基于單片機的自動揀貨系統(tǒng)設(shè)計論文

1、 . . . 0 / 43誠信申明誠信申明本人申明：我所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計（論文）是本人在導師指導下對四年專業(yè)知識而進行的研究工作與全面的總結(jié)。盡我所知，除了文中特別加以標注和致中所羅列的容以外，論文中創(chuàng)新處不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得化工大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計（論文）的同學對本課題所做的任何貢獻均已在文中做了明確的說明并表示了意。若有不實之處，本人承擔一切相關(guān)責任。 . . . 1 / 43本人簽名： 年 月 日目錄目錄第第 1 1 章緒論章緒論 5 51.1 選題背景與研究意義 51.2 分揀系統(tǒng)的介紹 51.3 分

2、揀系統(tǒng)的發(fā)展展望 61.4 課題設(shè)計的主要容 7第 2 章系統(tǒng)總體設(shè)計 9 92.1 設(shè)計要求 92.2 功能特點 9第第 3 3 章方案的論證章方案的論證 11113.1 主控芯片的選擇 113.2 顯示模塊 11 . . . 2 / 433.3 光電傳感器的選擇 123.4 電機驅(qū)動模塊的選擇 123.5 鐵傳感器的選用 123.6 鋁傳感器的選用 133.7 顏色傳感器的選用 15第第 4 4 章系統(tǒng)硬件設(shè)計章系統(tǒng)硬件設(shè)計 16164.1 硬件模介紹 164.1.1 單片機技術(shù)簡介 164.1.2 系統(tǒng)主要芯片和元器件的介紹與應(yīng)用 164.1.3 ULN2003 電機驅(qū)動模塊介紹 194

3、.1.4 LCD 液晶顯示模塊介紹 204.1.5 蜂鳴器模塊 234.1.6 霍爾傳感器 244.2 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 254.2.1 時鐘脈沖電路 254.2.2 復位電路 254.3 硬件設(shè)計總圖 26第第 5 5 章軟件程序設(shè)計章軟件程序設(shè)計 27275.1 軟件程序整體設(shè)計 275.1.1 程序流程圖 275.2 程序模塊設(shè)計 27 . . . 3 / 435.2.1 電機控制程序設(shè)計 275.2.2 LCD1602 顯示程序設(shè)計 295.2.3 按鍵掃描程序設(shè)計 30第第 6 6 章系統(tǒng)測試與分析章系統(tǒng)測試與分析 38386.1 系統(tǒng)測試 38總結(jié)總結(jié) 3939參考文獻參考文獻

4、 4040附錄 A41411.系統(tǒng)整體電路圖 4141致 4242基于單片機金屬自動分揀系統(tǒng)設(shè)計基于單片機金屬自動分揀系統(tǒng)設(shè)計zzzzxxxxxxxxxx0601 班學號 060401001指導教師三副教授摘要摘要: :隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)越來越復雜，傳統(tǒng)控制科學面臨著新的挑戰(zhàn)。單片機以其體積小、功能齊全、價格低廉和可靠性高等方面 . . . 4 / 43具有獨特的優(yōu)點，在各個領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。單片機的使用大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障。如何在單片機自動控制領(lǐng)域充分發(fā)揮單片機的優(yōu)勢，是目前自動控制學科的重要課題之一。本課題正是在這樣的背

5、景下，圍繞基于單片機的材料分揀裝置設(shè)計展開研究。論文首先敘述了單片機的材料分揀裝置的發(fā)展背景、現(xiàn)狀和發(fā)展方向。然后，說明了單片機自動分揀控制系統(tǒng)工作原理和與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別。本文詳細敘述了一種基于單片機的材料分揀裝置設(shè)計與自動控制編程，以與怎樣通過單片機程序設(shè)計來實現(xiàn)材料分揀和自動控制。其電路結(jié)構(gòu)簡單，投資少（可利用原有設(shè)施改造），分揀系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集準確、可靠性高與系統(tǒng)成本低等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：單片機；材料分揀；自動控制；傳感器BasedBased onon singlesingle chipchip microcomputermicr

6、ocomputer metalmetal automaticautomatic sortingsorting systemsystem designdesignCao ni mieCollege of physics and electronic information, electronic information engineering professional 2009 teachers: XXXAbstract:Abstract: . . . 5 / 43With the rapid development of science and technology, modern indus

7、trial control system is more and more complex, traditional control science faces new challenges. Single-chip microcomputer with its small volume, complete functions, low cost and high reliability has unique advantages, won a wide application in all fields. The use of single chip microcomputer greatl

8、y improves the reliability of the control system and automatic control level, for the enterprise provides a more reliable production security. How to give full play to the advantages of single chip microcomputer in the field of single chip microcomputer automatic control, automatic control is the su

