基于單片機(jī)的物料分揀控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.1物料分揀系統(tǒng)的概述自動(dòng)化的程序是目前工作發(fā)展程度的標(biāo)志，自動(dòng)分揀正是自動(dòng)化作業(yè)中一個(gè)不必不可少的部分，單片機(jī)控制分揀裝置成本低，高效率等優(yōu)點(diǎn)成為主流。可以根據(jù)程序設(shè)定無人的，高效的工作，維護(hù)費(fèi)用也極少。由于采用的是機(jī)械化自動(dòng)作業(yè)，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分揀處理能力較大，分揀數(shù)量較多。節(jié)省了人力勞動(dòng)，降低了企業(yè)的額外支出費(fèi)用，是企業(yè)節(jié)省成本的最好方法。在一些需要進(jìn)行物料分揀的企業(yè)，以往采用人工分揀的方法，由于人工作時(shí)的個(gè)人限制問題，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，誤差多，生產(chǎn)成本高，企業(yè)之間的競爭能差，阻礙了企業(yè)的正常發(fā)展。因此現(xiàn)在的單片機(jī)分揀裝置系統(tǒng)必然會(huì)取代人工的分揀工作，這也是其迅猛發(fā)展的原因?，F(xiàn)在隨著工業(yè)的發(fā)展，作業(yè)水平的要求，自動(dòng)分揀裝置完全取代人工作業(yè)是必須的也是必然的。物料分揀采用單片機(jī)控制進(jìn)行，能連續(xù)、大量的分揀貨物，分揀誤差效率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。分揀系統(tǒng)，能夠靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實(shí)現(xiàn)對物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場地原因影響不大。物料分揀裝置利用單片機(jī)控制技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電動(dòng)技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)等，都是自動(dòng)化技術(shù)中必要的。采用一環(huán)扣一環(huán)的工作模式，完成工作的不同需要。本設(shè)計(jì)主要介紹物料分揀裝置系統(tǒng)的單片機(jī)控制結(jié)構(gòu)，硬件組成、軟件控制、程序流程。使對單片機(jī)控制的物料分揀控制系統(tǒng)有一個(gè)更深的了解。1.2物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物料分揀系統(tǒng)中開始運(yùn)用各式各樣的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，在物流行業(yè)尤為顯著。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。雖然在多數(shù)的分揀系統(tǒng)中，一些作業(yè)環(huán)節(jié)還需要人工的參與，但作業(yè)強(qiáng)度已越來越小，完全由機(jī)械完成分揀作業(yè)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)也相繼產(chǎn)生。不久將來機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)與發(fā)展趨勢。縱觀國內(nèi)外物流分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，國外的物流配送中心或工業(yè)中傾向于采用自動(dòng)化程度高的分揀系統(tǒng)，而且應(yīng)用也比較廣泛。在國內(nèi)，由于物流行業(yè)起步晚，物料分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高，已在不知不覺中顯露頭角。自動(dòng)分揀系統(tǒng)雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但因要求使用者必須具備一定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，在發(fā)達(dá)國家某些行業(yè)不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要的原因：一是一次性投資巨大，先期投入回收慢。系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，需要技術(shù)人才，投資和運(yùn)營成本相當(dāng)高，需要可靠的資源作保證，只有大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流公司才能投資。二是系統(tǒng)對商品外包裝要求高。使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，需要采用標(biāo)準(zhǔn)化的包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等二次措施。但要所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國家包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，而且越是特別通用性就越差。就分揀系統(tǒng)而言，在這個(gè)科技發(fā)展的社會(huì)的時(shí)代機(jī)械代替人工的產(chǎn)業(yè)還是具有重要的領(lǐng)導(dǎo)地位的。在自動(dòng)控制分揀系統(tǒng)中人員的使用也可以局限于進(jìn)貨時(shí)的接貨、系統(tǒng)的控制、系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護(hù)等，這恰好適應(yīng)了企業(yè)對減少人員使用、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人員使用效率、提高工作效率的要求。就因此它的作用將源源不斷的被人們發(fā)掘，在社會(huì)生產(chǎn)工作中發(fā)揮不可以缺少的作用。