毕业设计任务书
题目：单片机应用系统设计
——上料小车自动往返定位加料
要求:1. 小车结构及工作示意图如图1所示:
小车左右行驶及车门开关操作均由三相交流异步电动机驱动，功率为
3KW.电动机的主控制电器为接触器，
其接触器的电磁线圈驱动电压：交流220V，电流0.5A
加料呼叫由按钮发出,加料定位由行程开关检测。
2．工作要求：（1）按下停止按钮后小车行驶到LS1原位停止.
（2）当呼叫的按钮PB按下时，小车运行至呼叫的PB位置后
停止，打开车门，下料10S后关车门,然后返回到LS1原
位停止,并关门上料8S.
3．系统操作可实现单步，自动行驶功能。
4．设计单片机的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。
5．设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写其中的某一段程序。
6．设计操作台面板布置示意图。
7．编写设计说明书和使用说明书。
8．在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。
进程安排: (共周)
摘要
本设计采用的控制系统采用AT89C51单片机，实现上料小车在轨道上的自动往返和上料和下料等过程。用P1.7和P1.6分别控制电机的驱动电压；利用P3.6 、P3.7的电位高低来控制电路，从而实现小汽车驱动电机的正反转功能；利采用外部中断0和外部中断1来实现小车的里程和跑道标志检测。
关键词：自动送料机控制系统；单片机AT89C51 ；硬件设计；软件设计。
目录
摘要 (2)
Abstract ........................................................................................................... 错误！未定义书签。第一章绪论.. (3)
1.1 设计背景和研究意义 (3)
1.2 自动送料机控制系统的工作原理及技术要求 (4)
第二章系统总体设计 (4)
2.1 单片机的选择 (4)
2.2 物位传感器的选择 (5)
2.2.1 电容式物位传感器 (5)
2.2.2 阻力式料位传感器 (6)
2.3 存储器扩展电路的选择 (7)
2.3.1 24C01扩展： (7)
2.3.2 2864A芯片扩展： (7)
2.4 LED显示电路选择 (9)
2.4.1 LED静态显示方式 (9)
2.4.2 LED动态显示方式 (9)
2.5 键盘输入电路 (10)
2.5.1 矩阵式键盘接口： (10)
2.5.2 独立式按键接口： (10)
2.6 小结 (11)
第3章自动送料小车主电路设计 (11)
3.1 系统结构原理图 (11)
3.2 主机电路核心器件介绍 (12)
3.2.1 AT89C51主要性能参数 (12)
3.2.2 AT89C51 功能特性概述 (12)
3.2.3 AT89C51 引脚功能说明 (12)
3.2．4 时钟振荡器 (15)
2.2.5编程方法 (16)
3.2.6 AT89C51的极限参数： (16)
3.3 显示电路 (16)
3.3.1 74LS377芯片介绍 (18)
3.3.2 MC14511B芯片介绍 (19)
3.3.3LED接口电路 (19)
3.4 继电器控制电路 (20)
3.5 键盘及显示电路 (21)
3.5.1 键盘接口 (21)
3.5.2 8255A芯片介绍 (22)
3.5.3 8255A引脚功能 (23)
3.6 外部存储器扩展电路 (25)
3.7 料位开关 (28)
3.8 小结 (30)
第4章系统软件设计 (30)
4.1 系统的抗干扰及可靠性 (30)
4.2 软件设计 (31)
4.2.1 主程序 (31)
4.2.2中断处理 (32)
4.2.3编程扫描 (34)
4.3 小结 (34)
结论 (34)
致谢........................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (35)
程序清单 (36)
第一章绪论
1.1 设计背景和研究意义
制造业是现代文明的支柱之一，其既占有基础地位，有处于前沿关键；它是工业发展光的主体又是国民经济持续发展的基础。而在我国的乡镇企业、私营企业，由于受资金管理等方面的限制，一般送料绝大多数是采用人工手动送料，且缺乏保护装置，这造成“效率低，劳动强度大，事故发生率大”等特点。
随着信息科技迅猛、市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，尤其是随着高新科技日新月异，产品的类型、工艺外形越来越复杂，精度要求越来越高，再加上企业经营与发展必会面对劳工的短缺、人工成本上要省力化、合理化与自动化的发展趋向！传统的手工送料已经不能满足要求，这时自动送料机就应运而生。在今天现代科学技术的许多领域中，什么是送料机呢？顾名思义，送料机就是专门用于粒料,粉料,片状料，带状等材料的自动化，数控化，精确化的输送机器，是无论是轻工行业还是重工业都不可缺少的设备。传统观念，送料机是借助于机器运动的作用力加力于材料，对材料进行运动运输的机器。近代的送料料机发生了一些变化，开始将高压空气、超声波等先进技术用于送料技术中。
近年来，由于单片机控制技术、检测技术及电力电子技术的发展，作为辅助装置的送料机构自动化水平也需越来越高。提高自动化的水平不仅可以提高效率、产品的质量同时也能保证工人的人身安全。而单片机就是实现自动控制重要的一环，它是单片微型计算机的简称；是把微型计算机的各个功能部件（中央处理CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器、计算器以及串行通信接口）集成在一块芯片上，构成一个完整的计算机。单片机具有集成度高，体积小，成本低，控制能力强等诸多优点，
综上所述，在本着节约资金、降低成本，提高生产效率，保障人身安全的科学人性化管理的方针下对送料机构进行自动化设计。此设计中自动加料机控制系统就是采用以单片机为核心的自动控制技术来实现功能的，这样就可以在不购买新设备的基础上对旧设备进行自动化改良，这不仅大大提高了工作的效率，使整个过程又快又稳又节约资金。
1.2 自动送料机控制系统的工作原理及技术要求
本设计的由单片机控制的自动加料系统是根据加料工艺要求，（1）按下停止按钮后小车行驶到LS1原位停止.（2）当呼叫的按钮PB按下时，小车运行至呼叫的PB位置后停止，打开车门，下料10S后关车门,然后返回到LS1原位停止,并关门上料8S.以此来完成整个过程。通过单片机控制继电器，继电器控制交流接触器，又由接触器控制电机等执行机构的运动。控制系统的控制器由单片机89C51和扩展电路组成，单片机控制继电器，继电器控制交流接触器，又由接触器控制电机等执行机构的运动。
第二章系统总体设计
2.1 单片机的选择
20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：
美国Intel公司：MCS—51系列及其增强型系列
美国Motorola公司：6801系列和6805系列
美国Atmel公司：89C51等单片机
美国Fairchild公司：F8系列和3870系列
美国Rockwell公司：6500/1系列
