飲料罐裝生產(chǎn)流水線的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

XX大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題名稱 飲料罐裝生產(chǎn)流水線的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 XXXX 學(xué) 號(hào) XXXX 起訖日期 2016.8.29-2016.9.9 指導(dǎo)教師 XX 2016年9月9日飲料罐裝生產(chǎn)流水線的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是飲料灌裝生產(chǎn)流水線的單片機(jī)控制系統(tǒng)。其硬件部分主要包括電源電路、開關(guān)電路、光電傳感器模塊、數(shù)碼顯示模塊、繼電器控制模塊、報(bào)警模塊6個(gè)主要組成部分。硬件選擇以AT89C51為主體、數(shù)碼顯示采用74LS164串行顯示方案，光電傳感器采用對(duì)射式光電開關(guān)電路方案，繼電器控制模塊采用單片機(jī)控制5V繼電器，進(jìn)而控制交流接觸器方案。軟件設(shè)計(jì)主要完成信號(hào)檢測(cè)，多種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，以及顯示灌裝計(jì)數(shù)值三個(gè)工作。關(guān)鍵詞：灌裝流水線 單片機(jī) 光電傳感器 串行數(shù)碼管顯示 繼電器控制目錄摘要.11.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求31.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容31.2 課程設(shè)計(jì)要求32. 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)42.1硬件電路設(shè)計(jì)proteus軟件簡(jiǎn)介42.2 控制系統(tǒng)硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì)42.2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖42.2.2 電源電路設(shè)計(jì)52.2.3 單片機(jī)開關(guān)按鈕設(shè)計(jì)52.2.4 光電傳感器電路設(shè)計(jì)62.2.5 數(shù)碼管顯示模塊62.2.6 報(bào)警模塊72.2.7 傳送帶模塊72.2.8 灌裝設(shè)備模塊83.控制程序設(shè)計(jì)與仿真83.1控制程序設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件keil uvision2簡(jiǎn)介83.2 控制程序詳細(xì)設(shè)計(jì)83.2.1 控制程序流程圖83.2.2 詳細(xì)程序設(shè)計(jì)113.3 控制系統(tǒng)Protues仿真133.3.1 光電傳感器仿真133.3.2 灌裝設(shè)備和傳送帶仿真13333 數(shù)碼管顯示仿真143.3.4 整體仿真圖14結(jié)束語15參考文獻(xiàn)15附錄I 電路圖16附錄II C51源代碼171.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一套飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制系統(tǒng)，控制要求：（1） 系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開關(guān)動(dòng)作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開關(guān)動(dòng)作。（2） 當(dāng)瓶子定位在罐裝設(shè)備下時(shí)，停頓1秒，罐裝設(shè)備開始工作，罐裝過程為5秒鐘，罐裝過程應(yīng)有報(bào)警顯示，5秒后停止并不再顯示報(bào)警。（3）一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，記錄罐裝瓶數(shù)，設(shè)最多不超過9999瓶。（4）可以手動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)值清零（復(fù)位）。 1.2 課程設(shè)計(jì)要求（1）采用MCS-51單片機(jī)控制，畫出控制系統(tǒng)的硬件電路圖；（2）采用220V交流電源供電，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)直流電源模塊硬件電路圖；（3）編制控制程序，并畫出程序框圖；（4）撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2. 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.1硬件電路設(shè)計(jì)proteus軟件簡(jiǎn)介Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。