斜置辊轮式胶带分拣系统设计说明书

中国矿业大学毕业设计PAGE94目录第1章绪论 1第1.1节现代分拣系统概述 1第1.2节自动分拣系统的组成 2第1.3节分拣机分类 3第2章方案的确定 4第2.1节机械部分方案的确定 4第2.2节控制部分方案确定 5第3章机械结构设计 6第3.1节滚筒体自身转动装置的设计 63.1.1传动方案设计 63.1.2电机的选择 63.1.3计算传动装置的运动和动力参数 73.1.4滚筒中的齿轮传动设计 113.1.5中间齿轮轴的设计计算： 93.1.6高速齿轮轴 193.1.7滚筒体厚度的计算 203.1.8法兰轴设计 203.1.9轴承选择计算 263.1.10紧固件的计算： 273.1.11键联接计算 283.1.12滚筒体受力分析 293.1.13滚筒支架的设计 293.1.14动作时间的计算 30第3.2节气压推移装置的设计计算 303.2.1气压传动及其应用 313.2.2气压传动的优缺点 313.2.3气压传动系统的组成 323.2.4气缸的设计 333.2.5气压缸的设计计算 343.2.6步进电机的选择 403.2.7锥齿轮的设计 423.2.8底座轴承的设计计算 462.2．9同步齿轮的设计计算 46第4章控制系统设计 50第4.1节颜色识别系统 504.1.1传感器与其等效电路 504.1.2双结硅色敏器件的检测电路 51第4.2节步进电机 524.2.1步进电机的工作原理 534.2.2步进电机驱动电路 54第4.3节控制系统设计 584.3.1芯片简介 584.3.2扩展三总线的产生 604.3.3扩展数据存储器 624.3.4A/D转换与接口技术 634.3.5步进电机的微机控制 654.3.6流程图 684.3.7软件 68参考文献 73附录 75致谢 91第1章绪论自动分拣机是按照预先设定的计算机指令对物品进行分拣，并将分检出的物品送达指定位置的机械。随着激光扫描、ti9aoma及计算机控制技术的发展，自动分拣机在物流中的使用日益普遍。在邮政部门自动信函分拣机及自动包裹分拣机已经使用多年。被检货物经由各种方式，如人工搬运、机械搬运、自动化搬运等送入分检系统，经合流后汇集到一条输送机上。物品接受激光扫描仪对其条形码的扫描，或通过其它自动识别的方式，如光学文字读取装置、声音识别输入装置等方式，将分拣信息输入计算机中央处理器中。计算机通过将所获得的物品信息与预先设定的信息进行比较，将不同的被拣物品送到特定的分拣道口位置上，文成物品的分检工作。分拣道口可暂时存放未被取走的物品。当分拣道口满载时，由光电控制，阻止分拣物品不再进入分拣道口。第1.1节现代分拣系统概述1、现代分拣系统的基本构成包括混杂一起的物品的输入、分拣运输机系统和分拣后物品的输出三大部分。2、对成件物品分拣系统的基本要求是：（1）能够迅速准确的分拣物品，且分拣差错率低，现代大型分拣系统的分拣速度每小时可达几万件。（2）分拣能力要强，现代大型分拣系统分拣口数目可达数百个。（3）分拣系统对分拣物品的大小、形状、质量、包装形式及材质等因素的适应范围要宽。（4）工作时对分拣物品的冲击和振动要小，安全保护措施齐全，对被分拣物不能造成损坏。（5）分拣作业中操作人员输入分拣命令简单方便，人工辅助动作简单、省力。（6）自动控制和计算机管理的功能完善，性能安全可靠。第1.2节自动分拣系统的组成自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。以上四部分装通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分系统。

1、控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商该进入哪一个分拣道口。

2、分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经该装置时，该装置动作，使其改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。

3、输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品鱼贯通过控制装置、分类装置，并且输送装置的两侧一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。

4、分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的信道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。第1.3节分拣机的分类分拣机的种类很多，按照分拣机采用的主要输送机的类型，可分为链式分拣机、带式分拣机、胶带分拣机、辊道分拣机及其它分拣机等。其中，链式分拣机又分为翻盘式分拣机、翻板式分拣机、翼盘式分拣机、三维翻转式翻盘分拣机等；胶带分拣机有以下几种：横向推出式胶带分拣机、斜行胶带式分拣机斜置辊轮式胶带分拣机、转台式胶带分拣机、底卸式胶带分拣机；辊道分拣机可分为横向胶带式辊道分拣机、横向推出式辊道分拣机等。此外，还有一些专用分拣机不断出现，例如悬挂式分拣机、信函自动分拣系统、电子称量分拣机等。第2章方案的确定第2.1节 机械部分方案的确定本设计要做的是辊轮式分拣机的小型化模型，基本思路如下：在分拣口前500mm处，安装气压推移装置，平时气压缸是收缩起来的，当所要分拣的物体到达气压推移装置处，根据所要分拣的物品确定气压缸的伸缩。在分拣口处，安装三排轴线可以向左右偏转45°角的辊轮，平时辊轮轴线与胶带运行方向垂直，分拣时，斜置辊轮轴线向左或向右偏转45度，使分拣物被辊轮拖动从侧面脱离胶带输送机滑入分拣溜槽。这种分拣机不适合分拣体积较小的物品，太小的物品会卡在辊轮之间或从间隙中掉出。实现这个分拣功能需要满足两种运动要求，首先要使辊轮绕自身轴线转动以带动被分拣的物品运动，其次，要实现整排辊轮左右的偏转。关于辊轮自身的转动问题，有以下几种方式可以实现：可以采用带传动、链传动或者齿轮传动等方式用电动机带动。整排辊轮的偏转可以通过步进电机的正反转控制来实现。但是两种功能综合考虑，要使辊轮在轴线偏转的同时自身转动，需要传动装置来带动，这就需要动力装置与辊轮同时偏转才能保证传动可以实现，例如，也就是要动力装置与辊轮的相对位置保持不变，若要每个辊轮沿不同的轴线来偏转就需要给每个辊轮分别配电机和传动机构，这样的话，结构就占空间位置将会比较大，布置不太合理。从多方面考虑，决定用内置电机的电动滚筒形式来解决这个问题，电动滚筒可单独驱动，所以，适用于不便于布置成组驱动的部位。关于偏转的实现：步进电机要带动辊轮沿不同的轴线自身偏转，要同时动作，则需要一个平行四边形机构来实现，然后只要带动一根轴转动就可以使几个轴同步转动。基本方案图如图2.1：图2.1机械部分总体方案第2.2节 控制部分方案确定首先是信号识别的问题，如果分拣口数目很多则可以考虑使用条形码识别系统。本设计只是一个小型化的模型，分拣口只有三个，所以，利用颜色识别比较简单易行，这就涉及到传感器的选择问题，和模拟量与数字量的转换等等。首先由传感器采集信号，由于传感器得到的信号微弱且不稳定，必须经过放大、采样保持电路以获得稳定的信号，然后由A/D转换变为数字信号送入8031处理器，再通过软件的设计，发送信号给步进电机，使其正转或者反转。如下图所示传感器放大电路驱动电路动作装置微处理器采样保持传感器放大电路驱动电路动作装置微处理器采样保持A/D转换第3章机械结构设计第3.1节滚筒体自身转动装置的设计3.1.1传动方案设计该传动系统采用两级定轴轮系传动，由内齿轮带动滚筒，并将电机及传动系统置于滚筒内部，构成电动滚筒型式。