防盗标签机控制系统的设计与实现毕业设计文档格式.docx
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这种非晶合金具有许多独特的优秀性能，如导磁率高、机械应力产生的影响小、隐藏性高、难以仿制等，因此从80年代以来国内外材料科学界的研发重点就是非晶材料。
全文共分五章：
第一章绪论，简要介绍一下关于课题的背景及发展状况。
第二章主要是有关PLC和单片机的基础介绍，这些单片机和PLC类型的知识数据可以帮助我们设计系统。
第三章系统方案设计，介绍了系统整个运行过程，每一步的工作内容和原理。
第四章系统硬件设计，介绍的是硬件的设计方案和工作原理，包括一些经常用到的元器件。
第五章系统软件设计，讲述了系统的主流程和各个模块的流程。
由于本人的能力和时间问题，无法将所有功能都一一实现，因此本文中不可避免的会出现不足和疏漏，请各位老师指正。
绪论
研究背景
现代开放式零售模式的普及，实现了商品与顾客的“零距离”接触，为顾客营造了轻松愉悦的购物体验，直接带动了商场人流量与商品销售量大幅度增长。
但是接二连三的失窃与内盗已经成为现代零售的一块“心病”。
为了降低失窃率，最好的方法就是采用标签-报警系统，防盗标签用于商品在经过探测门时识别商品，防盗标签几乎适用于所有商品。
防盗标签既为卖家节省了大量用于防盗的人力成本，又为顾客提供了更为舒适的购物环境。
用作磁性标签的磁芯，如果被励磁线圈、饱和交流磁化，就会产生非线形调制，使次级接受线圈中出现高次谐波，利用这一现象，可以构成磁性防盗系统。
在此系统中，激励电源为发射线圈提供一个高频电流，使之产生足够强度的激励磁场。
接收线圈和发射线圈在空间相距一定的距离，形成一个适当宽度检查通道。
当人们携带被检测的物品经过检查通道时，藏在物品中的磁性标签被发射线圈产生的激励磁场饱和磁化。
由于磁性标签饱和交流磁化时的非线形调制作用，便会在接收线圈的输出电压中形成高次谐波。
一般检测特定谐波存在与否主要是依靠防盗仪来判断是否发生失窃。
这种磁性防盗方法，经济、安全，可以广泛用于图书馆、超市等地方。
其实际效果与磁性标签的性能关系极大。
几年前的磁性标签主要材料是矩磁材料，缺点是隐藏性差、励磁功率大和误报率高，这些缺点对于这种技术的发展和推广是非常不利的。
而磁性防盗技术的迅猛发展所依靠的就是非晶态材料的发明。
磁性标签如果用非晶态合金材料制做的话不止可以克服传统磁性标签的不足之处，且更具不少长处，如可擦除、难仿制等。
因此，由非晶态材料制作而成的磁性标签使得磁性防盗的应用范围从原来的公共图书馆增加到了艺术品陈列馆、百货公司和超级市场等地方。
非晶态合金磁性标签的特性：
1）标签材料特殊，仿制极为困难；
2）机械尺寸小，标签的隐藏性大大提高；
3）磁导率高，饱和磁感应强度低，大大降低了励磁功率；
4）磁致伸缩系数小，降低了机械应力对磁性标签性能产生的影响。
以上优点可以表明，非晶态合金材料几乎是为磁性标签量身定做的。
图书的书脊或者此类类似的地方都可以用来粘贴这种磁性标签且能保持相当好的隐蔽性。
磁场一般由发射线圈产生的交变激励磁场和包括地磁场在内的恒定杂散磁场两部分构成的，如果通道中有磁性标签（有另一种磁场进入了检测系统磁场的范围），磁性标签会干扰了原本稳定的磁场导致磁场不稳定，电压的变化被检测器的接收线圈感应到并提示，我们就可以知道未经消磁的磁性标签出现在通道中。
典型磁性防盗系统的主要组成部分是励磁线圈、振荡器、接收线圈、电流放大器、接收线圈、选频放大器和报警器。
在这个系统中，振荡器产生交流信号转化成交变电流需要经过电流放大器，通过电容传送到励磁线圈上，这样就形成了一个交变磁场用来覆盖整个需要监测的区域。
一旦检测信号（由接收线圈产生）发现检查区域中有出现干扰磁场时，经过选频、放大和比较鉴别等步骤转换成适当的控制信号和报警信号，表示监测区域里出现了未经消磁的物品，这样就防止了物品被带出去。
以书本举例，书中放入磁性标签后，标签用不干胶纸贴住固定，通过固定对磁性标签产生的束缚力，当未被消磁的磁条进入防盗通道时，磁条被磁化，防盗接收系统将产生的多次谐波处理放大，使报警器开始工作。
