包装箱数,并分别存放在PORTS和BOXES单元中。
(2)箱体检测:
接通电源,使传送带1的传动电机启动,传送带上的包装箱随之位移。
当包装箱随着传送带移动到传感器1的检测位置时,传感器有输出信号,由它可以判断出包装箱是否到位。
(3)箱体到位:
当传感器判断出包装箱到位并输出控制信号时,系统立即关断包装箱传送带电机电源,使传送带1停止运动,实现了箱体到为控制。
(4)产品装箱:
启动传送带2的传动电机,使产品随传送带2运动,并装入箱内。
(5)产品计数:
在产品装箱的同时,随产品一个个地落入箱内,传感器2便输出一系列反映产品数量的脉冲信号,供计数器个、和控制器用。
(6)计数比照:
产品计数脉冲输入到单片机系统之后,由单片机记数,并不断与存储器在PRESET单元中的给定值进行比较和对照。
(7)满箱控制:
当装箱的产品数量小于已经设定的产品给定值时,传送带2继续运转,产品继续装如包装箱;当产品数量等于给定值时,表明产品满箱,传送带2停止运行,产品装箱停止。
(8)箱数比较:
控制系统再次启动传送带1的传动电机,使装满产品的箱子向前移动,并把存放箱子数的内存单元中加1,然后再不断的与存放箱子的数量进行比较。
(9)箱数控制:
如果单片机控制系统内存单元的箱子数值小于预置数量,则传送带1带动下一个空箱到达指定位置,继续重复上述过程;如果箱子数与预置数相等,将停止包装,等待新命令。
2系统方案论证
2.1控制方案列举分析及确定
在这个系统中,可以看到上面对系统的需求分析:
在生产过程中的机器,以确定连续开和闭,为顺序控制序列。
顺序控制是工业生产中一种比较典型的控制方式。
因为一个产品的生产过程,实际就是按一定顺序和一定工艺要求进行加工的过程。
不论产品多么复杂,总可以把产品分解为若干零部件,每个零部件的加工又可以分解为若干个流程。
顺序控制一般有以下几类控制。
2.1.1PLC顺序控制
PLC可编程序控制器其实就是工业控制计算机,用以取代传统的中间继电器、时间继电器、计数器等,并具有一切计算机控制系统的功能。
目前PLC已成为工业控制的标准设备,其应用面几乎覆盖了整个工业企业,广泛应用于化工、石油等企业的现代过程控制中。
其优点如下:
(1)具有高可靠性。
PLC在硬件方面采用了较先进的电源,用以防止由电源回路串入干扰。
其内部采用了电磁屏蔽,以防辐射干扰。
而外部输入/输出电路则一律采用光电隔离,加上常规滤波和数字滤波;软件方面设置了警戒时钟WDT、自诊断等措施。
(2)灵活性高、扩展性好、通用性强。
它采用程序使得硬件软件化,对于不同的控制系统,只需改变程序即可,因而通用性强。
而且现场接口容易,设计周期短。
(3)功能强。
PLC具有自诊断、监控和各种报警功能既可完成过程控制,又可进行闭环回路的调节控制,而且在将来的工控领域,可以说是无所不能。
2.1.2系统机的顺序控制
近年来,随着计算机技术的迅猛发展,以系统机及其相应接口板卡组成的顺序逻辑控制系统的应用越来越广。
控制面板的软件技术、编程的可视化技术、软件模块化技术等的综合应用,使系统机顺序逻辑控制系统具有使用方便灵活、移植性好、维护容易、开发周期短、成本低、柔性度高等众多优点。
虽然它完全能用于顺控,单用作简单控制时经费要求高,故也不适用于本系统。
2.1.3单片机实现顺序控制
顺序控制器的设计,一般采用PLC、工控机和单片机来实现,而单片机作为一种低成本实现方式,在小型控制装置中得到了广泛的应用。
顺序控制一般进行开关量的控制,检测量也是开关量,一般单片机都提供了I/O口,如8051兼容型有4个8位I/O口,可以配置成16/16、20/12、8/16等应用形式,如I/O点资源不足,可以用8255进行扩展。
且单片机具有下面一些特性:
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。
综上所述,采用单片机实现控制的方案将容易实现。
所以采用单片机控制系统来实现系统自动计数和装箱的控制。
3系统总体设计及工作原理
3.1系统总体设计
本系统共有硬件和软件两部分组成。
其中软件设计主要由主程序、定时器中断程序、显示子程序。
硬件外围电路由键盘输入电路、复位电路、晶振电路、晶振电路、电源电路、检测电路、显示电路、报警电路和电机控制电路组成。
其系统原理框图如图3.1所示。
驱动电路
8051单片机
键盘输入
复位电路
显示电路
报警电路
电源电路
检测电路
电机控制电路
图3.1系统原理框图
晶振电路
单片机采用的是8051,控制单片机引脚的高低电平传到报警电路控制报警。
系统采用3个共阴极八段LED数码管实现动态显示,并且选择74HC573芯片作为3位数码管的位选芯片,由单片机P0口控制74HC573芯片的地址输入,通过74HC573芯片的输出信号控制显示3位数码管。
3.2工作原理
本设计采用在设计中以8051单片机作为控制部件,并使用光电传感器,发射器和接收器分别置于流水线两侧。
其工作原理图如3.2。
系统工作时在流水线的传送带上不断有产品被单向传送,产品之间有较大的间隔。
如果流水线上没有产品通过,发射电路产生的红外光就会一直照射在光敏三极管上,使得光敏三极管导通,使发射级输出高电平;如果有产品通过,则发射电路产生的红外光会被产品遮挡住,照射不到光敏三极管上,使三极管由导通状态变为截止状态,使发射级输出低电平,从而产生一个负脉冲。
产生的负脉冲经过整形后作计数脉冲送至单片机,把这个脉冲输入作为单片机定时器/计数器T0的计数脉冲。
