基于單片機(jī)的自動(dòng)分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華東交通大學(xué)理工學(xué)院Institute of Technology.East China Jiaotong University 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) Graduation Design （20092013年）題 目 基于單片機(jī)的自動(dòng)分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 分 院： 機(jī)電工程分院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班 級(jí)： 機(jī)電2009-3 學(xué) 號(hào)： 20090410290305 學(xué)生姓名： 徐 剛 指導(dǎo)教師： 蔣英鈺 起訖日期： 2012.11-2013.5 21華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行的研究工作所取得的研究成果。

2、設(shè)計(jì)中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料，均已在設(shè)計(jì)中特別加以標(biāo)注引用，除此之外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 日期： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本畢業(yè)設(shè)計(jì)作者完全了解學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交設(shè)計(jì)的復(fù)印件和電子版，允許設(shè)計(jì)被查閱和借閱。本人授權(quán)華東交通大學(xué)理工學(xué)院可以將本設(shè)計(jì)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)。（保密的畢業(yè)設(shè)計(jì)在解密后適用

3、本授權(quán)書(shū)）畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日摘 要近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，郵政事業(yè)得到了空前發(fā)展。郵政通信網(wǎng)的技術(shù)含量不斷增加，技術(shù)裝備水平也在不斷的提高，郵件處理已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，并且朝著自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。本文著眼于我國(guó)當(dāng)前郵政事業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)控制的郵件自動(dòng)分揀機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的膠帶輸送機(jī)和現(xiàn)有的自動(dòng)分揀技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的條形碼識(shí)別技術(shù)，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)、接近開(kāi)關(guān)和單片機(jī)進(jìn)行控制的自動(dòng)化分揀系統(tǒng)。該分揀系統(tǒng)快速、靈活、準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單方便。提高了郵件分揀效率及精準(zhǔn)率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短在此方面與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)

4、家的距離。在設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用到了機(jī)械設(shè)計(jì)、單片機(jī)控制、接口技術(shù)等方面的理論。關(guān)鍵詞：自動(dòng)分揀；單片機(jī)；接近開(kāi)關(guān)；步進(jìn)電機(jī) Abstract In recent years, with China's economic development and social progress, obtained the unprecedented development of the postal business. Growing technical content of postal communication network, the technical equipment level is

5、also in constant increase, mail processing has basically realize mechanization, and moving in the direction of automation. This paper focus on the development of career of our country current postal, design the parcel sorting machine control system based on single chip microcomputer control. The sys

6、tem is in the traditional belt conveyor, and on the basis of the existing automatic sorting technology, using advanced bar code recognition technology, combined with the stepping motor, Proximity Switches and single chip microcomputer to control the automated sorting system. The rapid sorting system

7、, flexible, accurate, easy and convenient operation. To improve the sorting efficiency and accurate rate, reduce the labor intensity of workers, shortened the distance with foreign developed countries in this aspect. During the design process using the mechanical design, single-chip microcomputer co

8、ntrol theory and interface technology, etc.Key words：Automatic mail sorting;MCU; Proximity Switches ;Stepper motor 目 錄中文摘要.1英文摘要.2目 錄.3引 言.1第一章 緒論.11.1分揀系統(tǒng)簡(jiǎn)介11.2主要任務(wù)11.3設(shè)計(jì)方案2第二章 基本理論.3 2.1單片機(jī).3 2.1.1單片機(jī)概述3 2.1.2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方框圖32.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng).52.2 步進(jìn)電機(jī).6 2.2.1步進(jìn)電機(jī)概述62.2.2步進(jìn)電機(jī)分類(lèi)62.2.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理. 62.2.4本系統(tǒng)選擇的

9、步進(jìn)電機(jī)7第三章 硬件設(shè)計(jì).8 3.1接近開(kāi)關(guān).83.1.1接近開(kāi)關(guān)概述.83.1.2接近開(kāi)關(guān)的分類(lèi)與選擇.83.1.3光電式接近開(kāi)關(guān)概述.83.1.4基本原理.83.1.5主要分類(lèi).9 3.2 74LS138譯碼器.103.2.1 74LS138譯碼器概述.103.2.2本文應(yīng)用.10 3.3 ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片.113.3.1ULN2003A 驅(qū)動(dòng)芯片概述.113.3.2本文應(yīng)用.11 3.4撥碼開(kāi)關(guān).123.4.1撥碼開(kāi)關(guān)概述.123.4.2本文應(yīng)用.12 3.5 LED數(shù)碼管.133.5.1 LED數(shù)碼管概述.133.5.2本文應(yīng)用.13 3.6蜂鳴器.143.6.1蜂鳴器概述.