如图 图3.1电动滚筒结构简图1——电动机 2——第一级小齿轮 3——第一级大齿轮 4——第二级小齿轮5——内齿圈 6——滚筒体3.1.2电机的选择 电机选择（所涉及公式参考《实用微电机手册》）1）电动机输出的转矩主要是克服负载惯量，只要加速到同步转速后，电动机的输出转矩只用来克服摩擦转矩。因此负载转矩最大时应是启动的瞬间。设电动机起动的时刻t=0,电机的角速度ω=0，从零加速到同步转速时是匀加速运动，加速时间是0.2s,稳定速度是2π/s，则启动时的等效转矩为：（3·1）式中J——负载的转动惯量（g·cm） n——电动机的同步转速（r/min）设物体质量m=5kg，辊轮转速n=40r/min,辊轮半径r=2.5cmJ=mr=5×2.5=31250g/cm物重 W=5kg×9.8N/kg=49N摩擦力 F’=μW=0.045×49=2.2N物体作用在至少3个辊轮上，所以实际摩擦力F==N=0.735Nm≈500gJ=电动机应提供的转矩为M =5.23×10·n·(J+J)+F·r=5.23×10×40×(31250+1562.5)+0.735×2.5=7.3N·cm2）假设工作阻力为20N，则滚筒所需功率,需要电动机的功率辊轮主轴功率P=2.2W所以选择43TRY-02永磁容分同步电动机可以满足要求参数：启动转矩9.8N·cm,额定功率3.0W，额定转速250r/min,外形尺寸φ43×计算传动装置的运动和动力参数1.传动比定为 ，2.各级转速=250r/min3.各级功率4.各级转矩3.1.4滚筒中的齿轮传动设计滚筒中的齿轮传动设计（所涉及公式及参数来自《机械设计工程学Ⅰ》）1.高速级齿轮计算（预期工作寿命：8×300×8h）1）选择齿轮材料查表8-17小齿轮选用KTZ500-03，大齿轮选用KTZ500-03HBS=201~269，HBS=201~2692）按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按v=（0.013~0.022）n估取圆周速度v=0.1m/s，参考表8-14，表8-15选取Ⅱ公差组10级取小轮分度圆直径d，由式（8-64）得d≥（3·2）齿宽系数 查表8-23，按齿轮相对轴承为悬臂布置，取=0.23小轮齿数Z 在推荐值20~40中选Z=24大轮齿数 齿数比u =36/24=1.5传动比误差为误差在±5%范围内合适小轮转矩由式（8-53）得载荷系数K由式（8-53）得K=KKKK使用系数K查表8-20K=1动载荷系数K查图8-57得初值K=1.1齿向载荷分布系数K查图8-60K=1.15齿间载荷分配系数K，由式（8-55）及β=0得==[1.88－3.2（+）]cosβ=[1.88－3.2(+)]=1.66查表8-21并插值K=1.29则载荷系数K的初值=1×1.1×1.15×1.29=1.63弹性系数查表8-22=143.7节点影响系数查图8-64（β=0，）=2.5重合度系数查图8-65（）许用接触应力[]由式（8-69）得[]=··／接触疲劳极限应力、查图8-69=460N/mm =460N/mm应力循环次数由式（8-70）得=60njL=60×250×1×(8×300×8)=2.88×10=/u=2.88×10/1.5=1.76×10则查图8-70得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀）==1硬化系数，查图8-71及说明=1接触强度安全系数查表8-27，按一般可靠度查=1.0~1.1，取=1.1[]=460×1×1/1.1=418N/mm[]=460×1×1/1.1=418N/mm故的设计初值为=8.89mm齿轮模数mm=/=8.89/24=0.39mm查表8-3m=0.4mm小轮分度圆直径的参数圆整值 =m=24×0.4=9.6mm圆周速度v=π/60000=π×9.6×250/60000=0.12m/s动载荷系数，查图（8-57）得：=1载荷系数=1×1×1.15×1.29=1.4835小轮分度圆直径≥=8.89取9mm大轮分度圆直径 =m=0.4×36=14.4=15mm中心距 a=0.4×(24+36)/2=12mm齿宽 b==0.28×9=3mm大轮齿宽 mm小轮齿宽 =+1=4mm3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由式（8-66）（3·3）齿形系数查图8-67小轮=2.52 大轮=2.33应力修正系数查图8-68小轮=1.63 大轮=1.7重合度系数由式（8-67）=0.25+0.75/=0.25+0.75/1.66=0.69许用弯曲应力[]由式（8-71）[]=弯曲疲劳极限查图8-71=390N/mm=390N/mm弯曲寿命系数查图8-73==1尺寸系数查图8-74=1安全系数查图8-27=1.3则[]==390×1×1/1.3=300N/mm[]==390×1×1/1.3=300N/mm故 ==166.17N/mm＜[]==128.19N/mm＜[]齿根弯曲强度足够4）齿轮主要几何尺寸计算齿顶高齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径2.内啮合齿轮计算（预期工作寿命：8×300×8h）1）选择齿轮材料查表8-17小齿轮选用KTZ500—03大齿轮选用KTZ500—03HBS=201～269，HBS=201～2692）按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按v=（0.013~0.022）n估取圆周速度v=0.1m/s，参考表8-14，表8-15选取小轮分度圆直径d，由式（8-64）得（3·4）齿宽系数ψ查表8-23按齿轮相对轴承为非对称布置取ψ=0.8小齿轮数Z在推荐值20～40中选取Z=20大齿轮数ZZ==4×20=80齿数比 u=Z/Z=4传动比误差，误差在±5%范围内合适小轮转矩T，由式（8-5）得T=9550P/n=9550×2.55/166.7=146.11N·mm载荷系数K，由式（8-54）得使用系数K，查表8-20，K=1动载荷系数，查图8-57得初值K=1.1齿向载荷分布系数K，查图8-60，K=1.15齿间载荷分配系数K，由式（8-55）及β=0得查表8-21并插值，K=1.306则载荷系数K的初值K=1×1.1×1.5×1.306=1.65弹性系数Z，查表8-22，Z=143.7节点影响系数Z，查图8-64（β=0，x=x=0）Z=2.5重合度系数，查图8-65（）Z=0.875许用接触应力[]，由式（8-69）得[]=接触疲劳极限应力，，查图8-69==460N/mm，应力循环次数由式（8-70）得N=60×132.37×1×（8×300×8）=1.767×10hN=N/u=1.767×10/4=4.417×10h则查图8-70得接触强度的寿命系数Z，Z（不允许有点蚀）Z=Z=1硬化系数Z，查图8-71及说明，Z=1接触强度安全系数S，查表8-27，按一般可靠度查S=1.0~1.1取S=1.1[]=460×1×1/1.1=418N/mm[]=460×1×1/1.1=418N/mm故d的设计初值d为d≥=7.68mm齿轮模数m=d/Z=7.68/20=0.38查表8-3，圆整m=0.4小轮分度圆直径的参数圆整值 d’=Zm=20×0.4=8mm圆周速度 v=πdn/60000=π×12×166.67/60000=0.096m/s与估取圆周速度v很相近,对K取值影响不大,不必修正KK=K=1.1,K=K=1.65小轮分度圆直径d=d’=8mm大轮分度圆直径d=mZ=0.4×80=32mm中心距 