基于单片机的物料传输分拣系统设计毕业设计(论文)

图书分类号：密级：毕业设计(论文)基于单片机的物料传输分拣系统设计Designofmaterialtransfer

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systembasedonsinglechipmicrocomputer毕业设计(论文)PAGEII学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要物料分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，利用单片机技术设计一种成本低，效率高的物料自动分拣系统具有一定的经济价值和实用意义。物料自动分拣系统在各大企业应用较为广泛，在这种系统中如若需检测出某种物料只需根据其属性更换相应的传感器类型便可实现企业的分拣要求。本论文主要研究的是以AT89C51单片机为控制核心，与外部的各类元器件连接，编写适当的控制程序去检测物料的材质和颜色。系统中采用电感传感器、电容传感器、颜色传感器和光电传感器分别对铁质物料、铝质物料、颜色物料和其它种类物料进行识别，通过单片机控制电磁换向阀的通电与断电使得气缸动作实现分拣要求。关键词单片机；传感器；分拣系统AbstractMaterialsortingisalotofgoodsaccordingtothevarietyfromdifferentlocationsandunitsallocatedtothesetofthesite'soperations.Alongwithsociety'sunceasingdevelopment,themarketcompetitionisgettingmoreandmoreintense,sovariousproductioncompaniesareurgenttoneedimprovementofproductiontechnology,improveproductionefficiency,theautomaticsortingofmaterialshasbecometheonlyoption.Inviewoftheaboveproblems,theuseofsingle-chipmicrocomputertechnologydesignalowcost,highefficiencyofthematerialautomaticsortingsystemhasacertaineconomicvalueandpracticalsignificance.Automaticmaterialsortingsystemiswidelyappliedinthelargeenterprises,inthissystemifneedtodetectamaterialtoreplacethecorrespondingsensortypesaccordingtoitsattributecanrealizetherequirementofenterprisessorting.ThispapermainlystudiestheAT89C51microcontrollerasthecore,andtheexternalcomponentsoftheconnection,thepreparationofappropriatecontrolprocedurestodetectthematerialandcolorofthematerial.Systemadoptsinductancesensor,capacitancesensor,acolorsensorandphotoelectricsensoridentificationofferrousmaterials,aluminiummaterials,colormaterialsandotherkindsofmaterials,respectively,throughtheMCUcontrolelectromagneticreversingvalveconnectedanddisconnectedthecylinderactiontorealizethesorting.KeywordsSinglechipmicrocomputerSensor

