1、昆明冶金高等?？茖W(xué)校2005屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計昆明冶金高等專科學(xué)校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)2005屆畢業(yè)設(shè)計自動輸送帶及機械手的設(shè)計與制作院 系：機械與電氣工程系指導(dǎo)教師：周遐 金瑞 張潔專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)班 級：電子0202班姓 名：陸關(guān)樹 陳佳 陳進林 王軍 二OO五年六月目 錄一、前 言2二、設(shè) 計3（一）單片機簡介（二）自動輸送帶1、硬件設(shè)計2、軟件設(shè)計（三）機械手1、硬件設(shè)計2、軟件設(shè)計三、制作過程22四、特點與價值24五、總 結(jié) .25摘要：在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，如煙廠的生產(chǎn)流水線和碼頭的集裝箱吊運等場合，自動輸送帶和機械手的應(yīng)用越來越廣泛，本畢業(yè)設(shè)計課題就是模擬實際工程現(xiàn)場的設(shè)備而設(shè)計制作的。

2、該設(shè)計綜合運用了單片機技術(shù)、光電檢測技術(shù)、電氣控制技術(shù)和機械傳動技術(shù)，以單片機為控制核心，可實現(xiàn)輸送帶的自動起動、停止和對產(chǎn)品的自動計數(shù)顯示等功能；當產(chǎn)品運送到輸送帶末端時，能自動起動完全由同學(xué)自行設(shè)計制作的機械手，將產(chǎn)品吊運到指定位置。該課題充分體現(xiàn)了同學(xué)綜合運用所學(xué)知識的能力、創(chuàng)新能力和實際動手能力。關(guān)鍵詞：自動輸送帶 機械手 設(shè)計制作一、前 言隨著經(jīng)濟的發(fā)展，在各行各業(yè)的生產(chǎn)及運輸過程中，自動運輸帶及機械手的使用已經(jīng)相當普及了，如我們所見過碼頭集裝箱的裝卸等等。也正是因為這些現(xiàn)代化設(shè)備的使用，大大節(jié)省了人力、物力資源，極大地提高了生產(chǎn)效率。我們可以看到，在不同的場合，傳送帶的方式有許多種

3、，機械手也一樣，輸送帶和機械手的復(fù)雜程度不同，隨著生產(chǎn)工藝和自動化程度的不同，控制方式各異，然而，雖然存在以上差別，但是，在控制思想和電路方面，有很多的共同之處，中間都少不了檢測輸入、數(shù)據(jù)處理、決策判斷、驅(qū)動控制等環(huán)節(jié)，所以，由于這些，我們做了一套模擬生產(chǎn)線的輸送帶及機械手，相當于是把規(guī)模龐大的設(shè)備成倍縮小。在整個設(shè)計過程中，我們使用了模擬、數(shù)字電子技術(shù)，單片機技術(shù)，光電檢測技術(shù)，電氣控制技術(shù)。雖然我們是應(yīng)用電子技術(shù)的學(xué)生，但是這次畢業(yè)設(shè)計的制作，我們把三年中所學(xué)的理論知識全部都聯(lián)系起來，理論聯(lián)系實際使我們?nèi)曛兴鶎W(xué)的理論知識得到了升華。本次我們畢業(yè)設(shè)計的課題主要分兩個部分：輸送帶和機械手。輸

4、送帶上我們采用光電檢測技術(shù)，在開始端我們檢測有沒有產(chǎn)品，如果有，使之運行;在末尾，如果檢測到有產(chǎn)品，同時使之停止。產(chǎn)品停止后，機械手旋轉(zhuǎn)到產(chǎn)品上方，向下接觸到產(chǎn)品，電磁鐵通電，機械手將產(chǎn)品提起，而后將產(chǎn)品送到指定位置。二、設(shè) 計（一）單片機簡介1、單片機的發(fā)展史 1974 年,美國仙童(Firchild)公司研制的世界第一臺單片微型機F8.該機有兩塊集成電路芯片組成,結(jié)構(gòu)奇特,具有與眾不同的指令系統(tǒng),深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視.從此,單片機開始迅速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大.現(xiàn)已成為微型計算機的重要分支,單片機的發(fā)展過程通?？梢苑譃橐幌聨讉€發(fā)展過程.（1）第一代單片機(1974-1