NS（美国国家半导体）公司：NS8070系列等等。
尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是Intel公司的MCS—51系列单片机和美国Atmel公司的89C51单片机。CS—51系列单片机包括三个基本型8031、8051、8751。8031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用；
8051是在8031的基础上，片内集成有4K ROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序
已定，且批量大的单片机产品中。也不予采用；
8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB的小系统。用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。但其价格相对8031较贵。8031外扩一片4KB EPROM的就相当与8751，它的最大优点是价格低。随着大规模集成电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。也不予采用；
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。此设计就采用AT89C51。
2.2 物位传感器的选择
物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、气体之间的分界面位置，也可以是互不相溶的两种液体间由于密度不等而形成的界面位置。根据具体用途分为液位、料位、界位传感器或变送器。物位不仅是物料耗量或产量、计量的参数，也是保证连续生产和设备安全的重要参数。特别是在现代工业中，生产规模大，速度高，且常有高温、高压、强腐蚀性或易燃易爆物料，对于物位的监视和自动控制更是至关重要。
物位测量可用于计算物料储量。对于粉粒体，必须考虑到颗粒间有空隙，应区分密度和容重。密度是指不含空隙的物料每单位体积的质量，即通常的质量密度，如果乘以重力加速度g，就成为重力密度r，简称为重度。容重是包含空隙
在内的每单位体积的重量 v，也就是视在重度或宏观重度，它总要比颗粒物质
本身的重度小，其差额决定于空隙率。而空隙率又取决与许多因素。例如颗粒形状、尺寸的一致程度、是否受外力压实、是否经受过振动、有无黏结性等，所以粉粒体物料的体积储量和质量储量之间不易精确换算，这是需要注意的 [1]。
2.2.1 电容式物位传感器
利用物料介电常数恒定时极间电容正比与物位的原理，可构成电容式物位传感器。
根据电机的结构可将容式物位传感器分为三种：（1）适用于导电容器中的绝缘性物料，且容器为立式圆筒形，器壁为一极，沿轴线插入金属棒为另一极，其间构成的电容C与物位成比例。也可悬挂带重锤的软导线作为电机。（2）适用于非金属容器，或虽为金属容器但非立式圆筒形，物料为绝缘性的。这时在棒状电极周围用绝缘支架套装金属筒，筒上下开口，或整体上均匀分布多个孔，使内外物位相同。中央圆棒和与之同轴的套筒构成两个电极，其间电容和容器形状无关，只取决于物位。所以这种电极只用于液位，粉粒体容易滞留在极间。（3）用于导电性物料，起外形和（1）一样，但中央圆棒电极上包有绝缘材料，电容是由绝缘材料的介电常数和物位决定的，与物料的介电常数无关，导电物料使筒壁
与中央电极间的距离缩短为绝缘层的厚度，物位升降相当于电极面积改变。
电容式物位传感器无可动部件，与物料密度无关，但应注意物料中含水分时将对测量结果影响很大，并且要求物料的介电常数与空气介电常数差别大，需用高频电路。所以不予采用。
2.2.2 阻力式料位传感器
阻力式料位传感器是指物料对机械运动所呈现的阻挡力。粉末颗粒状物料比液态物质流动性差，对运动物体有明显的阻力，利用这一特点可构成各种料位传感器：
（1）重锤探索法：在容器顶部安装由脉冲分配器控制的步进电机，此电机正转时缓缓释放悬有重锤的钢索。重锤下降到与料面接触后，钢索受到的合力突然减小，促使力传感器发出脉冲。此脉冲改变门电路的状态，使步进电机改变转向重锤提升，同时开始脉冲计数。待重锤升至顶部触及行程开关，步进电机停止转动，同时计数器也停止计数并显示料位（料位值即容器全高减去重锤行程之差）。显示值一直保持到下次探索后刷新为另一值。开始探索的触发信号可由定时电路周期性地供给，也可以人为地启动。不进行探索时，重锤保持在容器顶部，以免物料将重锤淹埋。万一重锤被物位埋没，排放物料时产生的强大拉力就可能拉断钢索报警措施及出料过滤栅。
但这种方法运用了逻辑电路和数字技术，可连续测量料位值并输出数字量，是数字传感器，但其采样是周期性的，对时间而言不连续，此设计不予采用；
（2）旋桨或推板法：这是一种位式传感器，或称料位开关。在容器壁的某一高度处装小功率电动机，其轴伸入容器内，末端带有桨状叶片。叶片不接触物料时，自由旋转的空载状态下电动机的电流很小，一旦料位上升到与叶片接触，转动阻力增加，甚至成堵转状态，电流显著加大。根据电流的大小使继电器的接点动作，发出料位报警或位式控制信号。如电机轴经过曲柄连杆机构变为往复运动，则可带动活塞或平板在容器中做推拉动作，即成推板法。旋桨法或推板法不一定都是靠电机电流的大小时继电器接点动作，也可以利用离合器或连杆上的传动机构，在叶片或推板负载增大时改变电接点的通断状态。所用电动机应能在长时间堵转状态下，或离合器打滑状态下，不致过热而损坏。
这类原理构成的料位开关，只能安装在容器壁上，安装高度取决于动作所对应的料位值。应用不那么广泛，所以此设计也不予采用。
（3）音叉法：根据物料对振动中的音叉有无阻力探知料位是否到达或超过某高度，并发出通断信号，这种原理不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。音叉由弹性良好的金属制成，本身具有确定的固有频率，如外加交变力的频率与其固有频率一致，则叉体处于共振状态。由于周围空气对振动的阻尼微弱，金属内部的能量损耗又很少，所以只需微小的驱动功率就能维持较强的振动。当粉粒体物料触及叉体之后，能量消耗在物料颗粒间的摩擦上，迫使振幅急剧衰减，音叉停振。
为了给音叉提供交变的驱动力，利用放大电路对压电元件施加交变电场，靠逆压电效应产生机械力作用在叉体上。用另外一组压电元件的正压电效应检测振动，它把振动力变为微弱的交变电信号。再由电子放大器和移相电路，把检振元件的信号放大。经过移相，施加到驱动元件上去，构成闭环振荡器。在这个闭环中，既有机械能也有电能，叉体是其中的一个环节，倘若受到物料阻尼难以振动，
正反馈的幅值和相位都将明显的改变，破坏了振荡条件，就会停振。只要在放大电路的输出端接以适当的器件，不难得到开关信号。
为了保护压电元件免受物料损坏和粉尘污染，将驱动和检振元件装在叉体内部，经过金属膜片传递振动。如果在容器的上下方都装叉体，可以实现自动进料或自动出料的逻辑控制，或者把料位越限信号远传到控制室。在控制室里的控制电路判断料位是否越限，并按要求使被控的进出料设备启停。并且叉体的制造和装配良好时，音叉也可用于液体测量和控制。在测量时不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。综上所述，此设计选择音叉法阻力式料位传感器。
2.3 存储器扩展电路的选择2.