a==12mm齿宽 b=7.68×0.8=6.14mm大轮齿宽b=6mm小轮齿宽b=b+1=7mm3)齿根弯曲疲劳强度校核计算由式(8-66)齿形系数Y,查图8-67小轮Y=2.52 大轮Y=2.3应力修正系数Y,查图8-68,小轮Y=1.62, 大轮Y=1.72重合度系数Y,由式(8-67)Y=0.25+0.75/=0.25+0.75/1.715=0.687许用弯曲应力[],由式(8-71),[]=（3·5）弯曲疲劳极限,查图8-72,=390N/mm,=390N/mm弯曲寿命系数Y,查图8-73Y=Y=1尺寸系数Y, 查图8-74Y=1安全系数S, 查表8-27S=1.3则 []=390×1×1/1.3=300N/mm[]=390×1×1/1.3=300N/mm=[]=[]齿根弯曲强度足够4）齿轮主要几何尺寸计算齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径3.1.5中间齿轮轴的设计计算：基本尺寸如下：a’=12mm，b=1mm，L=1mm，L=1mm，L=9mm，B=7mm，r=0.5mm弯矩计算：垂直方向=8.01×0.009=0.072N·m=6.79×0.001=0.00679N·m水平方向=9.56×0.009=0.086N·m=0.01867N·m合成弯矩=0.112N·m=0.0199N·m轴径计算：=0.169N·m=0.128N·m=3.645mm=3.645mm圆整=4mm=4mm危险断面疲劳强度安全系数S校核：=4mmZ=，，=1.0C=0.75（1+0.05）=0.827MN·mM=（=（1.1×=384.86N·mTN·mMN·mM’=N·mS校核通过。=4mmZ===5.52×10Z===1.18×10，=1.0C=0.75（1+0.05）=0.827MN·mM=（=（1.1×=15.726N·mTN·mS=校核通过。3.1.6高速齿轮轴P=2.8W=0.0028kW，D=50mm，M=0.084N·mF，FR=L=2mm弯矩M=RL=19.87×0.002=0.0397N·m合成弯矩M’==0.093N·m轴径d=1.04×21.68=1.04×21.68×=2.986mm圆整d’=3mm危险截面疲劳强度安全系数校核：d’=3mmZ===5.66×10Z===3.215×10，=1.0，=0.05C=0.75（1+0.05）=0.827M=（=（1.1×=5940.37N·mTN·mS=校核通过。3.1.7滚筒体厚度的计算电动滚筒的筒体失效主要是磨损破坏。根据经验计算公式（3·6）式中 P——功率，kW l——筒长，mm D——滚筒直径，mm，R＝D/2 （mm） [σ]——许用应力，N/mm取，对于Q235A钢，＝235，则＝58.75则∴=0.085mm这里取t=1mm强度足够。3.1.8法兰轴设计将左右法兰轴与电机联接成一个组件，按简支梁进行受力分析和计算，如图所示图3.2法兰轴应力图受力分析简支梁外载荷如下M为Z齿圈作用在轴上的反力矩，是通过Z齿轮传递到a、b支点而产生的；左法兰轴轴头与支座无键联接，故不受扭矩作用，它的轴头按右法兰轴断面尺寸而无需核算。、为由Z内齿圈作用在Z齿轮上的径向分力与齿轮作用在齿轮的径向分力，所求出的a、b两支点沿垂直方向的支座反力；、为由Z、Z齿轮的切向分力所求出的a、b两支点沿水平方向的支座反力；为左右法兰轴、电机、Z、、齿轮等的质量，作用点按L/2处考虑；G为滚筒体、左右端盖、内齿圈等旋转部分的质量；、为支点A、B沿垂直方向的支座反力；、为支点A、B沿水平方向的支座反力；、、、为齿轮Z、、Z、Z的圆周力；、、、为齿轮Z、、Z、Z的径向力已知条件如下：滚筒功率P=2.8W=0.0028kW，速度V=0.109m/s，直径D=50mm材料：QT400-15，电机转速250r/min，小齿轮分度圆直径d=9mm，内齿轮分度圆直径d=32mm其它尺寸如下：L=80mm，a=12mm，c=3mm，c’=6mm，b=4mm，L/2=1mm，L=6mm，G=0.1×9.8=0.98N，G=0.4×9.8=3.92N，B/2=3外载荷计算：输入扭矩M=9550=9550×=0.084N·m第一级齿轮传递的扭矩M=iM=0.084×1.5=0.126N·mi==36/24=1.5i=Z/Z=80/20=4M’=iM=4×0.126=0.50424N·mM=500=N·mF=F=F=F=F=F=F=F==11.49NRRRRF=1.575R=（3·7）=12NR（3·8）==0.68NR（3·9）==22.57NR（3·10）==4.16N法兰轴轴头力矩计算：A点分析：垂直方向弯矩 M=12×0.003=0.036N·m水平方向弯矩 M=22.57×0.003=0.068N·m合成弯矩 M==0.077N·m法兰轴断面直径的计算：M=0.313N·m[]=40d=21.68=21.68=4.3mm圆整d=5mmB点分析：垂直方向弯矩M=12×0.5×0.002=0.012N·m水平方向弯矩M=22.57×0.001=0.02257N·m合成弯矩M==0.0256N·m法兰轴断面直径的计算：M=0.304N·md=1.04×21.68=1.04×21.68=4.43m圆整d=5mm疲劳强度安全系数校核：M==12×0.006=0.072N·mM==22.57×0.006=0.135N·mM===0.153N·m应力幅的等效系数=0.05疲劳极限的换算系数=1.45=1.3=1.367=325.32N·m附：Z=1.23×Z=2.46×=576.08N·m5.66疲劳强度的许用安全系数[S]=1.7>1.7，校核通过。=1.45=1.3=1.367=3.02N·m=576.08N·m=7.06＞1.7，校核通过。3.1.9轴承选择计算1）法兰轴与端盖轴承寿命轴承型号：深沟球轴承61800F/2=31.815/2=15.91N，G/2=3.93/2=1.96Nn=P=N查表C==1079N2）中间齿轮轴轴承，，，NN轴径d=6mm相配轴承型号：深沟球轴承627/6-2Z查滚子轴承表C==495n=166.67r/min=0.5943.1.10紧固件的计算：1）滚筒右端盖联接螺栓联接螺栓所在圆半径r=22mm螺栓数量z=6切向力R=预紧力P=6.5R=6.5×3.83=24.87N许用拉应力[]==80N/（按4.8级）公称应力面积A复合强度校核==73.56≤[]=100N/mm，故安全。2）右法兰轴与电机端盖联接螺栓D=50mm，mmr==38/2=19mm=13.44mm滚筒输入扭矩Z=4R==NNN·m=2.526NN/3.1.11键联接计算中间齿轮轴与齿轮的键联接[p]=140N/N/3.1.12滚筒体受力分析P=2.35W=0.00235Kw，v=0.1m/s，l=75mm，D=50mm，t=1mm圆周力扭矩剪切应力，所以滚筒是安全的。3.1.13滚筒支架的设计该支架只承受来自滚筒和成件物品的重量每个滚轮约重 =0.5×9.8=4.9N,每个物体约重 G=5×9.8=49N所以作用在支架上的总重量G=初选支架材料HT100，支架壁厚2mm，查表总重量在支架上的作用面积S=2××π×10=15.7则＜＝130由此可知，支架强度足够。3.1.14动作时间的计算假设物体最小体积为200×300×200()滚筒转动45°用时=0.2s传感器安装在距离分拣口1000mm处，则从被传感器检测到物体到达分拣口，用时＝1/0.1＝10s分拣时，支架转过45°后到物体成功分拣（即支架转过后的保持时间）为＝0.48/0.1=4.8s分拣时，液压缸伸缩所用的时间=0.5/1=0.5s所以，分拣一个物体需要的总时间为t＝+++＝6s两个物体之间的最小距离应为S＝vt＝0.1×6=0.6m第3.2节气压推移装置的设计计算3.2.1气压传动及其应用气压传动简称气动,是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号。