基于单片机的注塑机控制系统设计

本科毕业设计 论文 题 目 基于单片机的注塑机控制系统的设计 英文题目 The design of injection molding machine control system based on single chip microcomputer 学 院 专 业 姓 名 学 号 指导教师 2015 年 12 月 15 日 毕业设计 论文 独创性声明 该毕业设计 论文 是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 文 中除了特别加以标注和致谢的地方外 不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研 究成果 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了 谢意 作者签名 日期 年 月 日 毕业设计 论文 使用授权声明 本人完全了解 XX 学院有关保留 使用毕业设计 论文 的规定 即 学校有权保留 送交毕业设计 论文 的复印件 允许被查阅和借阅 学校可以公布全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存该毕业设计 论文 保密的毕业设计 论文 在解密后遵守此规定 作者签名 导师签名 日期 年 月 日 摘要 电气工程是电气工业的产物 本课题研究了单片机控制系统在注塑机控制系统中的 应用 在全球经济发展的大环境下 中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时 越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实 基于单片机的注塑机控制系统的 发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关 所以本次的设计对于注塑机控制系统 的研究和发展来说具有现实意义 本设计以单片机为核心设计了系统结构图 加热系统 程序指令 系统控制流程图 等 在保留了原始注塑机的基本功能的同时又增加了一系列的实用功能并简化其电路结 构 其将以控制方便 灵活 只要改变输入单片机的控制程序 便可控制注塑机的各种 动作 从而使得注塑机的操纵和工作更加人性化 更加易于控制 因此 本次的基于单 片机的注塑机控制系统的设计在某种程度上面来说具有重大的经济和社会意义 关键词 单片机 注塑机 控制系统 意义 Abstract Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation and can work in environments to protect the personal safety Therefore widely used in machine building metallurgy electronics light industry and atomic energy sectors This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design and pneumatic design This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts it can move according to the due track on the movement of grabbing carrying and unloading The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop by controlling and regulating pressure flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work Keywords Machine product roller Control System Meaningful XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 目 录 摘要 I Abstract II 1 绪论 1 1 1 本课题研究的目的 意义 1 1 2 国内外发展现状 3 1 3 应用单片机控制系统的优点 5 1 4 单片机的应用场合 6 2 系统总体设计 7 2 1 注塑机控制系统概述 8 2 2 注塑机的工作原理 9 2 3 系统原理框图的确定 10 3 系统硬件的设计 10 3 1 单片机系统 12 3 2 键盘电路 13 3 3 辅助电加热电路 14 3 4 实时时钟电路 15 4 系统软件设计 16 4 1 软件组成 18 4 2 顺序控制流程图的确定 18 4 3 温度采集模块流程图的确定 19 结 论 22 致 谢 23 参考文献 24 附 录 25 DOCUMENT TITLE XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 