Sortingsystem毕业设计(论文)PAGE8目录21576摘要 I4245Abstract II2450目录 I114831绪论 142071.1物料分拣系统的背景及意义 1217181.1.1物料分拣系统的背景 1296751.1.2物料分拣系统的意义 1257941.2物料分拣系统研究的内容 2120691.2.1研究的现状 291411.2.2研究存在的问题 329561.2.3研究的内容 33541.3研究的技术路线 4240602物料分拣系统装置结构及整体设计 5315612.1物料分拣装置工作过程的概述 54522.2物料分拣系统设计要求 6112942.2.1物料分拣系统的功能要求 6104602.2.2物料分拣系统的控制要求 7244912.3本章小结 748243检测元器件与执行元器件的类型选择 857513.1铁质传感器选型 821343.2铝质传感器选型 9327623.3颜色传感器的选型 1199763.4光电传感器的选型 12264123.5步进电机的选型 13108043.6旋转编码器的选择 13114263.7物料输送带的选择 14326263.8本章小结 166774物料控制系统硬件总体设计 17103254.1单片机选型 177344.2AT89C51系列单片机引脚分配 19174464.3检测铁质物料电路设计 21129454.4检测铝质物料电路设计 2286324.5检测颜色物料电路设计 23290524.6检测其它种类物料电路设计 2313384.7电磁换向阀电路设计 24288794.8步进电机电路设计 24270944.9电源开关电路设计 25314574.10空气压缩机电路设计 2512954.11时钟电路设计 26229224.12复位电路设计 26169494.13控制系统总电路图 27226044.14控制电路壳体设计 27241794.15气压系统设计 2822174.16本章小结 30210505物料分拣控制系统软件设计 31251835.1控制系统主程序设计 32233205.2物料分拣初始化子程序 32262145.3检测铁质物料子程序 33207995.4检测铝质物料子程序 34253075.5检测颜色物料子程序 3436525.6检测其它种类物料子程序 35100445.7本章小结 355861结论 3613227致谢 371995参考文献 381绪论1.1物料分拣系统的背景及意义1.1.1物料分拣系统的背景最初的物料分拣系统完全是基于人力的工作系统，这种原始的分拣系统主要是通过人工的分拣和物料的搬运去实现对货物的分类和提取。在这种物料的分拣系统中浪费了较多的人、物力和财力对货物进行人工查找与人工搬运等，从而导致工作的效率太低。尤其是在工作环境比较恶劣情况下，使用人工分拣物料会让物料分拣的效率更低。上述的工作情况表明这种原始的工作模式明显不能满足现代化的物流配送对速度与准确性的较高要求，与此同时它也无法满足生产企业的工作要求。因此，人们通过设计并制造出自动控制的物料输送分拣装置，让它代替之前的人工分拣的工作方式，从而大大的提高了物料分拣的效率。由于科技的高速发展，各式各样的自动化设备被用于物料的分拣系统中。计算机、控制技术以及信息技术已经成为信息的传递和处理的重要方式，尽管在大多数的物料分拣系统中，有一些作业环节仍然需要有人工的配合，但是工作的强度正在逐渐减小。由纯机械分拣作业的自动分拣系统由于设备越来越智能化并且更加的适应社会需要，在工业领域中有较多的采用。这种自动分拣装置可以在高温、腐蚀以及有毒的气体等危险环境下代替人工劳作，从而保护他们的人身安全。1.1.2物料分拣系统的意义本文是尝试着采用基于单片机物料输送分拣的分拣系统设计，需要使用几种相应的传感器，可对不同色彩和不同材质的物体依据所开发的软件对其分类。这种分拣系统动作灵敏高效，适应于中小批量的自动化分拣线。物料输送分拣装置凭借着自身成本低且效率高的优点，已成为工业中物料的重要设备。由于这种分拣装置全部采用机械自动化作业，使得其分拣处理能力较大且分拣分类数量也较多，也减少了必要的劳动力。与此同时他不但可以减少了单位的额外费用而且节省了企业的成本。