12.2 控制系統(tǒng)硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì)2.2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖220V交流電轉(zhuǎn)5V直流穩(wěn)壓電路（供電） 4位數(shù)碼管顯示 51單片機(jī)開 啟動(dòng) 停止關(guān) 復(fù)位計(jì)數(shù)值M傳送帶220V繼電器電路5V傳送帶開關(guān)繼電器光電傳感器灌裝設(shè)備5V灌裝設(shè)備開關(guān)繼電器圖 （1）如圖（1）所示整個(gè)控制系統(tǒng)輸入量有四個(gè)，分別為啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、復(fù)位計(jì)數(shù)值開關(guān)以及光電傳感器輸入信號(hào)。輸出有三個(gè)，分別為數(shù)碼管顯示、傳送帶繼電器以及灌裝設(shè)備繼電器。單片機(jī)在接收到啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)后，控制4位數(shù)碼管顯示初始計(jì)數(shù)值，同時(shí)輸出信號(hào)使傳送帶繼電器線圈得電，進(jìn)而閉合在強(qiáng)電電路中的相應(yīng)的繼電器開關(guān)，使傳送帶帶動(dòng)瓶子運(yùn)動(dòng)。當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到瓶子到達(dá)灌裝位置時(shí)，向單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，單片機(jī)接收到信號(hào)后立即停止傳送帶，通過內(nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)1S后啟動(dòng)灌裝設(shè)備，同時(shí)報(bào)警指示燈保持常亮。單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)5S后，停止灌裝設(shè)備，關(guān)滅報(bào)警指示燈，數(shù)碼管顯示值加1，然后啟動(dòng)傳送帶等待光電傳感器檢測(cè)到下一個(gè)信號(hào)開啟再一次的循環(huán)。在系統(tǒng)運(yùn)行期間如果接收到停止信號(hào)系統(tǒng)會(huì)立即關(guān)閉傳送帶和灌裝設(shè)備，以及數(shù)碼管顯示；如果接收到復(fù)位信號(hào)，單片機(jī)控制的數(shù)碼管計(jì)數(shù)值立即清零；如果數(shù)碼管當(dāng)前的計(jì)數(shù)值達(dá)到了9999，再接收到灌裝完成的信號(hào)數(shù)碼管顯示值會(huì)變成0進(jìn)而重新計(jì)數(shù)。2.2.2 電源電路設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)要求用220V交流電供電，而單片機(jī)電路需要的電源是直流5V。故需要設(shè)計(jì)220V轉(zhuǎn)5V的直流穩(wěn)壓電路。本系統(tǒng)采用的為常見的直流穩(wěn)壓方案如圖（2）所示。 圖 （2）變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會(huì)有11V多一點(diǎn)的電壓，假如從電容兩端直接接一個(gè)負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或交流電源有少許波動(dòng)都會(huì)使C1兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓，在這里接一個(gè)三端穩(wěn)壓器的元件U2。三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時(shí)可簡(jiǎn)單的認(rèn)為這是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻的元件，當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動(dòng)變小，而當(dāng)負(fù)載電流變小時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會(huì)自動(dòng)變大，這樣就能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。因?yàn)槲覀円敵?V的電壓，所以選用7805，7805。前面的字母可能會(huì)因生產(chǎn)廠家不同而不同。LM7805最大可以輸出1A的電流，內(nèi)部有限流式短路保護(hù)。三端穩(wěn)壓器后面接有電容，起濾波和阻尼作用。2.2.3 單片機(jī)開關(guān)按鈕設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)上電P2、P3口均為高電平，故此處設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的開關(guān)電路，單片機(jī)口接按鈕接地。以停止開關(guān)為例，如圖3所示圖（3）2.2.4 光電傳感器電路設(shè)計(jì) 如圖4所示圖（4） 光電傳感器由兩部分組成，一部分是發(fā)光的二極管，一部分是由光電三極管組成的光電開關(guān)。當(dāng)左部分和右部分沒有物體遮擋時(shí)，發(fā)光二極管的光照射到光電三極管基極上，光電三極管導(dǎo)通，電壓比較器LM393 3腳電平高于2腳2.5V輸出電壓為低電平0V；當(dāng)左部分和右部分有物體遮擋時(shí)，光電三極管截止，電壓比較器LM393 3腳電平低于2腳電平2,5V輸出電壓為高電平5V。