0 1 绪论 单片机作为控制系统的核心部分 由于单片机体积小 使用方便的特点 被应用在 智能仪器上 再结合其他的传感器之类的 可以实现对温度 湿度等精密量的测量 功 能十分的强大 同样由于单片机的体积小 环境适应能力强和使用方便等方面的优点 单片机也被普遍应用于工业控制上 比如多种多样的通讯系统以及机器人等方面 此外 由于单片机的适应能力很强 所以在我们常用的手机 电脑等物品上应用十分广泛 还 有 医院的医疗设备如呼吸机等也有单片机的广泛应用 还有就是汽车系统 物流系统 电力系统 通讯系统等都广泛应用单片机 现在已能上游天空和宇宙 下潜大洋深层 远窥百亿光年 近察细胞和分子 新兴 的电子计算机硬 软件科学使人类开始有了加强 并部分代替人脑的科技手段 这就是 人工智能 这一新的发展已经显示出巨大的影响 而在未来年代它还将不断地创造出人 们无法想象的奇迹 人类智慧的增长并不减少双手的作用 相反地却要求手作更多 更精巧 更复杂的 工作 从而更促进手的功能 手的实践反过来又促进人脑的智慧 在人类的整个进化过 程中 以及在每个人的成长过程中 脑与手是互相促进和平行进化的 1 1本课题研究的目的 意义 早在上世纪 人类已经发明了各种各样的注塑机控制系统 可以说 该注塑机控制 系统的发明是产业发展的结晶 给模具工业的发展带来了很大的便利 服务于人类的生 活 随着社会的进步和科学技术的发展 在 21 世纪 注塑机控制系统已经完全改变 全 自动注塑机早已在现实生活中被使用 随着工业技术的发展 我们利用现有的技术发展 与商业用途的新型注塑机控制系统 实现了大批量的注塑机控制系统的发展肯进步 注 塑机控制系统被广泛使用 主要用于各个生产塑料模具的工厂 这要求该注塑机控制系 统运行平稳 易于控制 注塑效果好 容量大 故障低 可靠性高 噪音低 寿命长等 优点 从而适应社会的需求和经济发展 1 2 国内外发展现状 注塑机在中国的建立的时间比较短 在很多中小型企业 市场的洗礼和考验的程度 不够 注塑机的企业管理水平与国际标准还有一定的差距 在客观认识国内注塑机市场 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 1 的需求空间和诸多问题的发展现状 与国际接轨和发展就显得尤为重要 在过去的几年 中 中国的注塑机业已经进入了一个快速发展的时期 在国内外两大市场具有良好的发 展势头 相关负责人表示 随着近几年的价格调整 原材料价格上涨 运输和人力成本 不断上升 使中国的注塑机的发展是一个新的功能 如下所示 一 生产和销售规模日益扩大 信息技术 为了提高品牌知名度 注塑机企业都采用了大量的营销策略 例如 注塑机店铺装 修文化 导购 市场营销活动 信息技术 服务意识 运用现代技术和手段 以高要求 高消费客户群提供个性化服务 注塑机企业也不断从国外著名品牌营销战略 服务技能 的学习 努力提高自己的营销服务水平 大型 大规模工业化生产的机械化 信息化管 理的现代化 是注塑机企业做大做强的必然选择 二 发展环境趋好 近年来 国家先后出台了一系列政策 以确保增长 扩大国内需求 调整的总体要 求 结构 保持经济平稳较快发展的政策 这对于注塑机业的发展显著 此外 注塑机 下乡的实施和全国各地的建设 为低碳 环保的注塑机业必将得到大力推广和重视 三 出口稳步增长 虽然注塑机的出口还处于起步阶段 具有广阔的发展空间 中国的注塑机企业的高 度重视 以提高产品质量 不断追求生产高档次 高品质的产品 有些产品在质量和风 格可与国际品牌的卧室的门完全可以媲美 一些发达国家采购势头越来越强 这是扩大 注塑机出口非常有利 四 人才储备的重视 注塑机业起步比较低 行业整体素质不高 粗放型经济增长方式 抄袭的产品 常 见的现象 同质化 因此 许多新的功能可以从上面可以看出 中国的注塑机市场依旧 非常看好 注重产品质量和售后服务 提高行业的整体素质等方面 可以加快我国注塑 机机械工业水平和国际铁路速度快 国际化也是我们的一个挑战 要充分利用国际和特 点 加强和交流的机会 努力提高国际化视野和国际化发展布局 1 3 应用单片控制系统优点 与传统的注塑机相比 单片机在工业注塑机上的优势有以下几个方面 1 高可靠性 强抗干扰能力的单片机控制系统作为现代大规模集成电路技术的结 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 2 果 采用了内部电路采用了先进的抗干扰技术 具有很高的可靠性 2 完成 功能齐全 单片机控制系统开发的适用性 已形成了一个大 中 小系 列产品的所有大小 可用于各种规模的工业控制场合 除了逻辑处理功能外 大多数现代单片机控制系统具有完善的数据运算能力 可 用于各种控制领域 1 4 单片机的应用场合 单片机广泛应用于仪器仪表 家用电器 医用设备 航空航天 专用设备的智能化 管理及过程控制等领域 大致可分如下几个范畴 1 在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小 功耗低 控制功能强 扩展灵 活 微型化和使用方便等优点 广泛应用于仪器仪表中 