水果分选机构果盘的设计

目录目录I摘要II1. 绪论11.1 选题原因11.2国内外水果机械发展概况11.3 国内水果机械化未来发展方向21.4国内常见的水果分选机主要类型22果杯的设计32.1 整体结构的设计32.2 工作原理及优缺点32.3 打杆32.4 感应片43步进电机及驱动器 53.1 步进电机53.1.1 工作原理53.1.2步进电机种类53.1.3 步进电机技术术语 73.2.1 FYQM415A步进电机驱动器介绍74单片机104.1 单片机结构104.2 单片机引脚功能 104.3 单片机复位电路114.4 晶振电路125整体结构设计1.35.1 主电路设计135.2 程序的设计14参考文献16致谢17近年来，随着农业科技的发展和人民生活水平的提高，国内外水果品种越来越多，人们对 水果品质有了更高的要求。为了提高水果种类分选的质量和出品的种类,需要进行对水果的分 选。本文分析了研究和发展国内外的中国水果分选机，展望未来，我们设计了一种新 的水果杯水果分选机构类型，该水果分选机果杯是由一个果杯，和仅盛放水果的果盘不同， 它由一个步进电机以及一个步进电机驱动器和果杯构成。采用的是步进电机提供动力，由单片 机检测信号并发送给步进电机驱动器来控制步进电机的运转从而达到分选水果的目的。其机 构简单，操作方便，易于维护，提高生产效率，降低劳动强度，降低生产成本，加快 果实机械化的步伐，为大型水果实现现代化的前提关键词：果杯；步进电机；步进电机驱动器；单片机文件夹打杆AutoCAD 團龙67 KB果杯装配閨 AutoCAI）圉形144 KB步讲电机装配91 KE感应片AutoCAD 图瑾7T KE连杆AutoCAD 国形48 KB撑杆AutoCAD65 KBAutoCAD79 KB支架 AutoCAD 旳KB图形毕业设计说明书1J07 KB水果分选机构果盘的 设计Mi crosoft Word 9.水果分选机构果盡的 设计ViiiRAR圧缩丈件AbstractIn rece nt years, with the developme nt of agricultural scie nee and tech no logya nd the improveme nt of peoples livi ng sta ndard, more and more domestic and foreig n varieties of fruit, people have higher requirements on the quality of fruits. In order to improve the quality of fruit species species sorting andproduced, the need for separation of fruit. This paper an alyzedthe research and developme nt at home andabroad Chinese fruit sorting machine, looking to the future, we designed a new type of fruit cup of fruit sorting mechanism,the fruit sorting machine fruit cup is composed of a fruit cup, differe nt and onlycontaining the fruit compote, it con sists of a step motor and a step motor drive and fruit cup. Using the stepping motor to provide power, sent by the SCMdetects the signal and to the stepper motor driver to control the stepper motor,so as to achieve the purpose of sorting fruit. It has the advantages of simple structure, convenient