畢業(yè)設計--基于單片機的皮帶傳輸控制系統(tǒng)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文)</p><p>　　基于單片機的皮帶傳輸控制系統(tǒng)</p><p>　　Belt Transmission Control System Based on Single Chip Microcomputer</p><p><b>　　年 月</b></p><p&g

2、t;　　畢業(yè)設計（論文）中文摘要</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）外文摘要</p><p>　學 院：</p><p>　專業(yè)班級：</p><p>　學生姓名：學 號：</p><p>　指導教師：</p><p><b>　　目 錄</b></p&

3、gt;<p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景1</p><p>　　1.2 課題的研究目的與意義1</p><p>　　1.3 皮帶傳輸機的發(fā)展與現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4課題的研究內(nèi)容2</p><p>　　2 皮帶傳

4、輸機的總體方案設計4</p><p>　　2.1系統(tǒng)的功能要求4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的組成結構4</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的電源模塊4</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)的組成結構5</p><p>　　3 系統(tǒng)的硬件設計6</p><p><b>

5、　　總體電路6</b></p><p>　　3.1 主控電路6</p><p>　　3.2 限位開關電路的設計9</p><p>　　3.2.1 限位開關9</p><p>　　3.2.2 74LS08與門10</p><p>　　3.3 電機驅動模塊電路設計及電機電路11</p>

6、<p>　　3.3.1 電機驅動模塊介紹11</p><p>　　3.3.2 電機電路13</p><p>　　3.4 聲光報警提示電路13</p><p>　　3.4.1 燈光提示電路13</p><p>　　3.4.2 聲音報警電路14</p><p>　　3.5 按鍵電路15</p&

7、gt;<p>　　3.6 指示燈16</p><p>　　4 系統(tǒng)的軟件設計18</p><p>　　4.1 軟件介紹18</p><p>　　4.1.1 Altium Designer18</p><p>　　4.1.2 Proteus18</p><p>　　4.1.3 Keil uvisi

8、on419</p><p>　　4.2 程序設計20</p><p>　　4.3 系統(tǒng)程序流程圖22</p><p>　　5基于單片機的皮帶傳輸控制系統(tǒng)的測試結果23</p><p><b>　　結 論26</b></p><p><b>　　致 謝27</b>

9、;</p><p>　　參 考 文 獻28</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景</p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,古人傳統(tǒng)的人搬牛拖的輸送方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代社會物資爆炸式增長下的輸送需求以及復雜狀況下(如山洞、極端天氣等)運輸?shù)囊?皮帶傳輸機由此應運

10、而生。第一部帶式輸送機于1868年出現(xiàn)在英國,應用于多種場合,并發(fā)展演化出其他類型的輸送機。</p><p>　　皮帶傳輸機又稱帶式輸送機,是一種依靠電機運轉來帶動傳送帶發(fā)生位移,從而將傳送帶上物體進行傳送的裝置,現(xiàn)已成為一種通用機械,它既可以運送零碎材料,也能夠輸送成件產(chǎn)品。皮帶傳輸機不僅局限于材料傳遞,它還能夠與企業(yè)生產(chǎn)過程中的工藝流程要求協(xié)同工作,構建現(xiàn)代化的自動化生產(chǎn)線。工作中噪音小,而且結構簡單,便于維

11、護,此外還有輸送量大、成本低、通用性強等不容忽略的優(yōu)勢[1]。依靠摩擦力的作用,皮帶傳輸機不僅可以在水平方向上輸送物資,還可以傾斜傳送,已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)領域不可缺少的部分。</p><p>　　當前,皮帶傳輸機的控制系統(tǒng)主要依靠3種方式實現(xiàn):</p><p>　　第一種是繼電器控制系統(tǒng):繼電器有3個引腳,通過控制管腳端的電壓來改變引腳的連接位置,已實現(xiàn)類似開關的功能;受材料和設計的影響,其

12、閉合次數(shù)有著壽命的限制。作為依靠硬件邏輯連接的控制系統(tǒng),繼電器的可維修度最高,系統(tǒng)中每個器件的故障都可能引發(fā)整個系統(tǒng)崩潰,將故障擴大,不易查錯。而且繼電器的工作頻率很低,觸點的每次動作要耗時幾十毫秒,在開閉時會產(chǎn)生電弧,對觸點造成損傷的同時還伴隨有機械磨損。綜上所述,繼電器控制系統(tǒng)使用時間短,工作時可靠性低,不建議使用。</p><p>　?。?）第二種是單片機控制系統(tǒng):單片機又名微處理器,是在半導體晶元上運用超

13、大規(guī)模集成技術以激光刻制而成的微型處理器。得益于集成電路技術的出現(xiàn),單片機雖然很小,但是功能卻很完備。它將計算機中的中央處理器CPU,隨機存儲器RAM,只讀存儲器ROM都集成到了一起,雖然在運算量上不能與真正的計算機相比,但卻有著計算機不可替代的作用。單片機同時將輸入輸出口集成到了芯片上,可以使外部電路更簡單,能實現(xiàn)較復雜的控制,具有較大的靈活性和適應性,而且控制精度高,能進行多機聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　?。?

