基于单片机的自动分拣机控制系统设计Word下载.doc
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摘要
近年来，随着我国经济的发展和社会的进步，邮政事业得到了空前发展。
邮政通信网的技术含量不断增加，技术装备水平也在不断的提高，邮件处理已基本实现机械化，并且朝着自动化的方向迈进。
本文着眼于我国当前邮政事业的发展，设计了基于单片机控制的邮件自动分拣机控制系统。
该系统是在传统的胶带输送机和现有的自动分拣技术的基础上，利用先进的条形码识别技术，结合步进电机、接近开关和单片机进行控制的自动化分拣系统。
该分拣系统快速、灵活、准确，操作简单方便。
提高了邮件分拣效率及精准率、降低工人劳动强度、缩短在此方面与国外发达国家的距离。
在设计过程中运用到了机械设计、单片机控制、接口技术等方面的理论。
关键词：
自动分拣；
单片机；
接近开关；
步进电机
Abstract
Inrecentyears,withChina'
seconomicdevelopmentandsocialprogress,obtainedtheunprecedenteddevelopmentofthepostalbusiness.Growingtechnicalcontentofpostalcommunicationnetwork,thetechnicalequipmentlevelisalsoinconstantincrease,mailprocessinghasbasicallyrealizemechanization,andmovinginthedirectionofautomation.Thispaperfocusonthedevelopmentofcareerofourcountrycurrentpostal,designtheparcelsortingmachinecontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputercontrol.Thesystemisinthetraditionalbeltconveyor,andonthebasisoftheexistingautomaticsortingtechnology,usingadvancedbarcoderecognitiontechnology,combinedwiththesteppingmotor,ProximitySwitchesandsinglechipmicrocomputertocontroltheautomatedsortingsystem.Therapidsortingsystem,flexible,accurate,easyandconvenientoperation.Toimprovethesortingefficiencyandaccuraterate,reducethelaborintensityofworkers,shortenedthedistancewithforeigndevelopedcountriesinthisaspect.Duringthedesignprocessusingthemechanicaldesign,single-chipmicrocomputercontroltheoryandinterfacetechnology,etc.
Keywords：
Automaticmailsorting;
MCU;
ProximitySwitches;
Steppermotor
目录
中文摘要………………………………………………………………………………………….1
英文摘要………………………………………………………………………………………….2
目录………………………………………………………………………………………….3
引言………………………………………………………………………………………….1
第一章绪论……………………………………...…………………………………....................1
1.1分拣系统简介………………………………………………………………………………1
1.2主要任务……………………………………………………………………………………1
1.3设计方案……………………………………………………………………………………2
第二章基本理论………………………………………………………………….......................3
2.1单片机…………………………………………………………………………...................3
2.1.1单片机概述……………………………………………………………………………3
2.1.2单片机的基本结构方框图……………………………………………………………3
2.1.3单片机最小系统………………………………………………………........................5
2.2步进电机……………………………………………………………………......................6
2.2.1步进电机概述…………………………………………………………………………6
2.2.2步进电机分类…………………………………………………………………………6
2.2.3步进电机的工作原理……………………………………………………...…………6
2.2.4本系统选择的步进电机………………………………………………………………7
第三章硬件设计………….……………………………………………………………………..8
3.1接近开关……….………..………………………………………………………………….8
3.1.1接近开关概述…..……….…………………………………………………………..…8
3.1.2接近开关的分类与选择……………………………………………………………….8
3.1.3光电式接近开关概述……………...……………………………………......................8
3.1.4基本原理……………………...………………………………………………………..8
3.1.5主要分类……………………...………………………………………………………..9
3.274LS138译码器……………………………………………………………..…………...10
3.2.174LS138译码器概述………………...………………………………………………10
3.2.2本文应用…………………………………………………………….………..………10
3.3ULN2003A驱动芯片…………………………………………………………………….11
3.3.1ULN2003A驱动芯片概述…….......…………………………………………………11
