基于51单片机的碎纸机控制系统本科毕业设计(编辑修改稿)

基于51单片机的碎纸机控制系统本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

配 由图可知， DS18B20 接口为 ， 和 分别为光电传感器 1 和光电传感器2 的接口， 和 为厚度传感器接口， 为报警系统接口， 为风冷系统接口， 为刀具选择端口， 为速度控制输出端口， 为 急停信号输入端口， 为速刀具选择输出端口， 为速度控制信号输入端口， P1 口控制数码管 1 显示温度的十位数， P32 口控制数码管 2 显示温度的个位数，单片机第九脚未复位信号输入引脚。 第40 引脚和第 20 引脚分别为单片机的电源和地输入。 89 系列单片机在启动时也需要复位使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作， STC89C52 单片机内置 MAX810 复位电路， 开机时，电源经过R8 给 C2 充电，即电流经 C2 流向 RST， RST 得到高电平， 单片机 即复位。 复位完毕以后， C2 充电停止不再有电流流过， RST 经 R8 接地为低电平 ，电路进入工作状态。 另外，本设计 中 通过按键连接 电源 ， 在需要时， 还可以实现手动复位。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 15 10KR8+5V10uFC2Cap Pol1Reset 图 微控制器上电自动复位电路 STC89C52 内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反向放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体可构成一个自激振荡器。 振荡电路的连接方法见图 所示。 本设计中，石英晶体选择 12MHz,单片机工作频率为 1MHz。 图 STC89C52 微控制器时钟电路 电源电路 如图 ，先 通过变压器将 220V 市电转换为 7V 交流电，再经过全桥式整流器将 7V交流电整成约 7V 直流，再经过电压转换芯片 LM7805 将 7V 直流转换成单片机所需要的 5V 电源，见图。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 16 Vin11Vin22Vout13Vout24U4ACACVin1Vin2D21N4007D41N4007D31N4007D11N400747uF/50VC3Cap Pol1C4+7V变压器全桥整流 图 7V 直流信号获取电路 LM7805 是 三端正电源稳压电路，应用极为广泛，内部自带 过压保护 与过热保护，如果能够提供足够的散热片，他能输出 以上的电流， LM7805 输入电压最大能达到35V， 25 摄氏度时输出 电压为 ～ ，而 STC89C52 单片机工作电压为 ～，所以该电源芯片 能很好的满足单片机电 源需求。 C7C10+5V10uFC810uFC9GND1VOUT2VIN3NC4U6LM7805+7VDS3LED0470R14电源指示 图 5V 直流信号获取电路 纸张 检测电路 本设计引入光电传感器，能够检测到是否有纸张或者其他文件送入，当没有文件送入时，电机不工作，即保持待机状态，只有检测到文件存在时，电机才工作，并且当待机时间超过设定值时，机器能够自动断电，最大限度的节能减排，降低能耗与用户使用成本。 纸张检测电路如图 ， 光电传感器安装在碎纸机入口端点处，当文件送达碎纸机入口时，不透明的文件把发光二极管的光线遮挡住，使得光敏三极管失去导通状态，继而 使 三极管发射机被拉至低电平，单片机检测到低电平之后就能 判断有文件送达碎纸机，并马上开启电机进行碎纸。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 17 +5V330R5+5VR6Photo Sensor1U1 图 通过光电传感器检测文件的存在 光电传感器的 外观如图 所示 ，为了达到较高的准确率，保证较小的文件也能检测到，本系统在文件入口的两端均安装有光电传感器。 图 DB1S650 光电传感器外观 过载检测电路 过载检测电路的作用是判断一次送入的文件是否超过碎纸机负载能力， 本碎纸机使用的厚度传感器为 根据机器人利用触须自动规避障碍物的原理，自己动手制作的简易实用传感器，在文件入口两侧各放置一个金属触须，触须外侧布置单片机的地线， 当文件厚度超过两个触须之间的宽度时，触须受到挤压而接触到单片机的地线，使得触须电位被强制拉低，如果单片机同时检测到两根触须均为低电平时，湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 18 即可判断送入的文件厚度超标，即检测到过载信号，此时单片机会阻止电机的转动。 温度检测电路 该碎纸机采用温度传感器对电机温度进行在线检测，当温度过高时，单片机则启动风冷系统对电机进行散热，以延长碎纸机连续工作时间，保证机器正常运转。 温度检测电路 如图 所示， 主要器件为温度传感器 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS（达拉斯）公司生产的单总线数字温度传感器， 精度可达  摄氏度，最大工作周期为 750 毫秒。 温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时 DALLAS 公司生产的 DS18B20 温度传感器性能卓越。 超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得 DS18B20 备受亲睐。 DS18B20 的主要特征： 全数字温度转换及输出； 先进的单总线数据通信； 最高 12 位分辨率，精度可达土 摄氏度； 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒； 可选择寄生工作方式； 检测温度范围为 – 55176。 C ～ +125176。 C ； 内置 EEPROM ，限温报警功能； 64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接； 多样封装形式，适应不同硬件系统。 