基于51单片机的碎纸机控制系统本科毕业设计

湖南科技大学毕业设计题目基于STC89C52单片机的碎纸机控制系统作者学院专业学号指导教师摘要本设计使用STC89C52单片微型计算机做为控制器，驱动三极管控制继电器的通断，继而控制电机，带动刀具进行碎纸。该系统使用光电传感器感知文件的送入，没有文件送入时，电机不旋转，最大限度的节能减排，使用DS18B20温度传感器进行温度测量、可实现过热保护，串接熔断丝与压敏电阻，可实现过流与过压保护，另外引入风冷系统，对机器进行散热，大幅延长机器连续工作时间。在具体设计过程中，使用KEIL4程序编写程序，使用PROTEUS75进行电路仿真，使用PROTELDXP2004设计原理图，并画出PCB板。然后使用数字万用表、数字示波器、稳压电源、电机等进行实物样机调试。关键词STC89C52单片机；碎纸机；DS18B20；控制系统ABSTRACTTHEDESIGNUSESSTC89C52SINGLECHIPMICROCOMPUTERASCONTROLLERANDDRIVERTRANSISTORTOCONTROLTHERELAYOFF,ANDTHENCONTROLTHEMOTORDRIVENTOOLFORSHREDDINGTHESYSTEMUSESAPHOTOELECTRICSENSORSENSINGTHEFILEINTOTHEMOTORWHICHDOESNOTROTATETHEMAXIMUMENERGYSAVING,USINGTHEDS18B20TEMPERATURESENSORFORTEMPERATUREMEASUREMENTWHICHCANOVERHEATPROTECTION,CONNECTEDINSERISESFUSEANDVARISTOROVERCURRENTANDOVERVOLTAGEPROTECTIONCANBEACHIEVED,INADDITIONTOTHEINTRODUCTIONOFAIRCOOLINGSYSTEM,COOLINGTHEMACHINE,ANDMUCHLONGERFORTHEMACHINEOFCONTINUOUSWORKTIMEINTHESPECIFICDESIGNPROCESSOFWRITINGPROGRAMS,USINGTHEKEILPROGRAMANDPROTEUS75FORCIRCUITSIMULATION,USEOFPROTELDXP2004DESIGNSCHEMATICSANDDRAMTHEPCBBOARDANDTHENUSEADIGITALMULTIMETER,DIGITALOSCILLOSCOPE,POWERSUPPLY,ELECTRICALANDOTHERPHYSICALPROTOTYPEDEBUGGINGKEYWORDSSTC89C52SINGLECHIPMICROCOMPUTERSHREDDERDS18B20目录第一章绪论111碎纸机研究背景112碎纸机研究现状1121碎纸机现状概况1122碎纸机发展历史213本课题设计目标3131典型碎纸机系统结构3132本设计力图达到的目标3第二章控制系统总体方案设计521系统总体方案设计5第三章控制系统硬件电路设计631电路设计与仿真软件6311PROTELDXP20046312PROTEUS75732控制系统硬件电路具体设计8321中央控制器8322电源电路11323纸张检测电路12324过载检测电路13325温度检测电路14326碎纸刀具选择电路15327碎纸速度选择电路15328风冷散热电路16329安全报警电路16310数码管显示电路17311按键控制电路18第四章碎纸机控制系统软件设计2041单片机C语言简介2042KEILC51软件简介2043碎纸机控制系统软件组成21431碎纸机控制系统主控制程序22432温度检测程序25433数码管显示程序28第五章碎纸机控制系统调试与实物制作2951仿真调试29511温度检测与数码管显示仿真29512碎纸机随温度变化的工作状态30513光电检测信号与厚度检测信号仿真3352实物制作34第六章结论36参考文献37致谢39附录A44附录B50第一章绪论11碎纸机研究背景碎纸机最初只是用来切碎纸质文件，故名为碎纸机。