结合不同类型的传感器 可实 现诸如电压 功率 频率 湿度 温度 流量 速度 厚度 角度 长度 硬度 元素 压力等物理量的测量 采用单片机控制使得仪器仪表数字化 智能化 微型化 且功能 比起采用电子或数字电路更加强大 例如精密的测量设备 功率计 示波器 各种分析 仪 2 在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统 数据采集系统 例如工厂流水线的智能化管理 电梯智能化控制 各种报警系统 与计算机联网构成二 级控制系统等 3 在家用电器中的应用 可以这样说 现在的家用电器基本上都采用了单片机控 制 从电饭褒 洗衣机 电冰箱 空调机 彩电 其他音响视频器材 再到电子秤量设 备 五花八门 无所不在 4 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口 可以很 方便地与计算机进行数据通信 为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质 条件 现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制 从手机 电话机 小型程控交 换机 楼宇自动通信呼叫系统 列车无线通信 再到日常工作中随处可见的移动电话 集群移动通信 无线电对讲机等 5 单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛 例 如医用呼吸机 各种分析仪 监护仪 超声诊断设备及病床呼叫系统等等 此外 单片 机在工商 金融 科研 教育 国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 3 2 系统总体设计 2 1 注塑机控制系统概述 注塑机控制系统是整机的一个重要部分 其性能的优劣对整机有着至关重要的影响 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展 单片机增加了运算 数据传送和处理的功能 真正成为一种计算机工业控制装置 单片机的功能远远超出逻辑控制 顺序控制的范围 所以在工业发达国家 单片机在其自动化设备中的比例占首位 近年来 我国的单片机 技术也从初期的引进 消化走向吸收和推广应用阶段 并且在许多工业领域取得了良好 的经济效益和社会效益 在以往国内的注塑机控制系统中 主要存在两种控制类型 1 继电器控制 2 单片机控制 在现代控制系统中 前种方法因其自身的局限性 多不采用 而多是采用单片机控 制系统 这是一种工业控制机 具有抗干扰能力强 工作可行性高 平均无故障时间长 可在恶劣环境下正常工作 并可与计算机联网运行 此外 单片机系统还可大大缩短系 统的设计 加快工作进度 在本次设计中我们采用了单片机控制系统 注塑机控制通常指的是电液控制 即由液压和电气控制部分组成 注塑机的控制系 统是保证注塑机按工艺过程规定的要求 压力 速度 温度 时间等 和动作程序 准 确有效地工作的控制系统 目前注塑机的发展主要集中在 1 提高制品尺寸精度和稳定性 2 提高速度 缩短成型周期 3 生产过程的自动化和省力 但所采用的技术手段 都离不开以计算机技术为基 的自控技术 因此 注塑机的控制成为目前注塑机发展中一个很重要的内容 主要包括 动作程序控制 如开闭模 注射 保压等 和过程程序控制 例如 注射过程的速度和 压力程序控制等 两个方面 2 2 注塑机的工作原理 注塑机是一种专用的塑料成型机械 它利用塑料的热塑性 经加热融化后 加以高 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 4 的压力使其快速流入模腔 经一段时间的保压和冷却 成为各种形状的塑料制品 本次 的设计原型是采用 SZ 250A 型的注塑机 与注塑机相关的注塑机图片如下图 1 所示 图 1 2 3 系统原理框图的确定 本次设计的是基于单片机的注塑机控制系统的设计 根据分析 确定它的系统原理 框图如下图 2 所示 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 5 图 2 3 系统硬件的设计 3 1 单片机系统 根据系统硬件框图可以看出 在本系统所需的外围电路中 多数是使用微控制器的 I O 口 并且本系统并非实时系统 对微控制器的速度需求不高 所以在本系统中 选择 了性价比较高的 ATMEL 单片机 AT89S51 AT89s51 单片机是一种低功耗 高性能 CMOS 8 位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 使用 ATMEL 公司高密度非易失性存 储器技术制造 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容 片上 Flash 允许程序存储器在 系统可编程 亦适于常规编程器 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 AT89S51 