控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化，自动化的一门技术。它是流体传动及控制学科的一个重要的分支。因为以压缩空气为工作介质，具有防火、防暴、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，已发展成为实现生产过程自动化的一个重要手段，在机械工业、冶金工业、轻纺食品工业、化工、交通运输、航空航天、国防建设等各个部门已得到广泛的应用。3.2.2气压传动的优缺点气压传动的优点空气随处可取，取之不尽，节省了购买、储存、运输介质的费用和麻烦；用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便，不必设备回收管路，因而也不存在介质变质、补充和更换等问题。因空气粘度小（约为液压油的万分之一），在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。即使有泄漏，也不会像液压油一样污染环境。与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞。气动组件结构简单，制造容易，食欲标准化、系列化、通用化。气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性由于液压、电子和电气系统。空气具有可压缩性，使启动系统能够实现超载自动保护，也便于储气罐储存能量，以备急需。排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象。气压传动的缺点空气具有可压缩性，当载荷变化时，气动系统的动作稳定性差，但可以采用气液联动装置解决问题。工作压力较抵（一般为０.４～0.8Ma），又因结构尺寸不宜过大，因而输出功率较小。气信号传递的速度比光、电子速度慢，故不宜用于要求高传递速度的复杂回路中，但对一般机械设备，气动信号的传递速度是能够满足要求的。排气噪声大，需加消声器。气动与液压传动控制方式的性能比较。液压传动控制方式操作力最大，动作较慢，不怕振动，结构复杂，负载变化影响较小，适于短距离操纵，无级调速性能良好，工作寿命一般，维护要求高，但价格稍贵。气压传动控制方式操作力中等，动作较快，环境适应性好，构造简单，负载影响较大，适应于中距离操纵，无级调速性能较好，工作寿命长，维护要求不高，购买价格便宜。在本设计中，工作压力小，结构尺寸和输出功率也小，负载变化小，而且要求动作速度快，所以，综合以上气压和液压传动的优缺点，选择气压传动是比较合适的，无污染，价格便宜，维护方便。3.2.3气压传动系统的组成典型的气压传动系统有气压发生装置、执行组件、控制组件和辅助组件四个部件组成。气压发生装置气压发生装置简称气源装置，是获得压缩空气的能源装置，其主体部分是空气压缩机，另外还有气源净化设备。空气压缩机将原动机供给的机械能转化为空气的压力能；而气源净化设备用以降低压缩空气的温度，除去压缩空气中的水分、油分以及污染杂质等。使用气动设备较多的厂矿常将气源装置集中在压气站内，由压气站再统一向各用气点分配供应压缩空气。执行组件执行组件是以压缩空气为工作介质，并将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置。包括直线往复运动的气缸，作连续回转运动的气马达和作不连续回转的摆动马达等。控制组件控制组件又称操纵、运算、检测组件，是用来控制压缩空气流的压力、流量和流动方向等，以便使执行机构完成预定运动规律的组件。包括各种压力阀、方向阀、射流组件、行程阀、转换器和传感器等。辅助组件辅助组件是使压缩空气净化、润滑、消声以及组件间连接所需要的一些装置。包括分水滤气器、油雾器以及各种管路附件等。3.2.4气缸的设计选择气缸时应注意以下几个方面：选择气缸的类型；根据使用场合和负载特点选择不同类型的气缸。选择安装形式：有气缸的安装位置、社用目的等因素来决定。其原则四：负载作用力方向应始终与气缸轴线方向一致，以防活塞杆手弯曲力的作用。确定气缸作用力的:大小：根据工作机构所需要的作用力的大小类确定，并要留有一定裕度。确定旗杆:高兴成与使用场合和机构所需要的形成比有关，也手加工和机构的限制。有些场合，应按所需要行程增加10~20mm的行程余量。确定以内的速度：普通气缸的运动速度为0.5~1m/s，应根据需要在系统中设备调速组件，如节流阀等，且多采用排气节流调速，以增加系统刚性，防止爬行。注意润滑：除无油润滑气缸外，均应注意气缸的合理润滑，在气源入口处设备油雾器，并根据需要调节供油量。3.2.5气压缸的设计计算1、确定气缸活塞杆的推力F确定负载的大小。物料的品质m1：5kg气压缸的质量m2：5kg物体与皮带的摩擦因子：(机械设计手册（新编软件2008）)所以一个气压缸的作用力为：由于本设计是两个气压缸共同作用，故每个气压缸承受一半的作用力气缸内径D的计算推力作功时，（m）（3·11）式中，p——气缸工作压力，——负载率负载率与气缸工作压力p有关，且综合反映活塞的快速作用和气缸的效率。下表列出了传输气缸与p的关系。的最佳值为0.3~0.5，气缸高速运动或垂直安装时取=0.3，低速运动是取=0.5。对与作夹具用的夹紧气缸，取=0.8~0.9。表3.1负载率与气缸工作力p发关系0.0010~0.300.15~0.400.20~0.500.25~0.600.400.500.600.70~10.30~0.650.35~0.700.40~0.750.45~0.75在此选择=0.3p=0.3（3·12）则气缸的内径为计算出的气压缸内径需要按照GB/T2348—1993（液压气动系统及组件-缸内径及活塞杆外径）进行圆整。由此可得气缸的内径为D=25mm3、活塞杆直径的计算与计算气缸的内径D相同。一般取d/D=0.2~0.3，必要时也可取d/D=0.16~0.4。当活塞杆受压时，且其行程L≥10d时，还要校核其稳定性。d=(0.16~0.4)D=4~10mm在此取活塞杆的直径d=10mm。（计算出的活塞杆的直径需按照GB/T2348—1993液压3气动系统及组件-缸内径及活塞杆的外径进行圆整。4、缸筒壁厚的计算一般气缸筒壁厚δ与缸径D之比小于1/10。气缸缸筒承受压缩空气的压力，其壁厚可按簿壁筒公式计算：式中D——缸筒内径，mm——实验压力，，为工作压力p的1.5倍[σ]——缸筒材料的许用应力，——缸筒材料的抗拉强度，n——安全系数，一般取n=6~8按公式计算出的壁厚通常都很薄，加工比较困难，实际设计过程中一般都需要按照加工工艺要求，适当增加壁厚，尽量选用标准钢管或铝合金管。缸筒材料常采用20号无缝钢管、铝合金2A12、铸铁HT150和HT200等。本设计中采用20号冷拔无缝钢管，考虑到加工工艺，选用壁厚尺寸为=5mm。确定气缸活塞杆的行程活塞杆的行程：S=250mm计算出的活塞杆的行程需要按照GB2349——1980（液压气动系统及组件-缸活塞行程系列）进行圆整。故可以查得L=500mm多数场合下活塞杆承受的是推力负载，细长杆件受压易产生弯曲和变形，必须考虑压杆的稳定性。