14、）第三種是工業(yè)控制計算機控制系統(tǒng):工業(yè)控制計算機作為一種工具的總稱,具有對生產(chǎn)步驟及機械裝置、工藝設備進行監(jiān)測和控制的能力。工業(yè)控制計算機有著重要的計算機屬性和特征,比如包含計算機的中央處理器、硬盤、內(nèi)存、外設及接口,還有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡和協(xié)議、計算能力以及友好的人機界面[2]?？胺Q是功能最強大的控制系統(tǒng),優(yōu)勢突出，例如：極高的運行速度,強大的運算能力和接口功能、方便的軟件環(huán)境;同樣，缺點也很明顯：成本高,體積大,通常只在大型控制系統(tǒng)

15、中使用[3]。</p><p>　　1.2 課題的研究目的與意義</p><p>　　單片機控制系統(tǒng)略差于工業(yè)控制計算機控制系統(tǒng)，但大大優(yōu)于繼電器控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)大部分的控制方式，而且種類多，價格低，通用性強，便于使用。工程師在選擇控制系統(tǒng)的控制器時,要考慮多種方面的因素：選用的控制器功能否滿足設計的需要；控制器的價格高低；開發(fā)的難度、周期等等,而單片機種類多樣，所以通常都被優(yōu)先考慮。而

16、且,單片機的體積小,重量低,適用于很多小型的控制系統(tǒng)。</p><p>　　單片機控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得皮帶傳輸機的運用不僅僅局限與大型設備和工廠中，小型、移動式的皮帶傳輸機的需求也得到滿足，擴大了皮帶傳輸機的應用范圍，極大地滿足人們和社會發(fā)展力的需求，促進經(jīng)濟和社會的發(fā)展。此外，單片機控制系統(tǒng)的出現(xiàn)可以避免技術壟斷的局面，給人們更多樣化、差異化的選擇余地。</p><p>　　1.3 皮帶

17、傳輸機的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　我國對傳送機很早就有了認識，早在唐朝就出現(xiàn)了高轉筒車，其后不斷發(fā)展，但動力主要是由人力、畜力提供，在自動化工業(yè)領域應用較晚。后來通過“八五”期間的奮力追趕,我國的皮帶傳輸機發(fā)展的水平有了很大的提高，一些涉及功率大、距離長的技術瓶頸被順利攻克。</p><p>　　在國外，皮帶輸送機技術的發(fā)展很快,主要從2個方面表現(xiàn)出來:一是皮帶輸送機的功能更多樣，能

18、滿足更多的使用需求，因而應用范圍更廣闊;另一方面是皮帶輸送機本身的技術與裝備有了巨大的發(fā)展,主要的發(fā)展方向轉向研究制造長距離、大運量、高帶速的大型皮帶輸送機,其核心技術涉及皮帶傳輸機的動態(tài)分析與監(jiān)控技術,用于提高皮帶傳輸機的運行穩(wěn)定性和可靠性[4]。</p><p>　　目前，其運用的主要技術和設備有下面4個特點[5]:</p><p><b>　?、旁O備大型化。</b&g

19、t;</p><p>　?、票O(jiān)控方式上，主要運用的技術有動態(tài)分析、計算機監(jiān)控以及機電一體化,實現(xiàn)了對輸送機的實時監(jiān)測和控制。</p><p>　?、请姍C驅動電動運用多級驅動和中間驅動及其功率平衡技術，使傳輸機輸送能力更強。</p><p>　　⑷關鍵部分采用新型、可靠性高的器件，降低傳輸機的故障率。</p><p>　　1.4課題的研究內(nèi)容&

20、lt;/p><p>　　單片機控制的皮帶傳輸控制,主要功能是控制皮帶傳輸機的4個直流電機的啟停,外加限位開關,實現(xiàn)對傳送皮帶的跑偏和斷裂檢測,避免人身和財產(chǎn)的損失。限位開關檢測到異常信號,立即通過單片機控制外圍的蜂鳴器和LED燈報警,提示操作人員關閉系統(tǒng)。本設計中,電機需要有輸送能力,因此對其功率有一定的要求,所以電機的選型需要慎重。此外,電機的驅動和控制系統(tǒng)也要重點研究,能夠在傳送機發(fā)生故障時迅速的切換電機的工作狀

21、態(tài),避免人身和財產(chǎn)的損失。</p><p>　　該項目的總體設計分為3個部分,分別是:</p><p>　　(1)硬件部分:主要涉及單片機型號的選擇、監(jiān)測裝置的選擇和監(jiān)測電路的設計、電機驅動模塊的設計、皮帶傳輸機的設計、報警電路的設計、元器件參數(shù)的選擇以及一些數(shù)字邏輯電路的設計。</p><p>　　(2)軟件部分:主要是選擇合適的應用軟件,用C語言編制單片機的控制

22、程序以及原理圖和仿真圖的繪制,還有一些原理圖庫的設計。</p><p>　　(3)系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析完善:在硬件和軟件部分的設計都完成以后，將程序編譯器生成的文件導入Protues軟件的電路圖中進行仿真運行,驗證設計的正確性,分析系統(tǒng)的不足及原因,重新修改完善，不斷往復。</p><p>　　2 皮帶傳輸機的總體方案設計</p><p>　　本系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)

23、控制皮帶傳輸機的多種模式切換以及傳輸機狀態(tài)的實時檢測并能夠在傳輸機的異常狀態(tài)下自動關閉控制系統(tǒng)的功能,下面對系統(tǒng)的功能要求和實現(xiàn)方案做個簡單概述。</p><p>　　2.1系統(tǒng)的功能要求</p><p>　　基于單片機的皮帶傳輸控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)的主要功能如下:</p><p>　　(1)模式切換:自動模式:自動模式啟動時,4個直流電機由由后向前每隔15秒依次啟動,