9、bject of one of the important topics. This topic it is in this background, the surrounding material sorting device design based on single chip microcomputer. Paper first describes the MCU material sorting device development background, present situation and development direction. And then, illustrat

10、es the working principle of the single chip microcomputer automatic sorting control system and the difference from the traditional relay. This paper describes a kind of material sorting device design based on MCU and automatic control programming, and how to achieve material sorting through the micr

11、ocontroller programming and automatic control. Its circuit structure is simple, less investment and upgrading (can use the original), sorting system is not only a high degree of automation, on-line modification function, also has strong flexibility, the system has data acquisition accuracy, high rel

12、iability and low cost etc.Keyword:Keyword: Single chip microcomputer; Material sorting; Automatic control; The sensor . . . 6 / 43第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 選題選題背景與研究意義背景與研究意義隨著生產(chǎn)趨于個性化、集約化，許多企業(yè)開始加深對物流的認識與其價值的深度挖掘，通過物流建設(shè)降低成本，提升競爭力。自動化物流系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于煙草、制造、家電、醫(yī)藥、食品、圖書等領(lǐng)域。隨著物流市場需求的增長，國物流系統(tǒng)與裝備供應(yīng)商通過自主技術(shù)創(chuàng)新、引進消化吸收，從起初低

13、端技術(shù)、國外進口到現(xiàn)在高端創(chuàng)新、與國外廠商同臺競技，物流裝備技術(shù)水平已明顯提高，但在高端技術(shù)方面也還存在較大差距。微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制幾乎擴展到所有工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場要求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的看著系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（Programmable Logic Controller，MCU）正是順應(yīng)著一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。單片機的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業(yè)自動化系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。單片機已經(jīng)廣泛的

14、應(yīng)用于各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動化控制中，單片機在其他領(lǐng)域，例如民用個家庭自動化也得到了迅速的發(fā)展。而在眾多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，對不同的材料進行分揀，以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自動控制程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障。本文在此介紹一種采用可編程控制器（單片機）對材料自動分揀的一種方法，其電路結(jié)構(gòu)簡單，投資少（可利用原有設(shè)施改造），自動分揀系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強。本控制系統(tǒng)是一簡單的材料分揀控制系統(tǒng)，在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以將之改進為物流分

15、揀系統(tǒng)、自動分揀機，從而服務(wù)于人們的日常生活中。1.21.2 分揀系統(tǒng)的介紹分揀系統(tǒng)的介紹分揀是把很多貨物按品種從不同的地點和單位分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機械分揀和自動分揀。 . . . 7 / 43目前自動分揀已逐漸成為主流，因為自動分揀是從貨物進入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網(wǎng)絡(luò)，把到達分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機械自動作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。物料分揀采用可編程控制器單片機進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差

16、率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實現(xiàn)對物料實物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計采用標準化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。同時，只要根據(jù)不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實現(xiàn)要求。單片機控制分揀裝置涵蓋了單片機技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。應(yīng)用單片機技術(shù)結(jié)合氣動、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計不同類型材料的自動分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。本文主要介紹了單片機控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，

17、以與一些調(diào)試方法。1.31.3 分揀系統(tǒng)的發(fā)展展望分揀系統(tǒng)的發(fā)展展望單片機材料分揀系統(tǒng)未來發(fā)展方向可以分為系統(tǒng)集成、工藝創(chuàng)新和自動分揀機三個方向。系統(tǒng)集成由于專業(yè)高度分工和全球經(jīng)濟一體化，系統(tǒng)集成是一種理念和趨勢。國廠商應(yīng)采取國集成、國外配套的合作思路，充分利用合作方在高端產(chǎn)品、關(guān)鍵設(shè)備上技術(shù)先進成熟的優(yōu)勢，迅速實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高整個物流系統(tǒng)的技術(shù)含量和技術(shù)水平。集成不是簡單的設(shè)備組合，是以系統(tǒng)思維的方式對設(shè)備功能的充分應(yīng)用，并保證軟硬接口的無縫和快捷，目的是實現(xiàn)集成創(chuàng)新。b.工藝創(chuàng)新物流系統(tǒng)應(yīng)充分注重“系統(tǒng)”概念，系統(tǒng)由多個單元組成。單元的有效組合，即是流程與工藝的設(shè)計，這是一個全局優(yōu)化的復

18、雜過程。工藝設(shè)計中最重要的 . . . 8 / 43是了解用戶的實際需求，不同的行業(yè)和用戶對物流的需求有著較大的差異，這是一種個性化的服務(wù)，應(yīng)不斷拓展創(chuàng)新。就從煙草行業(yè)來講，結(jié)合卷煙生產(chǎn)工藝，將物流做寬做深，從煙葉醇化到成品發(fā)貨，從制絲分組加工到儲葉儲絲模塊化精益生產(chǎn)，工藝創(chuàng)新和裝備已融入并實現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動化（FA） ?，F(xiàn)在社會上己將物流的高科技產(chǎn)品(自動分揀機、自動化立體倉庫、信息處理與通訊自動化等)廣泛應(yīng)用于各個流通領(lǐng)域。自動分揀系統(tǒng)是一次大戰(zhàn)后在美國、日本的配送中心廣泛采用的一種物流設(shè)備，己經(jīng)成為發(fā)達國家大中型物流中心不可缺少的一部分?？梢钥隙ǎS著物流大環(huán)境的逐步改善，科學技術(shù)日新月異