3.1 24C01扩展：
串行总线上的各单片机或集成电路模块，通过一条数据线(SDA)和一条时钟线(SCL)，按照通信规则进行寻址和信息传输。每个集成电路模块都有唯—伪地址，既可以是主控机(能控制总线，并能完成一次传输过程的初始化和产生时钟信号及传输终止信号的器件)或被控机(被主控器寻址的器件)，可以是发送器(在总线1：发送信息的器件)或接收器(从总线上接收信息的器件) I2C总线上的器件，根据它的不同工作状态，可分为主控发送器、主控接收器、被控发送器、被控接收器。当多个主控器同时企图控制总线而不丢失信息，这叫多主竞争。这时就要进行仲裁，仲裁就是针对这种情况进行裁决的过程。只允许其中一个主控器继续占用总线，其它退出封藏器状态。仲裁过程中还要保证总线的信息不丢失。多主竞争时必须对所有参与竞争的主控器的时钟信号进行同步处理。信息传输时，SCL为高电平期间，SDA上的信息必须保持稳定不变，只有SCL为低电平期间，SDA上的信息才允许变化。同时SDA上信息每一位部和SCL的时钟脉冲相对应。SCL没有时钟信号，SDA信息将停止传输处于等待状态。这因为线“与”逻辑，使SCL在低电平时钳住总线。实现线“与”逻辑功能各I2C总线接口的输出端必须是漏极开路或集电极开路结构。SCL保持高电平期间，SDA由高电平向低电平变化这种状态定义为起始信号。SCL保持高电平期间，SDA由低电平向高电平变化，这种状态定义为终止信号。SDA传输的每个字节必须8位(最高有效位首先传送)，每个传送字节必须跟随一位应答位。与应答信号相应的时钟信号由主控器产生，发送器在这个时钟信号释放SDA，使它处于高电平状态，以便接收由接收器在这位发出的应答信号。这时接收器还必须SCL在这位高电平期间，在SDA上输出一个恒定低电平信气以完成应答信号的输出。整个传输过程中，传输的字节数目是没有限制的。数据传输一段时间后，接收器无法继续接收更多的数据，主控器同样可以终止数据的传送[2]。
24C01是一种128字节串行CMOS EEPROM,它具有如下特点：1、存储容量为128字节。2、串行接口可使用普通两根I/O接口。3、具有页写模式：每页4字节。4、同步周期小于10ms 。它只使用一条数据线和一条时钟线，采用ATMEL 公司的24C01串口存储器，应用简单方便，但是其编程较为复杂。
2.3.2 2864A芯片扩展：
2864A是一种并行EEPROM，它的特点同上，但每页有16字节，2864A与
8051单片机的接口电路如下图所示,2864A的片选端CE与高地址线P2.7连接，
P2．7=0才能选中2864A，这种线选法决定了2864A对应多组地址空间，即0000H~1FFFH,2000H~3FFFH,4000H~5FFFH,6000H~7FFFH,这8K字节存储器可作为数据存储器使用,且掉电后数据不丢失。
图 2.1 2864扩展电路
2864A的四种工作方式：
（1）维持方式：当CE为高电平时，2864A进入低功耗维持状态。此时，输出线呈高阻状态，芯片的电流从140mA下降至维持电流60mA。
（2）读方式：当CE和OE均为低电平而不为高电平时，内部的数据缓冲器
被打开，数据送上总线，此时，可进行读操作。
（3）写方式：2864A提供了两种数据写入方式：页写入和字节写入。
页写入：为了提高写入速度，2864A片内设置了16字节的“页缓冲器”，并将整个存储器阵列划分成512页，每页16个字节。页的区分可由地址的高9位（A4~A12）来确定，地址线的低四位(A0~A3)用以选择页缓冲器中的16个地址单元之一。对2864A的写操作可分为两步来实现：第一步，在软件控制下把数据写入页缓冲器，这部称为页装载，与一般的静态RAM写操作是一样的。第二步，在最后一个字节（即第16个字节）写入到页缓冲器后20ns自动开始，把页缓冲器的内容写到EEPROM阵列中对应的地址单元中，这一步成为页存储。
写方式时，CE为低电平，在WE下降沿，地址码A0-A12被片内锁存器锁
存，在上升沿时数据被锁存片内还有一个字节装载限时定时器，只要时间未到，数据可以随机地写入页缓冲器。在连续向页缓冲器写入数据的过程中，不用担心
限时定时器会溢出，因为每当WE下降沿时，限时定时器自动被复位并重新启动计时。限时定时器要求写入一个字节数据的操作时间
T须满足；
B L W
3μS<
T<20μS，这样是正确完成对2864A页面写入操作的关键。当一页装载
BLW
完毕，不再有WE信号时，限时定时器将溢出，于是页存储操作随即自动开始。首先把选中页的内容擦除，然后写入的数据由页缓冲器传递到EEPROM阵列中。
字节写入：字节写入的过程与页写入的过程类似，不同之处在于仅写入一个字节，限时定时器就溢出。
（4）数据查询方式：数据查询是指用软件来检测写操作中的页存储周期是否完成。在页存储期间，如对2864A执行读操作，那么读出的是最后写入的字节，若芯片的转储工作未完成，则读出数据的最高位是原来写入字节最高位的反码。据此，CPU可判断芯片的编程是否结束。如果读出的数据与写入的数据相同，表示芯片已完成编程，CPU可继续向2864A装载下一页数据。并且编程起来比较简单，所以此设计采用此方案[3]。
2.4 LED显示电路选择
LED显示器是由N个LED显示块拼接成N位LED显示器。N个LED显示块有N跟位选线，根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不相同，段选线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块的公共端，它控制该LED显示位的亮、暗。LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。
2.4.1 LED静态显示方式
LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段选线（a~dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。所以称为静态显示。各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因此如此，静态显示器的亮度都较高。这种显示方式接口编程容易。付出的代价是占用口线较多，若用I/O接口，则要占用4个8位I/O口，若用锁存器接口，则要用4片74LS373芯片。如果显示器位数增多，则静态显示方式更是无法适应，因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。
2.4.2 LED动态显示方式
在多位LED显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8
位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，4位LED将显示相同的字符。若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字节的段码。在确定LED不同位显示的时间间隔，不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清。但也不能太长，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，如果此时间越长，占用CPU时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的CPU时间，因此动态显示实质是一牺牲CPU时间来换取元件的减少。
所以，由于本系统只涉及到2位显示输出，就采用了和2片8位移位寄存器串级使用的LED静态显示方式。
2.5 键盘输入电路
2.5.1 矩阵式键盘接口：
矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。一个3×3的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。同理，一个4×4的行列结构可以构成一个16键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由于此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平，列线电平如果为高电平，则行线电平为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响该键所在行列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来比做适当的处理，才能确定闭合键的位置。
2.5.2 独立式按键接口：
独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
由于此系统中共有启动两条生产线的“启动1”键和“启动2”键，分秒选择键，时间设置加，时间设置减，生产线状态的切换键，时间设置键，时间切换键。只有这8个键，比较简单。所以就采用独立式按键接口电路。
2.6 小结
本章主要讨论了单片机、传感器、存储器、LED显示电路、键盘输入电路这五个部分。重点论述各个部分里可选择方案在使用上的利弊端，最后介绍并论证了本设计在各个部分里所选的方案可行性。
第3章自动送料小车主电路设计
主电路采用AT89C51，由于AT89C51内含4KB容量，因此在设计中不需要外扩ROM。硬件电路主要有LED显示电路、键盘接收电路、继电器控制电路、EEPROM外部存储器扩展电路。