防盗仪的灵敏度还受到磁性标签的宽度、厚度的影响。
我们最终设计完成的防盗磁条的样品如图11所示：
下面是设置的钢带长、段长和段数，设置完后才能进行生产操作。
图11图书防盗磁条示意图
如下图12所示，负责传送非晶带的是12、10、9三个光带导向机构，4是负责传送胶带的涨力机构，而8、11是负责拉出钢带的钢扣机构，当开动机器的时候，负责传送钢带的7送钢带机构，当6切钢带机构收到被传送过来的钢带的时候，切钢带机构使被涨力机构传送过来的胶带与钢带压制复合，并切断将满足长度要求的钢带，而与此同时，非晶带正在被12、10、9导向机构传送，在5处与之复合，接下来复合的非晶带、钢带继续被传送，已复合的非晶带、钢带在在3复合机构处被完全复合形成了初步的磁条，非晶磁条被2送料机构把压紧复合传送给1切料机构将磁条切断。
在传送磁条的同时传送钢带，因为钢带长比我们所设置的磁带长度短一些，但是送磁条和传送钢带是同步进行的，此时我们给传输钢带的步进电机的脉冲需要比送钢带的短的时候才可以保2个传送可以同时进行，每切完一次钢带继续送钢带，依次循环，当切割四次钢带结束的时候，1切料机构就切出了一条完成的磁条，此时15落料导板上的就是完整的磁条了。
图12非晶磁条自动标签机的机械总图
研究的目的及意义
防盗系统最重要的部分就是非晶磁条，随着信息技术的快速发展，非晶磁条也不断发展。
由于非晶磁条未被机械化地大批量生产，导致从全国来看非晶磁条还处于起步阶段，普及率不高，由于缺少成熟的制作工艺，大多数的公司的生产效率非常低，市场上不断加大的需求也无法对这样的生产效率满意。
非晶磁条标签机就为了解决非晶磁条生产效率极低的问题而被制造出来。
二十一世纪以来，社会安全意识随着经济与社会的迅猛发展而不断增强。
非晶标签制作公司能节省大部分的人力和财力就是因为非晶磁条自动标签机控制系统的设计与实现，非晶磁条自动标签机不止为公司提高了生产效率，增加效益，而且带动了工业的更快发展，大力推动了社会的发展。
市场需求的膨胀也被大量生产的非晶磁条赶上，使非晶磁条的使用者大大喘了一口气并且提高了收益和信誉度。
一切都说明了设计具有接线简单、功能强、抗干扰能力强、通用性好、可靠性高、使用调整（速度参数修改）方便、重量轻、体积小、功耗低等显著优点的“防盗磁条自动标签机”控制系统是具有的重大意义。
研究的主要内容
PLC技术是防盗磁条自动标签机控制系统的绝对核心，但是因为PLC有一个不足之处，它只可以控制两个步进电机的正常运行，而完成防盗标签机的设计需要至少四个步进电机，只有两个步进电机远远无法满足设计的需求，需再加两个步进电机，因此只能依靠单片机来控制另外两个步进电机。
因为并不是所有人都精通计算机的操作，所以为了拥有简洁方便的人机界面，触膜屏技术也被加入其中。
PLC的控制下的整个控制系统成本不高，体积小巧，具有十分优秀的市场前景。
图13系统简化图
从上图13中可以看出分析可编程控制器PLC的控制结构是本课题的首要任务，对于实现与89C51单片机的信息交换和触摸屏数据传递方面深入钻研，实现机电一体化，提高效率，方便使用者，填补了管理方面的不足，增加效益；
研究如何将PLC、89C51单片机技术和触摸屏技术结合在一起，使之能够流畅的运行；
研究如何扩大防盗磁条的生产使之满足市场的需求，解决供远小于需的问题。
PLC和单片机的简介
PLC的简介
可编程控制器结构
PLC是一个数字运算操作的电子系统装置，它以微处理器为核心的，采用可编程存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、算术运算、顺序运算、计数和计时操作的指令，如需要控制各种类型的机械或生产过程，只需要通过模拟或者数字式的输入输出。
可编程控制器的硬件系统。
PLC的硬件系统由主机、输入输出扩展部件及外部设备组成。
图21为PLC的硬件系统结构框图。
图21PLC的硬件系统结构框图
主机系统
PLC的主机系统由中央处理单元、输入单元、输出单元、输入输出扩展接口、存储单元、外围设备接口和电源等七大部分组成。
各部分之间的连接依靠的是内部的系统总线，如上图2-1所示。
