课程设计（论文）-全自动捆钞机设计说明书.doc

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1、 1 西华大学毕业设计说明书 目目 录录 摘摘 要要 前前 言言II 1 1 绪论绪论.1 1.1 本设计的任务与内容 .1 1.2 全自动捆钞机的概述 .1 2 2 捆钞机的机械原理方案设计捆钞机的机械原理方案设计.3 2.1 机械总体方案设计 .3 2.2 压币机构方案设计 .6 2.3 送、收带机构方案设计 .7 2.3.1 纵向送、收带机构方案设计 .7 2.3.2 横带送、收带机构方案设计 .9 2.4 凸轮机构方案设计 .10 2.4.1 纵向凸轮机构方案设计 10 2.4.2 横向凸轮机构方案设计 11 2.4.3 对应凸轮结构设计 11 2.5 控制面板设计 .15 3 3 捆

2、钞机的控制电路原理方案设计捆钞机的控制电路原理方案设计17 3.1 总体原理方案 .17 3.2 信号分析 .21 3.3 开关信号处理电路 .22 3.4 温度传感信号处理电路 .23 3.5 LED 显示电路27 3.6 热合片温度控制电路 .30 3.7 测速电路 .31 2 西华大学毕业设计说明书 3.8 电机控制电路 .36 3.9 键盘设计电路 .38 3.10 电源设计 38 4 4 软件设计软件设计40 4.1 控制流程设计 .40 结论结论41 总结与体会总结与体会42 致谢词致谢词43 参考文献参考文献44 I 西华大学毕业设计说明书 摘摘 要要 本设计是在结合现有的捆钞机

3、的基础上，进行设计基于单片机控制的简单可行全自 动控制系统。捆钞机经自己分析和查阅相关资料及指导老师的意见采取三带 3 点式捆扎 纸币。在本设计中对捆钞机的机械原理部分设计分为三部分考虑:捆钞机压币机构的设计， 纵向和横向送带收带机构的设计，纵向横向凸轮机构的设计。进而进行控制面板的设计。 在控制电路设计方面主要为信号采集处理，电机控制显示及键盘控制等。并在设计中介绍 了此次设计时所使用的各类芯片，对相应芯片的引脚和功能也做了说明。在完成主要功能 设计后进行了软件方面的分析，分析了控制流程。最后对本设计的可行性进行了优缺点分 析。 【关键词】捆钞机、自动控制、单片机 Abstract This

4、 design is combined with the existing Money packer , make a simple and feasible design based on single chip microcomputercontrol automatic control system. Money packer with my own analysis and access to relevant information and advice the instructor to take the three tied with 3-point to pack the mo

5、ney. In the design part of the Money packer Design Machine Theory is divided into three parts to consider: Money packer currency mechanism design pressure, vertical and horizontal delivery with collection agencies with the design of horizontal and vertical cam design. In the control circuit design p

6、rimarily for signal acquisition and processing, motor control, display and keyboard control. And introduced in the design used in the design of various types of chips, chip pin and the corresponding functionality illustrated. After completing the design of the main functions carried out the analysis

7、 about software. Analysis of control flow and control panel design. Finally, analysis advantages and disadvantages of the II 西华大学毕业设计说明书 feasibility of the design. 【Key【Key words】words】Money packer；Automatic Control；Single chip microcomputer 前前 言言 伴随着我国经济的快速发展，自加入世界贸易组织以来，金融行业的发展也渐渐达 到了高峰。当前国内的货币交易主

8、体依旧是纸币，因而就需要对纸币进行清点、储存和 运输。首先金融机构就需要对纸币进行捆扎处理，从而相应的纸币捆扎设备应运而生。 本设计就是设计一款基于单片机控制的全自动的捆钞机，设计出系统的总体原理方 案。进而完善机械原理部分，控制面板和控制电路部分的设计。设计中参照了现今一些 捆钞机产品的优点和金融行业对捆钞机的要求，机械设计中分析几种方案的优缺点进行 选择，在控制电路设计时对于芯片和方案的选择也做了分析比较，并对输入信号和输出 信号做系统分析从而最终完成其控制电路的设计。在最后整理出控制流程的相关设计。 III 西华大学毕业设计说明书 1 西华大学毕业设计说明书 1 1 绪论绪论 1.11.