19、的進步，特別是感測技術(shù)、電子標簽與計算機控制技術(shù)等的引入使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。c.自動分撿機在商業(yè)配送領(lǐng)域自動分撿機的應(yīng)用較為廣泛，可實現(xiàn)多品種、小批量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。自動分撿機的種類很多，有滑靴式、翻板式、交叉帶式等，國廠商能提供相應(yīng)產(chǎn)品，但從分類能力、可靠性等指標來看，性參數(shù)能較國外先進水平還有較大差距。目前，項目系統(tǒng)集成中進口比例較高，在機場物流行分揀系統(tǒng)中，由于分揀量大與高可靠性要求，基本都從國外進口。隨著商業(yè)配送物流的快速發(fā)展，配送中心對自動分揀機將會有更多需求，分揀技術(shù)水平和設(shè)備性能將會有較大提高。物流配送中心是從事配送業(yè)務(wù)的物流場所或組織，它

20、的作業(yè)流程包括“入庫保管揀貨分揀暫存出庫” 。物流中心每天接受眾多供應(yīng)商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種物品，用最短的時間將物品卸下并按品種、貨主、儲位或發(fā)送地點進行快速準確的分類，然后將物品運送到指定地點。當訂貨商向物流中心發(fā)出配送訂單后，自動分揀系統(tǒng)在最短時間從自動化立體倉庫中準確找到要出庫的物品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，最后將從不同儲位上取出的不同數(shù)量的物品按配送地點的不同運送到不同的存貨區(qū)域進行分揀，以便裝車配送。值得一提的是對于小件物品的分揀技術(shù)和設(shè)備近幾年發(fā)展較快，主要集中在卷煙配送行業(yè)，從電子標簽揀選模式到立式、通道式分發(fā)機半自動分揀，甚至全自動補貨、分揀、裝箱，技術(shù)和設(shè)

21、備都更新很快，目前各供應(yīng)商仍以高速分揀、高度自動化的方向快速發(fā)展。 . . . 9 / 431.41.4 課題設(shè)計的主要容課題設(shè)計的主要容本設(shè)計就是利用 Atmel 公司生產(chǎn)的單片機 AT89S52 芯片 ULN2003 用作步進電機驅(qū)動芯片（ULN2003 是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度圍寬、帶負載能力強等特點）。在以單片機為核心的基礎(chǔ)上加上其外圍設(shè)備實現(xiàn)的小的系統(tǒng)金屬自動分揀系統(tǒng)。所謂的單片機小系統(tǒng)從系統(tǒng)的角度來定義就是完成復雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。硬件設(shè)計部分分別從各個功能電路進行闡述，包括電源電路、復位電路、電機驅(qū)動

22、、按鍵電路與顯示電路。軟件部分分成了六個模塊：初始化模塊、顯示模塊、蜂鳴器模塊、電機驅(qū)動模塊、紅外采集模塊、霍爾傳感器。初始化模塊主要是對定時計數(shù)器的方式與初值的設(shè)定。狀態(tài)顯示模塊負責正確的顯示當前當前被檢金屬的類型。按鍵設(shè)定模塊主要是控制傳動帶的開啟與關(guān)閉。光電采集模塊，霍爾傳感器，顏色色傳感器主要用于對當前檢測物體的基本信息進行采集的功能。也就是說系統(tǒng)的功能是由硬件和軟件兩大部分共同合作完成。第第 2 2 章章 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計2.12.1 設(shè)計要求設(shè)計要求系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選

23、擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，達到設(shè)計要求。硬件電路采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標準化、模塊化。硬件電路的設(shè)計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，使設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。硬件電路設(shè)計包括輸入射出接口設(shè)計，畫出詳細電路圖，標出芯片的信號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，修改，最終達到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇 C 語言，進行代碼設(shè)計等；最后對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需的功能要求。 . . . 10 / 432.22.2

