智能分拣控制系统的设计与实现
摘 要本设计选用AT89C51单片机作为核心部件，通过输入输出各种形式的电平信号来对压力传感器、高精度模数转换器、步进电机等模块的控制，能够实现对传输带上货物进行自动称重、根据重量大小自动分类、液晶显示等功能的智能系统。本文在硬件和软件两个层面上对智能分拣器控制系统进行了设计阐述。经测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向智能分拣器系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言 1
（一） 智能分拣器控制系统的发展背景 1
（二） 智能分拣器系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 4
（三） 压力传感器集成模块简介 5
（四） HX711高精度AD转换芯片介绍 5
（五） 小型步进电机介绍 6
（六） LCD1602显示器概述 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能分拣器系统的系统结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） 重量检测电路设计 10
（四） 传送带拖动电路设计 11
（五） 显示器电路设计 11
（六） 按键电路 12
四、 软件系统设计 13
（一） 智能分拣器系统的软件工作流程设计 13
（二） 单片机读取HX711工作流程图 14
（三） 步进电机驱动流程设计 15
（四） 显示器工作流程设计 15
五、 仿真调试 17
总 结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
引言
智能分拣器控制系统的发展背景
智能分拣器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
单片机片外搭配重量检测模块、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。
图1 自动分拣器系统
本课题将要设计的这种智能分拣器控制系统主要为了实现对传送带的拖动，同时当传送带上的货物移动到固定位置时能够进行快速地自动称重并根据重量大小对货物进行分类等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能分拣器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能分拣器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如自动分拣、重量检测等功能的加入，使得传统智能分拣器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统智能分拣器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能分拣器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能分拣器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能分拣器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将重量检测等模块的搭配，实现了根据货物重量进行自动分拣等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能分拣器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能分拣器系统的最佳搭配。
智能分拣器系统的国内外发展现状
智能分拣器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能分拣器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能分拣器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能分拣器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能分拣器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能分拣器系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
本文从多个角度对智能分拣器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，论文第五章选用了Proteus 7.8仿真软件平台对控制系统在电脑上进行了模拟仿真，将实际控制系统所能表现出的功能现象通过电脑显示器显示出来。
1、以AT89C51单片机作为主控芯片，实现对HX711型模数转换器、步进电机、液晶屏以及按键等进行驱动；
2、通过配置压力传感器电路实现对货物自动称重，并通过HX711模数转换器电路实现对压力传感器输出信号的采集，送入单片机进行处理；
3、配置步进电机电路，实现对传送带的拖动，从而拖动货物向前方移动；
4、根据货物重量的大小，将货物分为3个等级，其中0~5Kg为第一类，5~10Kg为第二类，10~20Kg为第三类，在得到货物的分类后，传送带将拖动货物移动到每类的特定位置。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
目录
一、 引言 1
（一） 智能分拣器控制系统的发展背景 1
（二） 智能分拣器系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 4
（三） 压力传感器集成模块简介 5
（四） HX711高精度AD转换芯片介绍 5
（五） 小型步进电机介绍 6
（六） LCD1602显示器概述 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能分拣器系统的系统结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） 重量检测电路设计 10
（四） 传送带拖动电路设计 11
（五） 显示器电路设计 11
（六） 按键电路 12
四、 软件系统设计 13
（一） 智能分拣器系统的软件工作流程设计 13
（二） 单片机读取HX711工作流程图 14
（三） 步进电机驱动流程设计 15
（四） 显示器工作流程设计 15
五、 仿真调试 17
总 结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
引言
智能分拣器控制系统的发展背景
智能分拣器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
单片机片外搭配重量检测模块、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。
图1 自动分拣器系统
本课题将要设计的这种智能分拣器控制系统主要为了实现对传送带的拖动，同时当传送带上的货物移动到固定位置时能够进行快速地自动称重并根据重量大小对货物进行分类等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能分拣器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能分拣器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如自动分拣、重量检测等功能的加入，使得传统智能分拣器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统智能分拣器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能分拣器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能分拣器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能分拣器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将重量检测等模块的搭配，实现了根据货物重量进行自动分拣等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能分拣器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能分拣器系统的最佳搭配。
智能分拣器系统的国内外发展现状
智能分拣器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能分拣器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能分拣器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能分拣器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能分拣器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能分拣器系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
本文从多个角度对智能分拣器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，论文第五章选用了Proteus 7.8仿真软件平台对控制系统在电脑上进行了模拟仿真，将实际控制系统所能表现出的功能现象通过电脑显示器显示出来。
1、以AT89C51单片机作为主控芯片，实现对HX711型模数转换器、步进电机、液晶屏以及按键等进行驱动；
2、通过配置压力传感器电路实现对货物自动称重，并通过HX711模数转换器电路实现对压力传感器输出信号的采集，送入单片机进行处理；
3、配置步进电机电路，实现对传送带的拖动，从而拖动货物向前方移动；
4、根据货物重量的大小，将货物分为3个等级，其中0~5Kg为第一类，5~10Kg为第二类，10~20Kg为第三类，在得到货物的分类后，传送带将拖动货物移动到每类的特定位置。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
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