3.1 系统结构原理图
主电路采用AT89C51，由于AT89C51内含4KB容量。硬件电路主要有LED 显示电路、键盘接受电路、继电器控制电路、EEPROM外部存储器扩展电路。系统结构框图如下：
3.2 主机电路核心器件介绍
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
3.2.1 AT89C51主要性能参数
.与MCS-51产品指令系统完全兼容
.4K字节可重擦写Flash闪速存储器
.1000次擦写周期
.全静态操作：0Hz---24MHz
.三级加密程序存储器
.128×8字节内部RAM
.32个可编程I/O口线
.2个16位定时/计数器
.6个中断源
.可编程串行UART通道
.低功率空闲和掉电模式
3.2.2 AT89C51 功能特性概述
AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/0 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可将至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.2.3 AT89C51 引脚功能说明
图3.1 AT89C51的引脚图
.VCC：电源电压
.GND：接地
.P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
.P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I IL）。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
.P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I IL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVE @DPTR指令）时。P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区总R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。
.P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（I IL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是
它的第二功能，如下表所示：
表3.1 P3口的第二功能
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
.RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将单片机复位。
.ALE/PRO G：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允
许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器。ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。但要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash
存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对
特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，来禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活，此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
.PSEN：程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN 信号不出现。
.E A/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H--FFFFH），E A端必须保持低电平（接地）。需要注意的是：如果加密位
LB1被编程，复位时内部会锁存E A端状态。若E A EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部会锁存E A端状态。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编
程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用+12V编程电压VPP。
.XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
.XTAL2：振荡器3放大器的输出端。
3.2．4 时钟振荡器
AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该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或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路如图：
图3.2 内部振荡电路
图3.3 外部振荡电路
外接石英晶体（或陶瓷振荡器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，则推荐电容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷振荡器建议选择40pF±10 pF。
用户也可以采用外部时钟，采用时钟的电路如图。在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTA L2则悬空。
由于外部时钟信号是通过一个2分钟触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。
2.2.5编程方法
编程前，先设置好地址，数据及控制信号，编程单元的地址加在P1口和P2口的P2.0—P2.3(11位地址范围为0000H—0FFFH)，数据从P0口输入，引脚
P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的电平，PSEN为低电平EA/VPP引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，RST保持高电平，ALE/PROG引脚输入编程脉（负
脉冲）。编程时，可采用4—20MHz的时钟振荡器，AT89C51编程方法如下：
1.在地址线上加上要编程单元的地址信号。
2.在数据线上加上要写入的数据字节。
3.激活相应的控制信号。
4.在高电压编程方式时，将EA/VPP端加上+12V编程电压。
5.每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。
改变编程单元的地址和写入的数据，重复1—5步骤，直到全部文件编程结束。
每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms
3.2.6 AT89C51的极限参数：
极限参数：工作温度………………-55℃～ +125℃
储藏温度………………-65℃～ +150℃
任一引脚对地电压………-1.0V～ +7.0V
最高工作电压………………………6.6V
直流输出电流……………………15.0mA
3.3 显示电路
在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED 数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件，其中七只发光二极管分别对应a～g笔端构成“日”字形，另一只发光二极管Dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。如图所示：
图3.4 七段位LED
图3.5 八段位LED
LED数码管按电路中的连接方式可分为共阴型和共阳型两大类，共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，a～g、Dp各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制某几段笔端发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各段发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。
在自动加料机控制系统中运行是要显示输送、排料、满料、空料时间，有时间切换键和标志哪条生产线的发光二极管表示，显示的位数少，所以就采用静态显示的方式。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段选线（a~dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。所以称为静态显示。各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因此如此，静态显示器的亮度