24、 功能特點功能特點a、按鍵控制：能通過按鍵控制傳送帶電機的正反轉(zhuǎn)。b、狀態(tài)顯示：能顯示當前檢測物體的基本性質(zhì)。c、將物體傳送到指定地點：控制傳送帶的速度，以與方向講材料分揀到指定地方。d、分辨金、銀、銅、呂：通過金屬傳感器分辨出金屬與非金屬，再通過霍爾傳感器和顏色傳感器，采集信息由單片機處理分辨材料類型。單片機金屬分揀系統(tǒng)是由微處理器單片機、電源模塊、復位模塊、電機驅(qū)動模塊、按鍵模塊、霍爾傳感模塊、顏色傳感與顯示模塊組成。本系統(tǒng)采用 AT89S52 作為中央處理單元來自動控制步進電機的正反轉(zhuǎn)，控制傳送帶的運作。帶動材料進入檢測區(qū)域。在檢測區(qū)域，由金屬傳感器，霍爾傳感器，顏色傳感器的多重分析，將

25、材料類型通過 1602 顯示出來。再通過按鍵控制電機將材料傳送到指定位置。 控制模塊按鍵控制報警電路電動機控制模塊LCD1602 顯示模塊樓層檢測LED 燈顯示金屬傳感器圖 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖 . . . 11 / 43第第 3 3 章章 方案的論證方案的論證3.13.1 主控芯片的選擇主控芯片的選擇方案一：采用 AT89C2051 芯片，它具有體積小、功耗小。含有中斷、定時/計數(shù)器。本次設(shè)計需要非常大的編程量，雖然其價錢相對便宜，但 IO 口數(shù)和存儲空間相對較少，所以此芯片不利于系統(tǒng)的工作和系統(tǒng)功能的擴展。方案二：采用 AT89C51 芯片，它具有 AT89C2051 芯片的所有功能，且

26、 IO 口數(shù)相對較多，價錢相對也比較便宜，但存儲空間不是非常大，而本次的設(shè)計需要大量的存儲空間。方案三：采用 AT89S52 芯片，它具有 AT89C2051 和 AT89C51 芯片的所有功能，且 IO 口數(shù)非常多，比 AT89C2051 和 AT89C51 多。價錢雖然比 AT89C2051和 AT89C51 昂貴，但存儲空間非常大，可以到達 8K。而本次的設(shè)計正需要此容量的空間。綜上所述，我選擇 AT89S52 芯片作為本次設(shè)計的主控芯片3.23.2 顯示模塊顯示模塊在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表與很多家用電子

27、產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專 . . . 12 / 43用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。方案一：采用 LCD1602 液晶模塊，1602 液晶模塊部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是 01000001B（41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。方案二：采用 LCD2402 液晶模塊，用 LCD 顯示一個字符時比較復雜

28、，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號與每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。由于 LCD1602 液晶顯示模塊只能顯示 16*2 個字符，而 LCD2402 液晶顯示模塊能夠顯示 24*2 個字符，在本設(shè)計中要顯示的字符比較少，綜上所述，我選擇LCD1602 作為本

29、設(shè)計的顯示模塊。3.33.3 光電傳感器的選擇光電傳感器的選擇在本設(shè)計中選擇 PMM18-C301NA 型光電管作為本次設(shè)計樓層檢測部分主要器件。PMM18-C301NA 型光電管是將砷化鎵紅外光發(fā)光管和硅光敏三級管裝在中間帶槽的支架上。當槽無物體時，砷化鎵發(fā)光管發(fā)出的光直接照在硅光敏三級管的窗口上，從而產(chǎn)生大的電流輸出，當有物體經(jīng)過槽時則擋住光線，此時光敏管的輸出端為低電平，這樣可識別物體的有無。PMM18-C301NA 型光電管的主要技術(shù)參數(shù)：最大正向電流 IFMAX=50Ma正向壓降 VF1.5V反向耐壓 VR5V反向漏電 IR50uA輸出特性如下：暗電流 ID0.1uA反向耐壓 VBR

30、(CEO)=20V光電流 IL 為 2 至 3mA . . . 13 / 43響應(yīng)時間 tr3us，tf4us3.43.4 電機驅(qū)動模塊的選擇電機驅(qū)動模塊的選擇在通過各種的考慮后，步進電機驅(qū)動芯片我選用的是 ULN2003,ULN2003 輸入回路的電阻是 2.7k，且 ULN2003 適于 5v 的 TTL,與單片機的額定電壓一致，驅(qū)動灌入電流：500mA 可以叫靈敏的驅(qū)動步進電機。采用 L298N 芯片驅(qū)動，根據(jù)單片機系統(tǒng)程序設(shè)定 PWM 信號，在輸出端接入直流電機，根據(jù)不同按鍵的不同信號就可以實現(xiàn)電梯上升與下降。以與電梯門的開關(guān)。所以直接采用ULN2003。3.5 鐵傳感器的選用霍爾接近

31、開關(guān)來檢測材料是否是磁性鐵金屬?；魻栐且环N磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有無磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)中，當材料是鐵時傳感器開關(guān)閉合，產(chǎn)生電流驅(qū)動線圈?；魻柦咏_關(guān)的工作原理見圖 2.4。因此，本系統(tǒng)中檢測鐵物料選用霍爾傳感器為 2AV 系列。圖 3.4 霍爾接近開關(guān)的工作原理圖3.6 鋁傳感器的選用當通過金屬體的磁通過變化時，就會在導體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流6。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分+15VR1RfU0V1R