5、976):這是單片機發(fā)展的起步階段.在這個時期生產(chǎn)的單片機特點是,制造工藝落后和集成度低,而且采用了雙片形式.典型的代表產(chǎn)品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等.（2） 第二代單片機(1976-1978):這是單片機的第二發(fā)展階段.這個時代生產(chǎn)的單片機隨眼已能在單塊芯片內(nèi)集成CPU,并行口,定時器,RAM和ROM等功能部件,但性能低,品種少,應(yīng)用范圍也不是很廣,典型的產(chǎn)品有Inrel公司的MCS-48系列機.（3）第三代單片機(1979-1982):這是八位單片機成熟的階段.這一代單片機和前兩代相比,不僅存儲容量和尋址范圍大,而且中斷源,并行I/O口和定時器/計數(shù)

6、器個數(shù)都有了不同程度的增加,更有甚者是新集成了全雙工穿行通信接口電路.在指令系統(tǒng)方面,普遍增設(shè)了懲處法和比較指令.這一時期生產(chǎn)的單片機品種齊全,可以滿足各種不同領(lǐng)域的需要.代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列機,Motorola公司的MC6801系列機,TI公司的TMS7000系列機,此外,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機系列.（4）第四代單片機(1983年以后):這是十六位單片機和八位高性能單片機并行發(fā)展的時代,十六位機的特點是,工藝先進,集成度高和內(nèi)部功能強,加法運算速度可達到1us以上,而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言,如PL/MPLUS

7、C和Forth語言等.代便產(chǎn)品有intel公司的MCS-96系列,TI公司的TMS9900,NEC公司的783××系列和NS公司的HPC16040等.然而,由于十六位單片機價格比較貴, 銷售量不大,大量應(yīng)用領(lǐng)域需要的是高性能,大容量和多功能新型八位單片機.這些單片機有Intel公司的88044(雙CPU工作),Zilog公司的Super8(含DMA通道),Motorola公司的MC68CH11(內(nèi)含E2prom及A/D電路)和WDC公司的65C124(內(nèi)含網(wǎng)絡(luò)接口電路),等等.目前,八位高性能單片機以成為主流,單片機發(fā)展具體體現(xiàn)在以下幾個方面:1.CPU功能增強;2.內(nèi)部資

8、源增多.3.引腳的多功能化.4.低電壓低功耗.2、單片機的發(fā)展方向計算機系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方向發(fā)展；這三個方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡(luò)化。以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理的仍然是巨型機在起作用，故而，巨型機在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現(xiàn)時，Intel公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。單片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點是巨型機和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。 在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這四個方面說明單片機的技術(shù)進步狀況。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進步單片機在內(nèi)部已集成了越來

9、越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D /A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。有的單片機為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別是在單片機C167CS-32FM中，內(nèi)部還含有2個CAN。因此，這類單片機十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時，構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機內(nèi)

10、部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機中，脈寬調(diào)制電路有6個通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機已采用所謂的三核（TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（System on a chip）概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機由三個核組成：一個是微控制器和DSP核，一個是數(shù)據(jù)和程序存儲器核，最后一個是外圍專用集成電路（ASIC）。這種單片機的最大特點在于把DSP和微控制器同時做在一個片上。雖然從

11、結(jié)構(gòu)定義上講，DSP是單片機的一種類型，但其作用主要反映在高速計算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統(tǒng)單片機結(jié)合集成大大提高了單片機的功能。這是目前單片機最大的進步之一。這種單片機最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。這些單片機都是高檔單片機，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在60MHz以上。 功耗、封裝及電源電壓的進步現(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。Philips公司的單片機P87LPC762是一個很典型的

12、例子，在空閑時，其功耗為1.5 mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片機MSP430系列，它是一個 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三種。當電源為3V時，如果工作于 LMP1方式，即使外圍電路處于活動，由于CPU不活動，振蕩器處于14MHz，這時功耗只有50?A。在LPM3 時，振蕩器處于32kHz，這時功耗只有1.3?A。在LPM4時，CPU、外圍及振蕩器32kHz都不活動，則功耗只有0.1?A。現(xiàn)在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量

13、減少體積。在這種形勢中，Microchip公司推出的8引腳的單片機特別引人注目。這是PIC12CXXX系列。它含有0.52K程序存儲器，25128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，6個I/O端口以及一個定時器，有的還含4道A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機發(fā)展的目標之一。目前，一般單片機都可以在3.35.5V的條件下工作。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在2.26V的條件下工作的單片機。這些單片機有Fujitsu公司的MB8919189195，MB89121125A，MB89130系列等，應(yīng)該說該公司的F2MC-8L系列單片機絕大多數(shù)都滿足2.26V的工作電