operati on, easy maintenan ce, improve product ion efficie ncy, reduce labor inten sity, reduce product ion costs, speed up the pace of fruit mecha ni zati on, is the premise to realize moder ni zatio n of large fruit.Key words : fruit cup stepper motorstepper motor drives in gle-chip microcomputer1.绪论1.1选题原因近年来，随着农业科学技术和人民生活水平的日益进步，越来越多的国内和国外的 水果品种，人们追求更高质量的水果。为了提高水果种类分选的质量和出品的种类，需要 进行对水果的分选。目前的水果分选机大多结构比较繁杂，大都以大型生产线为主，生产成本 较高，分选率也比较低。因此有必要要生产成本低，操作方便，适用于中小型企业和水果种植 户地使用的一种水果分选的装置。当前，我国拥有先进的水果分选机的公司很少，大企业的生产线也紧紧是尺寸和质 量的分离，相对比较落后。所以，市场上销售的水果大多是依赖机器组合人工的方法完成分 选的。人工分选的重要弊端是：工作量大，工作效率低，且本钱相对较大，水果分选难以实现 速度快，准确，无伤害。截止前为止，国内外已经有不少专家学者及科研人员在此领域取得了 重大的进展。根据不同水果的指标，水果分选机可分为：尺寸分选机，品种分选机，重 量分选机，外观质量和内在质量分选机。水果分选不仅是水果投入流通领域的一个紧要所在，而且直接关系到水果出产的效果。在 市场经济迅速发展的当下，他地出售，大众农产品贸易和农产品国际贸易等均离不开标准化。 我国是水果生产国家，大多数是农村集体和农民个人，质量差别很大，和采摘的作用过程，带 来一定程度上的难度的水果分选。因此，研发水果采摘后的自动处理设备，对水果机械化意义 深远。1.2国内外水果机械发展概况我过是世界水果生产消费大国，但还不是水果加工强国。果实品质难以充分满足消费者的 需求，水果市场也主要在是在国内。我国已经加入WTO水果销售在全球市场竞争激烈。因此 中国务必尽快提高水果分选水平，拉短与外国的差异。最近这么多年以来，国内果实分选技术 发展迟缓，是因为我国水果机械加工技术水平不高导致的。二十世纪六十年代年代之前，我国 国内几乎很少食物机械产业，更别说水果加工。水果主要以手工的形式出产，根本属于古老的 操纵形式。仅在少许沿海的大城市具备少量机械化的水果加工企业，但是全部设备几乎全都是 国外设备。在20世纪50-70年代，水果加工机械行业取得了很大的发展。全国各地修建了大 量的水果加工厂。但这样还是没有从根本上扭转水果加工落伍的情况，这些加企业仍然属于半 机械半手工的加工方式。到了二十世纪八十年代之后，水果工业进步飞快，这是因为八十年代 后改革开放。由于外资的引入，有许多外商独资合资企业的外国水果加企业进入中国。这 些工厂在将先进的水果生产技术引进海内的时候，也将大量的水果机器引入海内。经过吸取国 外先进的水果机械技能，使我国水果机械发展的程度的到了很大的进步。到了 20世纪90年代 之后，又迎来了新一轮的技术改造项目。经过两轮的伟大的技术水平改造，使得我国科学成果 产业得到提升，配套产业已经成为一个重要的工业机械。1.3国内水果机械化未来发展方向在第二十一世纪，我们的国家将达到水果生产和加工机械，以满足水果生产规模，需要产业化，多样化的产品，水果和无公害果品质量和其他要求。水果机器将集电、机、 液于一体化，并且向智能化、自动化的飞跃，摆脱古老的手工操作方法，提升水果出产的效率, 减低人们的劳动作强度，达到更经济、更有效益、更简单的目的。1.4国内常见的水果分选机主要类型现在分选机类型的水果生产方式在我国的种类繁多，大小不同 。按照水果检测的各个方 面的不同，水果分选机大概可以分为大小分选机、重量分选机、外观品质分选机和内部品质分 选机。