包装生产线控制系统的研究毕业论文说明书.doc

河南理工大学毕业论文说明书摘要在啤酒、饮料等连续生产线上，常常需要对其产品进行计数，包装。随着微机的日益普及，尤其单片机的应用，在一定程度上减小了工人的劳动强度，从而提高了生产效率。放眼世界，包装机械总的趋势是提高自动化、提高生产率、提高柔性灵活性，并与当前最新的技术相结合，进而实现机电一体化控制，提高包装机械的自动化程度及运行可靠性和稳定性。本论文选取包装生产线上中产品的自动装箱这个环节为研究对象，通过两条包装及产品传送带的传送完成。选用at89s51单片机为核心，通过用8255a扩展i/o实现键盘及显示、报警、检测功能。首先在键盘输入数值，采用四位led显示并通过控制两台伺服电机的运动，将产品送入纸箱并包装然后运走。其系统的关键是在包装箱到达的时刻，检测器能准确的输入信号使传送带能在纸箱刚好到达产品传送带的同时停止，并能在装满的同时将空箱及时的到达并将装满的箱子运走。关键词：电机控制； 自动装箱； at89s51单片机；abstractduring the modern industrial production process of beer or drink, the products usually need to count and pack. with the popularity of microcomputer, particularly the using of single-chip computer, and to a certain degree it has brought enormous convenient: work replaces by the control of the single-chip computer, the efficiency is high and the labor intensity is small. open our eyes to the whole world, packaging machinery general trend is to increase the automation, raise productivity, improve the flexibility, with current combination of the lastest technology, to realize the electrical control and to improve the automation of packaging machinery and the operational reliability and stability. in this paper, product packaging production line of automatic packing in this part of the study, completed by two belt transmission. it introduces the central of 89s51 single- chip computer, which count accurately and pack in the automatic production stream-lines. in order to read keys and detect signals, this system expands the i/o memory 8255a. port b is used for provided value and displaying count of products. by controlling two servo motor and packaging the product into the carton and then shipped out.the system is the key moment in the box to reach the detector can accurately input signal to reach the conveyor belt products in carton conveyor belt at the same time just stops, and can fill the empty box, while the arrival time will be filled box removed.keywords: automatic control; boxes; at89s51 single-chip computer毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目录1 绪论11.1 题目的来源及课题意义11.2 研究现状及发展趋势11.3 本论文的主要工作32 设计方案42.1 控制系统的工作原理42.2 自动装箱系统的流程42.3 自动装箱系统的基本结构框图52.4 主要器件的选择53 硬件电路设计103.1 at89s51的最小系统103.2 单片机i/o口的扩展113.3 电机控制电路设计123.4 检测电路及光报警电路设计133.5 键盘电路设计153.6 显示电路设计184 软件设计224.1 系统主程序框图224.2 输入给定值中断程序流程图244.3 显示电路的子程序流程与程序设计25结 束 语26参考文献27致 谢28附 录291.系统原理图292.