14、壓條件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作電壓也是低達2.2V的。 工藝上的進步現(xiàn)在的單片機基本上采用CMOS技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6?m以上的光刻工藝，有個別的公司，如Motorola公司則已采用0.35?m甚至是0.25?m技術(shù)。這些技術(shù)的進步大大地提高了單片機的內(nèi)部密度和可靠性。 AT89C2051單片機簡介 我們設(shè)計的自動輸送帶及機械手的設(shè)計與制作主要由AT89C2051這塊單片機控制，因為 AT89C2051是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采

15、用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大AT89C2051單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合。 AT89C2051是一個功能強大的單片機，但它只有20個引腳，15個雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個完整的8位雙向I/O口，兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。 同時AT89C2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)RAM將

16、被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運行。 這塊芯片的主要功能特性： · 兼容MCS51指令系統(tǒng) · 2k可反復(fù)擦寫(）1000次）Flash ROM · 15個雙向I/O口 · 6個中斷源 · 兩個16位可編程定時/計數(shù)器 · 2.7-6.V的寬工作電壓范圍 · 時鐘頻率0-24MHz · 128x8bit內(nèi)部RAM · 兩個外部中斷源 · 兩個串行中斷 · 可直接驅(qū)動LED · 兩級加密位 · 低功耗睡眠功能 · 內(nèi)置一個

17、模擬比較放大器 · 可編程UARL通道 · 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 （二） 自動輸送帶1、硬件設(shè)計我們的輸送帶，是鏈板運輸機的模型，采用的是交流單相異步電動機，利用蝸桿蝸輪傳動帶動齒輪傳動，使輸送帶緩速運行，從而滿足了我們的要求。同時，我們采用光電檢測，作為輸送帶各項功能控制的檢測輸入，在開始端，我們檢測有沒有產(chǎn)品。如果有，單片機發(fā)出通電指令，輸送帶通電開始工作，到了末尾，同樣，檢測到了產(chǎn)品以后，單片機發(fā)出斷電指令，讓輸送帶斷電停止工作。同時，進行計數(shù)。（1）計數(shù)的過程：設(shè)定好一定的產(chǎn)品數(shù)量，進行減計數(shù)，到末端進行打包，再進行加計數(shù)，從而可以容易的得到產(chǎn)品的產(chǎn)量、打了多少包

18、，實現(xiàn)了統(tǒng)計自動化。到了生產(chǎn)線末端，產(chǎn)品由機械手從生產(chǎn)線上搬送到貨車上。（2）自動輸送帶實物圖（3）自動輸送帶控制電路圖（4）自動輸送帶顯示部分（5）光電傳感器電路圖2、軟件設(shè)計T BIT P3.7LIGHT BIT P1.2START BIT P1.3STOP BIT P1.4RUN BIT P1.7SETC BIT P1.5 ORG 0000H SETB START SETB STOP SETB SETC SETB T MOV 30H,#03H MOV R0,#00H;BAG MOV R1,30H;TIME ACALL DISPLAYWAIT: JB START,KEY1 ACALL TI

19、ME10MS JB START,KEY1 LJMP TURNKEY1: LCALL KEY SJMP WAITKEY: JB SETC,NOKEY ACALL TIME10MS JB SETC,NOKEY MOV A,30H ADD A,#01H DA A CJNE A,#10H,ROOT1 CLR AROOT1: MOV 30H,A MOV R1,30H;TIME MOV R7,#20HROOT2: ACALL TIME10MS DJNZ R7,ROOT2 ACALL DISPLAYNOKEY: RETTURN: CLR T LCALL TIME10MS ACALL DISPLAYTURN1

20、: JB STOP,$ LCALL TIME10MS JB STOP,TURN1 SETB T LCALL TIME10MS ACALL DISPLAY CLR RUN CLR C MOV A,#99H ADD A,R1 DA A MOV R1,A JNZ BAG MOV R1,30H MOV A,R0 ADD A,#01H DA A MOV R0,ABAG: ACALL DISPLAYROOT10:JNB STOP,$LCALL TIME10MS JNB STOP,ROOT10 SETB RUN CLR T LCALL TIME10MS ACALL DISPLAY LJMP TURN1DIS

21、PLAY:MOV SCON,#00H MOV A,R1 MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI MOV A,R0 MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI NOP RETTIME10MS:NOP MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F1H SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TF0 RET END（三） 機械手 1、硬件設(shè)計（1）機械手實物圖： （2）機械手的工作過程：（3）機械手控制電路圖：（三） 機械手的軟件設(shè)計 up bit P1.0 down bit P1.1 left bit P1.2 right bit p