10、143.6.2本文應(yīng)用.14第四章 軟件設(shè)計(jì).15 4.1軟件設(shè)計(jì)過(guò)程.15 4.2軟件控制流程圖.15 4.3軟件程序設(shè)計(jì).16第五章 結(jié)論.20參考文獻(xiàn).21附 錄.22引 言 當(dāng)前，郵政事業(yè)正在進(jìn)入一個(gè)嶄新的自動(dòng)化階段。伴隨著在郵政運(yùn)作中以及處理流程管理方面引進(jìn)新的管理理念，郵政通信網(wǎng)覆蓋范圍及裝備水平均在不斷提高，其處理流程已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，正逐漸向自動(dòng)化、智能化方向全面發(fā)展。其中，一個(gè)重要的課題就是利用機(jī)器自動(dòng)分揀。以美國(guó)、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家為代表，在分揀系統(tǒng)的應(yīng)用方面自動(dòng)化程度越來(lái)越高。智能分揀系統(tǒng)已成為大中型物流中心、配送中心和流通中心不可缺少的一部分，在郵政業(yè)中也有廣泛

11、的應(yīng)用。與整個(gè)物流業(yè)的大環(huán)境相比，我國(guó)在分揀系統(tǒng)和技術(shù)方面相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家還比較落后，人工作業(yè)的情況還非常普遍，智能化揀選系統(tǒng)的利用程度較低。即，我國(guó)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)用范圍不廣泛、集約化程度低的特點(diǎn)。而我國(guó)郵政事業(yè)龐大、且在飛速發(fā)展過(guò)程中，需要大量的人力資源和技術(shù)支持。且郵政事業(yè)和人們的生活是息息相關(guān)，隨著人們生活水平的提高，社會(huì)的不斷發(fā)展，郵政事業(yè)也越來(lái)越多樣復(fù)雜。但傳統(tǒng)郵件的分揀大多采用手工操作，這樣的后果是不但效率低，工作量十分的繁重而且誤差率級(jí)高。為了改善這種狀況，實(shí)現(xiàn)郵件處理的高度自動(dòng)化，提高郵件的處理速度，減少大量的人力，以適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展，本文著眼于我國(guó)當(dāng)前郵政

12、事業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)控制的郵件自動(dòng)分揀機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用的意義在于：提高郵件分揀效率及精準(zhǔn)率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短在此方面與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的距離。第一章 緒 論1.1 分揀系統(tǒng)簡(jiǎn)介 自動(dòng)分揀系統(tǒng)(Automatic sorting system)是先進(jìn)配送中心所必需的設(shè)施條件之一。具有很高的分揀效率，通常每小時(shí)可分揀商品6000-12000箱；可以說(shuō)，自動(dòng)分揀機(jī)是提高物流配送效率的一項(xiàng)關(guān)健因素。它是二次大戰(zhàn)后在美國(guó)、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動(dòng)分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家大中型物流中心不可缺少的一部分。自動(dòng)分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類(lèi)裝置、輸送裝置及分揀道口組成?？刂?/p>

13、裝置的作用是識(shí)別、接收和處理分揀信號(hào)，根據(jù)分揀信號(hào)的要求指示分類(lèi)裝置、按商品品種、按商品送達(dá)地點(diǎn)或按貨主的類(lèi)別對(duì)商品進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)。這些分揀需求可以通過(guò)不同方式，如可通過(guò)條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤(pán)輸入、重量檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、高度檢測(cè)及形狀識(shí)別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去，根據(jù)對(duì)這些分揀信號(hào)判斷，來(lái)決定某一種商品該進(jìn)入哪一個(gè)分揀道口。分類(lèi)裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號(hào)的商品經(jīng)過(guò)該裝置時(shí)，該裝置動(dòng)作，改變?cè)谳斔脱b置上的運(yùn)行方向進(jìn)入其它輸送機(jī)或進(jìn)入分揀道口。分類(lèi)裝置一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，輸送裝置需要連接若干分揀口，以便使分好類(lèi)的商品進(jìn)入特定的分揀位置。其