9、1 本设计的任务与内容本设计的任务与内容 1.完成全自动捆钞机控制系统的总体原理方案的设计； 2.在总体原理方案设计的基础上完成驱动元件的选择，并保证方案的可行性； 3.完成机械系统所需的控制信号和反馈信号的分析； 4.完成相关的驱动电路设计； 5.完成基于单片机的主控电路的电路原理图设计； 6.完成控制流程及控制界面的设计。 1.21.2 全自动捆钞机的概述全自动捆钞机的概述 捆钞机是一款为了解决金融系统纸币捆扎而研制的捆钞设备 。在今后一段时间 内，我国货币流通领域的主体仍是现钞。为了便于清点、运输和保存，金融部门需要将 现钞打把(每百张纸币为一把)、打捆(每十把为一捆)。捆钞机的大致工作

10、过程为压币- 送带-压带头-收带-热合-剪断-松币-取币过程。 国内的捆钞机主要分为 3 类。第一类是机械式的，即通过杠杆、螺旋或液压机械按 压后由手工捆扎，其工作人员劳动强度较大，且操作不规范。第二类是半自动的，即用 电脑控制实现其中连续的 1 个或 2 个动作，然后在工作人员配合下完成捆钞。第三类是 全自动的，由工作人员把捆扎的现金放在工作台上，按下自动捆扎键后，自动捆钞机将 完成全部动作。采用全自动方式可以真正地把操作人员从重复劳动中解放出来，同时大 大提高效率。目前金融部门用的捆钞机大部分是三点式半自动捆钞机。国内金融部门急 需一种新型自动化程度高的国产捆扎设备, 以满足其纸币打捆的需

11、要。 为实现全自动捆钞机的时序控制，目前国内全自动大把捆钞机电控系统大多用 PLC 控制，由于 PLC 成本高，保密性差，若控制点数多，则价格高，并且对捆钞机某些控制 单元的特殊要求，PLC 难以实现，因此用单片机控制方式，自行开发软硬件，使成本降 低，且保密性好、性能稳定、控制点数多、便于修改。 全自动捆钞机和半自动捆钞机，区别在于全自动捆钞机是纸币一次置入定位，按 动工作键后，不需要转向和反复施压，即可完成捆扎，而且速度较快，一般每捆低 于 20 秒，部分厂家的机型可以达到 13-14 秒完成捆扎 。而半自动捆钞机是纸币置 2 西华大学毕业设计说明书 入定位，按动工作键后，需要两次手动转向

12、 ，才可完成捆扎，而且速度较慢，一般 每捆需要 35 秒，部分可以达到 28 秒以下。 目前国内专业的捆钞机品牌， 主要有：“聚龙牌”“飞越牌”“汇金牌”“凯 丰牌” “集能牌”“腾飞牌”等。 最新型捆钞机采用微电脑控制、使用了最先进的非接触烫合方式，一次压紧，完 成三道捆扎,成型更平整,避免了多次压钞， 真正保护钱币不受损伤。该机具有智能 人机对话功能， 工作状态清晰显示，故障屏幕自动提示。封闭捆扎，操作简单， 安 全可靠。由于工作时三道同时捆扎、无需转位，所以速度更快。 独有外置带盒装置， 更换捆扎带更为简单，从而减轻了操作人员工作强度，提高了工作效率，是一款理 想的金融办公自动化设备。

13、3 西华大学毕业设计说明书 2 2 捆钞机的机械原理方案设计捆钞机的机械原理方案设计 2.12.1 机械总体方案设计机械总体方案设计 首先捆钞机的工作为对各类版本及面额的纸币进行捆扎，也达到便于储存、运输和 管理的设备。捆钞机主要包括部分如 2-1 图所示。 捆钞机送收带，凸轮 机构 捆钞机工作区 捆钞机压紧机构 图 2-1 捆钞机主要组成部分 1.捆钞机压紧机构： 捆钞机的压紧机构是捆钞机机械设备中比较重要的一个机构，该机构主要完成对送 入的大捆纸币进行压币以方便后续的捆扎工作。 2.捆钞机工作区： 该部分为捆钞机工作时的纸币存放地，纸币放在密闭的设备中，被设备进行压紧， 送带收带捆扎等一系