2.2.5 數(shù)碼管顯示模塊圖（5） 顯示模塊選用4個(gè)LED共陰極數(shù)碼管，為節(jié)省單片機(jī)輸入輸出口選用用74LS164芯片進(jìn)行串行數(shù)碼顯示。接線圖如圖所示，4個(gè)74LS164芯片串行連接，U2接收來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)，U3、U4、U5輸入端接在前一個(gè)數(shù)據(jù)輸出的最高位。每一次刷新顯示時(shí)，單片機(jī)通過第一個(gè)74LS164向顯示模塊輸入4個(gè)字節(jié)通過串行移位的方式，分別保存在U2、U3、U4、U5內(nèi)進(jìn)而控制4個(gè)數(shù)碼管的顯示。2.2.6 報(bào)警模塊圖（6） 報(bào)警模塊選用LED指示燈，由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電流較小故電路中加入三極管進(jìn)行電流放大。當(dāng)三極管的基極接收到來自單片機(jī)的低電平信號(hào)，三極管正向?qū)?，LED指示燈亮。2.2.7 傳送帶模塊 傳送帶電機(jī)模塊由兩部分組成：一部分為弱電的控制電路（圖7），一部分是強(qiáng)電電路如（圖8，圖9）。圖（7）圖（8） 圖（9） 當(dāng)三極管的基極接收到來自單片機(jī)的低電平信號(hào)時(shí)，三極管正向?qū)ㄎ侠^電器開關(guān)K1，位于強(qiáng)電電路中的KM1線圈得電，傳送帶電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)三極管的基極接收到來自單片機(jī)的高電平信號(hào)時(shí)，三極管截止，繼電器的線圈通過二極管D1放電，K1斷開，KM1線圈掉電，KM1斷開，電機(jī)停止運(yùn)行。2.2.8 灌裝設(shè)備模塊此模塊和傳送帶模塊類似，此處不再贅述，電路圖如圖10、圖11、圖12所示。 圖（10） 圖（11） 圖(12)3.控制程序設(shè)計(jì)與仿真3.1控制程序設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件keil uvision2簡(jiǎn)介Keil uVision2是德國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語言的語法來開發(fā)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)， 使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。23.2 控制程序詳細(xì)設(shè)計(jì)3.2.1 控制程序流程圖 控制程序框圖包括主程序框圖圖（13）和定時(shí)器中斷函數(shù)框圖（14）。YNNNN主程序系統(tǒng)初始化開始開關(guān)on?傳送帶關(guān)閉單片機(jī)定時(shí)器啟動(dòng)停止開關(guān)on?復(fù)位開關(guān)on?收到傳感器信號(hào)？傳送帶啟動(dòng)數(shù)碼管顯示初始值傳感器信號(hào)消失？結(jié)束計(jì)數(shù)值清零YYY圖（13）50ms中斷程序 N定時(shí)器重裝初值計(jì)數(shù)值t 0加1t0=120?或t0=20?NNt0=120?t0=20?YY灌裝設(shè)備關(guān)閉報(bào)警指示燈關(guān)滅傳送帶啟動(dòng)t0=0定時(shí)器關(guān)閉計(jì)數(shù)值cunt加1刷新數(shù)碼管顯示灌裝設(shè)備啟動(dòng)報(bào)警指示燈燈亮Ycunt=0刷新數(shù)碼管顯示cunt=10000?NRET圖（14）3.2.2 詳細(xì)程序設(shè)計(jì)（1）數(shù)碼管顯示函數(shù)void display() uchar LED_code4; /存放四個(gè)數(shù)碼管顯示代碼 uchar i,j,chr,sel; for(i=0;i4;i+)/將顯示的數(shù)值轉(zhuǎn)換為顯示代碼 LED_codei=LED_Mapdisdatai; for(i=0;i4;i+)/74LS164數(shù)碼管串行顯示程序 chr= LED_codei; / sel=0x80; for(j=0;j1; delay(1); CLK=1; delay(1); (2) 計(jì)數(shù)顯示函數(shù)voidcunt_disp() /計(jì)數(shù)顯示disdata0=cunt%1000%100%10;/取個(gè)位disdata1=cunt%1000%100/10;/取十位disdata2=cunt%1000/100;/取百位disdata3=cunt/1000;/取千位display(); 計(jì)數(shù)顯示函數(shù)，取出計(jì)數(shù)值的各個(gè)位送給disdata數(shù)組。(3)關(guān)閉顯示函數(shù)voiddisp_off()/關(guān)閉顯示函數(shù)uchari,j,chr,sel;for(i=0;i4;i+)chr=0x00; /關(guān)閉數(shù)碼管顯示sel=0x80;for(j=0;j1;delay(1);CLK=1;delay(1); 關(guān)閉顯示函數(shù)本質(zhì)上是通過單片機(jī)賦值將數(shù)碼管的每個(gè)LED燈關(guān)滅。（4）初始化函數(shù)voidinit() /初始化TMOD=0x01; /定時(shí)器初始化TH0=(65536-50000)/256; /50msTL0=(65536-50000)%256;EA=1; /開中斷ET0=1;t0=0;/時(shí)間變量chuansong=1;/傳送帶關(guān)閉guanzhuang=1;/灌裝設(shè)備關(guān)閉disp_off();/顯示關(guān)閉cunt=0; /初始值TR0=0; 初始化函數(shù)為系統(tǒng)未啟動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)初始化系統(tǒng)變量并且關(guān)閉所有設(shè)備。