当活塞杆计算长径比L/d＞10时，当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极为微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不桅顶现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆的稳定性条件是气缸的压杆稳定极限力与气缸的安装形式、活塞杆直径及行程有关。当细长杆比时，（3·13）式中——气缸承受的轴向负载，即气缸的理论输出力，N——气缸的压杆稳定性安全系数，一般取=2~6。L——活塞杆的计算长度，m，K——活塞杆横截面回转半径，m，对于实心杆J——活塞杆横截面惯性矩，对于实心杆m——由安装连接条件决定的系数。根据本设计中的实际情况可得m=1。E——活塞杆材料弹性模量，钢材取L=500mmK=6/4=2.5m=1所以活塞杆是稳定的，符合要求。7、耗气量的计算气缸的耗气量与气缸的缸径、行程、工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积（死容积）有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量Q为：式中s——活塞行程，mn——气缸活塞每分钟往复次数，50次/min此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算的值比实际的值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。8、气缸进排气口的计算。气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关，除特殊情况为外，一般气缸的进气口、排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下面的公式计算：式中v——空气流经排气口的速度，一般取v=10~15m/s，在次取v=15m/s则把计算出的气缸进排气口当量直径进行圆整，要留有一定的余量，按照GB/T14038-93《气缸气口螺纹》选择合适的气口螺纹。进排气口螺纹选取M5×0.8。根据计算出的数据设计气压缸，其设计简图如下图2-3：图3.3气压缸设计简图活塞杆2、O形密封圈用挡圈3、O型橡胶密封圈4、前端盖5、气压缸壁6、活塞7、套筒8、后端盖9、缓冲节流阀10、螺母M311、O形密封圈用挡圈1612、O形橡胶密封圈16活塞杆头部的环行圈是另外焊接上去的，是为了在其顶部安装固定推移挡板用的，用螺钉将推移挡板固定在气压缸顶部。3.2.6步进电机的选择1）计算最大静转矩滚筒部分的转动惯量＝+＝+＝+＝大锥齿轮转动惯量＝＝＝小锥齿轮的转动惯量＝＝＝同步齿轮的转动惯量＝＝＝折算到电机轴上的转动惯量＝+（96.4××0.00058+）＝滚筒0.2s内转45°则步进电机转过180°设0.05s内速度达到最大，则最大静转矩功率根据以上条件，选择电机型号为55BY001，相数为4，步距角为7.5°最大静转矩为0.78，外形尺寸为mm3.2.7锥齿轮的设计锥齿轮的预期工作寿命：8×300×8h。功率P=0.4979W=0.0004979kW传动比电机转速1）选择齿轮材料小齿轮选用45#调质，大齿轮选用45#正火＝245～275，210～2402）按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮精度等级，按估计齿宽中点分度圆上的圆周速度＝0.06m/s参考表8-14,表8-15选取Ⅱ公差组10级小轮大端分度圆直径，由式（8-85）计算（3·14）齿宽系数在推荐值中选=0.3小轮齿数在推荐值20~40中选=30大轮齿数=齿数比传动比误差小轮转矩由式（8-53）得=31.7载荷系数使用系数，查表8-20，=1动载荷系数的初值，查图8-57得=1.17齿向载荷分布系数查图8-60得=1.1载荷系数K的初值弹性系数查表8-22得=189.8节点影响系数，查图8-64得=2.5许用接触应力接触疲劳极限=570=460接触寿命系数应力循环次数N由式（8-70）得则查图8-70得、（不允许有点蚀） 硬化系数查图8-71及说明=1接触安全系数，查表8-27得=1.2故的设计初值=9.555mm齿轮模数m=/=9.555/30=0.318mm圆整m=0.4mm小轮大端分度圆直径的计算值’为’=m=0.430=12mm小轮平均分度圆直径mm圆周速度小轮分度圆直径＝’＝12mm大轮大端分度圆直径=m=0.4120=48mm锥距R齿宽b=mm圆整b=7mm3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由式（8-86）（3·15）齿形系数由当量齿数＝30.92×查图8-67得和应力修正系数查图8-68得和许用弯曲应力由式计算弯曲疲劳极限应力弯曲寿命系数，查图8-73尺寸系数查图8-74安全系数查表8-27则 =46011/1.5=306=39011/1.5=260齿根弯曲强度足够。4）齿轮主要几何尺寸计算分度圆锥角°=75.964°分度圆直径mmmm齿顶高mm齿根高mm齿全高mm齿顶圆直径mmmm齿根圆直径 mmmm锥距mm齿顶角°齿根角°顶锥角 °°根锥角 °°齿宽mm3.2.8底座轴承的设计计算轴径，，转速n=37.5r/min，轴承只承受轴向载荷A=5.5×9.8=53.9N，要求使用寿命=8×300×8h当量动载荷查表5-9，5-10得=1，=1.1轴承所需要的径向额定动载荷选择轴承型号分别为深沟球轴承61801：d=12mm，D=21mm，B=5mm，=1079N61802：d=15mm，D=24mm，B=5mm，=1079N2.2．9同步齿轮的设计计算齿轮的预期工作寿命：8×300×8h功率：P=3.0458W=0.0030458KW传动比：i=1齿轮转速：n=35.75r/min选择齿轮材料小齿轮40Cr调质=260HBS大齿轮45正火=210HBS许用接触应力由式6-6=700=550接触疲劳极限查图6-4接触强度寿命系数应力循环系数N由式6-7=60nj=60×37.5×1×（10×300×8）=5.472×=/i=2.736×查图6-5得=1.03=1.07接触强度最小安全系数=1则=700×1.03=721=550×1.07=588.5许用弯曲应力由式6-12（3·16）弯曲疲劳极限查图6-7双向传动乘0.7=378=294弯曲强度寿命系数查图6-8==1弯曲强度尺寸系数查图6-9（设模数小于5mm）则=1弯曲强度最小安全系数=1.4则=378×1×1/1.4=270=294×1×1/1.4=210齿面接触疲劳强度的设计计算确定齿轮传动等级V=（0.013～0.022）估取圆周速度=3.94×m/s，参考表6.7，表6.8选取齿轮分度圆直径，由式6-5得（3·17）齿宽系数查表6.9按照齿轮相对轴承为非对称布置=0.8齿轮齿数在推荐值20～40中选=40齿数比u=1传动比误差△u/u=0≤0.05故合格齿轮转矩=9.55×P/n=775.66N·mm载荷系数KK=（3·18）————使用系数查表6.3=1————动载系数由推荐值1.05～1.4=1.2————齿间载荷分配系数由推荐值1.0～1.2=1.1————齿间载荷分布系数由推荐值1.0～1.2=1.1则载荷系数K==1.45材料弹性系数查表6.4=189.6节点区域系数查图6-3（）重合度系数由推荐值0.85～0.92选=0.87故(3·19)=14.04mm齿轮模数m=/=60/40=1.75进行圆整m=1.75标准中心距a=m（+）/2=60mm齿宽b=d=0.3×60=18mm3）齿根弯曲强度的校核计算由式6-10≤（3·20）齿形系数查表6.5=2.04=1.67重合度=〔（tan-tana）+（tan-tana）〕（3·21）=1.03重合度系数=0.25+0.75/1.03=0.98所以=39.78≤齿轮其它主要尺寸计算分度圆直径d=mz=60mm根圆直径-2=52.5mm顶圆直径=+2=66mm第4章控制系统设计自动分拣系统中，控制系统是实现自动化的一个重要环节，其中，识别技术又是自动化的关键。