14、列工作。 3.捆钞机送收带、凸轮机构： 这两个机构是该设备最主要的机构，捆钞机的主要动作都要靠这两个机构来实现。 送、收带机构为一个机构完成，分纵向和横向送收带机构：凸轮机构主要完成捆扎带收 紧后对捆扎带的热合剪断处理，当然收带前对捆扎带的带头压紧工作也由凸轮机构来完 成。 4 西华大学毕业设计说明书 对捆钞机的组成部分了解了后总体大致分析出其机构布局的简单框图，进而便于也 后的各部分机械原理的设计。机构布局框图如图 2-2 所示。 纸 币 捆 扎 凸 轮 机 构 送 收 带 机 构 压紧机构 图 2-2 机构布局简图 压紧机构设定为采取上压式布局，方便对纸币的压币和松币。送、收带机构由于分

15、纵向和横向，机构布局为纸币侧向设置。对于凸轮机构的布局，分析到压紧机构也为上 压式，避免机构的复杂位置设计和考虑到整体设备的尺寸大小尽量小型化，故而安排到 整体机构下方，采取顶杆上升动作式。 依据初步的机构划分和布局设定开始拟定捆钞机的总体方案，经设计分析出两种机 械原理方案。 方案一如图 2-3 所示，方案二如图 2-4 所示 5 西华大学毕业设计说明书 捆扎带 凸轮 电机2 压紧轮 带轮 电机3 纸币 电机1 图 2-3 机械方案一 电机1 捆扎带 凸轮 纸币 电机3 带轮 压紧轮 电机2 图 2-4 机械方案二 对分析出的两种方案进行比较，两种方案中主要区别在于压紧机构和凸轮机构的设 计

16、上。指导老师给予分析意见，方案一中压紧机构的布局有利于设备整体体积的减小， 但是对于反向同轴丝杆转动时可能发生使两移动快的水平移动不一致，从而导致连杆的 6 西华大学毕业设计说明书 上升不一致，致使压板不能良好的压币，并且在检测压币压紧采用特殊材料的压缩通过 限位信号来检测，此方案中材料不易选取并且材料受温度影响后压缩量会变化而影响压 紧，致使纸币的捆扎效果变差或失败。检测凸轮机构方案一中采用带轮作为一级传动， 在凸轮动作中如果出现打滑现象会造成纸币捆扎时出现一些故障，导致捆币失败。在方 案二中由于其压紧传动机构的设计增加了整体结构的体积，在压紧检测时可能通过限位 开关，延时压紧、测被动轮测速

17、方案，方案有待确定。凸轮传动机构采用齿轮作为一级 传动，避免了方案一中带轮打滑的现象，但是由于齿轮的齿隙的存在可能会产生定位误 差导致凸轮动作不到位而影响捆钞。所以方案二中可能需要较好的定位方案从而减小这 样误差。 最终分析比较确定方案二作为捆钞机整体的初步设计方案，在后续各部分的机械部 分详细设计中解决方案二中所出现的一系列问题。 2.22.2 压币机构方案设计压币机构方案设计 首先明白压币机构的目的为对纸币压紧。在压币过程中可能出现的问题，及如何解 决这些问题。由于纸币分不同版本，不同面额，而且还有新旧只分，因而不可能出现压 板下压到同一位置时达到纸币压紧。进而排除了运用限位开关来检测纸币

18、压紧与否的方 案。进一步分析到当纸币压紧后由于都会出现下压板不在下移，丝杆也会不在转动，即 带轮的从动轮出现打滑。此时从动轮的转速理想情况下应为零，但由于实际的各种原因 只能在一很小速度附近震动。分析后可采用编码盘测带轮从动轮转速来检测纸币的压紧 与否。 在压币过程中会出现人为的误操作如在无纸币放入时启动了捆钞机时，压板下压由 于无纸币的原因，不能使带轮被动轮转速变小，只有在压到工作区纸币底板时才会检测 到信号，这样会可能会造成整体设备损坏。并且在纸币捆扎完毕后压板上升高度也需要 限位，就需要在丝杆道中加入上限位和下限位开关来解决这一问题。 详细分析压紧机构的设计及各种问题解决办法后，得出其比

