物料分拣控制系统的设计(单片机)毕业设计

1、毕 业设计 报告书题目：物料分拣控制系统的设计（单片机）专业 机电 体化班级姓名指导教师目录第一部分设计任务与调妍 11.1物料分拣系统的概述 11.2物料分拣系统的发展现状与趋势 21.3研究的目的和意义 3第二部分设计说明 42.1单片机的功能概述 42.2功能及其分布图 52.3 TCS230颜色传感器 7第三部分设计成果43.1结构框图 错误！未定义书签。3.2识别颜色的原理 错误！未定义书签。3.3霍尔开关传感器 83.4工作原理 错误！未定义书签。3.5特点错误！未定义书签。第四部分结束语4第五部分致谢11第六部分参考文献 12i第一部分设计任务与调妍1.1物料分拣系统的概述自动分

2、拣是指货物进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示信息的控制装置、搬运装置、分支装置（负责把到达分拣位置的货物按运到别处的装置）、缓冲站（在分 拣位置临时存放货物的装置）等构成。在一些需要进行物料分拣的企业，以往采用人工分拣的方法，由于人工作时 的个人限制问题，导致生产效率低，误差多，生产成本高，企业之间的竞争能差， 阻碍了企业的正常发展。因此现在的单片机分拣装置系统必然会取代人工的分拣 工作，这也是其迅猛发展的原因。现在随着工业的发展，作业水平的要求，自动 分拣装置完全取代人工作业是必须的也是必然的。物料分拣采用单片机控制进行，能连续、

3、大量的分拣货物，分拣误差效率低 且劳动强度大大降低，显著提高劳动生产率。分拣系统，能够灵活地与其他物流 设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。设计采用标准化、 模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不 大。同时，该系统只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求， 非常方便。物料分拣装置利用单片机控制技术、气动技术、传感器技术、电动技术、传 动技术等，都是自动化技术中必要的，可以说是现代工作生产设备的微小的模型。131.2物料分拣系统的发展现状与趋势在我国由于经济发展需要发展迅速，后来者居上，从1970-1985年共有338 台自动分拣机

4、投入运行，其中 58.32%用于储运业，17.15%用于销售业。到1987 年就已经拥有自动分拣机1000台，号称是世界上拥有分拣机最多的国家。我国自动分拣技术起步较晚，目前已能与国际先进水平保持同步，但是缺少技术创新 能力，使自动分拣技术的物流系数也减少， 大部分小型超市配送中心仍然靠人工 分拣。在二十世纪80年代，我国最初是一些邮局采用小型的半自动翻盘分拣机， 用于邮包分拣。而如今分拣技术已经用于我国的各行各业， 使这环节的效率得到 了很大的提高。 自动分拣机最先在邮政部门开始应用，大量的信件和邮包要在 极端的时间内正确分拣，非凭借高度自动化的分拣措施不可。此后，运输企业、 配送中心、烟草

5、部门、食品化工、造纸业、化工业、机械制造以及各类工业企业 亦相继应用。 近二十年来，特别是物流行业，随着经济和生产的发展，商品趋势 趋于短小轻薄，流通趋于小批量多品种和准时制。分拣作业已成为一项重要的 工作环节，分拣系统的应用已经日趋普遍。我国目前多数配送中心和物流企业都 是人工分拣。显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和 服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求， 所以这一环节亟 待提高。而国外一些配送中心多采用分拣系统进行分拣，充分发挥了分拣技术分拣速度快、分拣点多、差错率极低、效率高和基本上全自动操作的优势。日本一 位物流专家认为，在用户需求表现为多种小

6、批量的时代， 物流技术的三大措施是 自动分拣机、自动化仓库和无人自动引导车。自动分拣机是其中最接近与成熟的 产品，这可以认为是国家对于自动分拣在物流技术中的地位和现状的一个较好的 概括。自动分拣系统成为当代物流技术发展的三大标志之一。1.3研究的目的和意义物料分拣系统作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替 单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。 它可 以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化， 能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。随着工业的高速发展，物

7、料分拣系 统作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的 应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的 机械化和自动化；并能在咼温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安 全，被广泛用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能部门适应工业需要，本 课题试图开发基于单片机的物料分拣设计，并借助必要的精密传感器，使其能够 对不同颜色的物料按预先设计的程序进行分拣，动作灵活多样，适应于可变换生 产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用单片机控制，是一 种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置， 可部分代替人工在高温和危险的 作业区进行单

8、调持久的作业，并且在产品变化或临时需进行新的分配任务时， 可 以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，就能很快的投产， 降低安装和转换工作的费用。第二部分设计说明2.1单片机的功能概述图2.1单片机结构框图单片机的特点：1. 控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有 极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。2. 集成度高、体积小、有高的可靠性。3. 有优异的性能价格比。4. 低功耗、低电压，便于生产便携式产品。5. 增加了 I2C串行总线方式、SPI串行接口等，进一步缩小了体积，简化 了结构。6. 单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构