程序3038河南理工大学毕业论文说明书1 绪论1.1 题目的来源及课题意义在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起这愈来愈重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，自动化水平也越来越高。自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律运行。在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，倘若这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不适合现代化的生产需要，并且加重了工人的劳动强度。为了适应现代化工业的发展，对有些产品进行大规模生产，需要对其进行计数、包装，就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用它来代替人工完成这些繁杂的工作。自动化技术的提高能大幅度的提高了经济效益，进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平，这在包装业中表现的特别明显。这样使得整个自动装箱的流程工作的效率大大提高，整个过程又快又稳。1.2 研究现状及发展趋势在工业生产过程中,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。之前去一些大的生产企业参观实习，一进生产车间，你往往会看到有好多的生产流水线，由于采用自动控制系统，不需要太多人力的投入，避免了人才的浪费。因此你会发现车间工作人员很少。但一条先进的控制系统想引进来，并不容易。像国外的话，买一个自动化控制系统需要大量资金的投入，这要看你公司的经营状况了。另外技术人员还必须派出去学习新的设备的使用及日常维护。细算下来，这是一笔不小的资金投入。在我们国家，像这样的大企业还不多。每到寒暑假，在校园中你在不经意间就会看到公告栏粘贴了不少去广州、上海工厂做一线工人的广告。也许现在注册一个公司所需的钱太少了吧，走在大城市的街道上，你会发现有好多挂着什么什么公司的牌子。有的可能只是一间小小的门面房。做流水线工人要求不高，天天加班做同样的工作，超负荷的工作强度不免在工作的过程中出现失误。怎样避免这种问题的发生呢？本论文选取了包装生产线中的自动装箱的微机控制系统为研究对象，采用自动控制技术来实现其功能。以at89s51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。微机计算机的发展，促进了工业控制的进步。而单片机是应用在工业控制和智能化系统中最多的一种模式。这种模式的最大特点就是设计者可以根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，因而更加方便、更加灵活，并且成本也不高。基本方法是在单片机的基础上扩展一些接口电路，以实现相应模块的功能。如用于a/d、d/a转换接口，用于人机对话的键盘处理接口。led和lcd显示接口，用于输出控制的电机、步进电机接口等。然后再开发一些应用软件，即可组成完整的单片机系统。与微型计算机相比，单片机具有以下特点：（1）集成度高，功能强。微型计算机的cpu、ram、rom以及i/o接口分别集成在不同的芯片上，然后再由几个芯片组成一台微型计算机。而单片机则是把其各组成部分都集成在一个芯片上。（2）结构合理。单片机大多采用harvard结构。这是数据存储器与程序存储器相互独立的一种结构。采用这种结构有两点好处：一是存储量大，二是速度快。（3）抗干扰能力强。由于单片机的各种功能部件都集成在一个芯片上，特别是存储器也集成在芯片内部，因而布线短，数据大都在内部传送，所以不容易受到外界的干扰，从而增强了抗干扰的能力，使系统运行更可靠。（4）指令丰富。自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成就。2002年11月在芝加哥举行的国际pack expo上，多家自动化公司展示的最新的包装设备和新技术。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量.可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。我国作为发展中国家，在先进技术上，要向世界看齐。现在随着工业技术水平的不断进步，在一定程度上带动了经济的发展。包装行业作为轻工业的一部分，其发展的程度与人民的生活水平紧密相连。当代世界的包装机械总的趋势是提高自动化技术含量，提升柔性灵活性，提高生产率，先进程度不断提高。将单片机用于包装机械中，使包装技术与单片机技术相结合，从而实现机电一体化控制，间接地提高自动化的程度及运行可靠性。而采用微机系统作为控制器，使得整个控制系统的成本大大降低。近年来随着科技的飞速发展，现在国内有好多大大小小的公司研发单片机控制系统，微机的应用正在不断的走向深入，同时带动传统控制的更新。以其普遍性应用在我们生活的方方面面。1.3 本论文的主要工作为了解决在工业生产过程中减少人为对产品的计数、包装的失误，采用微型计算机的控制系统来完成相应的工作。通过对产品自动装箱生产流程及工作原理的介绍和分析，构列出自动装箱的系统框图，根据框图，画出原理图。对图中的各个工作模块进行进一步的分析及介绍。控制系统是以at89s51单片机为核心，通过8255a扩展i/o口，在上面完成键盘接口及显示电路、检测电路、光电报警电路。 