19、较系统的机械和各种检 测设计。其方案如图 2-5 所示。 7 西华大学毕业设计说明书 下限位开关 上限位开关 电机 编码盘测速 张紧轮 图 2-5 下压机构 上图 2-5 中丝杆导轨中加入 2 个限位开关，用以对压板的上下位置进行限位控制。 用关电编码盘对带轮从动轮进行测速给出压紧信号。对于带轮的预紧力可也通过张紧轮 进行调整。 2.32.3 送、收带机构方案设计送、收带机构方案设计 2.3.1 纵向送、收带机构方案设计 由于本设计的捆钞机采取三带三点式捆扎，所以在纵向上只捆扎一次，送出的捆扎 带也只有一道。因而机构相对也简单些，其纸币采用三点式捆扎后的效果如图 2-6 所示。 8 西华大学毕

20、业设计说明书 图 2-6 三点式捆扎效果 分析送带机构的任务和目的为当纸币压紧后由该机构将捆扎带送入带道中，将捆扎 带送到位后，等凸轮压带压紧信号反馈后在进行收带动作，将纸币捆紧。在送收带中可 能出现的问题有：堵带、送带不到位，带头未压紧而收带，捆扎带完等系列问题。对于 堵带现象可通过带道的设计来减小这一现象出现的几率；带到位和捆扎带收紧检测科由 测压紧轮转速来监测，在测速这一方案中和指导老师进行了分析和讨论；捆扎带带完检 测可由关电开关来检测，但对于其安装位置的的选择要进行分析。 经过考虑和研究确定纵向送、收带机构如图 2-7 所示。 捆扎 带 编码盘 测速 带完 检测 带轮 压紧轮 电机

21、图 2-7 纵向送、收带机构 上图中带轮为捆扎带存放带轮，捆扎带经压紧轮和带轮从动轮间进入带道。调整压 紧轮和带轮从动轮使之能带动捆扎带送收。捆扎带的送入和收回长度和压紧轮的正反转 的周长应该是一致的，当堵带或捆扎带送到位时，捆扎带不能再前进，压紧轮由于相对 移动而也近似停转，捆扎带收紧后的情况也和这一样，因而可测压紧轮的转速来检测， 但绝对不能测从动轮或电机的转速。带完检测开关位置安排在带轮和压紧轮之间，因为 如果安排在压紧轮之后即使检测到带完信号，但是捆扎带的断代取出比较麻烦，在带轮 之前检测到带完信号，由于带尾还在外面很容易取出并更换新的捆扎带。 9 西华大学毕业设计说明书 2.3.22

22、.3.2 横带送、收带机构方案设计横带送、收带机构方案设计 由于为三带三点式捆扎，横向方向就要送两条捆扎带，但是原理和纵带原理是一致 的。都是完成对捆扎带的送带和收带动作并且所需注意的问题也和纵向一致。由于是两 条捆扎带，要求应具有同步性。电机采取两个电机分别驱动还是一个电机通过机械传递 来实现，测带完是两条捆扎带上都进行检测还是只检测一条捆扎带，测压紧轮转速是两 个压紧轮都检测还是只测一个，这些都要进行分析考虑。 通过对以上问题的研究和指导老师讨论后，得出了比较可行的横向送、收带机构的 方案，如图 2-8 所示。 横带2横带1 图 2-8 横向送、收带机构 采取上图所示的机构方案后，可也看横

23、向的捆扎带 1 和捆扎带 2 达到了同步，并 且其驱动电机也简化为一个电机驱动。由于捆扎带在送出和收回达到一致故对于压紧轮 的测速可也只测一条带上的压紧轮来完成横向的测试目的。在对于测带完的问题上，按 理也能通过只检测一条带上的带完来达到整个横向的带完检测目的，但不排除人为更换 带轮及产品带长尺寸的不一致造成带 1 和带 2 带完不一致。故还是采取两带各自进行带 完检测，其带完检测和纵向带完检测原理一样。 10 西华大学毕业设计说明书 2.42.4 凸轮机构方案设计凸轮机构方案设计 凸轮机构为捆钞机的重要机构，完成动作最多，要求也多因而传动机构会比较复杂， 考虑的问题也相对会多点。凸轮机构同样