9、成各种规模的应用 系统。2.2功能及其分布图VCC +4+5.5VGND接地XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。XTAL2内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。RST/VPD复位信号输入端。振荡器工作时，该引脚上持续2个机器周期的高电平可实现复位操作。ALE/:正常操作时为ALE功能（允许地址锁存），用来把地址的低 字节锁存到外部锁存器。ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6 ）周期性地 发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟信号或用于定时。但要注意， 每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。ALE端可以驱动8个LSTTL 电路。一:

10、外部程序存储器读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间，育在每个机器周期内两次有效i：i.M可以驱动8个LSTTL电路。-为高L /VPP：卫为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。当电平时，访问内部程序存储器（PC值小于4K）;当匚 为低电平时，访问外部 程序存储器。对于89C51单片机，在EPROMS程期间，此端为21V编程电源输入 端。I/O 线共有4个8位并行I/O端口： PO、P1、P2、P3 口，共32个引脚。P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号。P0 口 ：单片机的双向数据总线和低8位地址总线。在访问外部存储器时实 现分时操作，先用作地址总线，在 A

11、LE信号的下降沿，地址被锁存；然后用作为 数据总线。它也可以用作双向输入/输出口。P0口能驱动8个LSTTL负载。P1 口 ：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。P2 口 ：准双向输入/输出口。在访问外部存储器时，用作高 8位地址总线。P3 口 ：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。P3 口的每一引脚 还有另外一种功能表2-1 P3 口各位的第二功能P 1 D(RXD)P 1.1P 1.2P 1.3P 1 .4P 1.5P 1 CP 1.7R STP3.D(TXD)P3.1(INTO)P3.2i： TTTTT)P3,3(TO)P3_4(T1)PS.5（W7T）P 3.6

12、(RO)P3.7XTAL2XTAL1G ND匚 r 匚 匚 匚 匚 匚 匚 匚 匚 匚 匚 匚 亡 匚 匚 匚 匚14D23033843753B&3572斗8339321 1 101 220T 3201 4271 5201 6251 7241 8231 922202 1zrzi二vccPOO(ADO)P0L 1(AD 1 )PQ.2(AD2)PO-3(AD3 )P0.4(AD P0.5(AD5)po.e(ADO)PO-7(AD7)ETA/VPPA LET3 ROGPSEfJP2.7a i eP2.S(A14JP2.5(A13)P2 4(A1212.2 22- n nn nP3 口的各位第二功能

13、的名称及作用P3.0RXD （串行口输入）P3.1TXD （串行口输出）P3.2INTO （外部中断0输入）P3.31NT1 （外部中断1输入）P3.4TO （定时/计数器0的外部输入）P3.5T1 （定时/计数器1的外部输入）P3.6WR （片外数据存储器写选通控制输 出）P3.7RD （片外数据存储器读选通控制输 出）图2-2 89C51单片机引脚图2.3 TCS230颜色传感器下图是选用的TCS230颜色传感器，此传感器为红绿蓝 颜色传感器，可以 检测目标物体对三基色的反射比率， 从而鉴别物体颜色。 该传感器具有分辨率 高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为 数字量，可

14、直 接与微处理器连接。该传感器能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。TCS23O比电二概评-| S2S3|so图3-1 TCS230的引脚及功能图当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚 S2、S3的不同组合， 可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波（占空比是50%）,不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引 脚S0 S1选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的 需求。S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；OE是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚 共用

15、微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压。表2是S0 S1及S2、S3的可用 组合。S0S1输出瓠率定1 标S2S3过谑器类型LL关斷电源LL红色LH20%LHfifeHL20o:HP L无HH100%H一 H绿色表3-2 S0、S1及S2、S3的组合选项第三部分设计成果3.1结构框图在单一芯片上集成有64个光电二极管。这些二极管共分为四种类型。其中 16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电 二极管带有蓝色滤波器；其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。 这些光电二极管在芯片内是

16、交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均 匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通 过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。当选定一个颜色滤波器时，它 只允许某种特定的原色通过，阻止其他原色的通过。例如：当选择红色滤波器时， 入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光 强；同理，选择其他的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个 值，就可以分析投射到TCS230专感器上的光的颜色。3.2识别颜色的原理霍尔开关集成电路应用霍尔效应原理，采用半导体集成

17、技术制造的磁敏电 路，由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器，温度补偿电 路和集电极开路的输出组成的磁敏传感电路， 输入是磁感应强度，输出是一个数 字电压讯号。霍尔开关就属于有源磁电转换器件， 它是在霍尔效应原理的基础上，利用集 成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信 号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。输出端一般采用晶体管输出，和其他传感器类似有 NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型、双信号输 出之分。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部 采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。3