32、2V2R3-15VR44123 . . . 14 / 43能量，從而使產(chǎn)生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器是利用渦流效應(yīng)，將非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化而進行測量的。如圖 3.5 所示，一個扁平線圈置于金屬導體附近，當線圈有交變電流 I1時，線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場 H1。置于這一磁場中的金屬導體就產(chǎn)生電渦流I2，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場 H2，H2與 H1方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。圖 3.5 電渦流傳感器原理圖我們可以把被測導體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)，這樣就可得到如圖 2.6 的等效電路。圖中 R1、L1為傳感器線圈的電阻

33、和電感。短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其電阻為 R2、電感為 L2。線圈與導體間存在一個互感 M，它隨線圈與導體間距的減小而增大。當鋁檢測傳感器檢測到金屬材料時，傳感器的線圈阻抗就會發(fā)生變化。圖 3.6 電渦流傳感器等效電路圖利用這一性質(zhì)可以把鋁傳感器和繼電器如圖 2.7 連接，實現(xiàn)開關(guān)功能。所以本系統(tǒng)鋁傳感器選用電渦流傳感器為 ST 系列。H1H2HI1I2線圈被測導體R1R2ML1L2I2I1U1 . . . 15 / 43圖 3.7 鋁傳感器開關(guān)原理圖3.7 顏色傳感器的選用我們所看到的物體顏色，實際上是物體表面吸收了照射到它上面，白光(日光)中的一部分有色成分之后，反射出的另一部分有色

34、光在人眼中的反應(yīng)7。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構(gòu)成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅、黃、綠、青、藍、紫)。根據(jù)三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍)混合而成的。如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。高分辨率顏色傳感器 TCS230，是我們常用的顏色傳感器。對于 TCS230 來說，當選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其它原色的通過。例如：當選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強，同理，選擇其它的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個值，就可以分析投

35、射到 TCS230 傳感器上的光的顏色，本文選擇紅色濾波器。第第 4 4 章章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計4.14.1 硬件模介紹硬件模介紹4.1.14.1.1 單片機技術(shù)簡介單片機技術(shù)簡介單片機又稱為單片微型計算機（single chip microcomputer）又稱為微控制處理器或嵌入式微控制處理器。它是將計算機的部分基本組成部件做到微型化，使之集成在一塊芯片上的微型計算機。其上集成了包括中央處理器 CPU、片含有隨機存儲器 RAM、程序存儲器 ROM 或者 EOROM、并行的 8 位 I/0 口，定時器與計數(shù)器，中斷控制處理器與支持總線模式等。它是工業(yè)設(shè)備控制、工業(yè)流R2112AD22

36、0V電源繼電器 . . . 16 / 43程檢測控制和智能化電器設(shè)備控制系統(tǒng)中應(yīng)用程度最廣泛的一種處理器。這種處理器的最大特點是設(shè)計開發(fā)人員可以根據(jù)自己的想法和實際需要進行開發(fā)研究，設(shè)計一個基于單片機電子設(shè)備系統(tǒng)，因此更加的方便，更加的靈活，成本所需更低。設(shè)計基于單片機電路系統(tǒng)的基本方法是在單片機的基礎(chǔ)上擴展一些I/O 接口，如用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的 A/D 芯片，D/A 芯片，用于人機對話的鍵盤處理信息接口，LED 燈和 LCD 接口，數(shù)碼管顯示接口等電子器件，可用于對輸出控制的按鍵接口等。然后在此硬件基礎(chǔ)上在開發(fā)一些應(yīng)用軟件就可以組成完整的單片機控制系統(tǒng)，經(jīng)過軟件調(diào)試就可以應(yīng)用在實際生活中。單片

37、機有著體積小，功耗低，運算速度快，功能多，性價比高，容易推廣應(yīng)用等顯著性特點，在自動化控制裝置，智能化顯示儀器儀表，對于過程控制和在家用電器等眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。針對于國開發(fā)應(yīng)用單片機的發(fā)展情況來看，自從 80 年代初起步以來，以 Intel 公司的 MCS-48 系列的單片機為主導機種以來，單片機已有 70 多個系列，近 500 多個機種，許多電子公司率先滲入到微機控制的各個領(lǐng)域，并且取得了一定的應(yīng)用成果?，F(xiàn)在國際知名的公司有 Intel 公司、Atemel公司、Philips 公司、Winbond 公司、LG 公司、Cygnal 公司、Motorola 公司、Zilog 公司、Mi