（1）中央处理单元（CentralProcessingUnit——CPU）
PLC的核心部分就是CPU，计算机的运算核心和控制核心就是CPU的具体作用，计算机指令并处理计算机软件中的数据依靠的就是CPU。
运算器、寄存器、控制器、实现三者之间联系的总线就构成了CPU。
CPU的工作流程是先在存储器中取出指令，然后存入指令寄存器，进行编译并执行指令。
PLC多使用2种微处理器，即8位和16位微处理器。
单片机是一块集成了部分存储器、微处理器、部分输入输出的接口和连接它们的控制接口电路等功能的处理器，具有集功能强、可靠性高、成本低、成度高、速度快等各种优点。
（2）存储器
PLC的存储器分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器是由ROM、只读存储器组成的以存放系统程序的解释编译程序。
是只供厂家使用的，系统程序存储器内部的内容不可以更改，断电以后内容不消失。
用户存储器则是由随机存取存储器（RAM）组成的，它分为工作数据存储区及用户程序存储区两大部分。
这是提供给用户所使用的。
但是断电后里面的内容会消失。
锂电池作为一种常用的高效电池一直作为存储器的后备电源，电池寿命大约为3~5年。
（3）输入/输出部件
输入/输出端口是现场I/O设备和PLC或者另外的外部设备之间的连接的功能部件。
外部设备（如开关、按钮、传感器）的状态或信息通过PLC的输入端口被读入CPU，如果需要把结果传递给执行机构，则需要用户程序的操作和运算通过输出端口执行。
在I/O接口电路中，为了实现信号的无失真传递和内外部的各种信号的匹配，一般均配有光耦合器、电子变换、阻容滤波等电路，PLC能实现信号与电平的转换正是依靠这种接口。
LED二极管则具体用来显示某一路输入端子是否有信号输入。
而PLC的I/O扩展接口可以对系统进行扩展。
PLC输入/输出模块的电路框图如图2-2所示
a）输入接口
b）输出接口
图22I/O接口电路结构框图
（4）输入输出扩展接口
PLC通过自身配有的通信接口可与其它PLC、编程器、计算机、打印机等设备实现通信。
为了实现更大规模控制也可以组成多机系统或连成网络。
（5）外部设备接口
外部设备接口是一种令PLC主机实现人机对话或者机机对话的通道。
PLC与一些外部设备相连，如编程器，也可以和其他PLC或者上位计算机相连。
外部设备接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口，该接口的功能是串行/并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错检验、信号电平的转换等。
对于一些小型PLC，外部设备接口中还有与专用编程器连接的并行数据接口。
（6）电源单元
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。
输入输出扩展环节
当用户所需点数或类型超出主机所允许的范围时可以使用输入输出扩展环节，通过添加输入输出扩展环来解决。
一般扩展环节可以简单型和智能型两种。
智能型的输入输出扩展环节因为自带CPU，可以是靠所自带的CPU管理的，不用特别靠近主机，智能型的输入输出扩展环节通常用在大型PLC的输入输出扩展环节。
简单型的输入输出扩展环节是则依赖于主机的程序扫描过程，必须通过并行接口和主机相通，常用在小型PLC输入输出扩展环节，。
外部设备
PLC的外部设备主要有编程设备、监控设备、存储设备、输入输出设备等。
（1）编程设备
编程器是一个将数据写到可编程的集成电路上的外部设备,主要用于存储器和单片机之类芯片的程序编写。
编程器可分为两种：
专用编程器和通用编程器，其中专用型编程器适用芯片种类较少但是价格最低，适用范围较窄，如仅仅需要对PLC系列编程。
PLC的工作状态还可以通过编程器来进行跟踪和监视，有利于调试用户程序。
（2）监控设备
除了不能改变PLC的用户程序以外，监控设备和编程器相当类似，但是监控设备简单明了，可以直观的观察PLC的各种情况，监控设备是一个使用PLC很好的界面。