（5） 定時(shí)器中斷函數(shù)voidtimer0()interrupt1/50ms定時(shí)器中斷函數(shù)TH0=(65536-50000)/256; /50ms設(shè)置TL0=(65536-50000)%256;t0+;if(t0=20)/1s停頓guanzhuang=0;baojing=0;if(t0=120) /1S停頓加5秒灌裝 guanzhuang=1; /灌裝設(shè)備啟動(dòng)baojing=1; /報(bào)警燈亮chuansong=0; /傳送帶關(guān)閉t0=0; /t0重新賦值0TR0=0; /關(guān)閉定時(shí)器cunt+; /顯示值加1if(cunt=10000) /計(jì)數(shù)值重置cunt=0;cunt_disp(); /刷新顯示（6） 主函數(shù)voidmain() /主函數(shù)loop:init(); /初始化while(auto_on); /等待啟動(dòng)chuansong=0; /傳送帶啟動(dòng)cunt_disp(); /顯示當(dāng)初始計(jì)數(shù)值while(1) /主運(yùn)行程序if(!no_stop)gotoloop;/判斷是否有停止信號(hào)if(rst_cunt=0)/判斷是否復(fù)位計(jì)數(shù)值cunt=0;/復(fù)位cunt_disp();/刷新顯示if(!cunt_in)/接收到傳感器信號(hào)chuansong=1;/傳送帶停止TR0=1;/定時(shí)器打開while(!cunt_in);/等待信號(hào)結(jié)束3.3 控制系統(tǒng)Protues仿真3.3.1 光電傳感器仿真此處用按鈕將發(fā)光二極管短路來模擬有物體遮擋的情況。按鈕未按下（無物體遮擋）時(shí)電壓比較器輸出高電平，按鈕按下之后輸出為低電平。3.3.2 灌裝設(shè)備和傳送帶仿真 此處選用protues中的直流單相電機(jī)仿真交流電機(jī)。333 數(shù)碼管顯示仿真3.3.4 整體仿真圖結(jié)束語 通過本次的課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多關(guān)于單片機(jī)仿真的東西。在做仿真電路事，遇到了一些困難尤其是電源穩(wěn)壓模塊和光電傳感器模塊，但是通過上網(wǎng)查資料最終還是比較好的解決了這些問題，另外在編寫C51程序時(shí)也遇到了一些問題，包括中斷函數(shù)的編寫和信號(hào)的處理，但最終也是通過不斷地調(diào)試，思考解決了問題。 通過本次本次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí)，相信會(huì)對(duì)我以后的學(xué)習(xí)或者工作有很大幫助。參考文獻(xiàn)1百度百科.Protues. /link?url=wr6Khr4kYydYD-K01yBexH2-RlbjW6MMtxw7TC5siqUE4Ye_l_u3t2ZU5i-FKZQ08TrQVXD_jKd9gfXz2Wc5a2百度百科.keil. /link?url=yOZ4_pNldquRnwc5MuhZpPUfD1qzE25ax7SPdLfDhbMRUKvWiJY6fUfzYyf_5_dfhjYOObCkexJAXk7UlMgdLq附錄I 電路圖 單片機(jī)板電路圖 強(qiáng)電電路電路圖附錄II C51源代碼#includetypedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;sbitDin=P10;/數(shù)碼管數(shù)據(jù)輸入sbitCLK=P11;/時(shí)鐘輸入sbitauto_on=P22;/自動(dòng)模式開啟sbitrst_cunt=P23;/復(fù)位計(jì)數(shù)值sbitbaojing=P27;/報(bào)警信號(hào)輸出sbitcunt_in=P24;/傳感器輸入sbitguanzhuang=P25;/灌裝設(shè)備控制端sbitchuansong=P26;/傳送帶控制端sbitno_stop=P30;/停止信號(hào)輸入uchardatadisdata4;uintcunt,t0,t1;unsignedcharcodeLED_Map10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/0-9voidinit();voiddelay(intcount)unsignedinti;for(i=0;icount;i+);/數(shù)碼顯示voiddisplay()ucharLED_code4; /存放四個(gè)數(shù)碼管顯示代碼uchari,j,chr,sel;for(i=0;i4;i+)/將顯示的數(shù)值轉(zhuǎn)換為顯示代碼LED_codei=LED_Mapdisdatai;for(i=0;i4;i+)/74LS164數(shù)碼管串行顯示程序chr=LED_codei; /sel=0x80;for(j=0;j1;delay(1);CLK=1;delay(1);voidcunt_disp()/計(jì)數(shù)顯示disdata0=cunt%1000%100%10;/取個(gè)位disdata1=cunt%1000%100/10;/取十位disdata2=cunt%1000/100;/取百位disdata3=cunt/1000;/取千位display()