1.3研究的目的和意義用分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀各種物品、代替人的繁重勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率等，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在高溫及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。分揀系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)生活中越來越占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)作用，而分料盤在物料分揀中起著關(guān)鍵作用，安裝在其內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)將使分料盤發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作來達(dá)到物料的最終分揀。在現(xiàn)代工業(yè)中較廣泛地使用，減少勞動(dòng)時(shí)間，提高勞動(dòng)效率。本設(shè)計(jì)試圖開發(fā)單片機(jī)控制對顏色進(jìn)行分類，并借助必要的精密傳感器，其能夠?qū)Σ煌伾搭A(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，可以較準(zhǔn)確的達(dá)到要分揀的目的，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化產(chǎn)廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。采用單片機(jī)控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行物料分揀的自動(dòng)化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對物料傳感器，氣缸進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對于位置改變時(shí)，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低了安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)。

第二部分設(shè)計(jì)說明2.1系統(tǒng)的整體構(gòu)成系統(tǒng)是由89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)?？刹脸蛔x存儲(chǔ)器在以后可以反復(fù)擦除100次。器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。信號檢測控制系統(tǒng)是通過傳感器把被測信號經(jīng)過PB,PC傳入89C51.通過單片機(jī)的控制，從8951PA輸出信號，利用單片機(jī)發(fā)出脈沖的變化，控制步進(jìn)電機(jī)來控制分揀不同顏色物體的目的。信號檢測傳感器信號接收器傳感器信號接收器單片機(jī)I/O接口芯片單片機(jī)I/O接口芯片單片機(jī)控制單元步進(jìn)電機(jī)工作分揀數(shù)據(jù)地址和單片機(jī)I/O接口芯片控制總線單片機(jī)控制單元步進(jìn)電機(jī)工作分揀數(shù)據(jù)地址和單片機(jī)I/O接口芯片控制總線圖2-1系統(tǒng)整體構(gòu)成框圖2.2TCS230顏色傳感器的介紹2.2.1TCS230顏色傳感器原理由圖2-2可知：當(dāng)入射光投射到TCS230上時(shí)，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，選擇不同的濾波器；經(jīng)電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強(qiáng)對應(yīng)不同頻率的方波；還可通過輸出定標(biāo)控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。圖2-2TCS230的引腳及功能圖S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE是頻率輸出引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個(gè)芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時(shí)，也可以作為片選信號；OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓。表2-3是S0、S1及S2、S3的可用組合。 S0S1輸出頻率定標(biāo)S2S3過濾器類型LL關(guān)斷電源LL紅色LH20%LH藍(lán)色HL20%HL無HH100%HH綠色表2-3S0、S1及S2、S3的組合選項(xiàng)2.2.2TCS230顏色識別原理通常所看到的物體顏色，實(shí)際上是物體表面吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng)。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R、黃Y、綠G、青V、藍(lán)B、紫P)。根據(jù)德國物理學(xué)家赫姆霍茲的三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍(lán))混合而成的。TCS230感應(yīng)器的應(yīng)用及調(diào)試由三原色感應(yīng)原理可知，根據(jù)三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。當(dāng)TCS230選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。白平衡和顏色識別原理因?yàn)榘咨械娜⒉煌耆嗟?，并且TCS230的光傳感器對這三種基本色的敏感性是不相同的，導(dǎo)致TCS230的RGB輸出并不相等，所以在測試前必須進(jìn)行白平衡調(diào)整，使得TCS230對所檢測的“白色”中的三原色是相等的。在本裝置中，白平衡調(diào)整的具體步驟和方法如下：將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個(gè)白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到TCS230上；根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍(lán)色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍(lán)色的值，然后就可計(jì)算出需要的3個(gè)調(diào)整參數(shù)。