38、crochip 公司、。80 年代中期以來，隨著單片機的性能更強，運算速度更快的 MCS-51 系列的單片機加入，單片機在應(yīng)用中得到了更為迅速的推廣和更為廣泛的應(yīng)用。4.1.24.1.2 系統(tǒng)主要芯片和元器件的介紹與應(yīng)用系統(tǒng)主要芯片和元器件的介紹與應(yīng)用a.AT89S52 單片機芯片AT89S52 單片機是 ATLEM 公司推出的一種高速、低功耗、超強抗外界干擾微型單片機處理器，其編譯的指令代碼和 C 語言源程序完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，其為 40 引腳的雙列直插封裝形式的 8 位通用微型計算機處理器，采用工業(yè)上規(guī)定的標準的 C51 核處理器，在其部的功能與其引腳排布上與現(xiàn)在市場上或者工業(yè)

39、上通用的 8xc51 是一樣，其主要功能包括對會聚主 IC 部的寄存器、數(shù)據(jù)的 RAM 與外部接口等功能部件的初始化，支持會聚調(diào)整控制，支持會聚測試圖的有效控制，可以進行紅外遙控信號 IR 的接收解碼與與計算機主板 CPU 的通信等。主要特性如下：工作額定電壓：5.5V3.3V（5V 單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機）工作的頻率圍：040MHz，其相當于普通 8051 單片機的 2 倍，在實際測試中，其的最高工作頻率可達 48MHz。 . . . 17 / 4332 個雙向 I/O 口，256x8bit 部 RAM，復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉，P0 口部是漏極

40、開路形式輸出，當其作為總線形式擴展 I/O 口用時，不用加上拉電阻，但是作為普通 I/O 口使用時，需加上拉電阻，否則無法使用 P0口作為數(shù)據(jù)傳輸。ISP 模式（在系統(tǒng)中可編程使用）/IAP 模式（在應(yīng)用可編程使用），無需專用程序編程器，無需專用程序仿真器，就可通過串口通信（RxD/P3.0 口,TxD/P3.1 口）直接下載用戶所編寫的程序，只需花費很少的時間便可以下載完程序，速度十分快、效率十分高。AT89S52 具有 EEPROM 功能，可進行掉電保護，電源有復位端口接入，具有看門狗功能，一共 2 個 16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 T0、T1 和外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸

41、發(fā)電路，掉電模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒，通用型的異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART。以下是 AT89S52 的引腳參數(shù)與其封裝說明AT89S52 引腳功能說明：VCC（40 引腳）：電源電壓（+5V）RST（9 引腳）：復位輸入端口。ALE/（30 引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）。PSEN（29 引腳）：外部程序存儲器選通信號/VPP（31 引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。XTAL1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端口。XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端口。下面是 AT89S52 的樣本圖片 . . . 18 /

42、 43圖 4.1 單片機P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 即可以作為地址或者數(shù)據(jù)總線的兩用 I/O 口。作為輸出口使用時，每一位能吸收電流的方式用以驅(qū)動 8 個TTL 邏輯門電路，讓其進行輸入口使用時必須對其寫“1”，在對端口 P0 寫“1”時，可作為高阻抗狀態(tài)的輸入端口使用。在其訪問外部芯片的數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組 I/O 口線可以分時進行轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線的復用，在訪問外部數(shù)據(jù)期間必須激活部的上拉電阻才可以。在 Flash 編程時，P0 口接收指令代碼字節(jié)，而在程序進行校驗時候，輸出指令代碼字節(jié)，在進行校驗時，要求在 P0 口外接上拉電阻。P1 口是

43、一個其部自帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，即具有通用的輸入/ 輸出功能，每一位都能獨立地設(shè)定為輸入口或輸出口使用，P1 口的輸出緩沖級可用來驅(qū)動（吸收或者輸出電流)4 個 TTL 電平的邏輯門電路。在對其端口寫“1”時，即對其部的鎖存器寫“1”，通過其部自帶的上拉電阻可以把其端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。在作數(shù)據(jù)輸入口使用時，因為其部存在的上拉電阻，它的某個引腳會被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與 8xC51 不同之處是，P1.0 和 P1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 . . . 19 / 43（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T1EX），在進行

44、Flash 的編程和程序校驗期間，P1口用以接收數(shù)據(jù)的低 8 位地址。P2 口是一個部自帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，即可用作輸入/ 輸出口的使用，也可作為擴展系統(tǒng)的地址總線，輸出高 8 位地址，與 P0 口一起組成16 位地址總線。P2 口的輸出緩沖級可用以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。這里和 P1 口是一樣，可以對其端口 P2 寫“1”，通過部自帶的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口進行輸入數(shù)據(jù)或者信號使用時，因為其部存在上拉電阻，在其某個引腳被外部輸入的信號拉低時會對外輸出一個電流(IIL)。因 P3 口的功能繁多，可用作雙向數(shù)據(jù)傳輸和串口輸

