1、 毕业设计说明书题 目：条带切割机控制系统设计学 号：姓 名：班 级：专 业：机械设计制造及其自动化指导教师：学 院：机械工程学院答辩日期：毕 业 设 计 说 明 书摘 要本文简要介绍了条带切割机控制系统的设计方法及工作原理。本系统具备液晶显示、电机运动状态显示、延时动作设置、数值记忆、检测布条盘满盘状态、设定加工长度和速度控制等功能。系统以 STC89C52RC 单片机为核心，采用 CS1621 液晶显示器、矩阵按键、霍尔磁感、满盘开关、报警电路、掉电存储器 EEPROM 及调速电机等几部分硬件电路，已完成对已卷长度、设定长度及电机速度的显示和调节。同时含有本控制系统的全部外围硬件电路，并设
2、计了原理图和 PCB 图，编写出系统软件程序，最后完成了联机调试，达到了设计的要求。关键词：单片机；条带切割机；电机速度；矩阵按键；毕 业 设 计 说 明 书IAbstractThe paper has briefly introduced the design method and the working principle of strip cutting machine. System is provided with LCD display, motor show, a deferred action sets, numerical memory, test strips full S
3、tate, set the length of processing and control functions. System is with STC89C52RC single-chip as the core, adopting CS1621 LCD, matrix press, Hall-effect magnetic sensor, switch, alarm circuit, EEPROM memory and speed-regulating motors and other parts of the hardware circuit have completed its len
4、gth, set the length and the volume display and adjustment of the motor speed, While I have cmpleted all the peripheral hardware of the control system circuit , schematic and PCB design contained , written system software sequence range, finally I have completed the online debugging, making the syste
5、m meet design requirements.Key words: Single-chip Microcontroller ; Strip cutting machine; motor speed matrix keys;毕 业 设 计 说 明 书目录摘 要 IAbstractII第 1 章 绪论 1第 2 章 控制系统的总体设计方案 22.1 课题分析 22.2 条带切割机的设计方案与论证 3第 3 章 硬件原理电路图的设计与分析 63.1 单片机最小系统电路设计及 I/O 口分布 63.2 3*8 矩阵按键电路 73.3 液晶显示电路 83.4 电机速度电路 113.5 霍尔速度传
6、感器电路 123.6 满盘开关电路 123.7 LED 照明电路 133.8 报警电路 13第 4 章 系统的软件设计与分析 144.1 主程序 144.2 3*8 矩形按键扫描程序 164.3 液晶驱动及初始化程序 194.4 电机控制程序 224.5 EEPROM 掉电保护程序 244.6 报警程序 254.7 中断服务程序 26第 5 章 制作调试 285.1 制作 285.2 调试 29第 6 章 总结 30参考文献 31毕 业 设 计 说 明 书I附录 33附录 1 传统条带切割机线路图附录 2 原理图附录 3 PCB 图附录 4 实物图附录 5 控制面板布线与效果图附录 6 元器件
7、清单附录 7 条带切割机接线图说明附录 8 控制系统使用说明书附录 9 源代码致谢 52毕 业 设 计 说 明 书0第 1 章 绪论18 世纪从英国发起的技术革命是技术发展史上的一次巨大革命，它开创了以机器代替手工工具的时代。 业 革 命 首 先 出 现 于 工 场 手 工 业 新 兴 的 棉 纺 织 业等 一 批 轻 工 业 中 。 到现在，轻工业划分为 22 大类， 44 个行业，产品 50 多万种，涵盖了衣、食、住、行、用、玩各个方面。 改革开放以来，我国轻工业有了飞速发展，不仅从根本上改变了我国消费品短缺的状况，而且产品大量出口。目前我国已跻身世界轻工产品生产和消费大国的行列。总体上看
8、，近 10 年我国轻工行业实现了较快增长，经济运行的质量和效益都较好。我国轻工业产品中的家用电器、五金制品、制浆造纸、钟表、啤酒、皮革及皮革制品等的产量已排名世界首位或位居前列，我国已成为世界轻工生产和消费大国。条带切割机正是这些轻工业产业不可或缺的必 备 设 备 之一 。 随着工业自动化的进步、控制技术的发展及受数字技术和微处理技术的影响，人们对工业过程控制的终端执行器提出了新的要求工业自动化。工业自动化，主要指在工业生产中应用自动化技术，实现产品的无间断自动生产，并以此加快产品的制造速度，由于其对人工需求较少，故可以有效的降低生产中的人工成本，这在当今工人工资急剧上涨的背景下十分重要。同时
9、，在某些生产、加工领域，人工操作有一定的危险性或其精度等无法满足生产要求，在这些领域中，工业自动化技术的应用可以说是必须的。本课题涉及的条带切割机控制系统设计即属于工业自动化设备。近几十年来，在工业制造领域，由于人工成本的大幅提升，使得工业自动化在大量企业中开始推广，企业对自动化生产的需求又反过来带动包括微电子技术、计算机制造技术及各类控制理论在内的大量自动化生产相关领域技术的发展，在这种相互促进中，自动化技术有了长足进步，相比较以往，现今的自动化生产有了质的飞跃。国外发达国家切割行业 90%为数控切割机下料，仅 10%为手工下料，而我国用数控切割机下料仅占下料总量的 10%以下，其中数控等离
10、子切割比例更小。绝大多数仍采用手工或半自动切割，笨重落后，劳动强度大，生产效率低，而且材料浪费严重，因此十分有必要发展并普及数控切割机以改变这一落后现状。毕 业 设 计 说 明 书1条带切割机控制系统设计的，如改用现在使用单片机的有关知识对其进行精确的运动控制，使条带切割机能对切出来的布进行长度记录，用限位传感器实现对满盘的检测和报警提醒等功能。不仅替代了目前不少单位普遍采用的手工开料的落后工艺，减轻了劳动强度，而且提高了劳动工效，保证了落料的精度。同时很好的满足了工厂对自动化技术的需求，也避免了特殊行业上出现员工荒的现象，保证企业正常的发展，进一步促进国民经济的发展。图 1-1 条带切割机整
11、体效果图第 2 章 控制系统的总体设计方案2.1 课题分析 本设计为一个控制系统，采用单片机作为控制器核心，实现条带切割机控制器的设计。利用单片机技术，取代传统的以控制按钮、可调开关、时间继电器、行程开关、接触器等组成的机械式控制方式，传统条带切割机接线图详见附录 1，最主要目的是对条带切割进行智能化改进。根据设备的实际情况和生产要求，需解决以下四点问题：滚布筒电机及变频器拖布盘电机滚布筒滚布筒电机速度调节旋钮间距调整手柄刀具调节旋钮张紧机构毕 业 设 计 说 明 书21. 滚布筒和拖布盘电机可精确调速；2. 可实现两种工作模式，即设定长度和满盘切割模式；3. 可显示工作状态和相关数据；4.