都较高。这种显示方式接口编程容易。若用I/O接口，则要占用4个8位I/O口，若用锁存器接口，则要用4片74LS373芯片。如果显示器位数增多，则静态显示方式便无法适应。
在设计中，LED显示电路采用74L S377驱动器和MC14511B译码器控制LED 数码管。
3.3.1 74LS377芯片介绍
图3.6 74LS377的引脚图
.D
0～D
7
：8个信号输入端。
.Q
0～Q
7
：8个信号输出端。
.CLK：时钟信号输入端。
.E：锁存允许信号。当E=0时，CLK端的上跳变将把8位D输入端的数据打入8位锁存器。
表3.2 74LS377真值表
3.3.2 MC14511B芯片介绍
图3.7 MC14511B
.A～D：四个信号输入端。
.a～g：七个信号输出端。
.LT、BI：接地。
.LE：接电源。
3.3.3LED接口电路
LED显示电路采用74LS377驱动器和MC14511B译码器控制LED数码管。两个LED显示一条生产线一个工作过程的分、秒数。两片MC14511B把P0口
的高四位和低四位译码成十进制控制LED显示。电路图如下：
图3.8 LED接口电路图
3.4 继电器控制电路
在电气控制领域或产品中，凡是需要逻辑控制的场合，几乎都需要使用继电器，从家用电器到工农业应用，甚至国民经济各个部门，可谓无所不见。继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力（有触头式）或使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。根据转化的物理量的不同，可以构成各种各样的不同功能的继电器，以用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，从而控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。被转化或施加于继电器的电量或非电量称为继电器的激励量，当继电器被激励，从一个起始位置达到预定的工作位置，并完成电路的切换动作，称为继电器的工作特性，包括吸合。不吸合，保持与释放状态。当输入量变化到高于它的吸合值或低于它的释放值时，继电器动作，对于有触头式继电器其触头闭合或断开，对于无触头式继电器起输出发生阶跃变化，以此提供一定的逻辑变量。
本设计共需2个继电器控制交流接触器，一个接带动生产的电动机。另一个
一、控制要求 1．1 控制对象介绍 自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。 自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自动送料装车过程。如下图所示： 1．2 控制原理 自动送料装车系统是通过电机和限位开关来控制的。称重开关S2控制汽车开来或开走。三台电机控制三个传送带。进料开关K1控制控制进料与否。检测开关S1控制料斗中物料的空满。 另外，在S2处增设两个七段数码管，用来统计每日的装车数。装车数的统计采用脉冲计数的方法进行。脉冲计数方法是当装料车装满时S2断开后，开始定时放送脉冲；当S2闭合时停止发送脉冲。一个脉冲的宽度即为一辆汽车。用两个数码管计数，所计的数即为装车数。 当S2接通时，红灯L1亮，绿灯L2灭，传送电动机M3运行，传送电动机M2延迟M3电动机2S运行，送料电动机M1延迟M2电动机2S运行，料斗K2延迟M2电动机2S打开出料。当料满后（S2断开后），料斗K2关闭，电动机M1延时2S后关断，M2在M1停后2S后停止，M3在M2停止后2S后停止，L2灯亮，L1灯灭，此时汽车可以开走。 1．3 自动送料装车系统的启停过程示意图 该图中从上到下是启动顺序，从下到上是停止顺序。 1．4 控制要求 初始状态：红灯L1灭，绿灯L2亮，表示允许汽车开进装料，料斗K2，电动机M1，M2，M3皆为OFF。当汽车到来时（S2接通表示），L1亮，L2灭，M3运行，电动机M2在M3通2S后运行，M1在M2通2S后运行，K2在M1通2S后打开出料。当物料满后（用S2断开表示），料斗K2关闭，电动机M1延时2S后关断，
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 毕业设计（论文）
目录 第一章可编程控制器（PLC）概况 (1) 1.1 PLC的概述 (2) 1.2 PLC的基本结构 (2) 1.3 PLC的特点 (3) 1.4 PLC的应用领域 (3) 第二章运料小车的应用 (5) 2.1 送料小车中的作用与地位 (5) 2.2 运料小车原理图 (5) 第三章运料小车的程序设计 (7) 3.1 I/O地址分配表 (7) 3.2 PLC硬件电器连接图 (7) 3.3 运料小车控制系统流程图 (8) 3.4 控制程序梯形图 (8) 3.5 梯形图对应的指令语句 (11) 总结 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16)
第一章可编程控制器（PLC）概况 1.1 PLC的概述 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。 可编程程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要控制设备之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用，在其他领域的应用也得到了迅速的发展。 国际电工委员会(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义: PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM 和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。 1.2 PLC的基本结构 PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程设备组成（见图1-1）。大部分PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。 1)CPU模块 CPU模块主要由未处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采编输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。 2)I/O模块 输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
1概述1.1 PLC的基本概念 在PLC的发展过程中，美国电器制造商协会（NEMA）经过四年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程控制器（Programmable Controller）,英文缩写为PC，并且作如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的是的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它使用可编程序的存储器来存储指令，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，计数，计时和算术运算等操作的指令。并且通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。 1.2 PLC的发展 PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美，德，日等工业发达的国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格不断下降。 目前，世界上有200多个厂家，较有名的公司有美国：AB通用电气，莫迪康公司；日本：三菱，富士，欧姆龙，松下电工等：德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司；韩国：三星，LG公司等。 1.3 PLC的发展趋势 （一）大型化 为适应大规模控制系统的要求，大型PLC向着大存储容量，高速度，高性能，增加I|O点数的发展方向。主要表现在以下几个方面： 1.增强网络通信功能：； 2.发展智能模块； 3.外部故障诊断功能； 4.编程语言、编程工具标准化、高级化 5.实现软件、硬件标准化 6.编程组态软件发展迅速
自动送料装车控制系统设计 1．设计任务 （1）硬件设计自动送料装车系统控制电路 设计煤矿或沙场自动送料装车系统。完成工作流程图；主电路图；控制器接线图；元件选型；电机选择，有必要的设计计算。（给简易控制系统示意图。） （2）软件设计自动送料装车系统控制程序 控制要求：能够控制启动/停止；装车完毕闪烁提示，汽车开走，进行下一轮的装载工作等。 （3）机械设计自动送料输送带机械结构。 2．要求 （1）绘制硬件接线框图；控制流程框图及其它原理图。 （2）撰写设计说明书，并附程序清单及其功能注释。 （3）调试控制程序。 二、进度安排及完成时间 1．设计时间三周（从2012年12月3日至2012年12月21 日） 2．进度安排 第1周：布置设计任务；补充相关知识；查阅资料；撰写绪论，确定系统组成方案。 第2周：输送带传动装置结构设计；绘制装配图、零件图。 控制系统硬件设计，选择电气元件，设计系统框图、外部电路接线图。 第3周：编写主程序、功能子程序并调试。并记录存在的问题和解决问题的方法；整理设计资料；按格式模版撰写设计说明书；上交设计作业（打印稿及电子文档）；并参加答辩。注：程序设计2人；硬件电路设计2人；机械结构设计2～3人。