3.3.2本文应用………...............................................................................…………………11
3.4拨码开关………………………………………………………………………………….12
3.4.1拨码开关概述..………….……………………………………………………………12
3.4.2本文应用……………………..……………………………………………………….12
3.5LED数码管………...…………………………………………………………..................13
3.5.1LED数码管概述..................................………………………………………………13
3.5.2本文应用..………………………………………………………………………….…13
3.6蜂鸣器….…..……………………………………………………………………………..14
3.6.1蜂鸣器概述…….…..…………………………………………………………………14
3.6.2本文应用………......………………………………….………………………………14第四章软件设计……………………………………………………………………………….15
4.1软件设计过程…………….………………………………………………………………15
4.2软件控制流程图………….………………………………………………………………15
4.3软件程序设计…………….………………………………………………………………16
第五章结论………………….…………………………………………………………………20
参考文献……………….………………………………………………………………………..21
附录…..…………………………………………………………………………………….22
引言
当前，邮政事业正在进入一个崭新的自动化阶段。
伴随着在邮政运作中以及处理流程管理方面引进新的管理理念，邮政通信网覆盖范围及装备水平均在不断提高，其处理流程已基本实现机械化，正逐渐向自动化、智能化方向全面发展。
其中，一个重要的课题就是利用机器自动分拣。
以美国、日本及欧洲为代表的发达国家为代表，在分拣系统的应用方面自动化程度越来越高。
智能分拣系统已成为大中型物流中心、配送中心和流通中心不可缺少的一部分，在邮政业中也有广泛的应用。
与整个物流业的大环境相比，我国在分拣系统和技术方面相对发达国家还比较落后，人工作业的情况还非常普遍，智能化拣选系统的利用程度较低。
即，我国分拣系统的应用呈现出自动化系统和设备应用范围不广泛、集约化程度低的特点。
而我国邮政事业庞大、且在飞速发展过程中，需要大量的人力资源和技术支持。
且邮政事业和人们的生活是息息相关，随着人们生活水平的提高，社会的不断发展，邮政事业也越来越多样复杂。
但传统邮件的分拣大多采用手工操作，这样的后果是不但效率低，工作量十分的繁重而且误差率级高。
为了改善这种状况，实现邮件处理的高度自动化，提高邮件的处理速度，减少大量的人力，以适应现代化的发展，本文着眼于我国当前邮政事业的发展，设计了基于单片机控制的邮件自动分拣机控制系统。
该系统应用的意义在于：
提高邮件分拣效率及精准率、降低工人劳动强度、缩短在此方面与国外发达国家的距离。
第一章绪论
1.1分拣系统简介
自动分拣系统（Automaticsortingsystem）是先进配送中心所必需的设施条件之一。
具有很高的分拣效率，通常每小时可分拣商品6000-12000箱；
可以说，自动分拣机是提高物流配送效率的一项关健因素。
它是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。
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。
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过不同方式，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、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。
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过该装置时，该装置动作，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道口。
分类装置一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，输送装置需要连接若干分拣口，以便使分好类的商品进入特定的分拣位置。
其由传送带或传送机组成。
作用是通过控制和分类装置，使待分拣商品进入输送装置两侧，分拣口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进的通道，一般由滚筒、钢带、皮带等组成滑道。
工作人员只需到相应的滑道口搬运商品入库即可。
以上几部分分拣装置通过与计算机连接通信，再配合相应的人工控制环节就构成了完整的自动分拣系统。
1.2主要任务
以分拣系统为基本设计思路，设计基于单片机的邮件自动分拣控制系统，通过对在传送带上通过的邮件条码信息进行条码扫描获得邮件的编码信息，由拔码器拔入BCD码模拟邮件的邮政编码，并将邮件的编码信息与相应唯一地址的邮箱进行匹对、控制，将编码一致的邮件送入到唯一匹对的邮箱中。
其过程由单片机控制，实现了自动化分拣。
要求在充分了解单片机相关知识后，设计出相应的控制电路，并根据题目要求编制出相应模块程序。
1.3设计方案
本次设计的分拣系统硬件部分，是将通过条形码扫描识别出的邮政编码的编码信息随传送带分拣入各个代表唯一地址的邮箱中。
其工作过程为：
按下启动按钮后，电动机M6运行，绿灯L1亮，传送带运转，表示此时可以进邮件。
利用拨码器拨入BCD码模拟邮件的邮政编码，分别以1、2、3、4、5代表北京、上海、天津、重庆、沈阳5个城市的邮政编码，即正常的邮政编码值为1、2、3、4、5。
（例如，当拨码器拨出的是‘4’，那么当邮件运行至接近开关S4处时，电机M6停止，电机M4启动并推动推杆将邮件分拣入此处邮箱中，即重庆）。
当接近开关S1为ON时，表明邮件到达第一个邮箱处，如果邮件编码与此处编码相同，则电动机M6停止，电动机M1启动并推动推杆，将此邮件分拣到该邮箱内；
当接近开关S1变为OFF，M1的推杆自动收回，继续进邮件；
如果邮件编码与此处编码不同，则电动机M6继续保持运行。
当接近开关S2为ON时表明邮件到达第二个邮箱处再进行比较判断，依次类推，当接近开关S3、S4和接近开关S5为ON时表明邮件分别到达第三个、第四和第五个邮箱处；
如果邮件编码与前五处编码均不同，则表明该邮件出错，出错邮件将经过接近开关S6处自动进入出错回收邮箱，此时绿灯L1熄灭，红灯L2亮，蜂鸣器报警出错，然后对出错邮件进行处理。
