基于单片机的自动控制系统模型

基于单片机的自动控制系统模型

张孝磊

关键词：单片机传送自动化一、应用领域和技术原理

本设计可应用在工厂生产线、快递装运等物品装载场所，进行货物（包裹）自动装配，减少人力劳动，加快装载时间。本设计分为三部分，第一部分是舵机装货部分，第二部分是红外收发管检测部分，第三部分是货物传送部分。

本模型的货物出口处的舵机负责将货物装载到传送带上，在本设计中是传送带的“白格”中。红外收发管1检测到传送带的“白格”，舵机就会摆动一次，表示装货。舵机上方放置红外收发管2，用来检测有无货物。本设计的硬件部分包括STC89C52单片机最小系统模块、红外收发管、舵机、按键、直流电机、传送带、继电器、ULN2003芯片。IN7输入为低电平时OUT7为高电平，继电器模块输入为1，继电器吸和直流电机转动。2个红外收发管，检测有无物体，当检测到有物体时两个指示灯常亮，信号输出高电平，另一个红外收发管检测传输带“白格”，传动带不断转动输送货物。

作品整体图

二、作品创造性

本设计主要有三大创新点。第一创新点是采用红外收发管智能检测的方式，检测货物是否装载完毕，自动控制舵机的工作，有效节省了人力资源和电力能源，对于生产效率的提升有积极促进作用。第二创新点是采用模块化设计，本设计采用STC89C52RC单片机最小系统模块、ULN2003驱动芯片及继电器组成的传送控制模块等，将功能进一步整合，发挥产品的最大效能。第三创新点是使用智能化的装载模式，整个装载、传输过程无需人为干预，自动化水平较高。

三、推广应用前景

本设计可应用在工厂生产线、快递装运等物品装载场所，进行货物（包裹）自动装配，减少人力劳动，加快生产、装载时间。以快递行业为例：据国家邮政局统计，2016年全国快递服务企业业务量累计完成278.9亿件，同比增长52.8%。快递包裹数量的激增使得工厂对智能化的装载、传送装置的需求扩大。本设计旨在提高货物智能装载效能，在货物的装载、传输环节实现自动化控制。

四、作用意义

智能装载系统广泛应用方便快捷，减少了工作时间，提高了生产效率。而且还可以和流水线上的其他设备进行连接，生产效率有了进一步的提升，而且减少了人工投入成本，缩减资金成本，给生产企业带来商机和利润，成为了生产过程中不能缺少的设备。智能装载、传送系统有着动作协调、运行平稳准确、操作简单方便、自动化程度高等特点。该机是通过舵机将货物送入传送带上，再通过电机带动传送带运送货物。

五、技术指标

1、ULN2003驱动直流电机原理：ULN2003与直流电机、继电器模块相连。ULN2003驱动直流电机，ULN2003的IN7引脚与OUT7引脚电平相反。继电器模块输入为高电平时，继电器吸合，继电器与直流电机、ULN2003芯片相连通。若输入为低电平，继电器不吸合，与直流电机、ULN2003芯片的连接断开。ULN2003的COM引脚连接电源，并与直流电机导通，当继电器输入为高电平，IN7引脚输入也为高电平时，直流电机工作。继电器输入为低电平时，虽然OUT7引脚也为低电平但是继电器与直流电机不导通，电机不转动。

2、直流电机调速原理：改变输入方波的占空比调节速度。

3、红外收发管原理：其中一个检测货物，另一个检测传送带。在红外接收二极管管壳上有一个能射入光线的玻璃透镜，入射光通过透镜正好照射在管芯上。红外接收二极管管芯是一个具有光敏特性的PN结，它被封装在管壳内。红外接收二极管管芯的光敏面是通过扩散工艺在N型单晶硅上形成的一层薄膜。它的管芯以及管芯上的PN结面积做得较大，而管芯上的电极面积做得较小，PN结的结深比普通半导体二极管做得浅，这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力。另外，与普通半导体二极管一样，在硅片上生长了一层SiO2保护层，它把PN结的边缘保护起来，从而提高了管子的稳定性，减少了暗电流。

4、舵机驱动原理：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。

假设现在舵机稳定在A点，这时候CPU发出一个PWM信号，舵机全速由A点转向B点，在这个过程中需要一段时间，舵机才能运动到B点。

保持时间为Tｗ

当Tｗ≥△T时，舵机能够到达目标，并有剩余时间；

当Tｗ≤△T时，舵机不能到达目标；

理论上：当Tｗ=△T时，系统最连贯，而且舵机运动的最快。实际过程中ｗ不尽相同，连贯运动时的极限△T比较难以计算出来。假如我们的舵机1p=8us，当PWM信号以最小变化量即（1p=8us）依次变化时，舵机的分辨率最高，但是速度会减慢。

参考文献：

[1]贾金玲.微机计算机原理与接口技术课程设计指导[M].重庆：重庆大学出版社，2001.12

[2]万福君.单片机微机原理系统设计与应用[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2003.7

[3]陈伟仁.MCS-51单片机外围接口设计[M].北京：电子工业出版社，2003.6

[4]黄玉蓉.单片机开发系统的设计与实现[J].公安大学学报(自然科学版)，2001,(06)