14、由傳送帶或傳送機(jī)組成。作用是通過(guò)控制和分類(lèi)裝置，使待分揀商品進(jìn)入輸送裝置兩側(cè)，分揀口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)（或主傳送帶）進(jìn)的通道，一般由滾筒、鋼帶、皮帶等組成滑道。工作人員只需到相應(yīng)的滑道口搬運(yùn)商品入庫(kù)即可。以上幾部分分揀裝置通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接通信，再配合相應(yīng)的人工控制環(huán)節(jié)就構(gòu)成了完整的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。1.2主要任務(wù)以分揀系統(tǒng)為基本設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的郵件自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)在傳送帶上通過(guò)的郵件條碼信息進(jìn)行條碼掃描獲得郵件的編碼信息，由拔碼器拔入BCD碼模擬郵件的郵政編碼，并將郵件的編碼信息與相應(yīng)唯一地址的郵箱進(jìn)行匹對(duì)、控制，將編碼一致的郵件送入到唯一匹對(duì)的郵箱中。其過(guò)程由單片機(jī)控制，

15、實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化分揀。要求在充分了解單片機(jī)相關(guān)知識(shí)后，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制電路，并根據(jù)題目要求編制出相應(yīng)模塊程序。1.3 設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)的分揀系統(tǒng)硬件部分，是將通過(guò)條形碼掃描識(shí)別出的郵政編碼的編碼信息隨傳送帶分揀入各個(gè)代表唯一地址的郵箱中。其工作過(guò)程為：按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)M6運(yùn)行，綠燈L1亮，傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，表示此時(shí)可以進(jìn)郵件。利用撥碼器撥入BCD碼模擬郵件的郵政編碼，分別以1、2、3、4、5代表北京、上海、天津、重慶、沈陽(yáng)5個(gè)城市的郵政編碼，即正常的郵政編碼值為1、2、3、4、5。（例如，當(dāng)撥碼器撥出的是4，那么當(dāng)郵件運(yùn)行至接近開(kāi)關(guān)S4處時(shí)，電機(jī)M6停止，電機(jī)M4啟動(dòng)并推動(dòng)推桿將郵件分揀入此處郵

16、箱中，即重慶）。當(dāng)接近開(kāi)關(guān)S1為ON時(shí)，表明郵件到達(dá)第一個(gè)郵箱處，如果郵件編碼與此處編碼相同，則電動(dòng)機(jī)M6停止，電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)并推動(dòng)推桿，將此郵件分揀到該郵箱內(nèi)；當(dāng)接近開(kāi)關(guān)S1變?yōu)镺FF，M1的推桿自動(dòng)收回，繼續(xù)進(jìn)郵件；如果郵件編碼與此處編碼不同，則電動(dòng)機(jī)M6繼續(xù)保持運(yùn)行。當(dāng)接近開(kāi)關(guān)S2為ON時(shí)表明郵件到達(dá)第二個(gè)郵箱處再進(jìn)行比較判斷，依次類(lèi)推，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)S3、S4和接近開(kāi)關(guān)S5為ON時(shí)表明郵件分別到達(dá)第三個(gè)、第四和第五個(gè)郵箱處；如果郵件編碼與前五處編碼均不同，則表明該郵件出錯(cuò)，出錯(cuò)郵件將經(jīng)過(guò)接近開(kāi)關(guān)S6處自動(dòng)進(jìn)入出錯(cuò)回收郵箱，此時(shí)綠燈L1熄滅，紅燈L2亮，蜂鳴器報(bào)警出錯(cuò)，然后對(duì)出錯(cuò)郵件進(jìn)行處理