24、然后再間隔10秒后啟動料斗。至此,系統(tǒng)進入完全啟動狀態(tài)。關閉時,首先關閉料斗,10秒后關閉第一個直流電機,然后每隔15秒向程序的堆棧一樣,依次關閉剩下的直流電機。若是在發(fā)現(xiàn)異常狀況,系統(tǒng)還沒有完全啟動需緊急關閉系統(tǒng)時,系統(tǒng)應該能夠判斷當前已經(jīng)啟動的部分,不再繼續(xù)將未啟動的部分繼續(xù)啟動,轉而將已啟動的部分依次關閉。手動模式則是一個復位開關對應一個直流電機,方便查找故障。復位開關按下奇數(shù)次是啟動,偶數(shù)次是關閉。</p><

25、;p>　　(2)燈光報警功能:當限位開關檢測到位置變化,產(chǎn)生的信號變化,被單片機獲取分析,驅動蜂鳴器和LED燈對應的單片機端口狀態(tài)改變,進行燈光報警。同時應該能夠檢測故障發(fā)生的位置,向異常關閉模式狀態(tài)時,有序的關閉系統(tǒng)。</p><p>　　(3)指示功能:每個限位開關、電機和當前的運行模式都用相應的LED指示標明,便于查錯。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的組成結構</p&

26、gt;<p>　　2.2.1系統(tǒng)的電源模塊</p><p>　　本系統(tǒng)的主要目的是用單片機控制皮帶傳輸機,首要功能就是能夠使皮帶傳輸機的電機正常運轉,而單片機自身的供電系統(tǒng)遠不能滿足電機運轉的需要,所以需要在電機的驅動系統(tǒng)中外加電源。</p><p>　　因為電機是作為皮帶傳輸機的動力裝置，只需要能夠在負載下正常運轉即可，對于轉速的變化等沒有要求，所以本設計中選用直流電機，用

27、直流電為電機提供能量。我們正常使用的市電都是220V的交流電，需要將其轉化為電機需要的直流電，如圖2.1所示的整流穩(wěn)壓電路很好的解決了這個問題，而且可以為單片機提供電源，僅僅只需在輸出端并接穩(wěn)壓二極管和負載即可。改變穩(wěn)壓二極管的耐壓值，就可以為負載提供不同的電位的直流電源。</p><p>　　圖2.1 直流穩(wěn)壓電路</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)的組成結構</p>&l

28、t;p>　　本系統(tǒng)中使用的主要模塊有限位開關、單片機及其復位和晶振模塊、聲光報警電路、L298N電機驅動模塊、按鍵控制模塊、LED指示燈以及控制程序等。</p><p>　　系統(tǒng)的組成結構如下：</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的硬件設計</b></p><p><b>　　總體電路</b></p>

29、<p>　　圖3.1 基于單片機控制的皮帶傳輸系統(tǒng)硬件電路圖</p><p>　　上圖是Altium Designer軟件繪制的電路總體電路圖,包含了1個主控電路、2個電機驅動模塊和4個直流電機、8個帶獨立指示燈的限位開關、模式指示燈、6個復位開關，1個作手動開關，一個作關閉自動模式開關，剩下4個對應手動模式下的電機，其中1個復用作自動模式開啟開關。</p><p><b

30、>　　3.1 主控電路</b></p><p>　　本設計中共使用了26個I/O口，包括兩個中斷口—外部中斷0和外部中斷1，因此選用的微處理器的并行口必須要大于20個，并具有中斷控制功能。其產(chǎn)量應該高，這樣價格低，被大眾熟悉，穩(wěn)定性有保障，便于大規(guī)模生產(chǎn)、維護，成本低。因此，選用STC89C52單片機最合適不過。</p><p>　　STC89C52作為一種功耗低、性能高

31、的CMOS8位單片機,采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核。STC公司在MCS-51內(nèi)核的基礎上進行了優(yōu)化加強，使得STC89C52芯片的功能得到進一步的延伸，有著比MCS-51更多的功能。表1列舉了兩款微處理器的區(qū)別。</p><p>　　表3-1:STC89C52和MCS-51微處理器參數(shù)</p><p>　　并行口P0~P3接口的功能如下:[5]</p><p>　　S

32、TC89C52單片機共有32根輸入輸出口,分為P0、P1、P2、P3，共4組，每組8根。</p><p>　　P0口——具有雙重功能:一、8位雙向I/O口,此時帶負載能力較弱,通常在外部另接一組上拉電阻解決此問題;二、還能作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線的接口連接外接存儲器。</p><p>　　P1口——單一接口功能，8位準雙向I/O口。 </p><p>　　P2口——

33、具有雙重功能:一、8位準雙向I/O口;二、作為單片機高8位地址的地址總線接口連接外接存儲器,與P0口的低8位地址總線一起組成16位地址總線。</p><p>　　P3口——雙重功能：一、8位準雙向I/O口；二、作為第二功能使用，每一位功能定義如表3-2所示。</p><p>　　表3-2：P3口的第二功能</p><p>　　圖3.2 STC89C52 DIP封裝

34、圖</p><p>　　STC89C52的中斷技術概述:中斷技術主要用于實時監(jiān)測與控制,要求單片機能及時地響應中斷請求源提出的服務請求,并作出快速響應、及時處理[6]。單片機的中斷分為外部中斷和內(nèi)部中斷兩種，外部中斷通常需要與單片機的外部中斷口相配合，內(nèi)部中斷由單片機的定時計數(shù)器產(chǎn)生。當微處理器檢測到中斷信號產(chǎn)生,會判斷是否滿足中斷要求，一切條件都滿足時，單片機就暫時中止當前正在執(zhí)行的任務,跳入中斷服務程序處理中

35、斷服務請求[7]。在中斷服務任務執(zhí)行完畢后,再跳回原來任務的終止處,繼續(xù)執(zhí)行原來未執(zhí)行完的任務。中斷也有中斷優(yōu)先級之分,外部中斷0> 定時計數(shù)器0 >外部中斷1>定時/計數(shù)器1>串行中斷。</p><p>　　圖3.3 中斷的響應和處理過程</p><p>　　中斷技術極大地提高了單片機的工作效率和實時性，去除了單片機在查詢方式中的等待現(xiàn)象，是單片機在進行多線程任