2果杯的设计2.1整体结构的设计果杯的组成结构主要有托轮、支架、撑杆以及连杆组成，果杯的大小主要根据水果的大小 来确定，本文的设计主要针对的是赣南脐橙的大小来设计果杯的大小尺寸的具体结构图如图 2-1图2-1果杯结构三维造型图2.2 工作原理及优缺点工作原理：水果从卸料口掉到果盘的托轮上， 由于托轮是圆形设计，水果滚动至撑 杆上，传动链将果盘带至信号采集区，采集到符合要求的信号后便将信号传送给步进 电机驱动器带动步进电机转动，步进电机带动打杆转动一圈将撑杆挑起水果便自动分 选出来。优点：结构简单、制造安装容易、对物料减少了伤害、工作平稳不存在不平稳的现 象、提高了分选的效率、大大降低了工作强度。缺点：受到水果大小的局限性。2.3 打杆打杆是将步进电机输出的动力传到果杯上带动果杯撑杆运动的一格部件，底部设计略宽于其他地方主要是为了防止打偏而没有起到将水果卸下的分选结果，且底部中心 设计一个圆孔是为了减小空气阻力，具体设计如图2-2。图2-2打杆三维造型图2.4 感应片当步进电机带动打杆运行将水果分选出来后可能不会回到原来的位置，这个时候感 应区没有感应到感应片便会驱使电机运行使感应片回到感应区，步进电机便回到了工 作之前的位子，感应片三维造型图如图 2-3所示图2-3感应片三维造型图3步进电机及驱动器3.1 步进电机步进电机是把电脉冲信号转化为角位移或者线位移的开环控制元步进电机原件。电 机的速度，位置，仅由脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱 动器接收到一个脉冲信号，它将通过一个固定的角度方向驱动步进电机转动，称为步进角”它是由一固定点的操作步骤旋转。步进电机如图 3-1.图3-1步进电机3.1.1 工作原理转子电机通常是永久性的，当电流流过定子绕组，定子绕组产生的向量场。转子的转动角度的磁场，转子磁场定向和定子磁场方向。当一个角度的矢量磁场绕组的定子。由 转子角和旋转磁场。只要一个电脉冲输入，一个点的旋转电机。脉冲的输出的角位移与输 入成正比，转速与脉冲频率成正比。在序列改变电机的绕组。因此可以用它来掌握秩序，频率和脉冲数，每相绕组的电机来控制步进电机的转动。3.1.2步进电机种类根据步进电机的结构和工作原理可以分为三大类：永磁式步进电机、反应式步进电机和混合式步进电。(1) 反应式步进电机反应式步进齿型结构的电机的定子和转子，定子每极绕组，永磁体转子。他的工作原 理是给定子绕组通电之后，定子上的转子永磁转子的相互作用下的最小磁阻位置产生 转矩，继续给各相绕组通电，转子会不停的旋转。应式步进电机图如图3-2。图3-2反应式步进电机结构（2）永磁式步进电机转子永磁步进电机采用永磁材料而成，其工作原理是定子绕组通电时会产生励磁磁 场，转子永磁体磁场和磁场由于扭矩的作用，转子在该转矩的作用下旋转起来。 不 停地更换定子绕组通电的状态，转子便会不停的转动起来。永磁式步进电机结构图 如图3-3。图3-3永磁式步进电机结构（3）混合式步进电机混合式步进电机转子的构造要比反应式的更加繁杂， 他的转子有两段铁心构成，在 两段铁心的中心装嵌的永磁体，所以转子铁心的一端为S极，另一端则为N极。混 合式步进电机的结构，它具有反应式、永磁式步进电动机的特点。因此混合式步进电机也可以被看作是一种反应式，永磁式步进电机共同构成。混合式步进电机结构图如3-4图3-4混合式步进电机结构3.1.3步进电机技术术语(1) 相数：产生励磁线圈的磁量 N。(2) 拍数：脉冲数的变化或导电态 N需要表达的磁周期的执行。(3) 步距角：对于一个脉冲信号，电机转子所转过的角位移量用9表示。9 =360 度/ (转子齿数*运行拍数)。(4) 定位转矩：机件在不连接电源状态下，电机转子锁定所需要的力矩。(5) 静转矩：电机在额定静电流状态下，电机不转，锁定电机轴扭矩。这是电机尺寸的标准衡量，与已无关的驱动电压和驱动电源。(6) 步距角精度：每一步角的实际值和步进电机的旋转误差的理论值。用表达式来表示：误差/步距角*100%3.2.1 FYQM415A步进电机驱动器介绍Fymq415a细分两相混合式步进电机驱动器，使用18-36v直流电源，小于35 1.5A的直径42毫米的两相混合式步进电机电流。目前DSP Loop细分驱动交流伺 服驱动控制，电机的转矩脉动小，低速运行非常流畅，几乎无振动和噪声。高转速时转矩 显著高于其他两阶段的驱动，定位精度高。