17、。待處理完成后，按下重啟按鈕，紅燈L2熄滅，綠燈L1亮，蜂鳴器停止報(bào)警，表示可以繼續(xù)進(jìn)郵件。整個(gè)過(guò)程由單片機(jī)控制，其工作示意圖如圖1-1：圖1-1 郵件分揀系統(tǒng)模擬控制示意圖 其中S1-S6為接近開(kāi)關(guān)；M1-M5為推進(jìn)器，由步進(jìn)電機(jī)控制其伸縮，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)推郵件入箱，反轉(zhuǎn)推桿收回繼續(xù)進(jìn)郵件；M6為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，L1 為綠指示燈，L2 為紅指示燈。第二章 基本理論2.1 單片機(jī)2.1.1 單片機(jī)概述單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器。常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，

18、存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。2.1.2 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方框圖XTAL1 XTAL2 T0 T1CPU時(shí)鐘電路中斷控制RAMROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器64K字節(jié)總線擴(kuò)展控制器并行接口串行接口 INTO INT1 P0 P0 P2 P3 TXD RXD（1）中央處理單元（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心，由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部

19、特殊功能寄存器。它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等。（2）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是單片機(jī)的一個(gè)重要組成部分，是單片機(jī)存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的數(shù)字電路器件，是存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序以及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)八位二進(jìn)制信息，通常用兩位16進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。其結(jié)構(gòu)有兩個(gè)重要特點(diǎn)：一是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器截然分開(kāi)；二是存儲(chǔ)器有內(nèi)、外之分。由芯片內(nèi)存儲(chǔ)器和芯片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。（3）輸入/輸出（I/O）電路MCS-51單片機(jī)有4個(gè)雙向的8位I/O口的P0P3口為三態(tài)雙向口 P0，P2，P3口為準(zhǔn)雙向口（用作輸入時(shí)，口線被拉成

20、高電平，所以稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口）。P0口是三態(tài)雙向口，通稱(chēng)數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)操作。P0口還可以用來(lái)輸出外部存儲(chǔ)器的第8位地址。由于是分時(shí)輸出，故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號(hào)用ALE。P0口是專(zhuān)門(mén)供用戶(hù)使用的I/O口，用戶(hù)可以利用它作為I/O口線使用。P0口是準(zhǔn)雙向口。每一位均由鎖存器（SFR）、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器組成。它們的上拉電阻實(shí)際上不是線性電阻，而是由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，每位鎖存器均由D觸發(fā)器組成。每個(gè)I/O口都有兩種讀入方法：讀鎖存器和讀引腳。每種讀入方法都有相應(yīng)的指令。讀引腳指令一般都是以I/O端口為原操作數(shù)的指令。執(zhí)行讀引腳指令時(shí)，要打

21、開(kāi)三態(tài)門(mén)輸入口狀態(tài)。單片機(jī)I/O接口如圖2-1。 圖2-1 單片機(jī)I/O接口（4） 時(shí)鐘電路單片機(jī)時(shí)鐘電路是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，配合外部晶體實(shí)現(xiàn)振蕩的電路。如果運(yùn)行時(shí)鐘為0的話，單片機(jī)就不工作，當(dāng)然超出單片機(jī)的工作頻率的時(shí)鐘也會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)不工作。時(shí)鐘電路原理圖如圖2-2。圖2-2 單片機(jī)時(shí)鐘電路（5） 中斷控制單片機(jī)中斷系統(tǒng)又叫作中斷管理系統(tǒng)，其功能是使處理機(jī)對(duì)外界異步事件具有處理能力。中斷是一個(gè)過(guò)程，當(dāng)中央處理器CPU在處理某件事情時(shí)，外部又發(fā)生了另一緊急事件，請(qǐng)求CPU暫停當(dāng)前的工作而去迅速處理該緊急事件。處理結(jié)束后，再回到原來(lái)被中斷的地方繼續(xù)原來(lái)的工作。引起中斷的原因或發(fā)出中