2 设计方案2.1 控制系统的工作原理图21 产品自动装箱系统的工作流程该系统有两个传送带，即包装箱传送带1和产品传送带2。故需要两个电动机。包装箱传送带1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，使传来的产品刚好落入箱中，在包装箱传送带1的中间装一检测器1，用以检测包装箱是否到位。产品传送带2将产品从生产车间传送到包装箱。当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入箱内，并由检测器2转换成计数脉冲1。因此要用两个光电传感器完成相应的工作。如图21所示。2.2 自动装箱系统的流程（1）用键盘设置每个包装箱的满箱零件的数量以及每批产品的箱数，并分别存放在parts和boxes单元中。（2）接通电源，使传送带1的驱动电动机运转，带动其包装箱前行。通过检测光电传感器1的状态，判断传送带1上的包装箱是不是到位了。若光电传感器1的状态是零，则表示包装箱未到位。（3）当包装箱运行到检测器1的光源和光传感器的中间时，关断电机电源，使传送带1停止运动，等待其产品装箱。（4）启动传送带2的驱动电动机，使产品沿传送带向前运动，并让其装入箱内。（5）当产品一个一个地落下时，将会产生一系列脉冲信号，然后用检测器2检测从检测器2来的输出脉冲，由计算机进行计数，并不断地与存放在parts单元中的给定值进行比较。（6）当零件数值还没有达到给定值时，控制传送带2继续运动；直到零件的个数与给定值相等时，停止传送带2，不再装入零件。（7）再次启动传送带1，使装满零件的箱子继续向前运动，并把存放箱子数的内存单元加1，然后再与给定的产品数进行比较。倘若箱数不够，则带动下一个空箱到达指定位置，继续上述过程。直到产品箱数与给值相等，停止装箱的过程，等待新的操作命令。（8）在传送带2上的产品和传送带1上的箱子足够多的情况下，整个过程可以连续不断地进行下去。在必要时操作人员能随时通过停止键停止传送带运动，并通过键盘重新设置给定值，然后再启动。2.3 自动装箱系统的基本结构框图at89s5174ls373传送带电机1传送带电机28255a键盘显示ssrssr光电报警检测图22 系统框图2.4 主要器件的选择2.4.1 电机的选择 电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电动机俗称马达，在电路中用字母“m”表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。控制用电动机分为步进电机 、伺服电机等。 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：1.无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。2.定子绕组散热比较方便。3.惯量小，易于提高系统的快速性。 交流伺服电机的工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降， 伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。伺服电动机有直流和交流之分，最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。 在这里采用的是由交流型ssr控制的交流伺服电机。采用220v交流电机进行同步伺服电机传送，产品传动采用堵转力矩可转子惯量较小的hd5-1电机、箱子传动选用堵转力矩可转子惯量较大的hd18-1电机，电机的控制则采用光电隔离接口和固态继电器进行控制。固态继电器简称ssr，它是由晶体管或可控硅代替常规继电器的一种新型无触点的大功率开关器件，而在前级中与光电隔离器为一体。根据结构形式，分为直流型ssr和交流型ssr。由于ssr输入控制电流小，输出无触点，所以与电磁式继电器相比，具有体积小，重量轻，无机械噪音，无抖动和回跳，开关速度快，工作可靠等优点。交流ssr又分为过零型和移相型。而过零型必须在负载电源电压接近零且有输入控制信号有效时，输入端负载电源才导通。交流过零型ssr原理图如23所示。图23 交流型ssr原理图2.4.2 检测器的选择（1）传感器的选用规则：首先根据测量对象与测量环境确定传感器的类型；要进行一个具体的测量工作，要考虑采用何种原理的传感器。其次是灵敏度的选择；通常在传感器的线性范围内，总是希望传感器的灵敏度越高越好。但如果灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。再次是频率响应特性；它决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件。还要看它的线性范围、稳定性、精度。（2）光电传感器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。判断空箱是否到位的方法是利用传感检测器进行检测，而能起这种功能的传感检测器有红外线探测器和光电传感器两种。 用红外线照射判断：当箱子到位时挡住了红外线发射端时，红外线的接收端接收不到光信号从而产生信号，得出箱子到位，但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有：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，计数的方法又有两种，即红外线照射和光敏电阻照射两种。