36、務時經(jīng)常使用的方式。</p><p>　　3.2 限位開關電路的設計</p><p>　　圖3.4 限位開關電路</p><p>　　如圖3.4所示，在這個電路中，不僅僅有限位開關，還有LED指示燈。在傳輸節(jié)的每節(jié)傳送帶上都配兩個限位開關，一個檢測皮帶的跑偏，另一個檢測皮帶的斷裂。每個限位開關都可以單獨工作，一旦開關閉合，即表示皮帶發(fā)生故障，此時電路導通，對應限位開

37、關的LED指示燈開始發(fā)光，這樣便于查找故障，節(jié)省時間。</p><p>　　3.2.1 限位開關</p><p>　　限位開關又稱行程開關,可以安裝在靜止或運動的物體上。與繼電器的工作方式類似，當運動的物體靠近靜止的物體時,開關的連桿驅動開關將原本閉合的開關打開或將打開的開關閉合，改變電路的導通狀態(tài)去控制電路[8]。如圖3.5所示</p><p><b>

38、　　圖3.5 限位開關</b></p><p>　　限位開關按接觸方式分為接觸式和非接觸式兩種。和字面意思一樣，接觸式就是限位開關與物體有著直接的接觸，通過碰觸改變限位開關的狀態(tài)，達到控制的目的。非接觸式就是借助各種不需接觸就能傳遞信號的物質(zhì)改變當前的限位開關電路的參數(shù)，以實現(xiàn)開關開閉的功能，比如能夠被感應的射頻，半導體的光電效應等。在本設計中選用接觸式的限位開關,因為其價格更低,精度更高,不容易出現(xiàn)

39、故障。</p><p>　　限位開關按照開關觸點閉合和斷開頻率的不同,分為以下2種[9]。</p><p>　　(1)緩動開關:此類開關的閉合和斷開運轉切換的時間與開關的操作頻率有關,操作的頻率越快,開關的切換也越快，靈敏度高。</p><p>　　(2)速度開關:此類開關的閉合和斷開的運轉轉換的時間為一常數(shù)，它與開關被操作的頻率無關,只要開關觸點移動到一定位置時,

40、開關就會閉合或斷開,此過程耗費的時間一般為彈簧彈跳所必須的時間。</p><p>　　此設計中選用速度開關，因為此設計中并沒有對開關的操作頻率有要求，只有皮帶出現(xiàn)故障的時候才要求限位開關閉合，符合速度型限位開關的要求。</p><p>　　由于限位開關的復雜特性，電路圖中選用閉合開關代替限位開關。</p><p>　　3.2.2 74LS08與門</p>

41、<p>　　圖3.6是用74LS08連接成的與邏輯門電路。</p><p>　　圖3.6 與門邏輯電路</p><p>　　與門的邏輯值如表3所示。</p><p>　　表3-3：與門的邏輯值</p><p>　　任意一個限位開關閉合后，端口電壓即置低，結合上表可知，輸出端K也隨之置低。輸出端K與外部中斷1口連接，當端口信號為低

42、時，中斷程序啟動，運行聲光報警模塊，啟動聲光報警器，完成報警功能。</p><p>　　3.3 電機驅動模塊電路設計及電機電路</p><p>　　3.3.1 電機驅動模塊介紹</p><p>　　本設計中，電機驅動模塊是以2塊L298N芯片為核心，每個芯片配備8個IN4007二極管構成的保護電路共同組成，能夠驅動100W以下的電機運轉。驅動電路如圖3.7所示<

43、;/p><p>　　圖3.7 L298N電機驅動模塊</p><p>　　L298N是SGS公司的產(chǎn)品,內(nèi)部包含4通道邏輯驅動電路,可以根據(jù)需要兩兩組合，驅動兩個直流電機。直接調(diào)節(jié)電源VSS端口的電壓值就可改變輸出電壓值，輸出最高可達50V;L298N芯片的輸入口可直接連接單片機輸入輸出口;輸出端接上保護電路就可直接連接電機,使用方便。L298接受數(shù)字邏輯電平信號，芯片的工作電壓在5V左右。芯

44、片的12腳VS接電源電壓,電壓調(diào)節(jié)范圍在+2.5至46 V之間，VS值越大，電機的帶負載能力越強，但不可超過上限，以免芯片被燒毀。芯片的輸出電流最高可達2.5 A,可驅動電感性負載。L298N芯片的內(nèi)部邏輯圖如圖3.8所示</p><p>　　圖3.8 L298N內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　L298有多種型號,此設計中采用芯片型,共有20個引腳。其中INPUT1、INPUT2、INPU

45、T3、INPUT4端口連接單片機,控制電機的運行模式;OUT1、OUT2通過二極管組成的保護電路后連接電機1,OUT3、OUT4通過二極管組成的保護電路后連接電機2;ENA、ENB是L298N芯片的使能端,用于控制電機的啟停,還可以連接單片機的PWM口,改變占空比實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機轉速的功能。傳送帶系統(tǒng)中均已電機作傳送帶的動力源,根據(jù)需要，本系統(tǒng)中電機無需改變電機轉速,故而全部連接+5V高電平,電機也只需要正轉和停止模式兩種。L298N的引腳

46、狀態(tài)功能如表4所示</p><p>　　表3-4：L298N功能模塊</p><p>　　在每根輸出線上都加上2個反接的二極管是用于保護L298,因為電機作為感性負載，在運轉過程中兩邊會產(chǎn)生反電勢,沖擊L298芯片,極易燒毀芯片。其原理是:當反電勢為正,大于電源電壓0.7V以上時,上端的二極管被導通,此時輸出線電壓就被限制在電源的電壓+0.7V間,不會大于這個數(shù)值；當反電勢為負,低于-0.