22、斷請(qǐng)求的來(lái)源稱(chēng)為中斷源。單片機(jī)一般允許有多個(gè)中斷源，包括兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行口中斷。其中外部中斷是由外部原因引起的，共兩個(gè)中斷源，即外部中斷0和外部中斷1。定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的，單片機(jī)芯片內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，以對(duì)其中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。串行口中斷是為串行數(shù)據(jù)的傳送的數(shù)據(jù)而設(shè)置的，每當(dāng)串行口接收或發(fā)送完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。CPU通過(guò)引腳RXD(P3.0)和TXD（P3.1）接收中斷需求或傳送中斷需求。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷時(shí)，CPU一般先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別高的中斷源。優(yōu)先級(jí)根據(jù)中斷源的輕重緩急排隊(duì)，優(yōu)先處理

23、最緊急事件的中斷請(qǐng)求。每一個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)別， CPU總是響應(yīng)級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。2.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由電源模塊、時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊組成，其基本原理圖如圖2-3。圖2-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2 步進(jìn)電機(jī)2.2.1 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行器件。脈沖數(shù)和脈沖信號(hào)頻率決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止的位置。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器接收到了一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為步進(jìn)角。用戶(hù)可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)還可以通過(guò)控制脈沖頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目

24、的。2.2.2 步進(jìn)電機(jī)分類(lèi) 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)分為三類(lèi)：永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般分為兩廂，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般分為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)較大；混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為1.8度，五相步進(jìn)角一般為0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)因性能優(yōu)異應(yīng)用比較廣泛。2.2.3步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)有三線式、五線式和六線式，但其控制方式均相同，都要以脈沖信號(hào)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)。假設(shè)每轉(zhuǎn)一圈需要48個(gè)脈沖信號(hào)來(lái)勵(lì)磁，可以計(jì)算出每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)能使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)

25、7.5度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖的個(gè)數(shù)成正比。步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)由勵(lì)磁脈沖產(chǎn)生的順序來(lái)控制。六線式四相步進(jìn)電機(jī)是比較常見(jiàn)的，它的控制等效電路如圖2-4，實(shí)物外形如圖2-5。圖2-4 步進(jìn)電機(jī)等效電路圖 圖2-5 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖從圖可以看出，六線式四相步進(jìn)電機(jī)有兩組線圈（每組線圈各有兩相）和4條勵(lì)磁信號(hào)引線A、B、。2組線圈中間有一個(gè)端點(diǎn)引出作為公共端，這樣一共有6根引出線。要使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，只要輪流給個(gè)引出端通電即可。由圖2-4知，只要AC、C、BC、C四相輪流通電就能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。通電的方式有多種，若將公共端C接正電源，那么只需要開(kāi)關(guān)元件（三極管、驅(qū)動(dòng)器）將A、B、輪流接地即可。由于每出現(xiàn)一個(gè)

26、脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就能走一步。因此只要依序不斷的送出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2.4 本文選擇的步進(jìn)電機(jī)根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)共需要六個(gè)步進(jìn)電機(jī)。本文選擇六線四相步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)使用的步進(jìn)角為 7.5度 。一圈 360 度,需要48個(gè)脈沖完成。其與單片機(jī)接線圖如圖2-6。圖2-6 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)接線圖第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 接近開(kāi)關(guān)3.1.1 接近開(kāi)關(guān)概述接近開(kāi)關(guān)稱(chēng)為無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。是一種非接觸型的檢測(cè)裝置，可以完成行程和限位控制。特點(diǎn)是工作可靠、功耗低、復(fù)定位精度高、壽命長(zhǎng)、操作頻率高等。是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制并與輸出環(huán)節(jié)全盤(pán)無(wú)觸點(diǎn)化的新型開(kāi)關(guān)元件。

27、當(dāng)開(kāi)關(guān)接近某一物體時(shí)，即發(fā)出控制信號(hào)。 3.1.2 接近開(kāi)關(guān)的分類(lèi)與選擇接近開(kāi)關(guān)主要分為：無(wú)源接近開(kāi)關(guān)、渦流式接近開(kāi)關(guān)、電容式接近開(kāi)關(guān)、霍爾接近開(kāi)關(guān)、熱釋電式接近開(kāi)關(guān)、光電式接近開(kāi)關(guān)等七類(lèi)。根據(jù)實(shí)際情況及控制需求，本文選取光電式接近開(kāi)關(guān)作為該自動(dòng)郵件分揀控制系統(tǒng)的接近開(kāi)關(guān)。3.1.3 光電式接近開(kāi)關(guān)概述光電式接近開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)稱(chēng)光電開(kāi)關(guān)，主要利用光電效應(yīng)原理做成。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測(cè)頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測(cè)物體）接近時(shí)，光電器件接收到反射光后便在信號(hào)輸出，由此便可“感知”有物體接近。其主要特點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、高精度、高分辨率、抗干擾能力強(qiáng)（不受電磁輻射影響，本身也不輻射