12、具备自动报警功能。2.2 条带切割机的设计方案与论证2.2.1 设计方案的选择针对传统的条带切割机切割精度低、加工速度慢、安全系数低、可控性差等问题，根据实际情况和现实要求，主要进行以下两点改进：1）滚布筒和拖布盘精确控制及调速；根据设备的实际使用情况与成本控制，对滚布筒电动机选择，根据设计要求与具体情况，选择传统条带切割机的鼠笼式三相异步电动机及配套变频器，如下图 2-1（ a） 、2-1（b）所示。图 2-1 滚布筒电机及配套变频器相比滚布筒电动机，托布盘电机要求没那么高，选用普通减速电机，图 2-2，为普通交流减速电机及配套驱动器。图 2-2 交流减速电机及配套驱动器传统条带切割机则是采
13、用可调旋钮和继电器相结合的的方法对电机进行启毕 业 设 计 说 明 书3停控制，本次设计则是选用光耦控制，更加精确，大大提高了控制实用性。对于电机调速，有调压调速、变极调速、变频调速和电磁调速四种方法。针对滚布筒电机实际情况，有调压调速与变频调速两种方案选择。调压调速优点：1.可以将调速过程中产生的转差能量加以回馈利用，效率高；2.装置容量与调速范围成正比，适用于 70%95%的调速。缺点：功率因素较低，有谐波干扰，正常运行时无制动转矩，适用于单象限运行的负载。变频调速优点：1）无附加转差损耗，效率高，调速范围宽；2）对于低负载运行时间较多，或起停运行较频繁的场合，可以达到节电和保护电机的目的
14、。缺点：技术较复杂，价格较高。滚布筒电机和拖布盘在两个工作模式下均有可能频繁启停与调速范，应选择变频调速。原控制系统采用，外接可调电阻再接变频器，改变电阻大小，从而控制变频器，最终控制电机速度。由于变频调速技术和传统方法在精确性、灵敏性和安全性等方面的缺点，本系统将采用一个数字定位器，通过数字电位器来调整频率，与传统的旋钮式调速方法相比，更加灵敏、体积也更加小。对市面上较成熟的数字电位器，如图 2-3 为 X9313 数字电位器，进行电机调速试验，经过多次试验，效果均不理想，故采用自制数字电位器。详情见电机调速电路模块。图 2-3 X9313 数字电位器2）滚布筒和拖布盘间的联动协作。毕 业
15、设 计 说 明 书4原系统通过传统常用低压电器时间继电器和复合开关，对电机进行联动控制。本次设计中，采用单片机进行时间设定及控制，不仅更加精确，同时不再需要时间继电器和复合开关，使结构更加简单，成本也进一步降低。本方案采用单片机控制来实现条带切割机控制系统的设计，其电路简单、人机界面友好、功能齐全，智能化程度高、操作更加简便。2.2.2 设计方案的论证本次设计使用 AT89C52RC 单片机完成此次设计。此款单片机与 MCS-51 兼容，含有 32 个可编程 I/O 线，两个 16 位定时/ 计数器，5 个中断源，可编程串行通道，红外接收装置等部件，为实现上述功能提供了大量硬件。根据要实现的功
16、能特点，本次设计主要用到以下模块：中断服务，电机调速、EEPROM 存储、液晶显示系统工作状态功能，硬件上采用 1621 液晶显示器、3*8 矩形按键、行程（满盘）开关、霍尔传感器、LED 灯、蜂鸣器、继电器等。此设计是利用单片机对滚布筒与托布盘电机启停控制。由液晶实现已卷长度、设定长度、电机档位与启停以及其他的显示，采用线反转法取得键值，并由按键处理程序对取得的键值进行处理，实现条带切割机主辅电机启动方式和工作方式的控制。单 片 机A T 8 9 C 5 2传 感 器 电 路按 键 电 路液 晶 显 示 电 路满 盘 开 关 电 路 报 警 电 路电 机 调 速 电 路图 2-4 系统总体框图在本系统中使用到的芯片都是符合设计要求的，使用的芯片实用且经济。如 EEPROM 是 STC89C52RC 本身自带的，运行响应速度更加快捷。还有 LED 液晶显示器，体积小、微功耗、显示内容丰富超薄轻巧等优点，在很多场合得到运用。在校期间对 VB、c 语言等汇编语言的学习，同时也学习了基于 STC89C52RC