47、7V時,下端的二極管被導通,此時輸出線電壓就被限制位在-0.7V上,不會低于-0.7V了。這兩個二極管的功能就將輸出線上電壓被箝位在-0.7V~+Vcc+0.7V之間，保護電路的正常工作。</p><p>　　3.3.2 電機電路</p><p><b>　　圖3.9 電機電路</b></p><p>　　如圖3.9所示的電機電路,由4個單獨的

48、電機電路組成。每個電機電路中有1個直流電機，1個電阻以及一個發(fā)光二極管。直流電機在L298N驅動模塊的操控下實現(xiàn)啟停操作,但是電機的啟動和停止都需要時間,在剛開始時不好憑肉眼觀測,但是LED燈點亮不需要等待,這時可根據(jù)LED燈的亮滅判斷電機的啟停，因為本設計中電機的兩端電壓大，所以需要在LED燈的前端加入保護電阻。由于本系統(tǒng)中電機不存在反向運轉,所以只需要1個LED燈即可，若是電機存在正反向運轉，可以同原有的LED燈一樣反向的加入電路中

49、。</p><p>　　3.4 聲光報警提示電路</p><p>　　3.4.1 燈光提示電路</p><p>　　圖3.10燈光提示電路</p><p>　　LED全名發(fā)光二極管,也是單向導通，它是利用電場直接將電轉換成光，與原來的白熾燈、節(jié)能燈利用三基色粉發(fā)光的原理都不同，效率高而且亮度強。LED產(chǎn)生的光是冷光，熱度低、節(jié)能、功耗低、亮度

50、高、壽命長而且輻射低，與傳統(tǒng)的白熾燈、節(jié)能燈相比，優(yōu)勢極其明顯，已成為全球最受矚目的新一代光源，已被廣泛的應用于家庭照明、汽車大燈、低溫照明等各種場合，是21世紀最有發(fā)展前景的綠色照明光源[10]。本設計就是采用LED燈作為聲光報警的燈光提示部分。</p><p>　　LED燈左端連接單片機P2.5口，定義為LED口，電阻右端連接+5V電源。平時，LED口電壓為高，LED燈兩端都是高電平，不能導通，所以不能發(fā)光。

51、當限位開關被觸發(fā)后，單片機將LED口電壓置低，此時LED燈兩端形成壓降，導通發(fā)光。程序中可以將LED端口的電壓設計成高低往復的，使得LED燈變成閃爍的，更引人注目。此處LED燈作報警使用，所以選擇紅色，紅色LED燈的導通壓降在2V左右，導通電流在20mA左右，顧選擇精度為1％的金屬膜標稱電阻，值為150Ω。</p><p>　　3.4.2 聲音報警電路</p><p>　　圖3.11聲音報

52、警電路</p><p>　　蜂鳴器作為一種小電流驅動的發(fā)聲設備，廣泛的應用于單片機系統(tǒng)的設計中，作為報警或提示使用。一般分為有源和無源兩種,有源蜂鳴器采用直流電供電，無源蜂鳴器則是采用方波供電。</p><p>　　單片機端口的輸出電流一般只有5mA,達不到使蜂鳴器工作的閥值，所以通常在需要使用驅動電路使得蜂鳴器進入正常工作狀態(tài)。驅動電路一般使用三極管放大電路，包含以下3個部分:一個三極管

53、、一個+5V電源、一個限流電阻，三極管的基極連接單片機的beep端口。此設計中選用NPN型9013三極管和有源蜂鳴器。平時,單片機的beep口置低,三極管的基極和發(fā)射集之間導通電壓不足,三極管CE端不能導通,此時蜂鳴器兩端無電動勢，不工作。當限位開關被觸發(fā)后,beep口電壓置高,三極管BE集導通,則CE端導通，蜂鳴器兩端電壓電勢差約為3V，開始工作。另外,三極管在此電路中不僅僅充當開關的作用,它還有放大電流的作用。此設計中,BE集的導通

54、壓降約為0.7V,蜂鳴器的額定電壓在3V,額定電流僅有幾毫安,三極管的放大倍數(shù)在50以上,所以綜合考慮,選用誤差在1%的金屬膜電阻,阻值為2.2K。</p><p><b>　　3.5 按鍵電路</b></p><p><b>　　圖3.12按鍵電路</b></p><p>　　本設計中按鍵電路的功能是控制傳送帶的工作模式

55、，通過上拉電阻和接地實現(xiàn)鍵值的變化，比單純的接地更穩(wěn)定。電路模塊由6個復位按鍵組成，如圖3.12所示</p><p>　　復位按鍵S1~S4分別對應手動模式下電機1~電機4的控制，此外復位按鍵S1還具備在系統(tǒng)上電后，啟動自動模式運行的功能。按鍵S5的功能是關閉自動運行模式，S6則是在自動系統(tǒng)關閉后手動模式的啟動按鈕。</p><p>　　單片機的鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種形式，獨立按鍵

56、通常是一個按鍵對應一個端口，簡潔，而且程序設計部分不復雜；矩陣鍵盤的優(yōu)點是節(jié)省端口，在按鍵很多的設計中尤為使用。矩陣鍵盤是把按鍵按照宮格的方式排列，單片機的端口一部分作行檢測，一部分做列檢測，當行列同時滿足條件，才能確定此按鍵按下。例如P0口有8個端口，4個作行檢測，4個作列檢測，這樣可以排布16個按鍵，比獨立式多了一倍。但是本設計中一共只用到了6個按鍵,單片機的剩余端口大于按鍵值,所以本設計中選用獨立鍵盤,方便程序的編寫。</p