28、電磁波）、可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量等特點(diǎn)；可以直接檢測(cè)光信號(hào)、溫度、壓力、位移、速度、加速度等。發(fā)展速度快、應(yīng)用范圍廣。3.1.4 基本原理被測(cè)量使光源的光通量變化光電元件接收到光通量變化輸出量也做相應(yīng)的變化3.1.5 主要分類(lèi)主要分為吸收式、遮光式、反射式和輻射式四類(lèi)。 吸收式： 光源 被測(cè)物 光電元件 說(shuō)明：被吸收的光通量與被測(cè)物體的透明度有關(guān) 遮光式： 光源 被測(cè)物 光電元件 說(shuō)明:光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)被測(cè)物體時(shí)被遮擋部分，使得光電元件上 的光通量減弱，減弱的程度與被測(cè)物體在光學(xué)通路的位置有關(guān)。 反射式： 光源 被測(cè)物 光電元件 說(shuō)明：自帶一個(gè)光源和一個(gè)光接收裝置，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)待測(cè)物體的反射被

29、光敏元件接收，再經(jīng)過(guò)相關(guān)電路的處理得到所需要的信息?？梢杂脕?lái)檢測(cè)地面明暗和顏色的變化，也可以探測(cè)有無(wú)接近的物體。反射光通量取決于反向表面的性質(zhì)、狀態(tài)和光源之間的距離。 輻射式： 被測(cè)物 光電元件 說(shuō)明: 被測(cè)物體本身就是輻射源，所發(fā)出的光直接照在光電元件上（或經(jīng)過(guò)一定的光通路照在光電元件上），使光電元件產(chǎn)生相應(yīng)的變化，其輻射強(qiáng)度與溫度有關(guān)。3.2 74LS138譯碼器3.2.1 74LS138譯碼器概述譯碼器是組合邏輯電路的一個(gè)重要的器件，是一種具有“翻譯”功能的邏輯電路，這種電路能將輸入二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。譯碼器設(shè)有一個(gè)和多個(gè)使能控制輸入端，又成為片選端，用

30、來(lái)控制允許譯碼或禁止譯碼。74LS138是一種3線8線譯碼器 ，三個(gè)輸入端A0、A1、A2共有8種狀態(tài)組合，可譯出8個(gè)輸出信號(hào)Y0Y7。其實(shí)物圖如圖3-1，電路圖如圖3-2。 圖3-1 74LS138譯碼器實(shí)物圖 圖3-2 74LS138譯碼器電路圖3.2.2本文應(yīng)用本文主要利用74LS138譯碼器來(lái)控制六個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的片選信號(hào)，對(duì)芯片進(jìn)行分時(shí)的讀寫(xiě)操作，從而控制對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。其具體應(yīng)用原理圖如圖3-3。 圖3-3 74LS138應(yīng)用原理圖3.3 ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片3.3.1 ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片概述ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列芯片，吸收電流可達(dá)500mA，

31、輸出耐壓為50V左右，因此具有很強(qiáng)的低電平驅(qū)動(dòng)能力，可用于步進(jìn)電機(jī)的相組燒組驅(qū)動(dòng)。其實(shí)質(zhì)是一個(gè)非門(mén)電路，包含7個(gè)單元，即當(dāng)輸入端為高電平時(shí)ULN2003A輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時(shí)ULN2003A輸出端為高電平。具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類(lèi)要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。其實(shí)物圖如圖3-4，電路圖如圖3-5。圖3-4 ULN2003A實(shí)物圖 圖3-5 ULN2003A電路圖3.3.2 本文應(yīng)用本系統(tǒng)要求效應(yīng)速度快、帶負(fù)載能力強(qiáng)、耐壓等特點(diǎn)，所以選擇ULN2003A大功率驅(qū)動(dòng)芯片作為本系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。其應(yīng)用原理圖如圖3-6。圖3-6 U