本设计采用颜色识别。第4.1节颜色识别系统半导体色敏器件是根据人眼视觉的三色原理，利用结深不同的PN结光电二极管对各种波长的光谱灵敏度的差别，实现对光源或物体的颜色测量，由于它结构简单，体积小，成本低，广泛应用于与颜色鉴别有关的各个领域。4.1.1传感器与其等效电路半导体色敏电路由在同一块硅片上制造，两个深浅不同的PN结构成，（浅色为，它对波长短的光电灵敏度高，为深结，它对波长长的光电灵敏度高）如图所示图4.1半导体彩色传感器的结构和等效电路双结光电二极管的光谱特性，即和不一样，分别在短波和长波有灵敏度峰值。和的短路电流比与入射光波长有如下关系图图4.2每一种波长的光对应于一短路电流比值，再根据短路电流比值的不同来判别入射光的波长以达到识别颜色的目的。4.1.2双结硅色敏器件的检测电路由上图双结光电二极管的短路电流之比与波长的关系曲线，可以设计如下图的信号处理电路，图中、为两个硅PN结，它们的输出分别连接到运算放大器和输入端，、作为对数变换元件，（差动放大器）对两个输入电压（即和的输出电压）作减法运算，最后在电路的输出端得到对应于不同颜色波长的输出电压值。图4.3双结硅色敏器件的检测电路3.三结光电二极管色敏器件识别颜色如图所示图4.4分光灵敏度特性曲线在同一块非晶体硅基片上制作三个非晶体硅的检测元件，并分别配上红、蓝、绿三块滤色片而构成一个整体，得到光谱三刺激曲线。当光源发出的光经过光学系统照在色敏器件上时，红、绿、蓝三色对应硅片中三只PN结，由于光谱吸收率不同而激发的载流子也不同，光电流也不同，光电流经过运算放大器后，输出相应三刺激的电压（、、），然后经A/D转换器输入到专用微处理器，处理后输出该光源的三刺激值采用标准色板的三刺激值为、、，计算机光电信号采样值为、、，则校正系数为该校正系数存于微处理器中本设计由三个分拣口，采用颜色分拣，简单易行。双色硅色散器件性能稳定，价格较低，故采用之。在西部传感器网查到相关光电传感器，选择YB－D型，安装于输送机机架上，距输送机边缘500mm。该传感器采用扩散反射式受光，检色宽度大，即使箱体经过传感器旁但离传感器较远也可被检测到。其特点如下：1.体积小，放大器内置，1ms高速响应，稳定检测高速物体2.光轴和灵敏度调整方便3.多种配件，可实现多角度安装4.电源电压DC12－24V第4.2节步进电机步进电机是一种特殊的将脉冲信号转换成相应角位移或直线位移的机电执行元件，每输入一个电脉冲，它便转过一个步矩角，随着脉冲信号的输入，步进电机便可一步步的转动。本设计采用四相八拍步进电机，步矩角为1.8°，而锥齿轮传动比i＝4，故竖轴转过45°，步进电机转180°，需要100个脉冲，在每输出一个脉冲后，控制电路会将传感器检测到的量变化，采样保持，持续输出脉冲。4.2.1步进电机的工作原理原理：步进电机内有定子和转子，定子由环形脉冲分配器来对每个定子进行励磁。四相八拍步进电机在通电过程中，转子会处于两相励磁极之间，从而使极角减半，提高精度。本电路采用软件脉冲分配电路，通电方式A－AB－B－BC－C－CD－DA－A。根据指令输入的电脉冲不能直接用来控制步进电机，必须用脉冲或软件进行分配，再经放大器，放大到具有足够大的功率，才能驱动电机工作。脉冲放大脉冲放大负载电脉冲脉冲分配步进电机图4.5步进电机工作流程图4.2.2步进电机驱动电路1.双电压驱动：在较低频段用较低的电压驱动，高频时用较高的电压驱动，如图图4.6双电压驱动电路当导通，电流低压电源电气时间常数高压管开通，电流上升，但不能升至这种驱动器的特点是在低频段与单电压驱动相同，转换电源电压提高响应。由于绕组中串电阻必不可少，所以存在发热问题。另外将整个频率分为两段，当电动机工作超过这一频率，绕组由高压供电；当工作频率低于这一频率，绕组由低压供电。因此特性不连续，有突变，在低于但接近时，输出特性下降太大。2.高低压驱动要想改善驱动器的高频特性，就必须提高导通相电流的前沿，也就是必须提高电源电压。但电压的提高会使相绕组电流过大（低频时），而要限制电流必然串电阻，串电阻又引起发热。这是互相矛盾的要求。高低压驱动的设计思想是不论电动机工作频率如何，在导通相的前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后，用低电压来维持绕组的电流。图4.7高低压驱动电路主回路由高压管，电动机绕组，低压管串联成。加高压，加低电压，电动机绕组回路不串电阻，在每相导通期间，低压管输入信号与高压管输入信号低压管的输入信号，由环形分配器输出的该相导通信号，脉宽由环分输出决定。当为高电平，该相导通；当低电平时，该相截止。高压管的输入信号是由信号的前沿获得，形成脉冲宽度不随工作频率变化的定宽脉冲。设的脉宽为，脉宽为，在相绕组导通的过程中，在前沿开始的时间内，由于高低压输入信号同时有效，高低压管同时导通，绕组电流由高压电流供给。此时，相绕组电流由很陡的前沿，并迅速形成上冲。当过后，高压管转为截止状态，低压电源开始供电，继续处于导通状态。高低压驱动可保证在很宽的频段内部能保证相绕组有较大的平均电流，在截止时又能迅速泄放，因此能产生较大的且较稳定的电磁转矩，因此驱动系统可得到较高的响应。由于这种驱动线路在低频时绕组电流有较大的上冲，所以低频时电动机振动噪声较大，低频共振现象仍然存在。3.斩波恒流驱动要使导通相不论在锁定、低频或高频工作时都保持额定值，斩波恒流驱动方式可以很好地解决这个问题。图4.8斩波恒流驱动电路IC1、IC2是两个控制门，控制着和两个晶体箱的导通和截止。当环形分配器输出低电平时，高低电压管都截止，此时绕组的续流与高低压相同，经过D1、D2向电源泄放。泄放回路的特点与高低压驱动时基本相同。斩波恒流驱动中，由于驱动电压较高，电动机绕组回路不串电阻，所以电流上升很快，当快要达到所需要的数值时，由于取样电阻反馈控制作用，绕组电流可以恒定在确定的数值上，而且不随电动机的转速而变化，从而保证在很大的频率范围内电动机都能输出恒定的转矩。这种驱动器的另一优点是减少电动机共振现象的发生。由于电动机共振的基本原因是能量过剩，而斩波恒流驱动输入的能量是自动随着绕组电流调节。能量过剩时，续流时间延长，而供电时间减小，因此可以减小能量的积聚，基本消除低频共振现象。归纳起来，斩波恒流有以下优点：eq\o\ac(○,1)高频响应大大提高eq\o\ac(○,2)输出转矩均匀eq\o\ac(○,3)共振现象消除所以，设计选用斩波恒流驱动方式。第4.3节软件4.3.1芯片简介（1）8031：8位单片机，包括以下功能部件1.数据存储器（RAM）：片内位128字节（单元），片外可扩至64K2.中断系统：具有5个中断源，级中断优先权。3.定时器/计数器：2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。4.串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。5.P1口、P2口、P3口、P4口：为四个并行8位I/O口6.特殊功能寄存器（SFR）：共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、控制、监视。实际是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区。7.