24、分为纵向和横向机构的设计。由于纵向和横向 所完成的动作是一致的，所以凸轮的结构是一样的，只是纵向为一条带的系列动作，横 向为两条带的一系列同步动作，故而在传动机构上会有所区别。分析凸轮所完成的动作 有压带头，热合片的伸入和收回，热合，剪断四个过程。因而凸轮轴上应有 4 个凸轮。 2.4.1 纵向凸轮机构方案设计 纵向的凸轮机构主要用于完成纸币纵向的捆扎带的相关处理，如在捆扎带送到位后 对捆扎带带头压紧，捆扎带收紧后完成捆扎带热合，压紧，剪断等一系列的动作。对于 凸轮的具体结构后面会给出方案，现在设计其机械传动机构的方案。纵向凸轮机械机构 如图 2-9 所示。 光 电 编 码 盘 纵向凸轮 图

25、2-9 纵向凸轮机构 对于分解动作完成主要的凸轮安排在图中凸轮轴上，一级传动采取齿轮传动，放弃 带传动的设计方案，带传动可能出现带轮打滑现象从而致使凸轮定位不准确造成凸轮动 作不到位，影响捆扎质量。用齿轮传动前面也分析到由于齿轮间隙的问题出现定位误差， 11 西华大学毕业设计说明书 但是可也通过在齿轮从动轮上安装关电编码盘来对凸轮轴进行定位检测，来减小或避免 定位误差。 2.4.2 横向凸轮机构方案设计 由于横向凸轮和纵向凸轮完成的动作一样，只是纵向为一条捆扎带，只有一个对应 的凸轮机构；而横向上有两个条捆扎带，故需要与之对应的两个凸轮机构来完成每一条 捆扎带的一系列相关动作。在各自捆扎带上的

26、动作要求一致，所以需要凸轮的转位也要 达到一致才能保证这一要求，就需要机械传动机构的设计，驱动电机也最好使用一个电 机来驱动 2 个凸轮轴的转动。最后得出横向的凸轮传动机构如图 2-10 所示。 光 电 编 码 盘 图 2-10 横向凸轮机构 在横向凸轮机构中同样要解决纵向凸轮机构的相关问题，由于两个凸轮采用上图所 示的传动方案，故在凸轮动作的一致性上能保持一致。在凸轮定位检测上无需分别对两 个凸轮进行检测，只需对其中一个凸轮轴上的同轴齿轮采用编码盘进行转位检测即可。 2.4.3 对应凸轮结构设计 在前面已经分析到凸轮轴上主都有 4 个动作的完成，因而对应一般需要 4 个凸轮的 相关设计。第一

27、步为压带凸轮到位对到位的捆扎带压紧，便于收带的进行将捆扎带收紧； 第二步为当捆扎带收紧后送加热片凸轮到位，将加热片伸入两带间对捆扎带进行加热； 12 西华大学毕业设计说明书 第三步为当加热完毕够加热片收回后热合压紧凸轮到位对捆扎带进行热合；第四步热合 完毕，剪带凸轮到位，剪断捆扎带。纸币捆扎完毕。对于具体的各凸轮布局经分析得出 两种方案。 方案一如图 2-11 所示。 引导块 捆扎带 热合片 带头压头热合剪断压头 图 2-11 凸轮布局方案一 方案二如图 2-12 所示 剪断压头 热合压头带头压头 热合片 捆扎带 引导块 图 2-12 凸轮布局方案二 在给出的两种方案中都有各自的优缺点。方案一