32、LN2003A應(yīng)用原理圖3.4 撥碼開(kāi)關(guān)3.4.1 撥碼開(kāi)關(guān)概述撥碼開(kāi)關(guān)(也叫DIP開(kāi)關(guān)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān),超頻開(kāi)關(guān)，地址開(kāi)關(guān)，撥拉開(kāi)關(guān)，數(shù)碼開(kāi)關(guān)，指撥開(kāi)關(guān))是一款用來(lái)操作控制的地址開(kāi)關(guān)，采用的是0/1的二進(jìn)制編碼原理。通俗的說(shuō)也就是一款能用手撥動(dòng)的微型的開(kāi)關(guān)，通常叫指撥開(kāi)關(guān)。撥碼開(kāi)關(guān)作為需要手動(dòng)操作的一種微型開(kāi)關(guān)，在通訊，安防等諸多設(shè)備產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用。大部分撥碼開(kāi)關(guān)采用直插式（DIP），廣泛使用于數(shù)據(jù)處理、通信、遙控和防盜自動(dòng)警鈴系統(tǒng)、風(fēng)淋室等需要手動(dòng)程式編制的產(chǎn)品上?？煞譃榘腴g距型、DIP平型、DIP滑動(dòng)型、DIP琴鍵型、DIP超薄滑動(dòng)型、DIP琴鍵凸型。根據(jù)實(shí)際需要本文選擇的是DIP平型撥碼開(kāi)關(guān)

33、，用于模擬郵件郵政編碼。其采用頂撥直插式、屬兩態(tài)，觸點(diǎn)及端點(diǎn)均鍍金可靠性高。其實(shí)物圖如圖3-7，電路圖如圖3-8。圖3-7 撥碼器實(shí)物圖 圖3-8 撥碼器電路圖3.4.2 本文應(yīng)用 本文主要利用撥碼器來(lái)模擬通過(guò)條碼掃描的郵件的郵碼信息，其與單片機(jī)接線圖如圖3-9。 圖3-9 撥碼器與單片機(jī)接線圖3.5 LED數(shù)碼管3.5.1 LED數(shù)碼管概述LED數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起的組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部鏈接完成，只需引出它的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為七段，根據(jù)LED接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)。本文使用LED數(shù)碼管主要是用于對(duì)撥碼開(kāi)關(guān)的撥碼信息進(jìn)行顯示。例如撥碼

34、開(kāi)關(guān)的撥碼值為“2”，則LED數(shù)碼管就顯示“2”。其實(shí)物圖如圖3-10，電路圖如圖3-11。 圖3-10 數(shù)碼管實(shí)物圖 圖3-11 數(shù)碼管電路圖3.5.2本文應(yīng)用 本文主要利用數(shù)碼管顯示撥碼器撥入的郵碼值，如當(dāng)撥碼器撥入2，則數(shù)碼管就顯示2，代表的郵件為上海的郵件。其與單片機(jī)的接線圖如圖3-12。圖3-12 數(shù)碼管與單片機(jī)接線圖3.6 蜂鳴器3.6.1 蜂鳴器概述蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，主要分為壓電磁式蜂鳴器和電式蜂鳴器兩種類(lèi)型。其在計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子玩具、報(bào)警器、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。蜂鳴器其實(shí)物圖如圖3-13，電路圖如圖3-14。圖3-13 蜂

35、鳴器實(shí)物圖 圖3-14 蜂鳴器電路圖3.6.2本文應(yīng)用本系統(tǒng)主要用蜂鳴器來(lái)完成系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警。其原理圖如圖3-15。圖3-15 蜂鳴器原理圖第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)過(guò)程 該分揀系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)是基于硬件電路來(lái)設(shè)計(jì)的，軟件的設(shè)計(jì)分為主程序設(shè)計(jì)和子程序設(shè)計(jì)。其中子程序設(shè)計(jì)包括了步進(jìn)電機(jī)單元、數(shù)碼管顯示單元、蜂鳴器出錯(cuò)報(bào)警單元，并通過(guò)分布實(shí)現(xiàn)功能的方法來(lái)設(shè)計(jì)軟件。本軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用C語(yǔ)言，在電腦上編譯后下載到單片機(jī)中，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀過(guò)程。各分揀口接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，判斷郵碼信息是否一致啟動(dòng)相應(yīng)電機(jī)，推動(dòng)推桿開(kāi)始分揀入 箱繼續(xù)等待，直至S6響應(yīng)指示紅燈L2亮，蜂鳴器報(bào)警出錯(cuò)，郵件進(jìn)入出錯(cuò)回收箱S6響應(yīng)