DQ2GND1VCC3U5DS18B20R10+5VDS18B21 图 温度检测电路 碎纸刀具选择电路 本碎纸机设计了两组组合刀具，一种是 将文件切成条状碎片，此刀具适用于切削密级程度较低的文件，另一种组合刀具用来切削保密程度较高的文件，因此碎纸机控制系统设计了 刀具选择电路 ，刀具选择电路 由三极管、 双路 继电器等器件组成，如图 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 19 所示当控制面板的“ 换刀 ”按键被按下时，单片机会输出 低 电平到 PNP 型 三极 管 9012的基极，三极管导通使得继电器常闭触头打开，常开触头闭合， 常开触头连接的是粉末状组合刀具，此时文件将被切削成粉末状，碎纸机开机后将默认使用刀具组合一，即切成条形状。 R21 2P1Motor11 2P3Motor2接刀具组合 1接刀具组合 2+5V自恢复过压保护ConnectTool SelectVin2K1RelayDC5V压敏电阻Q19012D5IN4148 图 碎纸刀具选择电路 碎纸速度选择电路 碎纸机速度选择电路由三极管、继电器等器件组成，如图 所示当控制面板的“快速”按键被按下时，单片机会输出 低 电平到三极管 9012 的基极，三极管导通使得继电器常闭触头打开，常开触头闭合，电机被切换至低阻回路，电流增大，从而使得电机转速增加，碎纸机碎纸速度提高。 继电器常闭开 关连接的是高阻回路，在没有快速信号输入时，碎纸机将默认为中速碎纸。 图 碎纸速度选择电路 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 20 风冷散热电路 第七代产品，引入水冷或者风冷系统对电机进行散热，是的碎纸机持续碎纸时间达到 40 分钟以上，大大延长工作时间，本设计采用风冷散热，如图 所示，当温度传感器检测到温度比较高时，单片机会输出高电平信号给三极管的基级，使得 NPN 三极管 Q4 导通，继而启动 P4 接口上的直流散热风扇，给电机散热，已达到降温目的。 100R12Q48050+5V12P4Header 2Cooling Fan风扇接口 图 风冷散热电路 安全 报警电路 本碎纸机增加了报警系统 ，当温度过高、送入的纸张厚度过载、或者出现 其他故障时，单片机会驱动三极管导通，蜂鸣器发出警报声，报警电路如图 所示。 100R13Buzzer1Bell100R11Q38050+5VAlarm bell蜂鸣器 图 安全报警电路 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 21 数码管显示电路 本设计使用两个七段 LED 数码管来显示当前电机温度值。 LED 数码管实际上是由七个发光管组成 “ 8” 字形构成的，加上小数点就是 8 个。 这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。 当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的 2 个 “ 8” 数码管字样了。 图 数码管管脚定义 如图 所示， 如果要 显示一个“ 2”字，那么应当是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 dp 不亮。 LED 数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有 寸、 1 寸等不同的尺寸。 小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为 左右，电流不超过 30mA。 数码管分为共阴极和共阳极两种， 发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。 常用 LED 数码管显示的数字和字符是 0、 A、 B、 C、 D、 E、F。 本设计数码管显示电路如图 所示，两个数码管分别显示温度值的十位和个位。 K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1a1b1c1d1e1f1g1dp11KR151KR171KR191KR211KR231KR251KR271KR29显示温度十位+5V 图 数码管显示电路 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 22 按键控制电路 碎纸机控制面板上设置有四个按键， 图 为按键连线原理图。 S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBSTOPFASTResetTool ChangeVCC 图 按键控制电路原理图 如表 所示，按键 S1（急停键）为急停刹车键，当出现卡纸或者其他需要停机的时候，按下按键 S1，能够将碎纸机主电机从电路中断开。 按键 S2（换刀键）为换刀控制键，当需要改变碎纸机的碎纸效果，改变碎片形状，则按下 S2 键即可。 按键 S3（调速键 ）为速度调节按键，当在紧急情况出现或者时间紧张时，可以按下 S3 键，切换碎纸机工作速度，使碎纸机快速切碎文件。 S4 为复位键，按下 S4 能够使单片机控制系统重新启动，重新开始。 表 按键编号与 对应 功能表 按键编号 功 能 按键 S1 急停按钮 按键 S2 刀具切换 按键 S3 速度切换 按键 S4 系统复位 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 23 第四章 碎纸机控制系统软件设计 由于 C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，易学易用因此，碎纸机控制系统软件全部采用高级语言 C 语言编写。 编程软件为 Keil C51 编译器。 单片机 C 语言简介 随着单片机开发技术的不断发展，目前已有越来越多的人逐渐使用高级语言来进行软件开发，其中以 C 语言为主。 C 语言由早期的编程语言 BCPL(Basic Combined Programming Language)发展演变而来。 1970 年美国贝尔实验室的 Ken Thompson 根据BCPL 语言设计出 B 语言，并用 B 语言编写了著名的 UNIX 操作 系统。 1972～ 1973 年，贝尔实验室的 在 B 语言的基础上设计出 C 语言。 目前，绝大多数的处理器开发板使用 C 语言编写例程， C 语言发展非常迅速，成为最受欢迎的语言之一，主要因为它具有强大的功能。 归纳起来 C 语言具有如下特点 : C 语言具有结构化控制语句。 结构化语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。 这种结构化 方式可使程序层次清晰，便于维护及调试。 C 语言既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。 它即可以像汇编语言一样对位、字节和地址这些计算机基本工作单元进行操作。 又能像其他高级语言一样，编写出不依赖于特定的计。