目录 第1章绪论 (1) 1.1自动送料装车控制的发展 (1) 1.2自动送料装车控制系统设计的目的和意义 (1) 第2章确定课题设计方案 (3) 2.1 初定动力部分 (3) 2.2 初定传动部分 (3) 2.3 初定执行机构 (3) 2.4 控制器选型 (4) 2.5 系统总体工作流程 (5) 第3章机械结构设计 (6) 3.1系统设计的原始参数 (6) 3.2初选输送带 (6) 3.2带速和滚筒转速计算 (7) 3.3牵引力和电动机功率计算 (7) 3.4电机的选型和传动比的确定 (7) 3.4.1电机的选型 (7) 3.4.2传动比的确定 (7) 3.5传动装置的布置方式 (8) 3.6 传动滚筒的作用及类型 (8) 第4章硬件部分设计 (10) 4.1 主电路的设计 (10) 4.2 PLC机型的选择 (11) 4.4开关的选择 (11) 4.5熔断器的选择 (11) 4.6 接触器的选择（KM） (12) 4.7 传感器的选择 (12) 4.7.1称重传感器的选择 (12) 4.7.2霍尔传感器的选择 (12) 4.8 继电器的选择 (13) 4.9 行程开关的选择 (13)
自动送料装车系统p l c 控制设计 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
一、控制要求 1．1 控制对象介绍 自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。 自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自动送料装车过程。如下图所示： 1．2 控制原理 自动送料装车系统是通过电机和限位开关来控制的。称重开关S2控制汽车开来或开走。三台电机控制三个传送带。进料开关K1控制控制进料与否。检测开关S1控制料斗中物料的空满。 另外，在S2处增设两个七段数码管，用来统计每日的装车数。装车数的统计采用脉冲计数的方法进行。脉冲计数方法是当装料车装满时S2断开后，开始定时放送脉冲；当S2闭合时停止发送脉冲。一个脉冲的宽度即为一辆汽车。用两个数码管计数，所计的数即为装车数。 当S2接通时，红灯L1亮，绿灯L2灭，传送电动机M3运行，传送电动机M2延迟M3电动机2S运行，送料电动机M1延迟M2电动机2S运行，料斗K2延迟M2电动机2S打开出料。当料满后（S2断开后），料斗K2关闭，电动机M1延时2S
后关断，M2在M1停后2S后停止，M3在M2停止后2S后停止，L2灯亮，L1灯灭，此时汽车可以开走。 1．3 自动送料装车系统的启停过程示意图 该图中从上到下是启动顺序，从下到上是停止顺序。 1．4 控制要求 初始状态：红灯L1灭，绿灯L2亮，表示允许汽车开进装料，料斗K2，电动机M1，M2，M3皆为OFF。当汽车到来时（S2接通表示），L1亮，L2灭，M3运行，电动机M2在M3通2S后运行，M1在M2通2S后运行，K2在M1通2S后打开出料。当物料满后（用S2断开表示），料斗K2关闭，电动机M1延时2S后关断，M2在M1停2S后停止，M3在M2停2S后停止，L2亮，L1灭，表示汽车可以开走。 设计要求：当料不满（S1为OFF，灯灭），料斗开关K2关闭（OFF），灯灭，不出料，进料开关K1打开（K1为ON）进料，否则不进料。当汽车到来时M3运行，电机M2在M3运行2S后运行，M1在M2运行2S后运行，K2在M1运行2S后打开出料，当料满后（用S2断开表示），电动机M1延迟2S后关断，M2在M1停2S 后停止，M3在M2停2S后停止，而且具有每日装车数的统计功能。 三.系统分配 I/O地址表 PLC外部接线图
基于光电传感器自动循迹 小车设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
摘要 制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。 由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。 软件是在CodeWarrior 的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。 整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。 关键词： MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车
ABSTRACT Making automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system. Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction. The software is under the CodeWarrior environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguish the specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel. The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times. Keywords： MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car
目录 引言 ........................................................... I 1设计任务与要求 (1) ２PLC控制系统的硬件设计 (2) 2.1PLC机型的选择 (2) 2.2PLC容量估算 (3) 2.3系统I/O地址的分配 (3) 2.4安全回路设计 (4) 2.5计算机和PLC的链接通信 (5) ３运料小车PLC控制的软件设计 (5) 3.1STEP7-M ICRO/WIN编程软件 (6) 3.2运料小车控制梯形图设计 (7) 3.3运料小车控制语句表设计 (9) 3.4运料小车PLC控制设计说明 (11) 4 PLC控制系统的抗干扰性设计 (11) 4.1抗电源干扰的措施 (12) 4.2控制系统的接地设计 (12) 4.3防I/O干扰的措施 (13) 5 PLC控制系统的调试 (13) 6小结 (14) 7参考文献 (14)
引言 运料小车自动控制 随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化，自动化。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到128I/O点。且能增加特殊功能模块或扩展板。ＰＬＣ在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。本文以ＰＬＣ控制技术为核心，采用SIEMENS公司的S7-200系列的PLC，论述了运料小车控制的软硬件设计方案及其控制原理，实现了运料小车自动控制。
1 设计任务与要求 （1）设计任务 某自动生产线上运料小车的运动如图1.1所示： 图1.1 运料小车示意图 运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小向左行。电动机正反转图如图1.2所示： 在生产线上有5个编号为l～5的站点供小车停靠，在每一个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有5个呼叫按钮开关(SB1～SB5）分别与5个停靠站点相对应。 图1.2 三相异步电动机正反转主电路图
电气自动化技术专业毕业设计 设计课题：基于PLC的运料小车控制系 统设计 学生姓名：陈博 学号： 022******* 指导老师：吴丽丽 专业：电气自动化技术 年级： 11级 2014年6月3日
摘要：随着科学技术的日新月异，对自动化程度要求越来越高，原有的生产线已不能满足要求。在工业生产中运料是一个非常重要的环节，但是其岗位对人体伤害较大或者是劳动负荷较大。所以运料小车在工业生产中发挥了重要作用，为企业节省了人力、物力等，节约了生产成本提高了经济效益。但是，相比传统接触器、继电器控制的运料小车电气控制线路比较复杂，不容易检修及维护。基于PLC的自动运料小车控制系统可以解决上述问题，因此对它的设计具有了现实可能性。 关键词：可编程控制器；三相异步电动机；运料小车
目录 引言 (1) 1运料小车需求分析 (2) 2运料小车控制系统的方案论证 (4) 2.1运料小车控制系统的控制内容与要求 (4) 2.1.1运料小车的运动流程 (4) 2.2方案论证 (4) 3运料小车控制系统的硬件配置 (5) 4运料小车控制系统的软件设计 (7) 4.1PLC I/O分配表 (8) 5程序的运行调试与仿真 (13) 6设计小结 (14) 6.1小车的优缺点分析 (14) 6.2设计的改进及推广 (14) 总结 (15) 致谢 (16) 参考文献 (17) 附录一 (18)