可对箱子进行称重：当箱子达到一定原先计算设定好的重量时就说明箱子已装满，箱子的重量是要装入所有产品的总重量，这种方法用到的传感器有压力传感器，采用这种方法的缺点就是会有一定误差，而且压力传感器也不好安装。所以我们在这里采用光电传感器来进行信号检测。光电式传感器是以光电效应为物理基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电元件的作用转换为电量的变化。由于其具有非接触式测量、分辨力高、可靠性高、响应速度快、可测参数多、结构简单且使用方便等优点，利用各种光电元件制成的光电传感器广泛应用于转速、位移等参数的测量，还可用于产品的计数。光电传感器，也称为光敏传感器、光电式传感器或光电探测器。它是一种能量转换器件，是利用各种手段将光能变换成相应电信号的器件，即把入射电磁波（或称光能）转化成电能，通过对电能的精密测量，了解到该入射电磁波（或称光能）的性质，从中探测电磁波（或称光能）所携带的信息。在自然界中，有许多物质，在光照射下，其电学性质会发生变化。实验表明，这种变化的大小和入射光的强度具有严格的对应关系。现在对电学和电子学的测量并不是一件困难的事，准确地测量电流、电压、频率等都很容易。因此，可以通过对电学量的简单测量，把材料所携带的信息探测出来。具有这种性质的材料称为光敏材料。光电开关是一种特殊的光电传感器，它由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（led）和激光二极管。光束不间断地发射，在目标物体的同侧或者另一侧装有接收器，接收器由光电二极管或光电三极管组成，接收器一直接收来自发射器的光束。在接收器的前面通常装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面有检测电路，它能滤出有效信号并进行相应的处理。3 硬件电路设计3.1 at89s51的最小系统此次设计选用at89s51的最小系统，89s51内部有4kb闪烁存储器，芯片本身就是一个最小系统。用89s51单片机构成的最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，该系统与其他最小系统相比，省去了外扩程序存储器的工作，该最小应用系统只能用作一些小型的数字量的测控单元。如图31所示。在图中第18、19脚接12mhz石英晶体，在晶体两端各接一个30pf的电容到地，接电容的目的是加快上电后的起振速度，保证起振后能够持续平稳的振荡，不至于出现停振，可以通过改变两个电容的容量，微调振荡频率。第9脚复位端连一个10k的电阻r12接地，以保证该脚在正常工作时为低电平0，同时为了在加电时给该脚一个高电平的复位脉冲，因此用一个10f电解电容c4连接到电源vcc，利用电容两端的电压不能突变的特性，加电后给第九脚加一个短暂的高电平脉冲，该脉冲的宽度与电阻r12的阻值、c4的容量都有关，电阻r12越大电容c4越大，加电后9脚的高电平脉冲宽度就越宽；相反的，如果rl2越小，电容c4越小，加电后9脚的高电平脉冲宽度也就越窄。在电容c4两端还接有一个手动复位按钮an1，为了避兔按压按钮时电容c4两端的电压通过按纽接点瞬间放电造成对按钮接点的大电流冲击，为此在按钮支路中串入了一个100的小电阻r11，这样电容通过r11放电时，就不会出现瞬间的大电流放电脉冲，因此可有效的避免按钮接点氧化化和接触不良的现象。图31 单片机的最小系统3.2 单片机i/o口的扩展虽然at89s51单片机本身有较强的接口能力，但在某些应用情况下，不够用，需要进行扩展。并行io扩展的特性：1.输出锁存；用于扩展io口都具有数据锁存的功能，可以实现等待传送。2.握手交互通；3.指令控制实现的时序协议。3.2.1 at89s51单片机与8255a接口的设计在连接键盘电路采用8255a为扩展i/o口时，要在中间加入一个74ls373，74ls373是一个三态门的8d锁存器，接口电路的工作原理是当外设把数据准备好后，发出一个控制信号加到74ls373的g端，即锁存端，使输入数据在74ls373中锁存，同时信号加到at89s51单片机的中断请求端，单片机响应中断，在中断服务程序中执行下面程序： mov dptr，#0bfffh movx a，dptr在执行上面的第二条指令时，p2.6=0，有效，通过或门后加到74ls373的端，即74ls373的三态门控制端，使三态门畅通，锁存的数据读入到累加器a中。电路如图所示。图32 89s51与8255a的接口电路图3.3 电机控制电路设计包装控制电路主要有两部分：一是信号检测，光电传感器1判断包装箱是否到位，光电传感器2用于装箱产品计数；二是传送带电机控制。本系统采用固态继电器驱动电动机，由于其内部采用光电隔离技术，作用一是把低压部分的单片微机系统和高压的电机驱动电路隔离开来，以保证它们的正常工作；二是防止电机控制电路产生的干扰信号通过i/o口进入单片微机系统，影响它正常工作。因此具有很高的抗干扰能力。8255a的pc0控制传送带1的驱动电机，pc1控制传送带2的电机。当按下启动键时，使pc0输出高电平，经反相后变为低电平，固态继电器（ssr1）发光二极管亮，因而使得ssr1导通，交流电机通电，使传送带1带动包装箱一起运动。当包装箱行至光源与光电检测器1之间时，光被挡住，使光电传感器输出为高电平。当单片机检测到此高电平后，pc0输出低电平，传送带1电机停止。并同时使传送带2电机通电，带动产品运动，使产品落入包装箱内。当产品经过传感器2的光源与光电传感器之间时，光电传感器输出高电平。单片机检测到此信号后在计数器中加1，并送显示。然后再与给定的产品的数值进行比较。若计数值小于给定值，则继续计数。一旦计数值等于给定值，则停止计数。