28、中只有三个凸轮就能完成捆扎带的 压带头，送热合片、热合压带、剪断四个主要动作，简化了凸轮的结构。将剪断和热合 压带用一个凸轮来实现，该凸轮的设计和结构要复杂一点，同时对于刀口的位置也要确 定好。不然会出现还没热合好就将捆扎带剪断的现象，那么捆扎带会因为纸币的张力而 13 西华大学毕业设计说明书 使捆扎带松散开，导致故障。方案二中按照分工就设置出 4 个凸轮的布局，虽然在凸轮 机构上复杂了一点点，但是凸轮独立完成各自的动作，单轮处理对应动作的性能得到加 强，热合和剪断分开，先热合后进而剪断捆扎带，减少了方案一中可能出现问题的几率。 最后选定方案二，捆扎带由送带机构经过带头压带顶块的带道，在经过剪

29、断顶块的 带道，到热合片和热合压头之间，在由引导块带道进入绕币道。带头到位后凸轮转动首 先压带头凸轮到位使压带头快上移压紧带头，收带收紧后热合片凸轮到位热合片到位加 热捆扎带，延时后热合片收回热合压带凸轮到位，带动压块上移热合捆扎带。延时后剪 断凸轮到位，剪断块上移剪断捆扎带捆带完毕。 对于凸轮设计采用常用的滚子推杆，因为推杆和凸轮接触为滚动摩擦，不易磨损， 传递较大的动力。 带头压紧凸轮设计如图 2-13 所示 图 2-13 为压紧凸轮机构的设计方案。凸轮转动 使滚子推杆在竖直方向上升和下降，推杆和压块刚性 连接从而使压块发生一致的动作。捆扎带送带到位后， 带头位于压带块的上方，凸轮转动到最

30、大离心距时即 压块上升到最高点致使压紧带头。当然至于其具体准 确的尺寸应考虑实际的机构布局。压块中开有捆扎带 通道，捆扎带入带可穿过压块。在推杆下方附加弹簧 后可使推杆和凸轮随时紧密接触保证定位准确也确保 压币动作的完成。 图 2-13 压紧凸轮机构 剪断凸轮机构如图 2-14 所示 14 西华大学毕业设计说明书 左边图示为剪断凸轮机构的设计方案。此机 构的任务是当捆扎带经热合压紧后对捆扎带进 行剪断，便于将捆扎完毕的纸币取出，从而进 行下一个工作的循环。其设计的主体部分和前 面的带头压紧凸轮差不多，只是在捆扎带通道 上有差别。由于要考虑到捆扎带通过且又要对 捆扎带进行剪断，故在通道口上加了楔

31、形开口 放置切断刀片。当剪断凸轮到位，剪断块整体 上移由于相对运动而将捆扎带切断。 图 2-14 剪断凸轮机构 由于热合片的伸入和收回和其他凸 轮的运动方向并非在同一个平面上，因 而其凸轮机构方案要加入变向的相应机 构来处理这一问题。 经分析后得到热合片凸轮机构如图 2-15 所示 热合片凸轮机构主要任务为当捆扎 带完成收带收紧步骤后，通过凸轮的转 动带动水平滑块在另一个平面上移动， 从而使热合片伸入到热合的捆扎带间， 完成对捆扎带的加热工作。当延时时间 图 2-15 热合片凸轮机构 到即加热程度也足够时凸轮机构再次转动 15 西华大学毕业设计说明书 将热合片从捆扎带间收回以便于后面的热合压紧

32、动作的完成，避免将热合片也压在捆扎 带之间，造成对纸币的过加热而引起的损坏。 热合压紧机构比较简单，其凸轮机构如图 2-16 所示 热合压紧凸轮主要任务在热合片完成对捆 扎带的热化达到粘合的温度后，在热合片收回 后马上凸轮转到位是热合压头压紧捆扎带使捆 扎带的粘合面紧密的接触在一起而热合。 此凸轮机构处不能设置捆扎带的带道。因 为此机构的布局在剪断凸轮机构的后面，如果 设置带道，当纸币完成收带收紧工序，热合片 进入后 由于热合片和下面捆扎带间有阻隔无法 对下面的捆扎带加热，而使热合无法达到理想 效果，或无法完成对捆扎带的热合处理。 图 2-16 热合压紧凸轮机构 2.52.5 控制面板设计控制