45、入輸出（RxD/P3.口,TxD/P3.1 口）故在這里把 P3 口的引腳復用功能以表格形式展示出來，如下表：P3 口引腳復用功能引腳號復用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷 0）P3.3（外部中斷 1）P3.4T0（定時器 0 的外部輸入）P3.5T1（定時器 1 的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）4.1.34.1.3 ULN2003ULN2003 電機驅(qū)動模塊介紹電機驅(qū)動模塊介紹ULN2003 是一種高耐壓、大電流的達林頓列，由七個 NPN 達林頓管組成。每一對達林頓都串聯(lián)一個 2.7K 的基極電阻，在

46、5V 的工作電壓下與 TTL 和 CMOS電路直接相連，可以直接處理需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 的部結(jié)構(gòu)如圖 1，灌電流可達 500mA，并且在關(guān)態(tài)時能夠承受 50V 的電壓，可以在高負載電流下并行輸出運行。其中，由單片機 AT89S52 的 P1.0-P1.1 腳作為ULN2003 的 14 口輸入端所構(gòu)成的步進電機驅(qū)動電路 . . . 20 / 43圖 4.2 ULN2003 步進電機模塊設(shè)計電路圖4.1.44.1.4 LCDLCD 液晶顯示模塊介紹液晶顯示模塊介紹在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子

47、表與很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量、輕、功耗低等優(yōu)點液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（Static）、

48、單純矩陣驅(qū)動（Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（Active Matrix）三種。 . . . 21 / 43在本系統(tǒng)中我們采用的是字符型液晶顯示模塊，它是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以太陽人電子的 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602 字符型液晶顯示器實物如圖 10-53：圖 4.3 1602 字符型液晶顯示器實物圖LCD1602 引腳功能說明1602LCD 采用標準的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 10-13 所示:編號符號引腳說明編

49、號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極 . . . 22 / 43表 4.1：引腳接口說明表圖 4.5 讀操作時序圖 4.6 寫操作時序 . . . 23 / 43圖 4.7 LCD1602 實際應(yīng)用電路圖4 4.1.5.1.5 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊系統(tǒng)蜂鳴器的工作原理如下：當單片機端口輸出高電平時，三極管 B 極（三極管的各個參數(shù)如 3.6 節(jié)所示）處于高電平，三極管不導通，蜂鳴器不響。當單

50、片機端口輸出低電平時，三極管 B 極處于低電平，三極管導通，蜂鳴器鳴響。在本系統(tǒng)中如果要運用到實際中的話本來是要把單片機端口 P3.4 口接上繼電器再控制 220V 電源的電鈴的，但由于各種原因，在這次設(shè)計中我是用蜂鳴器來顯示出打鈴的效果的，蜂鳴器與單片機的連接圖如圖。 . . . 24 / 43圖 4.8 蜂鳴器連接圖4.1.64.1.6 霍爾傳感器霍爾傳感器 霍爾傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)制作的半導體磁敏傳感器。半導體磁敏傳感器是指電參數(shù)按一定規(guī)律隨磁性量變化的傳感器，常用的磁敏傳感器有霍爾傳感器和磁敏電阻傳感器。除此之外還有磁敏二極管、磁敏晶體管等。磁敏器件是利用磁場工作的，因此可以

51、通過非接觸方式檢驗，這種方式可以保證使用壽命長、可靠性高。我們使用的 ALIM7567 霍爾傳感器模塊參數(shù)如下：簡要說明：一、長尺寸：32mm X 寬 11mm X 高 20mm二、主要芯片：LM393、3144 霍爾傳感器三、工作電壓：直流 5 伏四、特點：1、具有信號輸出指示。2、單路信號輸出。 3、輸出有效信號為低電平。4、靈敏度可調(diào)（精調(diào)） 。 5、有磁場切割就有信號輸出 6、電路板輸出開關(guān)量！(可直接接單片機)7、可用于電機測速/位置檢測等場合 . . . 25 / 434.24.2 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計4.2.14.2.1 時鐘脈沖電路時鐘脈沖電路AT89S52

52、 單片機有一個用于構(gòu)成部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器，如圖 4-9 所示。圖 4.10 晶振電路石英晶振(利用 12MHZ 晶振) C1,C2=30PF瓷諧振器 C1,C2=40PFXTAL1:振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。4.2.24.2.2 復位電路復位電路AT89S52 的復位引腳（RESET）是第 9 腳，當此引腳連接高電平超過 2 個機器周期，即可產(chǎn)生復位的動作。以 12MHz 的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為1S，兩個機器周期為 2S，因此，

