基于单片机的自动拣货系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的自动拣货系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有 无 磁性物体存在，进而控制开关的通或断。 本系统中，当材料是铁时传感器开关闭合，产生电流驱动线圈。 霍尔接近开关 的工作原理见图。 因此，本系统中检测铁物料选用霍尔传感器为 2AV 系列。 图 霍尔接近开关的工作原理图 铝传感器的选用 当通过金属体的磁通过变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流 [6]。 电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。 电涡流式传感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。 + 15VR 1R fU 0V 1R 2V 2R 3 15VR 44123北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 17 如图 所示， 一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流 I1时，线圈周围就产生一个交变磁场 H1。 置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流 I2，电涡流也将产生一个新磁场 H2， H2 与 H1 方向相反，因而抵消部分原磁场 ， 使通电线圈的有效阻抗发生变化。 图 电涡流传感器原理图 我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图 的等效电路。 图中 R L1 为传感器线圈的电阻和电感。 短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为 R电感为 L2。 线圈与导体间存在一个互感 M，它随线圈与导体间距的减小而增大。 当铝检测传感器检测到金属材料时，传感器的线圈阻抗就会发生变化。 图 电涡流传感器等效电路图 利用这一性质可以把铝传感器和继电器如图 连接，实现开关功能。 所以本系统铝传感器选用电涡流传感器为 ST 系列。 H 1H 2HI 1I 2线圈被测导体R 1 R 2ML 1 L 2I 2I 1U 1北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 18 图 铝传感器开关原理图 颜色传感器的选用 我们所看到的物体颜色， 实际上是物体 表面 吸收了照射到它上面 ， 白光 (日光 )中的一部分有色成分 之后 ，反射出的另一部分有色光在人眼中的反应 [7]。 白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光 (如红、黄、绿、青、蓝、紫 )。 根据三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色 (红、绿、蓝 )混合而成的。 如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。 高分辨率颜色传感器 TCS230，是 我们 常 用的颜色传感器。 对于 TCS230 来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。 例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强 ， 同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。 通过这三个值，就可以分析投射到 TCS230 传感器上的光的颜色 ，本文选择红色滤波器。 R2 11 2A D 2 2 0 V 电源 继电器北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 19 第 4 章 系统硬件设计 硬件模介绍 单片机技术简介 单片机又称为单片微型计算机（ single chip microputer）又称为微控制处理器或嵌入式微控制处 理器。 它是将计算机的部分基本组成部件做到微型化，使之集成在一块芯片上的微型计算机。 其上集成了包括中央处理器 CPU、片内含有随机存储器 RAM、程序存储器 ROM 或者 EOROM、并行的 8位 I/0 口，定时器与计数器，中断控制处理器及支持总线模式等。 它是工业设备控制、工业流程检测控制和智能化电器设备控制系统中应用程度最广泛的一种处理器。 这种处理器的最大特点是设计开发人员可以根据自己的想法和实际需要进行开发研究，设计一个基于单片机电子设备系统，因此更加的方便，更加的灵活，成本所需更低。 设计基于单片机电路系统的基本方法是 在单片机的基础上扩展一些 I/O 接口，如用于模 /数转换的 A/D 芯片， D/A 芯片，用于人机对话的键盘处理信息接口， LED灯和 LCD 接口，数码管显示接口等电子器件，可用于对输出控制的按键接口等。 然后在此硬件基础上在开发一些应用软件就可以组成完整的单片机控制系统，经过软件调试就可以应用在实际生活中。 单片机有着体积小，功耗低，运算速度快，功能多，性价比高，容易推广应用等显著性特点，在自动化控制装置，智能化显示仪器仪表，对于过程控制和在家用电器等众多领域中获得了广泛的应用。 针对于国内开发应用单片机的发展情况来看，自从 80年代初起步以来，以 Intel 公司的 MCS48 系列的单片机为主导机种以来，单片机已有 70 多个系列，近 500多个机种，许多电子公司率先渗入到微机控制的各个领域，并且取得了一定的应用成果。 现在国际知名的公司有 Intel 公司、 Atemel 公司、 Philips 公司、 Winbond公司、 LG 公司、 Cygnal 公司、 Motorola 公司、 Zilog 公司、 Microchip 公司、。 80 年代中期以来，随着单片机的性能更强，运算速度更快的 MCS51 系列的单片机加入，单片机在应用中得到了更为迅速的推广和更为广泛的应用。 系统主要芯片和元器件的介绍及应用 单片机芯片 AT89S52 单片机是 ATLEM 公司推出的一种高速、低功耗、超强抗外界干扰微型单片机处理器，其编译的指令代码和 C语言源程序完全兼容传统 8051 单片机，其为 40 引脚的双列直插封装形式的 8位通用微型计算机处理器，采用工业上规北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 20 定的标准的 C51 内核处理器，在其内部的功能及其引脚排布上与现在市场上或者工业上通用的 8xc51 是相同，其主要功能包括对会聚主 IC内部的寄存器、数据的 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，支持会聚调整控制，支持会聚测试图的有 效控制，可以进行红外遥控信号 IR 的接收解码及与计算机主板 CPU 的通信等。 主要特性如下： 工作额定电压： ～ （ 5V 单片机） /～ （ 3V 单片机） 工作的频率范围： 0～ 40MHz，其相当于普通 8051 单片机的 2 倍，在实际测试中，其的最高工作频率可达 48MHz。 