单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效的解决方案 3 2 键盘电路 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据 传送命令等功能 是人工干预 单片机的主要手段 键盘实质上是一组按键开关集合 通常选用机械弹性开关 它们利 用了机械触点的合 断作用 键的闭合与否 反映在输出电压上就是呈现低电平还是高 电平 通过对电平高低状态的检测 便可确认是否有键按下 为了确保 CPU 对一次按键 动作只确认一次 那就必须消除抖动的影响 这样才能使键盘在单片机系统中使用的更 加稳定 常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口 由于本文需要四个开关 因此 本电路选用独立触摸式开关 如图 3 所示 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 6 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 D D C C B B A A Title Number RevisionSize B Date 2011 11 29 Sheet of File E 业业业业 业业业业业 Sheet16 SCHDOC Drawn By S1 S2 S3 S4 1K R11 1K R12 1K R13 1K R14 VCC P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 图 3 3 3 辅助电加热电路 当注塑机的塑料温度慢慢随着时间的推移冷却时 对液箱的塑料提前加热是必要的 这一电路恰好能完成这一功能 工作原理 当单片机 89s52 p2 6 口输出高电平时 三极 管导通 致使发光二极管发亮 同时光敏三极管导通 继电器闭合 电阻丝 r1 r4 发热 这样就完成了加热的任务 此电路虽然简单 但在注塑机中是必不可少的 下图 4 为温 度控制结构框图 图 5 为辅助加热电路图 图 6 为采温硬件电路图 图 4 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 7 图 5 图 6 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 8 3 4 实时时钟电路 本系统采用 DS12C887 芯片 DS12C887 实时时钟芯片是美国最新研制成功的产品 它 可以广泛应用于计算机 工控仪表 通信器材等设备中 是目前具有实时时钟功能系统 的首选芯片 该芯片为 24 管脚双排直列封装 内部包含锂电池 石英晶振 非易失静态 RAM 和写保护电路等部分 可取代典型应用中的十六个元器件 所以说 DS12887 实时时钟 芯片本身就构成了一个完整的子系统 它的出现不仅缩小了设计系统的体积 而且也大 大提高了系统的可靠性 该芯片主要功能包括非易失时钟 警报器 百年历 可编程中 断 方波发生器和 114 个字节非易失静态 RAM 等 其引脚功能说明如下 AD0 AD7 地址 数据复用总线 NC 空脚 MOT 总线类型选择 MOTOROLA INTEL CS 片选 AS ALE R W 在 INTEL 总线下作为 WR DS 在 INTEL 总线下作为 RD RESET 复位信号 IRQ 中断请求输出 SQW 方波输出 VCC 5 电源 GND 电源地 在没有外部电源的情况下可工作 10 年 自带晶体振荡器及电池 可计算到 2100 年前的秒 分 小时 星期 日期 月 年七种日历信息并带闰年补 偿 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 9 用二进制码或 BCD 码代表日历和闹钟信息 有 12 和 24 小时两种制式 12 小时制时有 AM 和 PM 提示 可选用夏令时模式 可以应用于 MOTOROLA 和 INTEL 两种总线 数据 地址总线复用 内建 128 字节 RAM 4 系统软件设计 4 1 软件组成 软件系统通常分为两大类 一类是系统软件 另一类是应用软件 系统软件指的是 操作系统 程序设计系统等与计算机密切相关的程序 系统软件一般由计算机生产商或 各种软件公司提供 带有一定的通用性 用不着自己编写 本课题采用单片机控制系统 该单片机控制系统对注塑机进行实时监控 应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序 在计算机控制系统中 每个控制对象或控制任务都要有相应的控制程序 用这些控制程序来完成对象的不同要 求 这种程序通常称为应用程序 本课题主要根据注塑机的各种输入输出状态来设计对 应的与单片机控制相关的电路图 流程图等等 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 10 4 2 顺序控制流程图的确定 通过以上分析 我们可以知道注塑机的控制过程如下图 7 所示 图 7 