此时关掉传送带2的电源，并接通传送带1的电源，让装满产品的箱子移开，同时带动下一个空箱到位，并重复上述过程。如图33所示。 图33 电机控制电路 3.4 检测电路及光报警电路设计3.4.1 检测电路设计本系统的基本原理主要是单片机和光电检测技术的结合。该系统利用单片机对电源进行控制。单片机根据用户键入的信息自动生成一串有序电源脉冲，用这一电源脉冲来控制半导体激光器。这样有半导体激光器发射的激光便是一串激光脉冲波，这一串激光脉冲便是载有用户信息的信号波。当光电监测器检测到此激光信号波时，将其转化成为一串连续的电脉冲波。但此时所得到的信号是非常微弱、不够规则的，同时由于杂散光以及外部干扰的存在，此时的电信号还混杂着一些无用的干扰信号，因此这些信号还不能直接应用。必须通过前置放大电路将它进行放大和除噪处理，处理过的信号便可直接驱动单片机工作，进行译码及判别处理。通过比较判别，单片机决定执行哪一种处理，然后生成控制信号来启动控制设备。在传感器中，很多传感器能接受输入信号以开关信号输出。由于单片机具有位处理功能，所以可以实现开关量的控制。本文介绍了一种产品的自动装置系统功能需求，利用光电传感器检测产品，并与8255a接口，输出的开关信号控制产品的自动装箱。如图34所示。图34检测电路接口原理图3.4.2 报警电路设计在单片机应用系统中，一般的工作状态可以通过指示灯或数码显示来指示，供操作人员参考，了解系统的工作状况。但对于某些紧急状态，比如系统检测到的错误状态等，为了使操作人员不至于忽视，及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意，提起警觉的报警信号。报警系统根据报警参数及传感器的具体情况又可分为硬件直接报警和全软件程序报警，前者的报警信号是直接通过硬件对被测参数和给定值进行比较而产生的，是在传感器中进行的，当这种硬件直接报警的信号产生之后再由软件进行处理，而后者则通过程序比较而得到信号并由软件完成报警处理系统主要是针对误操作做出报警，如当无给定值时就按strart键等，而无需进行上下限参数的比较，故只需在微机中进行即可，故可采用全软件报警。其报警程序的设计可对计数单元进行比较而形成。在本论文中，用发光二极管的光报警电路采用8255a中的pc2和pc3控制用来指示是否误操作的红绿指示灯。倘若没有设置给定值时，启动start键，则红灯亮，提醒操作者注意，需要新设置参数后再启动。若系统操作运行正常，则绿灯亮。在图35中，要求当系统参数正常时，绿灯亮。若一个参数不正常，将发出声光报警信号。由于各位都接有反向器，因此当某位为1时，该位发光二极管亮。图35 报警电路图3.5 键盘电路设计键盘接口技术有两种：矩阵式键盘和独立式键盘。前者适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。一个33的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。的行列结很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的i/o口线。按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5v上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由于此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平，列线电平如果为高电平，则行线电平为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响该键所在行列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来比做适当的处理，才能确定闭合键的位置。而独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。与单片机的接口单片机系统所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种。编码键盘本身除了按键之外，还包括产生键码的硬件电路，只要按下某一个键，就能产生这个键的代码，一般称为键码，同时，还能产生一个脉冲信号，以通知cpu接收（输入）键码。这种键盘的使用比较方便，亦不需要编写很多程序，但使用的硬件较复杂，在微型计算机控制系统中使用还不多。而非编码键盘是由一些按键排列成的一个行列矩阵。按键的作用，只是简单地实现接点的接通和断开，但必须有一套相应的程序与之配合，才能产生出相应的键码。非编码键盘几乎不需要附加什么硬件电路，目前，在微型计算机控制系统中使用比较普遍。使用非编码键需要用软件来解决按键的识别，防止抖动以及键码的产生等工作。在系统中设计一个采用中断的方式组成的编码键盘。在微机控制系统中，设计键盘首先要保证键输入接口和软件应可靠而快速地实现键信息的输入和键的功能任务。在进行键盘设计要注意以下的问题：键信息的可靠输入；给定键值；一组按键或键盘都要通过i/o口线查询按键的开关状态，然后通过软件散转转移去实现这些键对应的功能任务。选择键盘的监测方法；对键的输入进行键盘扫描只是cpu工作的一部分，键盘处理只是在有键按下的才有意义。对是否有键按下的信息进行监测的输入方式有中断方式与查询方式两种。键盘程序的编制；系统中这个键盘设计用以输入包装箱满箱产品数量及每批产品的箱数,如图3-6所示。