如图3-6图3-6 FYQM415A驱动器322.1驱动器功能微步细分数：由sw4-sw6三个拨码开关来设置驱动器微步细分的数量数，共有7档微步细分数。用户在设定细分时，应停止驱动操作。输出电流的设定：由sw1-sw3三个拨码开关来控制驱动器输出电流的大小，它的输出电流一共有7档。信号接口： PUL是连接控制脉冲信号的端口； DIR是连接方向信号端的端口； OPTO 是连接公共端口（ Vcc）。电机接口： A+和A-连接步进电机A相绕组的正端和负端；B+和B-连接步进电机 B想绕组的正端和负端。当 A、B两相绕组相互调换的时候，可以使电机反向旋转。电源接口：直流电源，电压范围的建议 24-36vdc，功率大于50W指示灯：驱动器上面装有红绿两个指示灯。 绿色的灯是电源指示灯，当驱动器接上 电后绿色指示灯一直亮；红色的灯是故障指示灯，当出现电压过大，过流电流过大等 问题时，红色的灯一直亮。当故障被排除后，红灯灭。当驱动器存在问题时，唯有从 头接上电源和重新使能才能解除故障。3.2.2.2参数设定Fyqm415a驱动器选用八位拨码开关设定动态电流、细分精度。详细描述见表3-1、3-2工作电流设定：sw1-sw3 ;微步细分设定：sw4-sw6。表3-1工作电流设定输出平均电流SW1SW2SW30.21Aoffonon0.42Aonoffon0.63Aoffoffon0.84Aononoff1.05Aoffonoff1.26Aonoffoff1.50Aoffoffoff表3-2微步细分设定步数/rSW4SW5SW6200ononon400offonon800onoffon1600offoffon3200ononoff6400offonoff12800offoff振荡器和I吋庁OSC程呼存储器4KB ROM数据存储霍256B RAM定时/计数器2个16位4单片机单片微型计算机通常 简称为单片机，它不是一个逻辑功能的芯片完成， 而是把一个计 算机系统集成到一个芯片上面去。单片机由控制器、运算器、输入输出设备、存储器构 成，相当于一个微型的计算机，和计算机对比，单片机缺乏了外围设备等其他部件。概括的讲：一块芯片就成了一台。它具有重量轻体积小，廉价，为应用，开发和学习提供了便利条件。同时，了解计算机原理和结构学习使用单片机是一个非常好的方式。 4.1单片机结构图4-1为单片机的构造框图，从图中能够看出在一个芯片上集成了一个微型计算机 的主要部件。（1）8位中央处理器（CPU）（ 2）时钟电路 （3）64KB扩展总线控制电路（4）4KB程序储存器（5）128B数据存储器（6）2个16位定时/计数器（7）4个并行I/O口（ 8）1个全双工串行I/O 口（9）中断系统，包括5个中断电源，2个优先级别外部吋钟外部爭件计数805 CPU内中断64 KB总线扩展控制器并行0接口4个I/O 接口 1个外中断V 控制4.2 单片机引脚功能/ zV V VV*P0 Pl P2 P3串行输入审行输出图4-1单片机内部结构款图STC89C52单片机引脚图4-2LIPIO PH P12P13P14P15F16 P17 INTIINTOliDvccPOOPO1 驱 p(nP(MP05PD6PO7P20P21P22P23P24P25P26P27RXDTXDALI# PSEN图4-2引脚图1XIX2RLSL1亘WR18 脚：通用 I/O 接口 p1.0p1.7;9脚：rst复位键10 .11脚:RXD串口输入TXD串口输出1219:I/O p3 端口口(12,13 脚 INTO 中止 0 INT1 中止 1)14,15 :计数脉冲T0 T116,17: WR写控制 RD读控制输出端18,19:晶振谐振器20地线2128 p2接口高8位地址总线29: psen片外rom选通端单片机对片外rom操纵时29脚(pser)输出低电平30:ALE/PROG地址锁存器31:EA rom取指令控制器 高电平片内取 低电平片外取3239:p0.7p0.q此端口的顺序和其它I/O端口存在区别，和引脚号的排列顺序相反)40:电源+5V4.3 单片机复位电路在系统运行的过程中，有时可能需要重置系统，为了避免系统经常性的由于开关闭 合的损坏，进行了手动复位电路的设计。如图4-3所示。