微处理器（CPU）：为8位CPU，内含一位CPU（位处理器），不仅可以处理字节数据，还可以进行位变量处理。（2）6264：8K×8位外扩展数据存储器，28管引脚，引脚功能如下：A0～A12：地址输入线～：双向三态数据线：片选信号输入线，低电平有效：读选信号输入线，低电平有效：写允许信号输入线，低电平有效：工作电源，电压+5V（3）ADC0809：是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28管脚双列直插式封装，片内除A/D转换部分外还有多路模拟开关部分，多路开关有8路模拟量输入端，最多允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，8位模拟开关的地址输入通道的关系如图：ADDCADDBADDA输入通道000IN0001IN1010IN2……111IN7引脚功能说明：IN0～IN7：8位输入通道～：8位数字量输出端START：启动信号，加正脉冲后，A/D转换开始ALE：地址锁存信号EOC：转换结束信号，是芯片的输出信号OE：输出允许控制端CLK：时钟信号和：A/D转换器的参考电压：电源电压（4）采样/保持器LF398由于A/D转换器在转换期间要求保持信号不变，需用采样保持器，LF398直流增益为，采用时间小于6时，精度可达输入阻抗为，本系统的保持电容选用60，保持电压下降率为5mV/min，电源电压为15V。管脚（1）、：正负电源引脚，（2）OSADJ：偏差调整引脚，用作外接电阻，以调整采样保持器的偏差。（3）IN、OUT：信号输入输出（4）HOLD：保持电容引脚，用来连接外接电路保持电容（5）REF、LOGIC：参考电压和逻辑控制引脚，它们用来控制采样保持器的工作方式4.3.2扩展三总线的产生通常情况下，微机的CPU外部都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而8031单片机受管脚的限制，数据线和地址线是复用的，而且由I/O口线兼用。为了将它们分离出来，以便同单片机外的芯片正确的连接，需要在单片机外部增加地址锁存器，从而构成与一般CPU相类似的片外三总线。采用74LS373作锁存器的地址总线扩展电路，由8031P0口送出的低8位有效地址信号在ALE（地址锁存允许）信号变高的同时出现，并在ALE由高变低时，将现在P0口的地址信号锁存到外部地址锁存器74LS373中，直到下一次变高时，地址发生变化。在用多片存储器芯片构成外部存储器时，除了低8位需要锁存外，还要由高位地址产生片选信号，产生片选信号有线选法和译码器法。本设计采用74LS139。1）片外三总线结构总线即连接系统中各扩展部件的一组公共信号线，通常分为三组，即地址总线、数据总线和控制总线。地址总线用于传送单片机送出的地址信号，以便进行存储单元和I/O端口的选择。地址总线是单向的，只能由单片机向外发送信息。数据总线用于单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据，数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致，如8031单片机是8位字长，则数据总线也是8位。数据总线是双向的，可以进行两个方向的数据传递控制总线是单片机发出的以控制片外ROM、RAM和I/O口读/写操作的一组控制线2）系统扩展的实现1.以P0口位地址/数据总线此时的地址总线是系统的低8位地址线。因为P0口线既可作地址线，又可作数据线（分时使用），因此需要加一个8位的锁存器。在实际应用时，先把低8位地址送锁存器暂存，然后再由地址锁存器给系统提供低8位地址，而把P0口线作为数据线使用。2.以P2口的口线作高位地址线如果使用P2口的部8位口线，再加上P0口提供的低8位地址，便可形成完整的16位地址总线，使系统的寻址范围达到64KB3.控制信号线这些信号有的是单片机引脚的第一功能信号，有的是第二功能信号，包括：eq\o\ac(○,1)使用ALE作为地址锁存的选通信号，以实现低8位地址的锁存eq\o\ac(○,2)以信号作为扩展程序存储器的读选通信号eq\o\ac(○,3)以EA信号作为内、外程序存储器的选择信号eq\o\ac(○,4)以和作为扩展数据存储器和I/O端口的读、写选通信号4.3.3扩展数据存储器8031单片机内RAM仅128M，当系统需要较大容量的RAM时就需要片外扩展数据存储器RAM，最大可扩展64KB，由于单片机是面向控制的，实际需要扩展容量不大，一般采用静态RAM如6264扩展数据存储器空间地址同外扩程序存储器一样，由P2口提供高8位地址，P0口分时提供低8位地址和用作8位双向数据总线，片外数据存储器RAM的读写由8031的和信号控制，而片外程序存储器EPROM的输出允许端（）由读选通信号控制。尽管与EPROM共处同一地址空间，但由于控制信号及使用的数据传送指令不同，故不会发生总线冲突。静态RAM存储器由读入、写入、维持三种工作方式表4.2储存器的工作方式信号方式读数据输出写数据输入维持任意任意高阻态1. 访问片外RAM的操作时序包括从RAM中读和写两种操作时序，但基本过程是相同的。这时所用的信号有ALE和（读）或（写）。P0和P2口仍然要用，在取指阶段用来传送ROM的地址和指令，在执行阶段是传送片外RAM地址和读/写的数据。8031单片机若外扩一片RAM，应将其引脚与RAM芯片的引脚连接，引脚与芯片引脚连接。ALE信号的作用与8031外扩EPROM作用相同，即锁存器低8位地址，以便读取片外RAM中的数据。2. 读片外RAM程序： MOVXA@DPTRMOVXA@RI写片外RAM程序MOVX@DPTRA4.3.4A/D转换与接口技术单片机控制ADC时，多采用查询和中断控制两种方法。查询法是单片机把启动命令送到ADC之后，执行别的程序，同时对ADC的状态进行监视，以检查ADC变换是否已结束，如变换已结束，则中断别的程序，读入变换数据。中断控制法在启动信号送到ADC后，单片机执行别的程序，当ADC变换结束后并向单片机发出中断请求信号时，单片机响应此中断请求，读入变换数据，并进行必要的数据处理，然后返回到原程序。ADC0809与8031连接可以采用查询方式，也可采用中断方式。下图图4.9ADC0809与8031的查询方式接口ADC0809作为一个外部扩展并行I/O口，采用线选法寻址。由和联合控制启动信号转换信号端（START）和ALE端，低三位地址线加到ADC0809和ADDA、ADDB、ADDC端，所以选中ADC0809的IN0通道的地址为7FF8H。ADC0809工作工程：选送通道号地址到ADDA、ADDB、ADDC由ALE信号锁存通道号地址，后让START有效，启动A/D转换，即执行一条“MOVX @DPTR, A”指令产生信号，使ALE、START有效，锁存通道号并启动A/D转换，A/D转换完毕，EOC端发出一正脉冲，申请中断。在中断服务程序中，“MOV A, DPTR”指令产生信号，使OE端有效，打开输出锁存器三态门，8位数据便读入CPU中。4.3.5步进电机的微机控制1.传统的环形分配器要使步进电机正常工作，必须按照该种步进电机的励磁状态转换表所归定的状态和顺序依次对各相绕组进行通电或断电控制。各相驱动信号来源于环形分配器。环形分配器的主要功能是把来源于控制环节的时钟脉冲串按一定的规律分配给步进电机驱动器的各相输入端，控制励磁绕组的导通或截止。同时，由于电动机有正反转要求，所以这种环形分配器的输出，既是周期性的，又是可逆的。因此环形分配器是一种特殊的可逆循环计数器，只是这种计数器的输出不是一般的编码，而是由电动机励磁状态要求的特殊编码。步进电机驱动系统中，控制器与驱动器之间的联接分为串行连接和并行连接两种。