这种外部设备已经越来越多的出现在PLC身上。
（3）存储设备
存储设备可以永久性地存储用户数据，防止用户的程序发生丢失。
存储设备包括只读存储器、存储卡、软磁盘和存储磁带等等，相应的也有ROM写入器、软驱、存卡器和磁带机等来连接相应的存储设备。
PLC在这方面的配套设施相当普遍。
（4）输入输出设备
通常输入输出设备用来输出或者接收信号，便于与PLC进行人机对话。
输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现，并便于使用。
可编程控制器的软件系统
PLC的软件系统通常可分为两大部分：
系统程序和用户程序，PLC所使用的程序的集合就是软件系统。
PLC基本功能由PLC系统程序决定，主要有系统程序调用、功能程序、系统管理程序、用户指令解释程序等部分。
系统程序主要用来控制PLC的运行，由于系统程序是重要数据并且需要长期保存，所以其采用EPROM存储器或ROM。
用户载入的PLC应用程序称为用户程序，由于载入初期的用户程序修改与调试较为频繁，为了方便用户调试所以存放在随机存储器RAM内。
系统程序
监控程序、编译程序及诊断程序等构成了系统程序。
监控程序（管理程序），主要发挥的是管理全机的功能。
编译程序的功能是将程序语言翻译成机器语言。
诊断程序的功能是诊断机器的故障。
系统程序是由PLC的制造商编制，固化在PROM或EPROM中，随PLC一起提供给用户使用。
系统程序包括系统管理程序，用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块。
用户程序
用户程序是用户利用企业提供的程序编译语言编制出符合生产要求的程序的应用程序。
模拟量运算程序、闭环控制程序、开关量逻辑控制程序和操作站系统应用程序等都被包括在用户程序中。
（1）开关量逻辑控制程序
PLC用户程序中最重要的一部分就是开关量逻辑控制程序，不同的PLC的制造企业其编程语言也并不相同，一般公司主要采用梯形图、助记符或功能表图等编程语言编制，全部兼容的编程语言尚未被研发完成。
（2）模拟量运算程序及闭环控制程序
在大中型PLC上实施的程序通常是模拟量运算程序及闭环控制程序，用户的程序编制主要根据的是所需PLC提供的软硬件功能。
编程语言基本采用汇编语言和高级语言，一些公司也有提供相应编程软件以方便用户编程。
（3）操作站系统程序
大型PLC系统通过通信的联网为进行信息的管理和交换而编制的程序被称为操作站系统程序。
操作站系统程序包括了各类画面的操作显示程序，基本采用高级语言，用户可凭借制造商提供的软件使用的说明进行人机界面操作和操作站的系统编制和画面组态等相应的应用程序。
可编程控制器的工作过程和工作原理
可编程控制器的工作原理
PLC工作的要点是可靠物理实现和出入信息交换。
出入信息交换的实现主要依靠运行位PLC内存中的程序。
这程序既有系统的，又有用户的。
系统程序不仅为用户程序提供运行和编辑的平台，同时，系统程序还进行必要的公共处理，包括I/O刷新、自检、与上位计算机和外设或其他PLC通讯等处理。
用户可以根据自己的需求自行设计用户程序。
需要什么控制就可以编制什么用户程序。
可靠物理实现一般通过输入（I、INPUT）和输出（O、OUTPUT）电路。
每个I或O电路都处在一个输入点或输出点上面。
PLC的I/O系统由若干模版集成而成，这些模版依靠若干个输入输出电路集成。
PLC体积的大部分都是由这些模版组成，但由于这些模版都是高度集成化的，所以PLC的体积并不是很大。
PLC的I/O电路的寄存器也可以说是输出锁存器和输入暂存器。
输出锁存器和输入暂存器通过PLC的I/O总线和运行PLC系统程序实现与PLC内存交换信息。
接受模拟信号的输入电路和可接收开关的输入电路这些功能PLC都有。
知识接受模拟信号的输入电路需要先将模拟信号转换为数字信号，然后在将转换完成的数字信号存入PLC中的内存单元中。
如果要进行模拟量的输出，那么模拟量的输出电路是必不可少的，靠模拟量的输出电路对PLC之中的内存单元里面的内容进行数字信号、模拟信号转换，并产生输出。
PLC工作过程简单来说是是：