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 11 4 3 温度采集模块流程图的确定 注塑机的温度采集模块流程图如下图 8 所示 图 8 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 12 结 论 到这里 论文总算完成了 心里有一种成就感 也觉得做一套系统的设计不容易 在最近的一段时间的毕业设计 使我们充分把握的设计方法和步骤 不仅复习所学 的知识 而且还获得新的经验与启示 在各种软件的使用找到的资料或图纸设计 会遇 到不清楚的作业 老师和学生都能给予及时的指导 确保设计进度 本文所设计的是基 于单片机的注塑机控制系统的设计 在做之前 我在图书馆和网上查找了许多关于这类 的设计资料 也虚心地向我的同学和导师请教过 感觉受益良多 与此同时也觉得做一 套完成的系统的设计不容易 需要掌握很多知识 总之 本设计完成了老师和同学的帮 助下 在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学 是大家的帮助才使我的论文得以通 过 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 13 致 谢 论文总算完成了 心里感概很多 在这里 我要向我的导师表示由衷的感谢 真心 的感谢我的导师这年来我谆谆教导 感谢我敬爱的老师 您不仅在学习学业上给我以精 心的指导 同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解 给予我人生的启迪 使我 在顺利地完成大学阶段的学业同时 也学到了很多有用的做人的道理 明确了人生目标 知道自己想要什么了 不再是从前那个爱贪玩的我了 导师严谨求实的治学态度 锐意 创新的学术作风 认真加负责 公而忘私的敬业精神 豁达开朗的宽广胸怀 平易近人 经过近半年努力的设计与计算 查找了各类的注塑机控制系统的设计资料 论文终于可 以完成了 我的心里无比的激动和开心 虽然它不是最完美的 也不是最好的 但是在 我心里 它是我最珍惜的 因为我自己已经尽力的做了 它是我用心 用汗水成就的 也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现 四年的学习和生活 不仅丰富了我的知 识 而且锻炼了我的个人能力 更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到 了许多有用的知识 在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意 谢谢各位同学老师 最后 感谢学校各位领导与老师给了我在 XX 学院学习生活四年以及参加这次毕业设 计的宝贵的锻炼机会 它使我深刻认识到在知识的汪洋大海面前我是多么无知和微不足 道 这是一个最好的时代 也是尊重知识 充分学习知识 掌握知识的时代 只有持续 的不间断地学习 才不会在激烈的竞争中落后于别人 也才能用自己的真才实学为社会 做出自己应有的贡献 知识是无止境的 无价的 我愿在求真的道路上下而求索 XX 学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 论文 14 参考文献 1 张华 注塑机控制系统设计 北京 科学出版社 2004 5 2 李念 单片机控制系统概述 北京 机械工业出版社 2005 1 3 张栋 单片机控制系统的创新设计 高等教育出版社 2004 3 4 姜继海 宋锦春 高常识 单片机控制系统工作原理 高等教育出版社 2002 8 5 张春林 曲继方 张美麟 机械创新设计 机械工业出版社 2001 4 6 钱平 单片机应用技术 机械工业出版社 2005 1 7 张辽远 单片机控制系统的设计与实现 机械工业出版社 2002 8 8 基恩士传感器选择手册 2010 版本 9 黄长艺 严普强 单片机控制系统设计基础 机械工业出版社 2001 1 10 张桓 陈作模 注塑机控制原理 高等教育出版社 2000 8 11 王昆 何小柏 汪信远 单片机控制系统原理 高等教育出版社 1995 12 12 徐锦康 机械设计 高等教育出版社 2004 4 13 邓星钟 机电传动控制 华中科技大学出版社 2001 3 14 刘延俊 液压与气压传动 机械工业出版社 2002 12 15 章宏甲 黄谊 王积伟 单片机控制系统的逆向设计 机械工业出版社 2000 5 16 胡泓 姚伯威 机电一体化原理及应用 北京 国防工业出版社 2000 6 17 陈铁鸣 单片机控制系统创新 高等教育出版社 2003 7 18 孙靖民 机械优化设计 机械工业出版社 2005 1 19 黄俊 系统分析与设计 北京 清华大学出版社 1991 7 20 Rajput R K Elements of Mechanical Engineering Katson Publ House 1985 21 Orlov P Fundamentls of Machine Design Moscow Mir pub 1987