对于这类电路的设计，在整RST端便会出现相当时段的个系统的工作过程当中需求复位时，只要让开关关闭，在 高电平信号，从而使单片机达到复位的目的。XTAL2RSTXTAL1OUDU 1XD1 2*D222_GNOFJVTXD口尹孑厂 mm pasnriP3 6MJ P3T/RTTP2im8P2.1A9 也HMDPSEHP2AA11ME LAICLP2.XTAL1XTAL7图4-4 晶振电路5整体结构设计本文的设计选用STC89C52单片机，FYQ415A步进电机驱动器以及两相混合式步进电机来带动水果分选机果盘的运行来达到水果分选的目的。如图5-1水果分选果盘的三维造型图。图5-1水果分选果盘三维造型图5.1主电路设计主电路的功能是完成水果果杯运行到某一位置时将水果分选出来，电路图如图5-2所示。显示部分用P10接到LED显示灯处以显示电路的运行情况。P14接脉冲信号端 以便将信号传给步进电机驱动器来驱动步进电机。XI、X2连接晶振电路，RESET连接的是复位电路。P03端接PUL控制脉冲信号端以便控制脉冲信号，P04接DIR方向 信号端以控制电机的转动方向。P07接ENA使能端控制信号的输入输出。其电路接线 图如图5-2所示。图5-2主电路接线图5.2程序的设计驱动电机运转将水果分选出来的程序设计如下：/步进电机调试程序 / #in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int/*控制位定义#defi nexife n200sbit shi_ne ng=P07; /使能控制位sbit fang_xiang=P0A4旋转方向控制位sbit mai_cho ng=POP /脉冲控制位sbit butto n=P1A4;/*延时函数*/void delay(uint i)/ 延时函数uchar j,k; for(j=0;ji;j+) for(k=0;k50;k+);主函数mai n()un sig ned int j;shi_ne ng=Q /使能控制点fang_xiang=0;旋转方向控制点 mai_ch on g=0; / 脉冲控制点while(1)while(button);/检测按键按下delay(2);while(button);/ 去抖动for(j=0;j200*xife n;j+)mai_chong=mai_chong / 输出时钟脉冲delay(5);/延时(括号内数值与电机转动速度成反比)本程序采用细分的驱动的工作模式，通过细分的工作模式设置改善电机运行的的平 稳性。参考文献1 主编：杨术明单片机原理及接口技术华中科技大学出版社，2013.22 主编：徐祖茂机械制图上海交通大学等院校机械制图编写组编 .-6版-北京：高等教育出版社，2010.73 多细分两相式混合式步进电机驱动器的研制（D）工业大学2007版4 （日）坂本正文著，步进电机应用技术科学出版社2010版5 主编：余桂英 郭纪林 AutoCAD2008基础教程 -大连：大连理工大学出版社，2008.8 邵立新 夏素明 孙江宏编著 Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文中文标准版教程-北京：清华大学出版社，2007.67主编：王伯平互换性与测量技术基础第三版 机械工业出版社.-3版.-北京：机械工业出版社，2008.12 （2011.6 重印）致谢无声无息，已经进入大学的最后阶段，毕业设计也在自己的努力下和老师的指导下 完成了。毕业设计的完成意味着我的大学生活即将告一段落，之后我即将进入我人生 的另一个阶段、开始一段崭新人生旅程。在此，我要衷心感谢所有在我毕业设计期间 给过我帮助的师长和各位同学。首先我要感谢何秀文老师的大力帮助和支持。在整个设计的过程当中，为我毕业设 计带来了方便。同时在我毕业设计期间也给我提了很多指导性的意见，使我受益匪浅 另外，我还要对其余所有对本课题研究及论文撰写有过指导的同学表示感激。最后，我要感谢我的母校一江西农业大学，在学校的光阴，这里给我留下了很多难 以忘怀的回忆。特别是在我即将踏上工作岗位的同时，毕业设计这样一个过程不仅给 了我很多锻炼的机会，而且加深了我对以前所学知识的理解，拓宽了我的知识面，也 使我对所学知识的综合应用能力有了很大的提高。 祝愿母校的将来更加辉煌更加美好。