碎纸机是由一组旋转的刀刃、纸梳和驱动马达组成的，纸张从相互咬合的刀刃中间送入，被分割成很多的细小纸片，以达到保密的目的。碎纸机在办公自动化方面有着广泛的应用，是许多办公室必备设备，能在短时间内迅速销毁大量文件，确保机密文件不被泄漏。碎纸机的需求量很大，随着商业竞争越来越激烈，碎纸机的需求量也越来越大。碎纸机需求量大但是价格较低，原材料成本在碎纸机的总成本中所占比重较大，原材料成本直接影响到碎纸机的价格和利润。尤其在目前原材料价格普遍上涨的大背景下，碎纸机生产厂家都在通过最大限度地降低成本、增加技术含量来提升产品竞争力。为此，本文提出了一种采用低价位的STC89C52单片微型计算机作为碎纸机控制系统的CPU，不但可以降低连线方面的电子电路成本，而且性能卓越，智能化程度非常高，同时系统稳定性和可靠性比传统碎纸机显著增强。12碎纸机研究现状121碎纸机现状概况碎纸机包括机械和电子两大系统。机械系统包括两大主要部件“切纸刀”和“电动马达”，它们之间通过齿轮紧密地连接在一起，马达带动齿轮，把能量传送给切纸刀，而切纸刀通过转动，用锋利的金属角把纸、CD切碎。随着办公自动化向智能化、人性化方向的发展以及轻松高效智能便捷的办公理念的推广，碎纸机在功能上加快了更新换代的步伐，从传统迈向现代化，从单一功能向多元化、多层次方向发展，逐步转向集成化、数字化和自动化的时代发展趋势。如今碎纸机除了单一的碎纸功能外，还采用超级组合刀具可以粉碎信用卡、书钉、录像带、光盘或软盘等用品，利用精密电子感应器自动感应进、退纸等功能。此外，一些新型碎纸机还具有超量超温过载、满纸废纸箱开门断电装置，机头提起断电保护系统，全自动待机、停机、过载退纸等功能，以满足日益增长的市场多样化、人性化的需求。目前市面上有些碎纸机可选择两种或两种以上的碎纸方式。不同的碎纸方式适用于不同的场合，如果是一般性的办公场合则选择段状、粒状、丝状，条状的就可以了。但如果是用到一些对保密要求比较高的场合就一定要用沫状的。当前采用四把刀组成的碎纸方式是最先进的工作方式，碎纸的纸粒工整利落，能达到保密的效果。122碎纸机发展历史碎纸机发展至今，已经经历了七代，从单一功能向多元化、多层次方向发展，逐步转向集成化、数字化和自动化的时代发展趋势。（1）第一代碎纸机第一代的传动机构大多是皮带传动，噪音低，但长时间工作，皮带出现变形拉升，甚至断裂现象，皮带表面齿易磨损，出现机器运转打滑。（2）第二代碎纸机塑胶齿轮传动，因塑胶齿轮在注塑、缩水等工艺上较难精确掌握，导致齿轮本身的精确度不高，在高速运行下，噪音大；因塑件较脆，韧性差，易出现断齿现象。（3）第三代碎纸机金属链轮静音运行，低能损耗，高效切割，切割系统各部件的完美协调实现令人信服的功能。（4）第四代碎纸机碎纸机传动机构为金属齿轮传动，金属齿轮克服了上述缺陷，但金属齿轮间很难避免撞击和摩擦声音，由于金属机构的安装精度、齿轮啮合处润滑条件、长期运行润滑效果等技术和维护上的不可控性，高速运转会出现很大的工作噪音。（5）第五代碎纸机金刚密合机芯，采用合金刚材料，金属刀具的淬火处理，完全数控机床加工技术，工艺上保证传动部分安装精度，使磨损降低到最低限度，确保产品质量稳定性、降低噪音。质量保证；超强全刚全金属齿轮，特制钢材辊刀，优质高强力马达。（6）第六代碎纸机（现代）目前高科技多媒体系列粉碎机，技术含量高；可大量碎光盘、软盘、磁带、录象等；带有保护膜的嵌钮面板，保证了前进、后退、停止、满纸停机等功能。在关怀生活品质的现今，我们对于产品的环保功能、性能安全方面有了更高的要求，因此，储纸箱分区，电机过热保护功能，超负载自动停机功能、储纸箱未关自动断电等功能被越来越多地运用了进来。（7）第七代碎纸机（水冷风冷技术）2010年，研发出最新专利制冷技术（水冷风冷）碎纸机。