當(dāng)用TCS230識別顏色時(shí)，就用這3個(gè)參數(shù)對所測顏色的R、G和B進(jìn)行調(diào)整。這里有兩種方法來計(jì)算調(diào)整參數(shù)：①

依次選通三種顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到255時(shí)停止計(jì)數(shù)，分別計(jì)算每個(gè)通道所用的時(shí)間。這些時(shí)間對應(yīng)于實(shí)際測試時(shí)TCS230每種濾波器所采用的時(shí)間基準(zhǔn)，在這段時(shí)間內(nèi)所測得的脈沖數(shù)就是所對應(yīng)的R、G和B的值。②

設(shè)置定時(shí)器為一固定時(shí)間(例如10ms)，然后選通三種顏色的濾波器，計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)TCS230的輸出脈沖數(shù)，計(jì)算出一個(gè)比例因子，通過這個(gè)比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實(shí)際測試時(shí)，使用同樣的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應(yīng)的R、G和B的值。2.3霍爾開關(guān)傳感器2.3.1.工作原理霍爾開關(guān)集成電路應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理，采用半導(dǎo)體集成技術(shù)制造的磁敏電路，由電。壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器，溫度補(bǔ)償電路和集電極開路的輸出組成的磁敏傳感電路，輸入是磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號。2.霍爾傳感器工作特點(diǎn)霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對瞬態(tài)峰值的測量。副邊電流忠實(shí)地反應(yīng)原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的，它一般只適用于測量50Hz正弦波；原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達(dá)9600Vrms精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測量；線性度好：優(yōu)于0.1%寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時(shí)間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內(nèi)，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時(shí)間約500uS，帶寬約700Hz。測量范圍：霍爾傳感器為系列產(chǎn)品，電流測量可達(dá)50KA，電壓測量可達(dá)6400V3.霍爾電流傳感器使用時(shí)，需遵循以下注意事項(xiàng)為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度，必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合，要耦合得好，最好用單根導(dǎo)線且導(dǎo)線完全填滿霍爾傳感器模塊孔徑。使用中當(dāng)大的直流電流流過傳感器原邊線圈，且次級電路沒有接通電源|穩(wěn)壓器或副邊開路，則其磁路被磁化，而產(chǎn)生剩磁，影響測量精度（故使用時(shí)要先接通電源和測量端M），發(fā)生這種情況時(shí)，要先進(jìn)行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源，而在原邊線圈中通一同樣等級大小的交流電流并逐漸減小其值霍爾傳感器都具有較強(qiáng)的抗外磁場干擾能力，但是，為了獲得較高的測量準(zhǔn)確度，當(dāng)有較強(qiáng)的磁場干擾時(shí)，要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫鉀Q。通常方法有：調(diào)整模塊方向，使外磁場對模塊的影響最??；在模塊上加罩一個(gè)抗磁場的金屬屏蔽罩2.4紅外傳感器2.4.1工作原理紅外傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對高于零度），都能輻射紅外線。紅外傳感器測量時(shí)不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。2.4.2主要應(yīng)用和實(shí)物常用于無接觸溫度測量，氣體成分分析和無傷探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和工程環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對疾病進(jìn)行診斷治療；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的過熱的情況等。圖2-4紅外傳感器實(shí)物2.5步進(jìn)電機(jī)的概述2.5.1工作原理步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖控制信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。每接受一個(gè)電脈沖，在驅(qū)動(dòng)電源的作用下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的不距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的控制電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步。