引言 可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），即PLC，现已广泛应用于工业控制的各个领域。 大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。 毫无疑问，PLC将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在20世纪80年代，美国的工业市场调查报告和1989年美国的一份分散控制系统（DCS）的调研报告中，都能看出PLC在工业控制中的重要作用。
目录 1. 前言 (2) 2. 课程设计题目 (5) 43. 总体设计 (5) 3.1、PLC机型选择 (5) 3.2、I/O点及地址分配表 (6) 4. PLC程序设计 (7) 4.1、设计思想 (7) 4.2、PLC顺序功能图 (7) 4.3、PLC梯形图 (9) 4.4、PLC语句表 (13) 5. 总结 (15) 6. 参考文献 (16) 前言 可编程控制器，简称PLC (Programmable Logic Controller)，，是一种电气自动化控制装置，国际电工委员会（IEC）将PLC定义为：是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它使用可编程存储器内部储存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、
定时、计数以及算术运算和通过数字或模拟输入/输出来控制各种类型的机械或过程。可编程序控制器及其有关的设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 世界上第一台可编程序控制器产生于1969年，是由当时美国数字设备公司（DEC）为美国通用汽车公司（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，被人们称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。在70年代，随着电子及计算机技术的发展，出现了微处理器和微计算机，并被应用于PLC中，使其具备了逻辑控制、运算、数据分析、处理以及传输等功能。电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufacturers Association）于1980年正式命名其为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。为与个人计算机（Personal Computer）相区别，同时也使用其早期名称PLC。国际电工技术委员会IEC（International Electrotechnical Commission）分别于1982年11月和1985年1月颁布了PLC的第一稿和第二稿标准。以后PLC开始向小型化、高速度、高性能、高可靠性方面发展，并形成多种系列产品，编程语言也不断丰富，使其在80年代工业控制领域中占据着主导地位。 可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，PLC由中央处理单元（CPU）、存储器单元、电源单元、输入输出单元、接口单元和外部设备组成，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。 由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。故自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工
第1章绪论 1.1课题背景 目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪06年代。当时斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。 智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。 智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备: (1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作; (2)摄像机，用来获得道路图像信息; (3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。 智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下: (1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及 驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/
自动送料装车系统控制设计 摘要送料装车控制系统在冶金、采矿运输、和生产制造等许多领域中都得到了普遍的应用，它通过自动输送设备实现物料的传输、接收、装运、处理、装配和存储的自动化，把工厂的各个生产部门、各个储存点联系起来。送料装车控制系统的工作环境通常比较恶劣，设备所处环境一般粉尘较大、操作分散，所以对送料装车控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求比较高。用可编程控制器（PLC）控制的自动送料装车动作稳定，具备连续可靠的工作的能力。本文以日本三菱FX2N系列PLC为主控制器控制运料小车的自动往返顺序的控制，实现了送料车的装料、送料、卸料的功能。次系统主要是由基本设备、运料存储装置和控制系统三大部分组成，重点研究自动化生产线的控制。 关键词自动送料装车，PLC，控制系统 ABSTRACT Key Words:
1绪论 1.1自动送料装车控制的发展 送料装车设备广泛地应用于建材、冶金、煤炭、电力、化工、轻工等工业生产部门。老式送料装车设备因为没有计量而存在多装、少装的问题。特别是在运输的过程中，不允许车辆超载，多装了，得卸掉，少装了，得进行二次装车，使得装车工作进行非常缓慢。 随着当今社会科学技术的发展，各类物料输送的生产线对自动化程度的要求越来越高，原有的生产送装料设备已经远远的不能满足当前高度自动化的需要。由于控制系统的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产效率的不断提高，送料装车的控制经历了以下几个阶段： 1.手动控制：在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用PLC来实现送料装车的控制，但是限于当时的技术还不够成熟，只能采用手动的控制方式来控制机器设备，而且早期送料装车控制系统多为继电器和接触器所组成的复杂控制系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须要有专人负责操作。 2.自动控制：在20世纪80年代，由于计算机的价格普遍下降，这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在送料装车控制系统中自动控制方面的应用。 3.全自动控制：现阶段，由于PLC技术向高性能、高速度、大
基于单片机的智能循迹小车的控制过程 毕业设计
摘要 本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库，服务机器人等多种领域。 本设计采用STC89C52单片机作为小车的控制核心；采用TCRT5000红外反射式开关传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片L298N构成双H桥控制直流电机，其中软件系统采用C程序，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。 关键词：单片机；自动循迹；驱动电路