57、><p>　　獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法很簡單，只要單片機讀取I/O口的端電壓結合硬件電路就能判定按鍵是否按下，因為開關的一端接在單片機端口和電源和負載端，另一端接地。開關斷開時，單片機端口與電源端短接，而且單片機端口內(nèi)部采用上拉電阻的方式，保證此時單片機端口的電壓為高電平，但是一旦開關閉合后，單片機端口將與地短接，此時端口電平為低。這樣只需在程序中檢測此時單片機端口的電平狀態(tài)就能夠判定此時按鍵的開閉情況。</p&g

58、t;<p>　　按鍵防抖動是微處理器按鍵處理模塊的一個重要內(nèi)容。研究發(fā)現(xiàn)在某些需要按鍵控制的系統(tǒng)中，會出現(xiàn)按鍵按下后，系統(tǒng)沒反應或者反應過激的情況，甚至在某些有干擾的場合自動的跳轉，這都是未進行按鍵去抖動的原因。按鍵的防抖動分為兩種，一種是硬件去抖動，另一種就是軟件去抖動，兩種都能降低了系統(tǒng)誤觸發(fā)的可能性。硬件去抖動一般是在按鍵兩端并上電容，濾除雜波，穩(wěn)定波形。軟件去抖動也比較方便，就是在判定按鍵是否被按下的過程中加入一個

59、延時程序，然后再次判定。單片機的時鐘晶振運作次數(shù)每秒千萬級，延時時間設置為20毫秒，使微處理器有充分的時間判定，可以有效降低因抖動帶來的按鍵控制系統(tǒng)誤觸發(fā)的問題。</p><p><b>　　3.6 指示燈</b></p><p>　　圖3.13 指示燈 </p><p>　　如圖3.13所示，此設計中單獨使用了4個LED燈作指示用途，其中L

60、D指示燈是藍色LED燈；報警指示燈是紅色LED燈；自動和手動模式指示燈都是綠色的。LED燈的導通電壓的工作電流如表5所示</p><p>　　表3-5：各顏色、型號LED燈的導通電壓和工作電流</p><p>　　貼片式LED燈體積太小，不易焊接，所以本設計中全部采用直插式LED燈，由上表的LED燈工作參數(shù)，結合歐姆定律和KVL定理，選擇合適的保護電阻值，分別是100Ω、150Ω、100Ω

61、、100Ω。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)的軟件設計</b></p><p>　　為了出色的完成設計，共使用了3種軟件，分別是繪制原理圖的Altium Designer、進行仿真驗證的Proteus、程序編制的Keil uvision4，下面分別對這些軟件進行簡單的介紹。</p><p><b>　　4.1 軟件介紹</

62、b></p><p>　　4.1.1 Altium Designer</p><p>　　Altium Designer 是繪制原理圖，制作PCB版圖常用的軟件之一，以前叫做Protel，有個經(jīng)典的版本Protel 99SE，是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司基于Windows操作系統(tǒng)推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，集結了原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓撲邏輯自動布線

63、、信號完整性分析和設計輸出等多種使用功能,而且可以根據(jù)使用需要，自行設計原理圖庫文件，方便實用，廣受電子設計人員的喜愛,是電子設計人員必不可缺的應用軟件之一[11]。</p><p>　　圖4.1 Altium Designer原理圖繪制界面</p><p>　　4.1.2 Proteus</p><p>　　Proteus軟件的主要功能是進行仿真，而且仿真的結果很

64、接近實物，是電子設計人員驗證產(chǎn)品不可或缺的應用軟件之一。它由英國Lab Center Electronics公司推出,也是基于Windows操作系統(tǒng)，具有其它EDA工具軟件所不具備的仿真單片機及其外圍器件的能力,使用簡單，是目前單片機方向非常好的一款仿真工具。把原理圖設計、代碼調(diào)試到單片機和外圍電路統(tǒng)一運作,真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計，是目前世界上唯一能將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺,其處理器模型

65、支持多種單片機的仿真運行，包含8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等等,本設計中用到的就是8051系列的單片機[12]。</p><p>　　圖4.2 Proteus仿真運行界面</p><p>　　4.1.3 Keil uvision4</p><p>　　C語言作為一種面向過程的高級

66、語言，也包含了許多低級語言的特點，功能豐富、表達能力強、使用靈活方便、可移植性好，適用于嵌入式程序的編寫[13]。和C語言相比,匯編是上一代的語言，更貼近硬件，但是在可讀性、可維護性上都不如C語言，因此本設計的程序代碼選用C語言編寫。</p><p>　　圖4.3 Keil uvision4軟件界面</p><p>　　Keil uVision4是美國Keil Software公司出品的5

67、1系列兼容單片機C語言軟件的第4代開發(fā)系統(tǒng)，全Windows界面，包含MDK-ARM,C51,C166和C251共4種,本設計中用到的是Keil C51。Keil C51完美支持C語言代碼，編譯效率高，免去了使用匯編語言帶來的尷尬局面，讓對硬件了解不是很深的人也有機會進行產(chǎn)品設計。</p><p>　　程序設計完成進行仿真驗證時，一定要注意的，代碼在編譯時必須要像圖4.4一樣，勾選出創(chuàng)建.HEX文件（FLASH-