全新技术应用N倍效能，连续碎纸40分钟以上，六大革新技术A冷却系统大幅度增加机器连续工作时间和快速恢复待机状态，减少人员工作时间，提高工作效率。B超静音设计工作噪音低于55分贝，创造安静舒适的办公环境。C防堵卡系统优秀的齿轮设计有防卡纸现象，使用更放心。D碎纸量控制系统能耗直观的呈现，耗能全在掌握中。E触控操作首次采用触摸技术应用于碎纸机，敢为人先，操控更人性，使用更方便，科技创造时尚。F风冷系统水冷系统相辅相成，让机器更快恢复最佳状态。13本课题设计目标131典型碎纸机系统结构碎纸机包括机械和电子两大系统。机械系统包括两大主要部件“切纸刀”和“电动马达”，它们之间通过齿轮紧密地连接在一起，马达带动齿轮，把能量传送给切纸刀，而切纸刀通过转动，用锋利的金属角把纸、CD切碎。典型的碎纸机电子系统结构如图1所示。主CPU通过PAPER传感器和CD传感器来检测纸张和CD信号，并根据光电传感器判断纸张类型。控制面板上按键包括电源开关、电机正反转按键、紧急停止按键、启动按键等；指示灯包括电源指示灯、门开指示灯、电机堵转及入口纸过多（JAM又能像其他高级语言一样，编写出不依赖于特定的计算机硬件的程序，用C语言编写的源程序具有很好的移植性。C语言功能齐全、生成代码质量高。C语言具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。用C语言编写的程序，编译后一般只比有丰富经验的汇编编程人员所编写的汇编程序效率低1020。42KEILC51软件简介KEILC51是美国KEILSOFTWARE公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。KEIL提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（UVISION）将这些部分组合在一起。运行KEIL软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果使用C语言编程，那么KEIL几乎就是不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也能够事半功倍。KEIL是目前最流行的MCS51系列单片机的开发软件，由美国KEILSOFTWARE公司出品。通过KEIL软件的集成开发环境UVISION对C语言源程序进行编译，对目标模块和库模块进行链接以产生一个目标文件，生成HEX文件，然后下载到单片机中。如图41是KEILC51软件进行程序调试的界面。图41KEILC51进行程序调试的界面43碎纸机控制系统软件组成碎纸机控制系统主要由系统主控制程序、温度检测程序、数码管显示程序等模块组成，如图42是碎纸机控制系统程序软件流程图。单片机上电之后首先就会控制三个三个传感器对各个信号进行检测，当检测到文件，并且厚度合适，而此时温度也在工作范围之内，单片机将会启动默认的刀具进行条状碎纸，如果此时接到命令加快速度或者改变刀具，单片机将进行相应动作，如果单片机检测到文件存在，但是只要有厚度超标、温度超标任意一个出现，单片机将控制碎纸机，使之不工作，当没有文件送入时，碎纸机也不会工作，但是此时处于待机状态，当待机时间超过一定时，单片机将自动切断电源，最大限度的节省电能。单片机不间断的扫描按键和传感器输出信号，一旦检测到信号输入，则启动碎纸机恢复待机状态，需要进行碎纸时，单片机可以迅速的启动碎纸机在主电机进行碎纸。详细软件流程如图42所示。上电待机光电检测默认中速过载报警默认选刀具1高速碎纸刀具组合2条状碎纸开始粉末碎纸开始刀具选择温度检测厚度检测合适过热报警开启风冷厚度检测自动断电文件送入厚度超标温度过高条状沫状返回待机没有文件图42碎纸机控制系统程序软件流程图431碎纸机控制系统主控制程序碎纸机控制器要负责检测文件的存在、检测文件是否过载、检测电机温度，然后要控制刀具选择、速度选择、控制报警系统和风冷系统，还要控制两个数码管显示当前电机温度，碎纸机控制系统主控制程序部分如下，双斜杠后面为注释。