键盘输出信号d,c,b,a(bcd码)分别接到8255a的pa口pa3pa0,键选通信号keystrose(高电平有效),经反相器接到at89s51的int0引脚。当某一个键按下时，keystrose为高电平，经反相后的下降沿向at89s51申请中断。89s51响应后，读入bcd码值，作为给定值，并送显示。因系统设计只有四位显示，所以最多只能给定9999.输入顺序为从最高位开始。当键未按下时，所有输出均为高电平。当有键按下后该键的bcd码将出现在输出线。譬如，当你按下“8”键时，与该键相连的一个二极管导通，因此d线上是高电平，a，b，c仍为低电平，此时的输出编码为1000，其余依次类推。当任何一个键按下时，74ls20四输入与非门产生一个高电平选通信号keystrobe，此信号经反相器后向89s51申请中断。图36 编码键盘原理图3.6 显示电路设计在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用led数码管是一种较好的选择。led数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。led数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件，其中七只发光二极管分别对应ag笔端构成“日”字形，另一只发光二极管dp作为小数点。因此这种led显示器称为七段数码管或八段数码管。led数码管按电路中的连接方式可分为共阴型和共阳型两大类，共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端com，公共端com接高电平，ag、dp各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制某几段笔端发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各段发光二极管的负极连在一起，作为公共端com接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。为显示某个数字，就要点亮对应的段，这就需要译码。译码分硬件译码和软件译码。硬件译码时，接口在总线和led显示器之间，必须有锁存器或i/o接口电路，此外还应有专用的译码器/驱动器，通过译码器把1位十六进制数(4位二进制数)或bcd码译码为相应的显示段码，然后由驱动器提供足够的功率去驱动发光二极管。这种方法仅用1条输出指令，就可以进行led显示。当它所使用的硬件电路较多，而硬件译码缺乏灵活性，只能显示十进制或十六进制数(包括空白字符)。该方法主要用于显示位数较多或对显示器的亮度有一定要求的场合。软件译码时，方法是以软件查表代替硬件译码，不但省去了译码器，而且还能显示更多的字符，并且其译码逻辑可随编程设定，不受硬件译码逻辑的限制。所以本系统采用的是以软件为主的led接口电路，用软件进行译码，采用以软件为主的led接口电路由于个位数码管的显示段码是互相并联的，因此在同一时刻只能显示同一种字符(即只显示一个显示位上的字符)。为了能够同时显示多个(即多位)字符，我们必须对led采用动态显示方法，其方法就是利用人眼对视觉的残留效应，逐个地循环点亮各位数码管，每位显示1ms左右，使人看起来就好像在通的字符一样。led根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不相同，段选线控制显示字符的字型，而位选线为各个led显示块的公共端，它控制该led显示位的亮、暗。led显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。led动态显示方式在多位led显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个8位i/o口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的i/o线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位i/o口，而位选线占用一个4位i/o口。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，4位led将显示相同的字符。若要各位led能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字节的段码。在确定led不同位显示的时间间隔，不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清。但也不能太长，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用cpu时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的cpu时间，因此动态显示实质是一牺牲cpu时间来换取元件的减少。led显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5v）；每位的段选线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。所以称为静态显示。各个led的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因此如此，静态显示器的亮度都较高。这种显示方式接口编程容易。付出的代价是占用口线较多，若用i/o接口，则要占用4个8位i/o口，若用锁存器接口，则要用4片74ls373芯片。