53、在第 9 腳上連接一個 2S 的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復位動作。最簡單的就是只有一個電阻跟一個電容就可組成一個可靠復位的電路，電阻一般選擇 10K，電容一般選擇 10F，復雜一點的就加個按鍵，可以進行手動復位如圖 4-10 所示。 . . . 26 / 43圖 4.11 復位電路4.34.3 硬件設(shè)計總圖硬件設(shè)計總圖圖 4.13 硬件設(shè)計總圖 . . . 27 / 43第第 5 5 章章 軟件程序設(shè)計軟件程序設(shè)計5.15.1 軟件程序整體設(shè)計軟件程序整體設(shè)計單片機金屬分揀控制系統(tǒng)的主控程序采用循環(huán)調(diào)用顯示、鍵盤處理程序、紅外判斷斷子程序，控制子程序。顯示子程序?qū)⒆钚碌陌存I數(shù)據(jù)在液晶上顯示。在主控

54、程序循環(huán)中主要的工作就是掃描是否有按鍵，若有按鍵按下則應(yīng)做相應(yīng)的功能處理，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序，執(zhí)行相應(yīng)的功能。判斷子程序檢查當前時間是否相等，如果相等，就執(zhí)行相應(yīng)程序。根據(jù)設(shè)計要求畫出程序主流程圖5.1.15.1.1 程序流程圖程序流程圖圖 5.1 程序流程圖5.25.2 程序模塊設(shè)計程序模塊設(shè)計5.2.15.2.1 電機控制程序設(shè)計電機控制程序設(shè)計unsigned int speed=3;#define Coil_AB1 A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;/AB 相通電，其他相斷電#define Coil_BC1 A1=0;B1=1;C1=1;D1=0;/BC 相通電，其他相斷電#defi

55、ne Coil_CD1 A1=0;B1=0;C1=1;D1=1;/CD 相通電，其他相斷電 . . . 28 / 43#define Coil_DA1 A1=1;B1=0;C1=0;D1=1;/D 相通電，其他相斷電#define Coil_A1 A1=1;B1=0;C1=0;D1=0;/A 相通電，其他相斷電#define Coil_B1 A1=0;B1=1;C1=0;D1=0;/B 相通電，其他相斷電#define Coil_C1 A1=0;B1=0;C1=1;D1=0;/C 相通電，其他相斷電#define Coil_D1 A1=0;B1=0;C1=0;D1=1;/D 相通電，其他相斷電

56、#define Coil_OFF A1=0;B1=0;C1=0;D1=0;/全部斷電void t0_time()interrupt 1 TMOD=0X00;TH0=0XFE;buzzer=1;if(gd=0) buzzer=0;delayms(10);while(gd=0)Coil_A1; /步進電機相位控制delayms(speed);Coil_AB1;delayms(speed);Coil_B1;delayms(speed);Coil_BC1;delayms(speed);Coil_C1;delayms(speed);Coil_CD1;delayms(speed);Coil_D1;dela

57、yms(speed);Coil_DA1;delayms(speed);if(huoer=0)delayms(10);while(gd=0)P0=1; . . . 29 / 435.2.25.2.2 LCD1602LCD1602 顯示程序設(shè)計顯示程序設(shè)計void delayms(unsigned int time)unsigned int j,k;for(j=time;j;j-)for(k=100;k;k-);/*寫入命令函數(shù)*/void LCD_WRITECOM(unsigned char i) RS_CLR; EN_SET;delayms(1); DATAPORT=i; EN_CLR;del

58、ayms(1); /*寫入單個數(shù)據(jù)函數(shù)*/void LCD_WRITEDATA(unsigned char i) RS_SET;EN_SET;delayms(1); DATAPORT=i;EN_CLR;delayms(1);/*讀入字符函數(shù)*/void LCD_WRITECHAR(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char k)if(j=0) LCD_WRITECOM(0 x80+i);else LCD_WRITECOM(0 xc0+i);LCD_WRITEDATA(k+0 x30);/*寫入字符串函數(shù)*/void LCD_WRITESTRING

59、(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char *k) . . . 30 / 43 if(j=0) LCD_WRITECOM(0 x80+i); else LCD_WRITECOM(0 xc0+i); while(*k) LCD_WRITEDATA(*k); k+; /*LCD 初始化*/void LCD_START(void) LCD_WRITECOM(0 x38); delayms(1); LCD_WRITECOM(0 x06); LCD_WRITECOM(0 x01); delayms(1); LCD_WRITECOM(0 x0c);5.2.

60、3 按鍵掃描程序設(shè)計void main()unsigned int k;TMOD=0X00;TH0=0XFE;TL0=0XFE;EA=1;ET0=1;TR0=1;FM=1;/LCD_START();LCD_WRITESTRING(2,0,Bi Ye She Ji);Coil_OFF;while(1) . . . 31 / 43if(gd=0)delayms(10);while(gd=0)Coil_A1; /步進電機相位控制delayms(speed);Coil_AB1;delayms(speed);Coil_B1;delayms(speed);Coil_BC1;delayms(speed);C