32个双向 I/O 口， 256x8bit 内部 RAM，复位后为： P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口内部是漏极开路形式输出，当其作为总线形式扩展 I/O 口用时，不用加上拉电阻，但是作为普通 I/O 口使用时，需加上拉电阻，否则 无法使用P0 口作为数据传输。 ISP 模式（在系统中可编程使用） /IAP 模式（在应用可编程使用），无需专用程序编程器，无需专用程序仿真器，就可通过串口通信（ RxD/ 口 ,TxD/ 口）直接下载用户所编写的程序，只需花费很少的时间便可以下载完程序，速度十分快、效率十分高。 AT89S52 具有 EEPROM 功能，可进行掉电保护，电源有复位端口接入，具有看门狗功能，一共 2 个 16位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T1 和外部中断 4路，下降沿中断或低电平触发电路，掉电模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒，通用型的 异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART。 以下是 AT89S52 的引脚参数及其封装说明 AT89S52 引脚功能说明： VCC（ 40 引脚）：电源电压（ +5V） RST（ 9 引脚）：复位输入端口。 ALE/（ 30 引脚）：地址锁存控制信号（ ALE）。 PSEN（ 29 引脚）：外部程序存储器选通信号 /VPP（ 31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。 XTAL1（ 19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端口。 XTAL2（ 18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端口。 下面是 AT89S52 的样本图 片 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 21 图 单片机 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口， 即可以作为地址或者数据总线的两用 I/O 口。 作为输出口使用时，每一位能吸收电流的方式用以驱动 8 个 TTL逻辑门电路，让其进行输入口使用时必须对其写“ 1”，在对端口 P0 写“ 1”时，可作为高阻抗状态的输入端口使用。 在其访问外部芯片的数据存储器或程序存储器时，这组 I/O 口线可以分时进行转换地址（低 8 位）和数据总线的复用，在访问外部数据期间必须 激活内部的上拉电阻才可以。 在 Flash 编程时， P0 口接收指令代码字节，而在程序进行校验时候，输出指令代码字节，在进行校验时，要求在 P0 口外接上拉电阻。 P1口是一个其内部自带上拉电阻的 8位双向 I/O 口，即具有通用的输入 / 输出功能，每一位都能独立地设定为输入口或输出口使用， P1 口的输出缓冲级可用来驱动（吸收或者输出电流 )4 个 TTL 电平的逻辑门电路。 在对其端口写“ 1”时，即对其内部的锁存器写“ 1”，通过其内部自带的上拉电阻可以把其端口拉到高电平，此时可以用作输入口。 在作数据输入口使用时，因为其内部存在的上拉电阻，它的某个引脚会被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。 与 8xC51 不同之处是， 和 还可分别作为定时 /计数器 2的外部计数输入（ ）北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 22 和输入（ ），在进行 Flash 的编程和程序校验期间， P1 口用以接收数据的低 8 位地址。 P2口是一个内部自带有上拉电阻的 8位双向 I/O 口，即可用作输入 / 输出口的使用，也可作为扩展系统的地址总线，输出高 8位地址，与 P0 口一起组成16 位地址总线。 P2 口的输出缓冲级可用以驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 这里和 P1 口 是一样，可以对其端口 P2 写“ 1”，通过内部自带的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口进行输入数据或者信号使用时，因为其内部存在上拉电阻，在其某个引脚被外部输入的信号拉低时会对外输出一个电流 (IIL)。 因 P3 口的功能繁多，可用作双向数据传输和串口输入输出（ RxD/P3.口 ,TxD/ 口）故在这里把 P3 口的引脚复用功能以表格形式展示出来， 如下表： P3 口引脚复用功能 引脚号 复用功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） （外部中断 0） （外部中断 1） T0（定时器 0 的外部输入） T1（定时器 1 的外部输入） （外部数据存储器写选通） （外部数据存储器读选通） ULN20xx 电机驱动模块介绍 ULN20xx 是一种高耐压、大电流的达林顿陈列，由七个 NPN 达林顿管组成。 每一对达林顿都串联一个 的基极电阻，在 5V 的工作电压下与 TTL 和 CMOS电路直接相连，可以直接处理需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。 ULN20xx 的内部结构如图 1，灌电流可达 500mA，并且在关态时能够承受 50V 的电压，可以在高负载电流下并行 输出运行。 其中，由单片机 AT89S52 的 脚作为ULN20xx 的 1～ 4 口输入端所构成的步进电机驱动电路 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 23 图 ULN20xx 步进电机模块设计电路图 LCD 液晶显示模块介绍 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。 液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有显示质量高、数字式接口、体积小、重量、轻、功耗低等 优点 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。 液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、 PDA 移动通信工具等众多领域。 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。 除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。 如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（ Static）、单纯矩阵驱动（ Simple Matrix）和主动矩阵驱动（ Active Matrix）三种。 在本系统中我们采用的是字符型液晶显示模块，它是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2。