68、Configure Flash Tools-Output）。與普通模擬硬件電路圖不同，Proteus仿真圖中包含有單片機時必須要有對應的.HEX文件，這是編譯器生成的機器碼，沒有它，單片機的端口狀態(tài)就不會發(fā)生改變，仿真就無法模擬運行。</p><p>　　圖4.4 創(chuàng)建.hex文件</p><p><b>　　4.2 程序設計</b></p><p

69、>　　在軟件的設計過程中，遇見了幾個較為棘手的問題。第一個是程序的優(yōu)先級問題：本設計中，要求在傳輸機工作過程中，限位開關能夠實時的檢測皮帶的狀態(tài)，在發(fā)生異常狀況時迅速報警，并能夠按照要求，從料斗處迅速關閉系統(tǒng)。所以在程序設計中，聲光報警模塊的優(yōu)先級要高于電機運轉程序；還有系統(tǒng)的關閉模式，一旦關閉按鍵按下后，系統(tǒng)就要按照要求迅速執(zhí)行，不再執(zhí)行其他的任何程序，所以系統(tǒng)關閉模塊應具備高于聲光報警模塊的優(yōu)先級。最終經(jīng)過資料查閱，反復驗證，

70、選定采用單片機定時器方案。定時器中斷不同于外部中斷對電路的依賴，方便實用。T0的優(yōu)先級高于T1，所以關閉按鍵放在T0中，報警及自動關閉放在T1中。第二個問題是中斷程序與關閉系統(tǒng)程序的連接問題：如圖4.5所示的程序中，在中斷信號產(chǎn)生后，中斷系統(tǒng)啟動。這時的仿真運行顯示報警模塊可按要求工作，但是關閉系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會暫停一段時間后繼續(xù)將系統(tǒng)完全啟動，這時候再關閉系統(tǒng)。經(jīng)過查改發(fā)現(xiàn)，這時因為中斷的中斷點設置不當造成的。通過不斷的測試發(fā)現(xiàn)，可以

71、將自動開啟模塊的程序適當修改，由原來的一體化改為前置條件判定的方式，延時函數(shù)插在條件中間，使中斷點處于延時函數(shù)中，成功解決此問題。</p><p><b>　　圖4.5 中斷設計</b></p><p>　　4.3 系統(tǒng)程序流程圖 </p><p>　　5基于單片機的皮帶傳輸控制系統(tǒng)的測試結果</p><p>　　調(diào)試

72、工作是個漫長細致的過程，一步步的由簡入繁，在簡單系統(tǒng)的結構上不斷添加外圍電路，并一一驗證的過程。由于本設計沒有實物，所以調(diào)試工作都以Proteus軟件仿真實現(xiàn)的結果為準，當Proteus的運行過程與設計的要求一致，即認為調(diào)試成功，調(diào)試結果以圖片方式顯示。調(diào)試是軟、硬件聯(lián)動的過程，本設計采用的是分步調(diào)試的方法，一點點的添加修改。</p><p>　　如圖5.1所示，一開始只有最簡單的單片機及其附屬模塊，用LED燈代

73、替驅動模塊和電機電路，附加控制按鍵，進行設計思路和程序邏輯能否滿足設計要求的驗證。這個時候的思路還不完善，限位開關僅用2個表示，還沒有想到使用外部中斷來進行程序優(yōu)化，僅能實現(xiàn)指示燈在按鍵的控制下按照規(guī)定的方式亮滅。</p><p><b>　　圖5.1 初步設計</b></p><p>　　圖5.2是在驗證程序的邏輯思路正確無誤后開始對電路圖進行修改的設計。在經(jīng)過導師

74、的指點后，填補上了電機驅動模塊和電機，電路圖顯得更為豐滿。將LED燈的控制系統(tǒng)改為了電機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電機的運轉。這個時候的設計實現(xiàn)了電機的模式運轉，限位開關的實時監(jiān)測報警功能，按鍵控制模塊的代碼也得到優(yōu)化。</p><p><b>　　圖5.2 初步完成</b></p><p>　　圖5.3 優(yōu)化設計圖</p><p>　　最后就是優(yōu)化電

75、路結構，如圖5.3所示，例如將原來的僅有的兩個限位開關補充到8個，確保每節(jié)傳送帶上都有跑偏檢測和斷裂檢測，并將這些限位開關通過74LS08與門連接，上端加入拉LED燈，這樣只要哪個限位開關閉合，對應的LED指示燈就會點亮，這樣就能很方便判定故障的位置。將原有的5個復位按鍵開關擴展到6個，優(yōu)化控制模塊的程序。另外，把單片機的P1口用作反饋口，用以檢測P0口和限位開關的狀態(tài)。由于P0口只有4個端口有狀態(tài)改變，所以只檢測這4個端口即可；限位開

76、關也有8個，但此時P1口只剩下4個端口，所以需要使用74LS148編碼器，將限位開關的狀態(tài)進行編碼，這樣只需3個端口，此時P1口就被完美利用了。平時使用時要注意74LS148編碼器的真值表，以7到0由大到小排列，74LS148編碼器編碼時從高到低依次檢測，一旦發(fā)現(xiàn)低電平，就不再檢測下面的端口狀態(tài)，直接默認為低電平狀態(tài)，編譯。在本設計中，靠后的皮帶節(jié)發(fā)生故障，前面的傳輸機要先關閉，所以74LS148編碼器正適合本設計中的需求，但在一些各端

77、口值都要判定，互不干擾的情況下，就要慎用此芯片了。軟件部分則是將原來的開啟部分分散在主程序中,通過條件判定</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　傳送帶作為推進生產(chǎn)力發(fā)展，促進物資流通的重要生產(chǎn)工具，必須要充分的利用。但由于傳統(tǒng)的皮帶傳輸機大多是大型化設備，成本高，不利于小工廠或某些生活領域的應用，特意設計了此款基于單片機設計的皮帶傳輸控制