待处理完成后，按下重启按钮，红灯L2熄灭，绿灯L1亮，蜂鸣器停止报警，表示可以继续进邮件。
整个过程由单片机控制，其工作示意图如图1-1：
图1-1邮件分拣系统模拟控制示意图
其中S1-S6为接近开关；
M1-M5为推进器，由步进电机控制其伸缩，步进电机正转推邮件入箱，反转推杆收回继续进邮件；
M6为驱动电机，L1为绿指示灯，L2为红指示灯。
第二章基本理论
2.1单片机
2.1.1单片机概述
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器。
常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
它最早是被用在工业控制领域。
2.1.2单片机的基本结构方框图
XTAL1XTAL2T0T1
CPU
时钟电路
中断控制
RAM
ROM
定时/计数器
64K字节总线扩展控制器
并行
接口
串行
INTOINT1P0P0P2P3TXDRXD
（1）中央处理单元（CPU）
中央处理器是单片机的核心，由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器。
它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分的工作任务等。
（2）存储器
存储器是单片机的一个重要组成部分，是单片机存储二进制信息的数字电路器件，是存放系统程序、用户程序以及运算数据的单元。
存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息，通常用两位16进制数来表示。
其结构有两个重要特点：
一是把数据存储器和程序存储器截然分开；
二是存储器有内、外之分。
由芯片内存储器和芯片外扩展存储器构成了单片机应用系统的整个存储系统。
（3）输入/输出（I/O）电路
MCS-51单片机有4个双向的8位I/O口的P0~P3口为三态双向口P0，P2，P3口为准双向口（用作输入时，口线被拉成高电平，所以称为准双向口）。
P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
P0口还可以用来输出外部存储器的第8位地址。
由于是分时输出，故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用ALE。
P0口是专门供用户使用的I/O口，用户可以利用它作为I/O口线使用。
P0口是准双向口。
每一位均由锁存器（SFR）、输出驱动器和输入缓冲器组成。
它们的上拉电阻实际上不是线性电阻，而是由场效应管构成，每位锁存器均由D触发器组成。
每个I/O口都有两种读入方法：
读锁存器和读引脚。
每种读入方法都有相应的指令。
读引脚指令一般都是以I/O端口为原操作数的指令。
执行读引脚指令时，要打开三态门输入口状态。
单片机I/O接口如图2-1。
图2-1单片机I/O接口
（4）时钟电路
单片机时钟电路是产生单片机工作所需要的时钟信号，配合外部晶体实现振荡的电路。
如果运行时钟为0的话，单片机就不工作，当然超出单片机的工作频率的时钟也会导致单片机不工作。
时钟电路原理图如图2-2。
图2-2单片机时钟电路
（5）中断控制
单片机中断系统又叫作中断管理系统，其功能是使处理机对外界异步事件具有处理能力。
中断是一个过程，当中央处理器CPU在处理某件事情时，外部又发生了另一紧急事件，请求CPU暂停当前的工作而去迅速处理该紧急事件。
处理结束后，再回到原来被中断的地方继续原来的工作。
引起中断的原因或发出中断请求的来源称为中断源。
单片机一般允许有多个中断源，包括两个外部中断、两个定时计数器中断和一个串行口中断。
其中外部中断是由外部原因引起的，共两个中断源，即外部中断0和外部中断1。
定时计数器中断是为满足定时或计数的需要而设置的，单片机芯片内部有两个定时计数器，以对其中的计数结构进行计数，实现定时或计数功能。
串行口中断是为串行数据的传送的数据而设置的，每当串行口接收或发送完一组串行数据时，就产生一个中断请求。
CPU通过引脚RXD（P3.0）和TXD（P3.1）接收中断需求或传送中断需求。
当几个中断源同时向CPU请求中断时，CPU一般先响应优先级别高的中断源。
优先级根据中断源的轻重缓急排队，优先处理最紧急事件的中断请求。
每一个中断源都有一个中断优先级别，CPU总是响应级别最高的中断请求。
2.1.3单片机最小系统
单片机的最小系统由电源模块、时钟模块、复位模块组成，其基本原理图如图2-3。
图2-3单片机最小系统
2.2步进电机
2.2.1步进电机概述
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行器件。
脉冲数和脉冲信号频率决定了电机的转速和停止的位置。
当步进电机的驱动器接收到了一个驱动脉冲信号后，步进电机就会按照设定的方向转一个固定的角度，称为步进角。
用户可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时还可以通过控制脉冲频率控制电机的转速和加速度，从而达到调速的目的。
2.2.2步进电机分类
常见的步进电机分为三类：
永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）。
永磁式步进电机一般分为两厢，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；
反应式步进电机一般分为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动较大；
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点，它分为两相和五相，两相步进角一般为1.8度，五相步进角一般为0.72度，这种步进电机因性能优异应用比较广泛。
2.2.3步进电机工作原理
步进电机有三线式、五线式和六线式，但其控制方式均相同，都要以脉冲信号电流来驱动。
假设每转一圈需要48个脉冲信号来励磁，可以计算出每个励磁信号能使步进电机前进7.5度，其旋转角度与脉冲的个数成正比。
步进电机的正、反转由励磁脉冲产生的顺序来控制。
六线式四相步进电机是比较常见的，它的控制等效电路如图2-4，实物外形如图2-5。
图2-4步进电机等效电路图图2-5步进电机实物图
从图可以看出，六线式四相步进电机有两组线圈（每组线圈各有两相）和4条励磁信号引线A、、B、。
2组线圈中间有一个端点引出作为公共端，这样一共有6根引出线。
要使步进电机运转，只要轮流给个引出端通电即可。
由图2-4知，只要AC、C、BC、C四相轮流通电就能驱
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