这样,每当有一个产品通过传感器的时候都有一个负脉冲产生,使计数器自动加1,当经过指定数量的产品时就会使计数器溢出,并向CPU产生中断,通过中断程序的执行送出一个包装控制信号以带动打包机械机构做出相应的动作。
图3.2光电检测计数原理图
4硬件的设计
4.1微机系统的设计
4.1.1单片机电路
单片机的选择MCS—51系列单片机是8位机的代表,其中8051单片机是Intel公司MCS—51系列的一种,总共40个引脚,4个8位双向I/O,其中PORT3除了可以当做I/0还具有特殊功能。
本设计中的8051单片机电路如图4.1所示
图4.18051单片机
图中的接口具体使用如下:
(1)P0:
可做一般I/O使用,当作输入或输出时应在外部接提升电阻,外部内存扩充时,当作资料总线(D0~7)及位址总线(A0~7)。
由ALE接脚输出信号分时复用。
本系统中直接与8255A的D0口相连。
(2)P1:
一般I/O使用,内部设有提升电阻。
(3)P2:
一般I/O使用,内部也有提升电阻,外部内存扩充时,当作位址总线(A8~15)使用。
(4)RESET:
此引脚用于设计复位电路,本系统中的复位电路由一个10K电阻和10μF电容以及一个复位开关构成。
(5)PSEN:
当作程式储存致能外部程式内存之读取脉波,在每个机械周期会动2次。
系统中外接EPROM2764,此脚与ROM的/OE脚连接。
(6)EA/VPP:
接高电位时,读取内部程式内存;接低电位时,读取外部程式内存。
直接与+5V电源相接。
(7)XTAL1,XTAL2:
接石英晶体振荡器。
系统C1和C2为30pF,晶振的频率选择为11.0592MHz。
4.1.28255A芯片
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)。
其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255内部结构分为3个部分:
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分,图4.2所示。
图4.28255A内部结构
8255作为主机与外设的连接芯片,必须提供与主机相连的3个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口,其中PA口读入键盘的给定值,PB口用于产品计数显示,PC口低四位设为输出方式,其中PC0控制传送带1的电机,PC1控制传送带2的动力电机,PC2控制电路安全导通时的提示电路,PC3控制报警电路。
4.1.32764芯片
2764是8K*8字节的紫外线镲除、电可编程只读存储器,单一+5V供电,工作电流为75mA,维持电流为35mA,读出时间最大为250nS,28脚双列直插式封装。
各引脚的含义为:
A0-A12为13根地址线,可寻址8K字节;D0-D7为数据输出线;CE为片选线;OE为数据输出选通线;PGM为编程脉冲输入端;Vpp是编程电源;Vcc是主电源。
正常工作(只读)时,Vpp=Vcc=+5V,/PGM=+5V。
编程时,Vpp=+25V(高压),/PGM端加入宽度为50ms的负脉冲。
4.1.474HC573芯片
74HC573是八进制3态非反转透明锁存器。
器件的输入是和标准CMOS输出兼容的。
当锁存使能端为高时,这些器件的锁存对于数据是透明的,输出同步。
当锁存使能变低时,符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。
输出能直接接到CMOS,NMOS和TTL接口上;操作电压范围:
2.0V-6.0V;低输入电流:
1.0uA;CMOS器件的高噪声抵抗性。
表4-174HC573功能表
输入
输出
输出使能
锁存使能
D
Q
L
H
H
H
L
H
L
L
L
L
×
不变
H
×
×
Z
H=高电平,L=低电平,×=不定,Z=高阻态。
4.2信号检测电路的设计
4.2.1数据采集方式的选择
在数据采集的方式上常见的有利用A/D(模数转换)芯片、编码器、电感式接近开关、电容式接近开关、光电传感器采集数据。
本次设计采用光电传感器采集数据。
由于光电传感器的敏感范围远远超过了电感、电容、磁力、超声波传感器的范围,此外光电传感器的体积很小,而敏感范围很宽,加上机壳有很多样式,几乎可以到处使用。
光电传感器是利用被检测物体对光束的遮光或反射,由同步回路选通而检测物体的有无,其物体不限于金属,对所有能反射光线的物体均可检测。
其结构如图4.3所示。
图4.3光电传感器结构图
光电传感器的优点是光电器件响应快,结构简单,使用方便,可以实现非接触测量,具有较高的可靠性和可行性。
光电传感器的检测距离是接近开关不能相比的,采集对象不局限于金属[5],对其他物体均可检测。
采用这种红外光电传感器,进行非接触式检测。
当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时,传感器将会输出一个低电平,而当没有物体挡在中间时则输出为高电平,从而形成一个脉冲。
4.2.2电路设计
本系统的信号检测电路,如图4.4所示。
图4.4信号检测电路
通过光电传感器1来检测传送带上箱子到位,传感器2检测产品数量。
本设计采用欧姆龙公司生产的E3X-DA-S/MDA光电传感器。
电路中的R5和R9起保护光电传感器的作用。
传感器1和2产生的负脉冲经过整形后作计数脉冲送至单片机,把这个脉冲输入作为单片机计数器T0和T1的计数脉冲。
其中T0计数值
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动 计数 装箱 系统 设计