步進(jìn)電機(jī)是按電磁吸引的原理來工作的。2.5.2工作特點(diǎn)（1）輸出角與輸入脈沖嚴(yán)格成正比，且在時(shí)間上同步。步進(jìn)電機(jī)的步距角不受各種干擾因素，如電壓的大小、電流的數(shù)值、波形等的影響，轉(zhuǎn)子的速度主要取決于脈沖信號的頻率，總的位移量則取決于總脈沖數(shù)。（2）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變通電順序來改變。（3）轉(zhuǎn)子慣量小，啟、停時(shí)間短。（4）步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電機(jī)就可以保持在該固定位置。（5）步進(jìn)電機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差為零，不會(huì)長期累積。（6）與計(jì)算機(jī)接口容易，維修方便，壽命長。步進(jìn)電機(jī)本身就是一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，能夠直接接受計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量。能量效率低，存在失步現(xiàn)象。2.689C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)2.6.1單片機(jī)的組成及特點(diǎn)單片機(jī)的特點(diǎn)：（1）控制功能強(qiáng)，為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。（2）集成度高、體積小、有高的可靠性。（3）有優(yōu)異的性能價(jià)格比。（4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。（5）增加了I2C串行總線方式、SPI串行接口等，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。（6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。圖2-5單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖2.6.2引腳功能及其分布圖VCC：+4~+5.5VGND：接地XTAL1：內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶振的一個(gè)引腳。XTAL2：內(nèi)部振蕩器的反相放大器輸出端，是外接晶振的另一端。RST/VPD：復(fù)位信號輸入端。振蕩器工作時(shí)，該引腳上持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期的高電平可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作ALE/：正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址鎖存），用來把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。ALE引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘信號或用于定時(shí)。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL電路。：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效?？梢则?qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL電路。/VPP：為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器的選擇端。當(dāng)為高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（PC值小于4K）；當(dāng)為低電平時(shí)，訪問外部程序存儲(chǔ)器。對于89C51單片機(jī)，在EPROM編程期間，此端為21V編程電源輸入端。P0口：單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作，先用作地址總線，在ALE信號的下降沿，地址被鎖存；然后用作為數(shù)據(jù)總線。它也可以用作雙向輸入/輸出口。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1口：準(zhǔn)雙向輸入/輸出口，它能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載2-689C51引腳圖P2口：準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，用作高8位地址總線P2口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口：準(zhǔn)雙向輸入/輸出口，它能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口的每一引腳還有另外一種功能。2.774LS138譯碼器譯碼器是組合邏輯電路的一個(gè)重要的器件，是一種具有“翻譯”功能的邏輯電路，這種電路能將輸入二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對應(yīng)的輸出信號。譯碼器設(shè)有一個(gè)和多個(gè)使能控制輸入端，又成為片選端，用來控制允許譯碼或禁止譯碼。74LS138是一種3線—8線譯碼器，三個(gè)輸入端A0、A1、A2共有8種狀態(tài)組合，可譯出8個(gè)輸出信號Y0—Y7。本設(shè)計(jì)主要利用74LS138譯碼器來控制六個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的片選信號，對芯片進(jìn)行分時(shí)的讀寫操作，從而控制對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。其具體應(yīng)用原理圖如圖2-1。