VOIDMAININTGEWEI,SHIWEIP10P30/关闭数码管SANRE0/关闭散热系统BAOJING0/关闭报警器STOPOUT0/关闭电机SUDUOUT0/速度切换输出关闭DAOJUOUT0/刀具切换输出关闭WHILE1READ_TEMP/读取温度GEWEITVALUE100/100SHIWEITVALUE1000/1000P3TABLESHIWEI/显示十位数P1TABLEGEWEI/显示个位数/温度测量结果处理/IFTVALUE300/当温度高于30度时SANRE1/开启风冷散热IFTVALUE320/当温度高于32度时BAOJING1/开启报警器ELSEBAOJING0/关闭报警器ELSESANRE0/关闭风冷散热BAOJING0/关闭报警器/刀具切换判断/IFDAOJUIN0/如果刀具切换按键按下DAOJUOUTDAOJUOUT/切换刀具ELSE/速度切换判断/IFSUDUIN0/如果速度切换按键按下SUDUOUTSUDUOUT/改变切削速度ELSE/当有合适的文件送入，并且温度正常时，开启电机碎纸/IFGUANGD10|GUANGD20IDQ0/给脉冲信号DAT1/第一个数据保存在最高位DQ1/给脉冲信号IFDQDAT|0X80DELAY_18B2010RETURNDATDS18B20温度的读取DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以00625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。16位数字摆放是从低位到高位。READ_TEMP/读取温度值并转换/UCHARA,BDS1820RSTDS1820WR0XCC/跳过读序列号/DS1820WR0X44/启动温度转换/DS1820RSTDS1820WR0XCC/跳过读序列号/DS1820WR0XBE/读取温度/ADS1820RDBDS1820RDTVALUEBTVALUEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSBITDQP01/温度传感器SBITGUANGD1P02/光电传感器1SBITGUANGD2P03/光电传感器2SBITHOUDU1P04/厚度传感器1SBITHOUDU2P05/厚度传感器2SBITSUDUINP20/速度切换输入SBITDAOJUINP21/刀具切换输入SBITSTOPINP22/急停信号输入SBITSTOPOUTP23/急停信号输出SBITSUDUOUTP24/速度切换输出SBITDAOJUOUTP25/刀具切换输出SBITSANREP26/风冷散热输出SBITBAOJINGP27/报警控制输出UCHARTFLAG/温度正负标志UCHARCODETABLE0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X77,0X7C,0X39,0X5E,0X79,0X71VOIDDELAY1MSUNSIGNEDINTMS/延时1毫秒（不够精确的）UNSIGNEDINTI,JFORI0I0IDQ0/给脉冲信号DAT1/第一个数据保存在最高位DQ1/给脉冲信号IFDQDAT|0X80DELAY_18B2010RETURNDATVOIDDS1820WRUCHARWDATA/写数据/UNSIGNEDCHARI0FORI8I0IDQ0DQWDATADELAY_18B2010DQ1WDATA1READ_TEMP/读取温度值并转换/UCHARA,BDS1820RSTDS1820WR0XCC/跳过读序列号/DS1820WR0X44/启动温度转换/DS1820RSTDS1820WR0XCC/跳过读序列号/DS1820WR0XBE/读取温度/ADS1820RDBDS1820RDTVALUEBTVALUE30