在工作中，如果产品变化或者偶尔要重新分配机械手的工作时，可很方便地对该设备进行改动或者设计相应的元件；如果工作的位置需要改变时，那么只需再次编写芯的控制程序便可很快的投入生产当中，减少安装与变换工作的开支。在过去企业一直采用的是人工分拣的方法，使得制造效率不高、误差率高、投资大以及公司的竞争优势较低从而妨碍了公司的发展步伐，因此全自动化的物料分拣系统的控制装置必然会取代传统人工的分拣工作。单片机物料分拣装置采用单片机进行控制，能持续、快速地分拣出不同种类的物体，其误差率很低而且工作量远远低于以往，从而不断地提高了产品的生产效率。并且机械全自动的物质分拣系统能够灵活地与其它物流装置进行完美的组合，实现对物料输送流和物料信息流的分配与处理。它的开发属于标准的和模块的组装，具有护理、检测方便且系统布局灵活等特性，受位置原因的影响也较小。在使用过程中，只需依照其物料的差异性质，将原系统相应的稍微改变便可简单、快捷的达到工作的需要。目前工业上使用单片机控制是最普遍的自动化控制方式，由于它控制较为便捷且可以避免环境的干扰，所以企业普遍选用微控制器作为系统的控制中心。物料分拣设备的单片机控制系统采用单片机技术、气压传动技术、定位控制技术、传感器技术以及电机传动方式等，从而实现了高效率的物料分拣，不仅节省了企业不必要的劳动力，而且也促进了我国工业化的发展！1.2物料分拣系统研究的内容1.2.1研究的现状目前在世界上有名的自动化物料分拣系统分别为：丹麦的克瑞斯普兰开发出来的全自动分拣系统、德国的德马泰克开发出来的自动分拣系统以及其相关的系统、深圳市天与双力物流自动化设备责任有限公司设计出的的自动分拣系统、上海邮政通用技术设备有限公司交叉带式分拣机的控制系统、康大基业的电子标签拣货系统以及壹比多系列的电子分拣系统等。按照分检系统的特点和应用领域可将物料分拣系统分为下面几种：（1）交叉带式的分拣系统：交叉带式分拣系统是由装有小型带式输送机的台车与主驱动带式的物料输送机连接而成的。当台车到达指定的分拣位置时，输送机带动皮带运行把商品分拣送出。交叉带式分拣机主要适用于各类小件商品的分拣。这种分拣系统装置分拣出口多、分拣能力强，并且可以实现左右两侧分拣，一般也用在机场行李的安检与分拣。（2）堆块式的分拣系统：堆块式分拣机是由链板式物料输送机与堆块（可以在链板间左右移动实现对物料的分拣）组成。这种分拣系统装置可以适用于各种大小不同、形状不同以及重量不同的物料；它具有分拣轻柔且准确、能够左、右两侧分拣、占地空间小、所需商品间隙小以及分拣能力高等优点被广泛的用于各大物流输送中心。（3）摇臂式的分拣机：摇臂式分拣机系统结构简单，价格较低，在工作时只需把需要分拣的物料送到链板式或者钢带式输送机的传送带上，输送机将物品输送到分拣口，此时摇臂开始转动物品便顺着摇臂杆斜面送入所设定的物品储存区域。（4）斜导轮式的分拣机：斜导轮式分拣机通过斜导轮在平行排列的皮带间隙中上、下浮动的持续转动，物料到达装置分拣出口端时，小车倾斜设定的角度使物品被分拣到指定区域从而分拣出不同的物品。这种分拣装置具有对商品冲击力小、分拣轻柔分拣出口数量多和分拣准确快速等优点，因此适应于各类物品。（5）垂直式的分拣机：垂直式分拣机被用于不同楼层间的平面输入系统的连接装置。按照应用与构造的差异将其分成某个仓库分拣后输送至某个仓库、某个仓库分拣后输送到不同的各仓库以及某仓库分拣后输送到某仓库的输出口的方向这三种输送方式。1.2.2研究存在的问题现如今物料输送分拣系统主要包含两中大难题。如下：1物料分拣精确度不是很高，偶尔会出现误拣现象及原因：（1）物料输送带传输速度过快，传感器识别时间过短，不能正确判断物料种类。（2）传感器将识别的信息送入控制系统后，气缸活塞伸出收缩速度慢，活塞杆尚未伸出或伸出长度不够使物料分拣出错。（3）单片机的硬件处理传感器所发出的脉冲信息速度过慢。2气缸动力不足（1）气泵空压机提供的动力不足，使整个气压系统整体压力不足。（2）气泵空压机为整个系统提供的压力过大，密封性能不太好，使气管接口处漏气，从而使气缸动力供应不上。1.2.3研究的内容1物料分拣系统装置设计（1）物料种类的检测：依照单片机发出的信号使得分检机构按照物料的特性（物料颜色，物料形状和物料的材质等）对物料进行自行分拣，由此来判断物料的所属流向。分拣信号可通过颜色扫描、材质的检测和判断有无物料等方式捕获，将信息处理后通过单片机转换成电子拣货信号，使其自行分拣物料。