18、.3霍尔开关传感器霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，女口：直流、交流、脉冲波形等， 甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则 是无法与其比拟的，它一般只适用于测量 50Hz正弦波；原边电路与副边电路之 间有良好的电气隔离，隔离电压可达 9600Vrms精度高：在工作温度区内精度优 于1%该精度适合于任何波形的测量；线性度好：优于0.1%。 宽带宽：高带宽的电流传感器上升时间可小于1卩s；但是，电压传感器带宽较窄，一般在15kHz 以内，6400Vrms的高压电压传感器上升时间约 500uS,带宽约700Hzo测量范围： 霍尔传感器为系列产品，电流测量可达 5

19、0KA电压测量可达6400乂3.4工作原理物料分拣系统作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替 单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。 它可 以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化， 能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。随着工业的高速发展，物料分拣系 统作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的 应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的 机械化和自动化；并能在咼温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以

20、保护人身安 全，被广泛用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能部门适应工业需要，本 课题试图开发基于单片机的物料分拣设计，并借助必要的精密传感器，使其能够 对不同颜色的物料按预先设计的程序进行分拣，动作灵活多样，适应于可变换生 产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用单片机控制，是一 种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置， 可部分代替人工在高温和危险的 作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需进行新的分配任务时， 可 以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，就能很快的投产， 降低安装和转换工作的费用。3.5特点我国由于经济发展需要发展迅速，后来者居上，从

21、1970-1985年共有338台自动分拣机投入运行，其中58.32%用于储运业，17.15%用于销售业。到1987年 就已经拥有自动分拣机1000台，号称是世界上拥有分拣机最多的国家。我国自动分拣技术起步较晚，目前已能与国际先进水平保持同步， 但是缺少技术创新能 力，使自动分拣技术的物流系数也减少，大部分小型超市配送中心仍然靠人工分 拣。在二十世纪80年代，我国最初是一些邮局采用小型的半自动翻盘分拣机， 用于邮包分拣。而如今分拣技术已经用于我国的各行各业，使这环节的效率得到了很大的提高。 自动分拣机最先在邮政部门开始应用，大量的信件和邮包要在 极端的时间内正确分拣，非凭借高度自动化的分拣措施不

22、可。此后，运输企业、 配送中心、烟草部门、食品化工、造纸业、化工业、机械制造以及各类工业企业 亦相继应用。 近二十年来，特别是物流行业，随着经济和生产的发展，商品趋势 趋于短小轻薄，流通趋于小批量多品种和准时制。分拣作业已成为一项重要的 工作环节，分拣系统的应用已经日趋普遍。我国目前多数配送中心和物流企业都 是人工分拣。显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和 服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求，所以这一环节亟待提高。而国外一些配送中心多采用分拣系统进行分拣，充分发挥了分拣技术分拣速度快、分拣点多、差错率极低、效率高和基本上全自动操作的优势。日本一 位物流

23、专家认为，在用户需求表现为多种小批量的时代，物流技术的三大措施是自动分拣机、自动化仓库和无人自动引导车。自动分拣机是其中最接近与成熟的 产品，这可以认为是国家对于自动分拣在物流技术中的地位和现状的一个较好的 概括。自动分拣系统成为当代物流技术发展的三大标志之一。第四部分结束语这次的毕业设计制作过程中，感触最多的就是知识面的匮乏，此次设计是 我们从大学生走向未来最重要的一步。从最初的选题，开题到选型、制作直到完 成设计。其间，查找资料，肖老师的指导，与同学交流，每一个过程都是对自己 能力的一次检验和充实，实际的设计工作中，出现了不少难题，通过多次试验与 实践，以上问题基本上得到了解决，根据自动分

24、拣设计，由于时间的仓促和知识 面的狭窄，导致了一些性能没有达标，多次的反复的练习练习，也多亏肖老师一 次次的帮我看这次我弄的设计，我感觉我好多地方都不足，但是我还是努力去修 改，肖老师也一样帮我一步一步的给我说明解释， 这次我还真感谢他怎么努力的 对我坐的设计负责，没有他可能我什么都不会，就连格式我都不弄，此次毕业设 计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。第五部分致谢本设计是在老师的悉心指导下完成的，从选题到写作及最后的完成，老师都给予了精心的指导和极大的帮助，好好地总结一下我在学校所学的各门课程，将它们分化理解，合理分类，融会贯通，也不愧五年来老师含辛茹苦的授课和课下的谆谆教导，以及同学间的团结互助，这次设计，老师给予我们许多帮助，同时也为我们指明了方向我借此机会在此感谢肖玥老师的耐心指导