自动装箱系统设计

摘要：

在工业生产中，常常需要对产品进行计数、装箱。如果用人工操作不但麻烦，而且效率低、劳动强度大。随着微机控制的普及，特别是单片机的应用，给该系统的设计带来了极大的方便。

本论文设计了一种以8051单片机为核心的流水线产品计数及装箱控制系统，可以对工业自动化生产流水线上的产品进行精确的计数和装箱。为了读键盘给定值及检测和控制，专门扩展一个8255A可编程接口及程序存储器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外线擦除标准EPROM)。扩展的8255A的B口用于给定值或产品计数显示。

关键词：装箱；自动控制；单片机

正文：

1、自动装箱控制系统设计方案

1.1 控制方案列举分析

自动装箱的关键在于依据装箱过程，设计出一个能够得以实现自动控制的结构方案。显然，自动装置的选择取决于这一过程的需求及特性。依据定义，一个自动装置即能通过自动控制或遥控方法完成任务的一台机器或一个机构。它可以是简单的，例如，从一个位置移向另一位置的一种单轴结构的气动压力联动装置，也可以是复杂的，例如，具有六轴结构的能动外科手术的机器人。而包装过程的各个项目选择以及各类工业自动化机构，可以在一个具体工作场所的空间围，使每一个设计方案完成一项任务。

由系统功能要求、方案选择和设备配置，可以设计出一个自动装箱系统，其

图1.1 产品自动装箱系统原理图

在图1.1中，该系统带有两个传送带，即包装箱传送带和产品传送带。包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。为使空箱恰好对准产品传送带的末端，以便使产品刚好落入箱中，在空包装箱传送带的中间装一检测控制器1，用以检测包装箱是否到位。产品传送带将产品从车间传送到包装箱。当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱，并由检测器2转换成计数脉冲。

产品计数可以由硬件完成(如MCS-51系列单片机中的定时器/计数器)，也可以用软件来完成。本系统采用软件计数方法。

系统工作步骤如下：

(1)用键盘设置每个包装箱所装的产品数量以及包装箱数，并分别存放在PARTS和BOXES单元中。

(2)接通电源，使传送带1的驱动电机转动。由控制程序控制传送带1的驱动电机持续运动，当包装箱运行到检测器1的光源和传感器的中间时，通过检测光电传感器的状态，判断传送带1上的包装箱是否到位。

(3)当包装箱到位时，关断电机电源，使传送带1停止运动。

(4)启动传送带2电机，使产品沿传送带向前运动，并转入箱。

(5)当产品一个一个落下时，通过检测器2的检测，将产生一系列脉冲信号。

(6)从检测器2来的输出脉冲，由计算机进行计数，并不断地与存在PRESET 单元中的给定值进行比较。

(7)当产品数与给定值不等时，将继续控制传送带2运动，以便继续装入产品，直到零件数与给定值相等，停止传送带2电机，不再转入产品。

(8)再次启动传送带1的电机，使装满产品的箱子继续向前运动，并把存放箱子数的存单元加1，然后再与给定的箱子数进行比较。如果不够，则带动下一个空箱到达指定位置，继续上述过程。直到产品数与给定值相等，停止包装，等待下面操作命令。

当传送带2上的产品和传送带1上的箱子足够多时，这个过程可以继续不断进行下去,这就是产品自动包装生产线的流程。

必要时操作人员可以随时通过停止(STOP)键停止传送带运动，并通过键盘重新设置给定值，然后再起动。

1.2 用单片机实现顺序控制

单片机具有下面一些特性：

体积小：由于单片机部集成了计算机的基本功能部件，能满足很多领域对硬件的功能要求，因此由单片机组成的应用系统结构简单、体积特别小。

可靠性高：单片机CPU围存储器、I/O接口的信息传输线(即总线—地址总线、数据总线和控制总线)大多数在部，因此不易受外界的干扰；另一方面，由于单片机微机体积小，在应用环境比较差的情况下，容易采取对系统进行电磁屏蔽等措施。所以单片机应用系统的可靠性比一般的微机系统高得多。

性价比高：由于单片机的大批量生产，及其已非常成熟的制造工艺，所以成本很低，加上单片机的功能性能不断的完善，种类型号的增加，其应用系统的印版小、接插件少、安装调试简单等一系列原因，使单片机应用系统的性能价格比高于一般的微机系统。

控制功能强：单片机像计算机一样是面向控制，它的实时控制功能特别强`，CPU可以直接对I/O口进行各种操作(输入/输出、位操作以及算术逻辑操作等)，运算速度高，最高可达16MHZ。而且单片机对实时事件的响应和处理速度快。

使用方便：由于单片机部功能强，系统扩展方便，因此应用系统的硬件设计非常简单，又因为市场上提供多种多样的单片机开发工具，它们具有很强的软硬件调试功能和辅助设计的手段。这样使单片机的应用极为方便，大大的缩短了系统研制的周期。

功耗低：由于单片机集成度高，相应其功耗相对于同功能的其他设备功耗低了很多。

单片机以上的特性，缩短了单片机应用系统研制到真实产品的过渡过程，使科研成果迅速转化成生产力。

综上所述可以看出，采用单片机实现控制的方案将容易实现，且系统功能强大、精度高、性能稳定可靠、使用方便、性价比高。所以采用单片机控制系统来实现产品的自动装箱。

2 控制系统硬件设计

2.1系统硬件设计

为了完成上述任务，采用8051单片机设计一个最小系统。为了读键盘给定值及检测和控制，专门扩展一个8255A可编程接口及程序存储器EPROM2732(4K*8 200ns可用紫外线擦除标准EPROM)。74LS373(8位I/O锁存器)、2732组成最小系统，扩展的8255A的B口用于给定值或产品计数显示。

硬件图说明为达到本系统功能，采用8031单片机设计一个最小系统，为读键盘给定值，同时实行检测和控制，专门扩展一个8255A可编程接口，其系统原理图如附录一所示。

8051、74LS373(8位I/O锁存器)、2732组成最小系统。其中各芯片及引脚说明如下：

(1)8051：

系统的微控制器选用Intel公司生产的8位单片机8031。下面对8031作一个基本的介绍：

①一个面向控制的8位CPU；

②128字节RAM数据存贮器；

③两个16位定时器/计数器；

④可寻址64K外部数据存贮器和64K外部程序存贮空间的控制电路；

⑤32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)；

⑥一个可编程全双工串行口；

⑦具有五个中断源，两个优先级嵌套中断结构；

(2)8255A：

8255A基本特性：

①8255A是一个具有两个8位(A口和B口)和两个4位(C口高/低4位)并行I/O端口的接口芯片，它是Intel系列CPU与外部设备之间提供TTL电平兼容的接口，如A/D、D/A转换器、键盘、步进电机以及需要同时两位以上信息传递的一切形式的并行接口；

②8255A能适应CPU与I/O接口之间的多种数据传送方式的要求；