78、系統(tǒng)。填補傳統(tǒng)皮帶傳輸機不能小型化應用的不足，同時優(yōu)化產(chǎn)品設計，更適應現(xiàn)代社會發(fā)展的需要。</p><p>　　本文在參考了國內(nèi)外大量資料的基礎上，針對傳統(tǒng)的一系列基于繼電器控制的皮帶傳輸機或基于工業(yè)計算機控制的皮帶傳輸機存在的問題，合理地提出了基于單片機控制的皮帶傳輸機的設計方法，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的小型化和現(xiàn)代化，極大地提高了產(chǎn)品的實用性和市場競爭力。</p><p>　　本課題中設計的基于

79、單片機控制的皮帶傳輸機由單片機控制電路與電機傳輸模塊兩大部分構成?？刂铺幚砥鞑捎霉苣_資源豐富的STC89C52，監(jiān)測裝置采用限位開關，實現(xiàn)對傳輸機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和快速控制。應用程序以C語言編寫，充分利用芯片的內(nèi)部資源，提高了代碼執(zhí)行效率，減小了代碼的容量[14]。由于該控制系統(tǒng)有體積小、功耗低、可靠性高、便于連接，只需在傳送電機模塊調(diào)整供電電壓和電流，改變電機的型號和傳送皮帶，就能滿足各種使用要求，適用范圍廣。因此，基于單片機控制皮

80、帶傳輸機的系統(tǒng)有著良好的市場前景。</p><p>　　但是，由于本人在各方面的知識不夠全面，再加上時間緊迫以及僅是理論的研究，沒有進行實物驗證，因此，該基于單片機控制皮帶傳輸機的系統(tǒng)還有較多需要提高的地方。比如：為此款系統(tǒng)設計更好的顯示界面，提供更豐富的人機交互功能；優(yōu)化電機驅動模塊，能為電機提供更大的功率等。</p><p><b>　　致 謝</b></

81、p><p>　　在本論文完成之際，作者向在大學期間給與我?guī)椭椭С值娜藗冎乱宰钫\摯的謝意,也要向我的學校淮海工學院表達我的感激。兩年的大學時光匆匆而過,轉眼就到了畢業(yè)的時刻,父母耳邊的青絲開始泛霜,眼角的皺紋也已浮現(xiàn),使他們把我撫養(yǎng)長大,我的一切都離不開父母的支持鼓勵, 衷心的感謝他們，只愿他們身體健康，笑口常開！還有我的導師李教授,自從我的畢業(yè)設計跟隨xx老師以來，其嚴謹?shù)闹螌W風范、風趣的交流方式以及廣博的學識都令

82、我終身難忘。每次前去和導師交流溝通,都被其認真的工作態(tài)度打動，反復實踐，指點不足并制定針對的修改方案。半年來，作者的每一點進步都離不開導師的細心指點和諄諄教誨。</p><p>　　基于單片機控制的皮帶傳輸機控制系統(tǒng)不僅僅局限于單片機之中，還和機械專業(yè)的電機有著千絲萬縷的聯(lián)系。拿到課題的一開始，就想著回避這個問題，用LED燈來代替電機。但是導師指點我，電機的控制和LED是有較大差距的，需要在電機和單片機之間接入電

83、機的驅動電路。在導師不厭其煩的細心輔導下，完成了系統(tǒng)設計。</p><p>　　其次，要感謝我的同組同學在系統(tǒng)設計期間對我的幫助，一起商討系統(tǒng)的設計思路，遇見困難時盡自己所能互相幫助。</p><p>　　最后，感謝我的學校，提供了一個更廣闊的平臺。在這里結識了新的朋友，了解更多的知識，還考上了研究生。衷心的感謝學校，希望他越來越好。</p><p><b&g

84、t;　　參 考 文 獻</b></p><p>　　徐向開. 水泥廠常用水平輸送設備的選擇和使用[J].新世紀水泥導報, 2003, (03):36-38</p><p>　　臧祖望.工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢測研究與開發(fā)[D].北京: 北京交通大學,2012.</p><p>　　劉偉明.嵌入式系統(tǒng)在非球面加工中的研究與應用[D].長春: 長春理工大學,201

85、4.</p><p>　　易云文.連續(xù)運輸機皮帶故障產(chǎn)生機理及對策[D].武漢: 武漢科技大學,2012.</p><p>　　趙玉文. 帶式輸送機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤礦機械, 2004，(04):3-5.</p><p>　　肖看,李群芳.單片機原理、接口及應用[M].北京:清華大學出版社,2010.</p><p>　　胡慶新.基于

86、嵌入式Linux系統(tǒng)的可見分光光度計的軟件系統(tǒng)開發(fā)[D].重慶: 重慶大學,2011. </p><p>　　張智龍.玉米青貯打捆收獲機割臺及打捆控制系統(tǒng)的設計[D].泰安: 山東農(nóng)業(yè)大學,2013.</p><p>　　張茜，孟令啟. 煤氣發(fā)生爐凝出廢水的環(huán)保裝置設計[J].環(huán)境科學與技術, 2010， (S1):354-358</p><p>　　卜耀庭. 中國

87、半導體照明市場繁榮的背后[J].銷售與市場(評論版), 2011， (01):97-98.</p><p>　　張德智.直流微電流標準源設計[D].成都: 電子科技大學,2014.</p><p>　　費新華.基于PWM控制的直流電機驅動設計[J].數(shù)字技術與應用,2012.</p><p>　　譚浩強.C程序設計（第四版）[M].北京:清華大學出版社,2010.&