Abstract This paper discusses the intelligent tracing electric trolley control process. Automatic tracing is used to make the car indentify route automatically , and choosing the right route, based on the automatic guide robot system. Intelligent tracing electric trolley is an advanced technology to realize automatic tracing navigation. It is out of human management but under the designed mode that use of the use of a transducer, single chip, motor drive and automatic control .This technology has been applied in unmanned vehicle, unmanned factory, warehouse, service robot and many other fields. During the design of Intelligent tracing electric trolley, STC89C52 single clip is used as the control core; at the same time with TCRT5000 reflective infrared transducer switch to identify the black guide line at the central of the white road, which used as the car tracing module, it can gather the signal and transfer it into digital signal that can be recognized by single chip. And the driving chip L298N constitute the double H bridge constitute of driving chip L298N can control direct current motor. Among which the software system is using C program. In a nutshell, the design of the circuit has the advantages of simple structure, easy implementation, and high reliability. Key words：single chip microcomputer; automatic tracing; driving circuit
组态软件与网络通讯课程设计说明书 题目：运料小车控制 姓名：窦晓彤 学号：09220331 指导老师：冯小林 班级：控制工程1班 日期：2012年12月23日 内容摘要 运料小车控制的设计其目的是运用各种软件如力控、VB、Wincc、PLC等多种软件分别实现对运料小车的智能控制，并能通过多种通讯方式实现多种软件之间的通讯，本设计主要以组态软件为主设计了运料小车的控制过程，对过程中各个部件如小车、传送带等进行了定义，并对整体的布局和工作过程进行了控制，通过对动作脚本的编程及其调试过程最终实现了运料小车的控制过程，可以通过开始、停止、手动前进、手动后退、指示标志等多个按键选择实现对运料小车整个运行过程的智能控制，本设计还设计了从组态力控到VB的dbcon通讯，和从VB到力控组态的DDE通讯，实现了各种软件之间的联系与应用，有很重要的意义。 关键词：运料小车、组态力控、VB、控制过程、通讯、联系 目录 1 设计任务和要求 (1) 1.1设计任务 (2) 1.2设计要求 (2) 2 系统设计 (2)
2.1系统要求 (2) 2.2方案设计 (2) 2.3系统工作原理 (3) 3 单元设计与系统设计 (3) 3.1 系统各单元界面的设计 (3) 3.1.1开发系统界面的创建 (3) 3.1.2开机界面的创建 (4) 3.1.3主界面的创建 (5) 3.2 系统总体设计 (6) 3.2.1 IO设备组态 (6) 3.2.2 数据库组态 (7) 3.2.3单元部件的属性设置及脚本编辑............................................... (8) 3.2.4控制系统的属性设置及脚本编辑............................................................ .12 3.2.5初始启动窗口的选择.......................................................................... .... (14)
自动运料小车PL C 控制系统设计 随着生产自动化程度越来越高， PLC 在生产过程控制系统中的应用也越来越广泛。 可编程逻辑控制器，简称 PLC 是一种工业控制微型计算机。它的编程方便、操作简单尤其是高通 用性等优点，使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。 其中的一个应用便是运料小车的控制， 主要用 到的便是它的逻辑控制功能。 控制要求 1. 运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下： （1） 按下启动按钮，系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作； （2） 当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按扭 HJ 的编码时，小车向右运行运行到按钮 HJ 所对 应的停靠站时停止； （3） 当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按扭 对应的停靠站时停止； （4） 当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按扭 （5） 呼叫按钮开关 HJ1--HJ5应具有互锁功能 2. 运料小车的运动分析： HJ 的编码时，小车向左运行，运行到按钮 HJ 所 HJ 的编码时，小车保持不动； 先按下者优先。 某自动生产线上运料小车的运动如图所示， 运料小车由一台三相异步电动机拖动， 电机正转，小车 向右行，电机反转，小车向左行。在生产线上有 5个编码为1 — 5的站点供小车停靠，在每个停靠站安 装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有 5 个呼叫按钮开关（HJ1-- HJ5 ）分别与5个停靠站点相对应。 自动运料小车示意图 程序设计 1. 行程开关
在该程序中，5个站的行程开关分别用数字0-4来表示，当小车在1号站时，行程开关 X007得电，将数字0传送到数据寄存器D0;当小车在2号站时，行程开关X010得电，将数字1传送到数据寄存器D（。依次类推，当小车在5号站时，行程开关X013寻电，将数字4传送到数据寄存器D0。它的助记符程序为： LD X007 MOV K0D0;小车在1号站 LD X010 MOV K1D0;小车在2号站 LD X011 MOV K2D0;小车在3号站 LD X012 MOV K3D0;小车在4号站 LD X013 MOV K4D0;小车在5号站 所对应的梯形图如下所示： 行程开关梯形图 2. 小车启停辅助继电器 当按下启动按钮时，小车开始运动，该辅助继电器M0寻电；当按下停止按钮时，小车停止运动，该辅助继电器M（失电。它的助记符程序为： LD X000 OR M0 ANI X001 OUT M0 ;小车启停辅助继电器 所对应的梯形图如下所示： 小车启停辅助继电器梯形图 3. 呼叫按钮 在该程序中，5个站的呼叫按钮分别用数字0-4来表示，而且由于5个呼叫按钮开关HJ1— HJ5具有互锁功能，先按下者优先，所以需5个辅助继电器M1-M5当按下1号站呼叫按钮开关时，行程开关X002得电，数字0传送到数据寄存器D1，同时1号按钮开关辅助继电器得电；当按下2号站呼叫按钮开关时，行程开关X003寻电，数字1传送到数据寄存器D1，同时2号按钮开关辅助继电器得电；依次类推，当按下5号站呼叫按钮开关时，行程开关X006 得电，数字4传送到数据寄存器D1,同时5号按钮开关辅助继电器得电；它的助记符程序为： LDI M2 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI X007
智能循迹避障声控小车设计 摘要 系统主要由红外避障模块、声控模块、光电寻迹、电机驱动及语音播报模块组成。采用P89V51单片机作为智能小车控制核心。系统能实现对线路进行寻迹，小车可以前进或后退，遇到障碍物可以自行停止并可以实现反向运行，系统可以利用声音控制小车的启停。整个系统小巧紧凑，控制准确，性价比高，人机互动性好。 关键词：P89V51单片机；红外避障；线路寻迹；直流减速电机 ABSTRACT System is mainly by infrared obstacle avoidance module, voice module, opto-electronics and motor drive tracing module. Used as a single-chip smart car P89V51 control core. System can realize the tracing lines, cars can go forward or backward, encountered obstacles can stop and reverse operation can be achieved, the system can use voice to control the start and stop car. Compact the entire system to control the accurate, cost-effective, good human-computer interaction. KEYWORD:P89V51MCU;Infrared obstacle avoidance；Tracing；DC motor speed