（2）控制输送带的速度：控制输送带速度为物料的分拣密切相关，速度设定不正确，会导致物料无法准确被分拣出来，因此设定传输带的速度在物料分拣系统中起着关键性的作用。（3）控制气缸的速度：气泵空压机对整个气压系统提供动力，然而气缸的速度可以通过调速阀调节活塞杆的伸出速度以及收缩速度，调速阀可以任意调节气缸的工作压力和速度，方便、灵活。2控制系统设计（1）硬件系统设计：硬件系统包含单片机的类型选择、电路的应用开发及单片机接口的选择。系统中所选择的硬件要最大限度地的做到与其性能相吻合，保证硬件系统的正常运行。（2）系统程序的设计：系统软件程序的开发也就是对SCM程序的编写。在程序编写的过程中，思考整个物料分拣系统的各部分动作情况，尽量让编写的程序尽可能的简洁明了，从而使单片机执行程序的效率会更高，分拣的精确度和效率也会更高。1.3研究的技术路线物料自动分拣设备中的物料信息识别方式对设备的工作效率、生产流程的复杂程度、运营成本和业务的柔性拓展具有重要意义。物料分拣系统主要对在传送带上通过的物料，用传感器进行物料信息的获取，识别出物料的数字信息来控制物料的流向。该系统分为物料分拣装置和单片机控制分拣两个部分。技术路线如下：（1）选择传感器类型依据物料的属性差异可以选用与其材料性质相应种类的传感器。根据物料的色彩可以选择各自属性的颜色传感器对物料进行分类，也可以根据物料的形状选用智能传感器，还可以根据物料材质的不同可以选用材质传感器，这几种方式都可以对物料类型进行检测。（2）输送带类型的选择对输送带磨损不太严重的物料使用普通型皮带；对于冲击力较大、磨损较严重的物料，需要输送距离长且输送量大的应选用强力型输送带；输送温度较高的物料，80-150℃物料使用耐热性输送带。（3）电动机的选择及减速系统设计根据所传物料所需要的动力选择适当的电动机类型，以确保输送系统有效运转。通过减速箱（齿轮的啮合）将很高的电机转速减为可使用的转速，以适应物料传输系统。（4）气泵空压机的选择为了保证气缸有足够的动力（克服物料与输送带之间的摩擦力）使活塞杆将物料推入储存区域，选择略大于活塞杆做功功率的气泵空压机。（5）控制输送带的速度与气缸伸缩速度相适应由于在物料传输过程中，如果输送带的速度过快，会导致传感器输入信号后，气缸还未动作，物料就已经离开活塞杆分类范围，从而无法检测出物料的种类无法实现物料的分类。（6）单片机类型的选择AT89C51单片机结构比较完善，功能比较丰富，具有开放的体系，因此选用AT89C51单片机进行物料传输系统的控制。（7）控制系统电路设计把传感器接入到单片机的输入接口，气缸电磁换向阀接到单片机的不同输出端。设计一个开关按钮和一个停止按钮，把整个系统通过单片机完整的连接起来，形成有效的控制系统电路。（8）控制系统程序的编写了解整个分拣装置和控制系统装置，从而编写控制系统程序，对传感器接收到的信息进行处理，实现各个部分的协调动作完成物料分拣任务。2物料分拣系统装置结构及整体设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5.7本章小结本章节重点给出了物料分拣系统的软件设计，软件设计包括系统流程图的构思、绘制和软件应用程序的编写。在程序编写之前需要对流程图进行详细的构思规划，这样才可以使程序更加简洁、完美。结论在基于单片机的物料传输分拣系统中，使用电感传感器、电容传感器、颜色传感器和光电传感器分别能够很有效的检测出铁质物料、铝质物料、带颜色的物料和其它类型的物料，大大的提高了物料的分拣效率。然而对于光电传感器来说，它在工作中会受到环境因素的影响，例如外界光线强度的突然变化等。若是在物料中出现系统不能检测出的物料，只需要在系统中添加一个相应的传感器即可。系统中旋转编码器的应用可以准确的对物料进行定位，由于其与步进电机的良好配合，从而提高了物料分拣装置的分拣精确度。本课题采用单片机作为系统控制中心，协调各类传感器、气缸、步进电机和空气压缩机快速且有序的工作，充分的的满足了物料分拣系统的要求。在本系统中涉及到机械和电气两部分知识，其将这两部分融合为一体使其相互配合达到设计要求。如果在系统中添加了触摸式的显示屏，那么物料分拣系统装置的效果将会更好。致谢参考文献[1]赵苓,姚静.基于图像分析的多参数物料检测系统研究[J].