串行控制时，控制器输出时钟脉冲串和方向电平，靠驱动器的环形分配器转换成并行驱动信号，取控制各相绕组的导通与截止，时钟脉冲的有无决定电动机的运行或停止，脉冲频率决定电动机运行的速度，方向电平决定运转的方向。并行控制时，控制器直接输出各相绕组导通或截止的并行信号。2.微机控制步进电机一般由控制器控制，控制器即环形分配器按照设计者的要求完成一定的控制过程，使驱动器按要求的规律驱动步进电机运行。简单的控制器可以用各种逻辑电路来实现，但线路更复杂，成本高，成型后难以改变。自从微处理器问世以来，给步进电机控制器设计开辟了新的途径。用单片机可以用很低的成本实现很复杂的控制方案，由于单片机编程灵活，修改控制方案较为容易。本设计用一个输出口的四位数据线来控制四相步进电机正转程序：CW：MOV A, P1 RL A, MOV P1, A RET反转程序：CWW：MOV A, P1 RR A MOV P1, A RET使用上述软件时，一般送8031内存的个位地址存储电机运行的方向标志，当执行程序时，首先判断方向标志，若为0，则调用正转子程序，若为1，则调用反转子程序。3.步进电机的速度控制控制步进电机的运行速度，实际上就是控制系统发出CP脉冲的频率或者换相的周期。采用延时方式。这种方法是在每次换相之后，调用一个延时子程序，待延时结束后再次执行换相周期。延时子程序的延时时间与换相子程序所用的时间的和，即是CP脉冲的周期。例如，执行连续正转的程序：SV： LCALL CWLCALL DSSJMP SV连续反转的程序：SVV：LCALLCWWLCALLDSSJMPSVV这种方法的优点是程序简单，占用片内资源少，全部由软件实现，调用不同的子程序就可以实现不同的速度运行，但它占用CPU时间太多，不能在运行中处理其他的工作，所以只能用于较简单的控制过程。4.3.6流程图与LIII比较相同与LIII比较相同与LII比较相同与LI比较相同延时A/D转换初始化开中断与固定值比较延时空指令电机正转电机反转延时延时电机正转电机反转4.3.7软件软件采用多重延时控制，如50ms延时DEL： MOV R7， #200DEL1： MOV R6， #125DEL2： DJNZ R6， DEL2DJNZ R7， DEL112MHz芯片一个机器周期为1μs，执行为DJNZ指令，2μsA/D转换采用中断方式，用中断方式对A/D调用。主程序ST_ADDR EQU 4000HADC0809 EQU 3FFHMOV R0, #7FHMOV A， #99HMOVX R0 ， AORG ST_ADDRLJMP MAINORG ST_ADDR+200HMAIN: MOV R0, #A0HMOV R2, #03HSETB IT1SETB EASETB EX1MOV DPTR, #7FF8HMOV A， #00HMOVX @DPTR, AHERE: SJMP HERE中断服务程序PINT1: MOV DPTR, #7FF8HMOVX A, DPTRMOV 30H, AINC DPTR INC R0DJNZ R2, DONERETIDONE: MOVX DPTR, ARETIINSER: CJNE A, L1L1: CJNE A, #04H, L2ACALL YIL2: CJNE A，#06H,L3ACALL YIIL3: ACALL YIIICLR 00H动作子程序YI: MOV DPTR, #3FFDHMOV A, #FEHACALL DL1667ACALL SVACALL DL1000ACALL SWYII: MOV DPTR, #3FFDHMOV A, #FEHACALL DL1667ACALL SWACALL DL1000ACALL SV正转子程序SV: ACALL SWACALL DSSJMP SV反转子程序SW: ACALL CWACALL DSSJMP SW正转程序：SW: MOV A, P1RL AMOV P1, ARET反转程序SWW: MOV A, P1RR AMOV P1, ARET延时子程序DL1667: DEL: MOV R7, #22DEL1: MOV R6, #190DEL2: MOV R5, #200DEL3: DJNZ R5, DEL3DJNZ R6, DEL2DJNZ R7, DEL1DL1000: DEL: MOV R7, #10DEL1: MOV R6, #200DEL2: MOV R5, #250DEL3: DJNZ R5, DEL3DJNZ R6, DEL2DJNZ R7, DEL1DS: DEL: MOV R7, #155DEL1: DJNZ R7, DEL参考文献[1]秦同瞬，杨承新.物流机械技术［M］.北京：人民交通出版社，2001[2]宋甲宗，石永铎.物流搬运自动化［M］.北京：机械工业出版社，1996[3]《运输机械设计选用手册》编辑委员会［S］.运输机械设计选用手册上.北京：化学工业出版社，1999[4]刘建勋.电动滚筒设计与选用手册［S］.北京：化学工业出版社，2000[5]国家机械工业局西安微电机研究所.实用微电机手册［S］.沈阳：辽宁科学技术出版社[6]成大先.机械设计手册1~5卷［S］.北京：化学工业出版社，2002[7]唐大放，冯晓宁，杨现卿.机械设计工程学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2001[8]甘永立.几何量公差与检测［M］.上海：上海科学技术出版社，2001[9]张福学.传感器实用电路150例［M］.北京：中国科学技术出版社，1992[10]张毅刚，彭喜源.MCS-51单片机应用设计［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997[11]李朝青.单片机原理及接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1998[12]秦曾煌.电工学［M］.北京：高等教育出版社，1999[13]钱可强,何铭新.机械制图［M］.北京:高等教育出版社,1997[14]程志红，唐大放.机械设计课程上机与设计［M］南京：东南大学出版社，2006[15]许福玲，陈尧明.液压与气压传动［M］.北京：机械工业出版社（第二版），2004[16]谢桂林，黄章，刘允紘.电力拖动与控制［M］徐州：中国矿业大学出版社，1997[17]柳昌庆，王启广.测试技术与试验方法［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2001附录：Translation:High-resolutioncolortheoryandapplicationofsensorTCS230Introduction

Asthemodernindustrialproductiontohigh-speed,automaticdirectionofthedevelopment,productionprocesshaslongplayedaleadingrolebythehumaneyecoloridentificationoftheworkwillincreasinglybereplacedbythecorrespondingcolorofthesensor.Forexample:librarytousecolor-codedtoclassifytheliterature,cangreatlyenhancetheworkoftheArrangementandstatistics;inthepackagingindustry,packagingusingdifferentcolorsordecorationstoexpresst