圖2-774LS138應(yīng)用原理圖圖2-8實(shí)物圖第三部分設(shè)計(jì)成果3.1硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的單片機(jī)自動(dòng)物料分揀控制系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：（1）、能夠快速準(zhǔn)確地分揀不同顏色的物料；（2）、實(shí)現(xiàn)了可視化操作、成本低；（3）、通過單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)可以準(zhǔn)確地執(zhí)行分揀動(dòng)作；本次分揀系統(tǒng)硬件部分，是將通過的物料顏色來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，其過程是如圖3-1：先設(shè)定傳感器識別的顏色，當(dāng)帶有顏色的物料塊經(jīng)過顏色傳感器時(shí)，并被傳感器識別，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并停止傳送帶的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將物料推送出來，如圖所示，因S1顏色傳感器設(shè)定只識別藍(lán)色物體，當(dāng)A物體通過S1顏色傳感器，并被si識別后，M1電機(jī)啟動(dòng)，iM2電機(jī)停止，推桿將物料A推出傳送帶，若A物體不為藍(lán)色則S1顏色不識別，M1電機(jī)不啟動(dòng)，推桿不工作，M2電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。M2M2AS1M1圖3-13.1.1單片機(jī)模塊單片機(jī)中斷系統(tǒng)又叫作中斷管理系統(tǒng)，其功能是使處理機(jī)對外界異步事件具有處理能力。中斷是一個(gè)過程，當(dāng)中央處理器CPU在處理某件事情時(shí)，外部又發(fā)生了另一緊急事件，請求CPU暫停當(dāng)前的工作而去迅速處理該緊急事件。處理結(jié)束后，再回到原來被中斷的地方繼續(xù)原來的工作。引起中斷的原因或發(fā)出中斷請求的來源稱為中斷源。單片機(jī)一般允許有多個(gè)中斷源，包括兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行口中斷。其中外部中斷是由外部原因引起的，共兩個(gè)中斷源，即外部中斷0和外部中斷1。定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的，單片機(jī)芯片內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，以對其中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。串行口中斷是為串行數(shù)據(jù)的傳送的數(shù)據(jù)而設(shè)置的，每當(dāng)串行口接收或發(fā)送完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)中斷請求。CPU通過引腳RXD(P3.0)和TXD（P3.1）接收中斷需求或傳送中斷需求。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU請求中斷時(shí)，CPU一般先響應(yīng)優(yōu)先級別高的中斷源。優(yōu)先級根據(jù)中斷源的輕重緩急排隊(duì)，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請求。每一個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷優(yōu)先級別，CPU總是響應(yīng)級別最高的中斷請求。單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)的最小系統(tǒng)由電源模塊、時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊組成，其基本原理如圖3-2。圖3-2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.2步進(jìn)電機(jī)模塊本文選擇六線四相步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)使用的步進(jìn)角為7.5度。一圈360度,需要48個(gè)脈沖完成。其與單片機(jī)接線圖如圖2-6。要使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，只要輪流給個(gè)引出端通電即可。由圖2-4知，只要AC、AC、BC、BC四相輪流通電就能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。通電的方式有多種，若將公共端C接正電源，那么只需要開關(guān)元件（三極管、驅(qū)動(dòng)器）將A、A、B、B輪流接地即可。由于每出現(xiàn)一個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就能走一步。因此只要依序不斷的送出脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-3步進(jìn)電機(jī)原理圖3.2軟件控制設(shè)計(jì)本分揀系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)是基于硬件電路來進(jìn)行實(shí)踐的，設(shè)計(jì)分為主程序的設(shè)計(jì)和子程序的設(shè)計(jì)。本軟件設(shè)計(jì)語言采用匯編語言，在電腦上編譯后下載到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對顏色垃圾的不同分揀。設(shè)計(jì)基本思路：該分揀系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)是基于硬件電路來設(shè)計(jì)的，軟件的設(shè)計(jì)分為主程序設(shè)計(jì)和子程序設(shè)計(jì)。其中子程序設(shè)計(jì)包括了步進(jìn)電機(jī)單元、并通過分布實(shí)現(xiàn)功能的方法來設(shè)計(jì)軟件。本軟件設(shè)計(jì)語言采用C語言，在電腦上編譯后下載到單片機(jī)中，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀過程。首先初始化89C51，確定控制子地址，及PA、PB、PC口的輸出方式，開始檢測輸入信號，先檢測PC口，再檢測PB口，發(fā)現(xiàn)信號從高電平變成低電平時(shí)，PA口輸出，控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)分揀，分揀結(jié)束后，步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)回位，繼續(xù)檢測是否有輸入信號的變化，以此循環(huán)工作。圖3-4程序流程框圖3.3設(shè)計(jì)仿真