36、郵件進(jìn)，撥碼器撥入模擬郵碼值一 致啟動(dòng)，指示綠燈L1亮，電機(jī)M6動(dòng)不一致重 啟4.2 軟件控制流程圖4.3 軟件程序設(shè)計(jì)本次軟件設(shè)計(jì)的I/O分配如下：對(duì)于步進(jìn)電機(jī)：四相分別接到單片機(jī)P1.0,P1.1,P1.2,P1.3口對(duì)于數(shù)碼管：本文主要利用數(shù)碼管顯示撥碼器的撥碼值，數(shù)碼管連接到單片機(jī)P0口。對(duì)于蜂鳴器報(bào)警模塊：本文主要利用蜂鳴器對(duì)出錯(cuò)郵件報(bào)警提示，蜂鳴器報(bào)警時(shí)，指示綠燈L1熄滅，出錯(cuò)指示紅燈L2亮。蜂鳴器接到單片機(jī)P1.7口，指示綠燈接到單片機(jī)P2.7，指示紅燈接到單片機(jī)P2.6。#include<reg51.h> / 1個(gè)撥碼器 、6個(gè)光電開(kāi)關(guān) 、6個(gè)步進(jìn)電機(jī) 、2個(gè)LED

37、燈 、1個(gè)數(shù)碼管 、1個(gè)蜂鳴器 #define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned int i,j; code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e; /共陽(yáng)數(shù)碼管字段sbit P00=P00; /數(shù)碼管輸入口sbit P01=P01; sbit P02=P02; sbit P03=P03; sbit P04=P04; sbit P05=P05; sbit P06=P06; sbit P07=P

38、07; sbit P10=P10; /步進(jìn)電機(jī)口sbit P11=P11; sbit P12=P12; sbit P13=P13; sbit P14=P14; sbit P15=P15; sbit P16=P16; sbit P17=P17; /蜂鳴器口sbit P20=P20; /撥碼器口sbit P21=P21; sbit P22=P22; sbit P23=P23; sbit P24=P24; sbit P26=P26; /LED燈口sbit P27=P27; sbit P32=P32; /外部中斷0和1sbit P33=P33; void delay(int t) /延時(shí)程序子函數(shù)1m

39、s int i,j; for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<112;j+);void main() EA=1; /開(kāi)中斷EX0=1;IT0=1; while(1) P16=1;P15=0;P14=1; /選中電機(jī)6 P10=0;P11=1;P12=1;P13=0; /電機(jī)正轉(zhuǎn) P27=0; /綠燈L1亮 if(P24=0) /1號(hào)郵件 P0=tab1; /數(shù)碼管顯示1 if(S1=0) /光電開(kāi)關(guān)1 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=0;P14=0; /選中電機(jī)1 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P23=0) /2

40、號(hào)郵件 P0=tab2; /數(shù)碼管顯示2 if(S2=0) /光電開(kāi)關(guān)2 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=0;P14=1; /選中電機(jī)2 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P22=0) /3號(hào)郵件 P0=tab3; /數(shù)碼管顯示3 if(S3=0) /光電開(kāi)關(guān)3 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=1;P14=0; /選中電機(jī)3 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P21=0) /4號(hào)郵件 P0=tab4; /數(shù)碼管顯示4 if(S4=0) /光電開(kāi)關(guān)4 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=1;P14=1; /選中電機(jī)4 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P20=0) /5號(hào)郵件 P0=tab5; /數(shù)碼管顯示5 if(S5=0) /光電開(kāi)關(guān)5 P10=1;P11=1;P12=1;P13=