22、1.3 start bit p1.4 tv bit p1.5 tvs bit p1.6 th bit p1.7 l bit p3.7 org 0000h ljmp main org 0030hmain: clr l mov p1,#1fh mov a,#16h cjne a,p1,reset ajmp waitreset:setb tvs setb tv jb up,$ clr tv clr tvs setb th jb right,$ clr th sjmp wait auto: setb th jb left,$ clr th setb tv jb down,$ clr tv setb l

23、 acall wait2 setb tvs setb tv jb up,$ clr tv clr tvs setb th jb right,$ clr th setb tv jb down,$ clr tv clr l acall wait2 setb tvs setb tv jb up,$ clr tv clr tvs ajmp waitwait: jb start,$ sjmp autowait2:mov a,#0ahwait20:mov tmod,#01h mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h setb tr0 jnb tf0,$ dec a jnz wait20 ret

24、 end三、制作過程在制作當中，我們考慮了諸多因素，比如：產(chǎn)品的檢測，我們采用了紅外對射管，開始由于可見光含有較強的紅外線，對單片機的輸入信號造成干擾，使單片機產(chǎn)生誤動作的信號造成電路不能穩(wěn)定工作。后來，我們采用了NE567集成電路對輸入信號的頻率進行檢測，因為可見光與紅外發(fā)射管產(chǎn)生的紅外線頻率有所不同，所以檢測它們的頻率后，很有效的解決了干擾問題，保證了單片機系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。我們的輸送帶，是鏈板運輸機的模型，采用的是交流單相異步電動機，一個蝸輪蝸桿傳動和齒輪傳動，這樣有助于降低電動機的輸出力矩和轉(zhuǎn)速，使輸送帶緩速運行，從而滿足了我們的要求。在機械手的制作過程當中，一開始我們就考慮了很多種

25、方案，后來，結(jié)合我們的實際情況，我們采用了很簡單的螺桿傳動，因為這樣做有很多好處：1、 它很有效的降低了電動機的輸出轉(zhuǎn)速；2、 很大程度的增加了輸出力矩；3、 制作成本低，材料易購?fù)瑫r，為了保證機械手的牢固可靠，我們在起重臂上加了兩根不銹鋼支桿，采用不銹鋼是因為他表面光滑，省去了這一道加工工序。同時，為了保證接觸面積足夠大，我們還在不銹鋼支桿上加了銅套管，避免了起重臂上下運動時卡死的現(xiàn)象。機械手的左右旋轉(zhuǎn)：我們采用了一個4W的交流同步電機用來驅(qū)動，雖然只有4W，但其里面有齒輪減速機構(gòu)，大大的增強了輸出的力矩，所以它很容易地帶動整個機械手臂的旋轉(zhuǎn)。同時，為了保證左右停止的精確定位，我們除了加上限

26、位開關(guān)之外，還加了左右定位銷子，從而保證了機械手能在左右兩個方向精確停止。為了滿足要求，我們可以調(diào)整定位銷子及行程開關(guān)接觸連桿的位置，從而實現(xiàn)了不同角度的旋轉(zhuǎn)及停止定位。在抓取產(chǎn)品時，我們一開始就設(shè)想采用電磁鐵，在開始試驗的時候，我們試過交流電磁鐵，主要是因為交流電磁鐵在斷電后沒有剩磁，產(chǎn)品和電磁鐵的分離干脆，但其有一個缺點：就是交流磁場有趨膚效應(yīng)。在提起產(chǎn)品的時候，產(chǎn)生了磁力線都集中在產(chǎn)品的輪廓邊緣，有可能在運行過程當中產(chǎn)生的震動就會使產(chǎn)品從電磁鐵上脫落，造成工作不可靠。后來，經(jīng)過反復(fù)試驗，采用了直流電磁鐵，因為直流電磁鐵是一個均衡的磁場，容易將產(chǎn)品磁化。在斷電后，會產(chǎn)生剩磁現(xiàn)象，造成機械手與產(chǎn)品分離不干脆。后來，我們想到采用軟磁體包裝產(chǎn)品因為軟磁體不易被磁化，避免了上述問題。由于市場上很難買到符合我們要求的直流電磁鐵，所以，我們采用變壓器改制。改制方法如下：將變壓器鐵心全部拆除，只留下E字型的硅鋼片