机电工程，2014,03:295-300.[2]师亚娟,刘欣.物料自动分拣实验平台的研究与设计[J].工业仪表与自动化装置,2014,03:40-43.[3]贺雅琴.自动物料分拣机器人系统的关键技术研究[D].华南理工大学,2011.[4]沈灿钢.自动物料分拣装置的设计与实现[J].数字技术与应用,2014,09:148-150+152.[5]王芳琴.单片机控制的节水灌溉系统的研究[D].华中农业大学,2005.[6]高玉琴.单片机原理与应用及C51编程技术.-北京：机械工业出版社，2011.6（2013.1重印）.[7]郗志刚，张鹏，刘朝福.液压与气动技术.西安交通大学出版社，2014.1.[8]洪志刚，杜维玲，井娥林.单片机应用系统设计.-北京：机械工业出版社，2011.2.[9]贺哲荣，甄旭.MCS-51系列单片机使用编程88例.北京：中国电力出版社，2010.11.[10]刘波文，刘向宇.51单片机C语言应用开发三位一体实战精讲.北京：北京航空航天大学出版社，2011.6.[11]赵井波，向先波.Protel99SE多层电路板设计与制作（修订版）.人民邮电出版社出版发行，2012.7.[12]成大先.机械设计手册单行本气压传动[M].北京:化学工业出版社,22-120:22-153~22-16[13]XuHaibo,ChuanshuLiao.LongDistanceMonitoringandControllingSystemBasedonAT89S52.MicrocomputerInformation,2010.[14]D.I.Kogan,Yu.S.Fedosenko,N.A.Dunichkina.

Bicriterialservicingproblemsforstationaryobjectsinaone-dimensionalworkingzoneofaprocessor[J].

AutomationandRemoteControl,2012,73(10).[15]王卫兵.传感器技术及其应用实例，-北京：机械工业出版社，2013.5.80196单片机IP研究与实现,TN914.42AT89S52单片机实验系统的开发与应用,TG155.1F406基于单片机的LED三维动态信息显示系统,O536TG174.444基于单片机的IGBT光伏充电控制器的研究,TV732.1TV312基于89C52单片机的印刷品色彩质量检测系统的研究,TP391.41基于单片机+CPLD体系结构的信标机设计,TU858.3TN915.62基于单片机SPCE061A的汽车空调控制系统,TM774TM621.3带有IEEE488接口的通用单片机系统方案设计与研究,TN015基于VC的单片机软件式开发平台,TG155.1F406基于VB的单片机虚拟实验软件的研究与开发,TG155.1F406采用单片机的电阻点焊智能控制器开发,TG155.1F406基于51系列单片机的PROFIBUS-DP智能从站研究,TG155.1F406八位单片机以太网接入研究与实现,TG155.1F406基于单片机与Internet的数控机床远程监控系统的研发,R319TP319基于单片机和DSP控制的医用输液泵的研究,U467.11基于单片机控制新型逆变稳压电源的设计与仿真,F426.22TP311.52基于8位单片机的摩托车发动机电控单元软硬件的开发,TB61基于430单片机的变压器监控终端的研究,TG155.1F406逆变点焊单片机控制系统研究,TG131TG113.14单片机控制数字变量柱塞泵的研究,F426.22TP311.52基于单片机控制的高通量药物筛选及检测系统开发,R730.55R734.2MCS8051以及DS80C320单片机软核的设计,TP391基于AVR单片机的应用设计实践,TN015LPC2210单片机的KGW脉冲固体激光掩膜加工控制系统研究,TG131TG113.14基于单片机控制的交流伺服系统的多梳栉经编机的研究,TN916TP31780C196单片机在铁路客车发电机控制系统中的应用研究,TP368.1TP393基于单片机的工程车辆3参数自动换档技术研究,F426.22TP311.52削方制材机摇尺机构单片机控制装置的研制,TH213.68XC196单片机集成开发环境的研制,F426.22TP311.52\t"_b