如果显示器位数增多，则静态显示方式更是无法适应，因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。为了实现led显示器的动态扫描显示，除了要给显示器提供显示码段之外，还要对显示器进行位控制，即通常所说的“段控”和“位控”。因此对于多位led数码显示器的接口电路来说，需要有两个输出口，其中一个用于输出显示段码；另一个用于输出位控信号。“位控”实际上就是对led显示器的公共段进行控制，位控信号的数目与显示器的位数相同。这里的显示器位数为4位。在本文中，显示电路部分采用8255a的pb口和pc口的高四位分别作为段选线和位选线，采用动态显示。由于发光二极管通常需要十几到二十几毫安的驱动电流，所以驱动器是必不可少的。因为仅靠接口提供不了较大的电流供led显示器使用，在这里采用74ls244进行驱动。由于pb口、pc口的驱动能力有限，因此pb口经过驱动器74ls244与led相连，pc口经过74ls04反向驱动器后与led相连。位选码占用输出口线数决定于显示器位数，以下是4位led动态显示器的接口电路。如图37所示。图中将所有位的段选线相应地并联在一起，pb口作为段数据口，经同相驱动后接显示器的各个极，形成段选线的多路复用，而pa3pa0中有一位为高电平，即4位显示器中仅有一位公共阴级为低电平，其它位为高电平，同时段选线上输出相应位要显示字符的字形码。这样同一时刻，4位led中只有选通的那一位显示出字符，而其它位是熄灭的，如此循环下去，就可以使4位显示将要显示的字符。图37 四位led动态显示器接口电路4 软件设计4.1 系统主程序框图 整个产品的自动装箱控制系统是在应用程序的控制下工作的。控制系统的工作由输入给定值中断服务程序、显示子程序和产品数和包装计数等子程序组成，这些子程序通过主程序连接在一起。主程序主要进行初始化、分配内存单元，以便为系统的正常工作创造条件。89s51通过8255a的pb口和pc口的高4位实现给定值或计数显示，pb口和pc口的高4位均设为输出方式。pa口设为输入方式,pa口的低4位读入键盘的给定值，pa口高4位用于检测光电管和start、stop两个键的状态。pc口低4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的电机，pc3和pc4控制用来指示是否误操作的红、绿指示灯。如果没有设置给定值时，启动start键，则红灯亮，提醒操作者注意，需要新设置参数后再启动。如果系统操作正常，则绿灯亮。系统的主程序框图如41所示。主程序装箱数单元和零件数单元清零度设8255工作方式清显示单元、指示灯设中断方式所有箱都装满了吗？停止电机1，2清包装箱计数单元重新启动？给定值参数输入？启动电机1空箱到位？停止电机1，启动电机2，计数单元清零有一个产品装入？入？装入开中断计数单元加1送显示此箱装满？箱数加1nynynyynnyny 图41 系统的主程序流程图4.2 输入给定值中断程序流程图图42 输入给定值中断服务程序流程图本系统键盘的作用主要是输入给定值。当给定值设定后，在包装过程中不再改动。为了提高实时性，系统通过中断方式用at89c51单片机的into引脚做键盘处理。对包装箱是否到位及产品计数。则采用查询方法。在输入给定值中断服务程序中，读入该键盘给定值，一方面存入相应的给定单元，另一方面送去显示，以便操作者检查输入的给定值是否正确。本程序输入的顺序是先输入包装箱数（四位，最大值为9999，按千位、百位、十位、个位顺序输入），然后再输入每箱装的产品数（四位，最大值为9999，输入顺序也是按照千位、百位、十位、个位）。给定值程序框图如42所示。4.3 显示电路的子程序流程与程序设计 图43 显示子程序流程图设8255a的口地址分别为：pc口为7ffch，pb口为7ffdh,pa口地址为7ffeh,控制口的地址为7fffh.现89s51的ram存储器中设置4个显示缓冲单元77h7ah，分别存放4位显示器的显示数据。动态显示程序如下。流程图如43所示。结 束 语 通过大量文献解读与系统分析、研究、设计和参与课题的实践，在导师的指导和同学的帮助下，终于基本完成了开题报告中确定的任务。本设计针对包装生产线中的自动装箱这个环节为研究对象，同时也是对单片机技术、传感器技术、电子技术和自动化技术等专业知识的综合应用。在设计和开发的过程中，紧密结合包装生产线上的自动装箱系统的实际情况，综合目前一些先进的理念。最终目的在于学会独立查资料选方案，巩固所学知识设计单片机程序,提高计算机的文字录入水平，提高计算机绘图能力，掌握一个电子专用软件设计电子电路，加强自己的动手能力。本文遵循系统的需求，进行总体分析与设计、模块化设计，并对整个系统进行了详细的设计。本设计围绕自动装箱控制系统的设计进行研究，首先是电动机的控制电路的实现，通过键盘设置给定值，判断是否进行装箱。本系统充分考虑了系统的性能和匹配问题，力求提高系统的可靠性，同时使其成本尽量低廉。缺点是产品和装箱的计数不能超过9999，控制过程为顺序控制，电机的启动和停止不能实现自动起动和停止，需要人工操作电机开关。其实际的操作可行性有待进一步的验证。任何系统都有一个不断改进和完善的过程，只有在调试和使用的过程中，才能知道系统实际存在的问题。本设计所研究的自动装箱控制系统由于时间和经验不足，以及技术水平和实际条件的限制，尚有不足的地方，有待于进一步的完善。没有办法进行硬件调试就是一方面。参考文献1潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.北京:人民