第四部分結(jié)束語本設(shè)計(jì)大大提高了分揀速度，且能連續(xù)、大批量地分揀物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)采用大量\t"/zixun/hangyezonghe/2014/1116/_blank"流水線自動(dòng)作業(yè)方式，分揀系統(tǒng)的工作不受氣候、時(shí)間、人的體力因素的限制，可以連續(xù)運(yùn)行，且單位時(shí)間內(nèi)分揀的物料單元數(shù)多。，分揀誤差率極低大大減少人工，分揀作業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無人化,減少人員數(shù)量；減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)的效率。自動(dòng)分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的數(shù)量，基本做到無人化操作。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅限于以下工作：待分物料存放點(diǎn)與自動(dòng)分揀系統(tǒng)之間的搬運(yùn)；人工控制分揀系統(tǒng)運(yùn)行；分揀線末端由人工將分揀出來的物料進(jìn)行\(zhòng)t"/zixun/hangyezonghe/2014/1116/_blank"配送；自動(dòng)分揀系統(tǒng)運(yùn)行的管理、維護(hù)等。而

致謝首先誠摯的感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師。她在忙碌的教學(xué)工作中擠出時(shí)間來審查、修改我的設(shè)計(jì)。還有教過我的所有老師們，你們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪從開始寫作至設(shè)計(jì)最終定稿，總共花費(fèi)了我一個(gè)月以來所有的業(yè)余時(shí)間，雖說在繁忙的課外之余要完成這樣一篇設(shè)計(jì)的確不是一件很輕松的事情，但我內(nèi)心深處卻滿含深深的感激之情。感謝老師，是你讓我能夠靜靜地坐下來，在知識的海洋里吸取更多的營養(yǎng)，從而能夠?yàn)樽约哼M(jìn)一步的加油充電。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫，使我能夠等系統(tǒng)、全面的學(xué)習(xí)，并得以借鑒眾多學(xué)者的寶貴經(jīng)驗(yàn)，這對于我今后的工作和人生，無疑是不可多得的寶貴財(cái)富。參考文獻(xiàn)【1】李寒梅.郵政技術(shù)設(shè)備與管理.人民郵電技術(shù)出版社，1994.【2】韓新宅,顧長青,趙鐵成.郵政自動(dòng)化分揀技術(shù).1997.【3】王建校.C51單片機(jī)程序設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社.2002.【4】黃啟明.自動(dòng)分揀系統(tǒng)及其應(yīng)用前景分析.物流技術(shù)設(shè)施與設(shè)備,2002.【5】熊葵榮.電器邏輯控制技術(shù).北京：科學(xué)出版社,2002.【6】申恒廣;洪曉華;易真龍尋掛式分揀實(shí)驗(yàn)裝置及信號自動(dòng)識別系統(tǒng)的研究2004(增刊).【7】陳軍,洪曉華.物流自動(dòng)化技.中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2005.【8】楊恒.零起點(diǎn)學(xué)單片機(jī)與CPLD/FPGA[M].北京：北京航天航空大學(xué)版.2007.【9】齊占慶主編．機(jī)床電氣控制技術(shù)[M]．第4版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.【10】陶紅艷，余成波.傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社2009.3.【11】劉德寶.復(fù)合式煙卷分揀系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).2006.【12】張貽弓;吳耀華.雙揀貨區(qū)自動(dòng)分揀品質(zhì)分配優(yōu)化.機(jī)械工程學(xué)院2009（11）doi:10.3901/JME.2009.11.152.【13】劉向群.自動(dòng)控制元件.2001.【14】馬淑華

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【19】孫雪梅、范久臣.實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.沈陽教育學(xué)院學(xué)報(bào).2005.7（2）

P132～134

附錄一程序分揀系統(tǒng)識別不同顏色子程序I89C51_AEQUOFF7CH；PA地址I89C51_BEQUOFF7DH；PB地址I89C51_CEQUOFF7EH；PC地址I89C51_MODEEQUOFF7FH；控制口地址ORGOOO0HAJMPMAINORGO4OOHMAIN:MOVA，#83H；PA口方式0輸入MOVDPTR，#I89C51_MODEMOVX@DPTR,AL3:MOVDPTR,#I89C51_C；PC口地址送DPTRMOVXA，@DPTR；從A口讀數(shù)據(jù)LOOP:JNBAcc.1，L1；PC1口地址為0轉(zhuǎn)移MOVDPTR，#I89C51_B；PB口地址送DPTRMOVXA，@DPTR；從B口讀數(shù)據(jù)JBAcc.1，L3；PB1口地址為1轉(zhuǎn)移L1:CALLSEETCALLDELAYCALLSTEPBACKCALLDELAYSJPL3SEET:MOVR0，#OOHMOVR3，#150L2MOVA，ROMOVDPTR，#DREAMMOVX@DPTR，ACALLDELAYINCRO