输入刷新—运行用户程序—输出刷新，输入刷新—运行用户程序—输出刷新，反复顺序地运行。
实现用PLC的控制也正是因为有了这个过程。
可把输入电路传送的输入信息通过输入刷新存入PLC里面的输入映射区内；
输出映射区通过运行用户程序得到经过变换的信息；
再通过输出刷新，输出锁存器可以通过输出电路产生相应的输出来显示输出映射区的状态。
反复顺序地运行，所以，输入的变化总能依靠输出来反映出来。
只有一个缺点就是响应的时间上略有滞后，不过由于控制器的工作速度非常快快，所以滞后时间极短，大约也就是几毫秒不超过200毫秒。
可编程控制器的工作过程
图23PLC工作过程
89C51单片机的简介
89C51单片机的总体结构
89C51单片机片上硬件资源
89C51为典型的ROM型单片机，内部硬件资源有：
1）.面向控制的8位中央处理器；
2）.4K字节掩膜ROM程序存贮器；
3）.128字节内部RAM数据存贮器；
4）.2个16位定时器/计数器；
5）.1个全双工的异步串行口；
6）.5个中断源、2个中断优先级的中断控制器；
7）.时钟电路，时钟频率为1.2MHz～12MHz
89C51单片机结构
89C51采用模块式的结构，有多个存贮空间，其结构框图如图24所示。
图24单片机结构框图
89C51单片机引脚图
89C51单片机引脚图如图2-5
图2-5
89C51单片机中CPU的工作原理
CPU在执行程序过程中起关键作用，它是由运算器和控制器组成。
控制器根据指令码产生控制信号，使存储器、运算器和输入/输出端口之间能协调地工作；
运算器进行逻辑运算、算数及位操作处理等。
CPU通过对控制器和运算器的控制与管理，让单片机完成指定任务。
单片机执行程序的过程
单片机拥有的中央处理器CPU是单片机的核心，8位数据宽度的处理器使CPU能处理8位二进制代码或数据，中央处理器进行调度、控制和指挥单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出的操作。
CPU通过单片机的内部总线，将单片机内的各部分：
数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、定时/计数器、串行接口、并行接口和中断系统等联系在一起。
内部总线有三种：
控制总线用来传送CPU各种控制命令，以便CPU统一指挥协调工作，数据总线用来传送数据信息，地址总线用来传送地址信息，选中各操作单元。
完成程序所需要执行的功能。
CPU执行程序主要包括两个过程：
一是取指过程，CPU从ROM中取出指令，指令的地址由PC指针提供，PC指针将在CPU取指后加一，所以PC指针总指向接下来一个要执行的操作数或指令代码。
这样能保证程序顺序地往下执行。
二是执指过程，取出的指令代码被送到CPU控制器里面的指令寄存器，通过指令译码器编译成各个电信号来实现指令的各种功能。
系统设计
系统的总体结构
系统总体结构图如图31所示：
本图是整个系统的完整设计思想，逐步完善了初步设计。
图31系统总体结构图
防盗磁条控制系统由89C51单片机、PLC可编程逻辑控制器、步进电机和触摸屏技术等各个部件合作完成的，图12表示的是防盗磁条自动标签机机械总图：
信息时代的便捷被触摸屏技术展现得淋漓尽致，整个系统就是因为它的发明和使用才能拥有优秀的人机界面。
正常使用触摸屏的操作离不开所加入的开关电源，磁条的长度、钢带的长度和段数可以直接在触摸屏上进行设定，PLC接收到的信息就是用户在触摸屏上所设置的，用户设置的磁条长度和钢带长度通过PLC换算成脉冲，非晶磁条、胶带和钢带在设置完成后才能传送，胶带有黏性的一面传送到某个点与非晶磁条黏合，下方胶带有黏性的一面传送到另外一个点跟切断的钢带黏合，再由送料步进电机将黏合钢带的胶带以及黏合非晶磁条的胶带压实复合，最后将成型的非晶磁条按规定的长度切断，到此非晶磁条的生产过程结束。
PLC控制电路设计
图32PLC控制电路框图
如上图32所示：
PLC的设计包括开始、停止、急停、复位按钮的设计，与89
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