33、面板设计 完成了捆钞机的凸轮机构及各自细分部分的设计后，捆钞机的机械设计也基本完毕。 并且在捆扎过程中也处理了必要的信号检测问题。对于捆钞机工作时需分自动和手动模 式，在自动模式下要求能在按下自动按键后捆钞机能够自动完成捆扎纸币的全过程动作， 而且在动作过程中能进行状态显示，故障检测显示，热合片温度监控显示；手动模式下 能确定各机构能否正常的运行，并且直观的表示出来，以便于人为监视和操作，因而需 要设计较为实用的控制面板。 分析后主控按键有电源开关，停止按键，自动、手动四个按键，并且同时要指示灯 加以指示。在自动控制时需显示的状态应对应捆钞机的工作流程，这样能直观的观察捆 钞机的工作情况。细分

34、下来显示为压币-送纵带-压纵带带头-收纵带-纵带热合剪断-送 横带-压横带带头-收横带-横带热合剪断-松币-请取币。对于手动状态下，主要要控制 动作为压币，松币、送纵带、收纵带、送横带、收横带、纵向热合剪断、横向热合剪断 16 西华大学毕业设计说明书 八个按键和对应的指示灯。还有加热片的温度显示。在捆钞过程中难免出现故障，故障 为无纸币，送带故障、带完，因而故障也要指示出来。分析设计出控制面板如图 2-17 所示。 横带完 纵带完 收带故障 送带故障 无纸币 横向凸轮 收纵带 纵向凸轮 送纵带 收横带 松币 送横带 压币 手动 自动停止 电源开关 手动控制 自动指示 主控区 热合片温度： 故障

35、状态区 温度监控区 松币 请取币 横向热合剪断 收横带 压横带带头 收纵带 压纵带带头 送纵带 压币 纵向热合剪断 送横带 图 2-17 控制面板 上图所示的控制面板分四个区，主控区四个按键和对应的指示。电源按键控制捆钞 机的整体通断电，自动为正常工作下，按下后捆钞机自动完成纸币的捆扎工作。手动按 键用来观察捆钞机各机构是否能正常工作，一般作为调试使用。自动区主要为当捆钞机 处于自动工作模式下的实时状态指示，指示出当前捆钞机正在进行的步骤，设计中也按 照捆钞机工作的步骤安排了指示，使观察一目了然。手动控制区是在手动模式下按下对 应的按键检测对应的机构的运行情况。温度显示区实时的显示热合片的温度

36、，用来监测。 故障区是当捆钞机出现故障时会对相应的故障明确的指示出来，便于排除故障。 17 西华大学毕业设计说明书 3 3 捆钞机的控制电路原理方案设计捆钞机的控制电路原理方案设计 3.13.1 总体原理方案总体原理方案 在完成了捆钞机的机械机构的设计后结合控制面板可简单的预计出基于单片机控制 的一些控制信号和需要处理的输入信号。捆钞机主要的信号有对压紧机构电机，纵带送 带电机，横带送带电机，纵向凸轮电机和横向凸轮电机 5 个电机的控制；对压紧机构的 限位信号温度传感信号，纵向横向带完检测信号，凸轮到位信号处理；对压紧机构的带 轮被动轮和送带机构压紧轮的转速检测；按键、LED 温度显示，指示灯

37、等信号的输入输 出。对于也上的控制分析分为几大块。开关信号块，温度检测模拟信号块，编码盘测速 块，温度显示块，键盘控制，电机控制，指示灯等几个部分。 综合分析出总体电路控制简单框图如图 3-1 所示 89 51 指示灯控制 加热片加热控制 四位温度显示 五个电机控制 12按键信号 一路温度检测信号 六个测速信号 八路开关信号 图 3-1 控制总体框图 控制芯片使用常用的 AT89C51 芯片。AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦 除只读寄存器 的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器， 俗称单片机 。AT89C2051 是 一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

38、单片机的可擦除只读存储器 18 西华大学毕业设计说明书 可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工 业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼 容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储 器 组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一 种精简版本。 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方 案。外形及引脚排列如图 3-2 所示。 图 3-2 AT89C51 引脚排列 主主要要特特性性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循

39、环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz-24MHz 19 西华大学毕业设计说明书 三级程序存储器锁定 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 管管脚脚说说明明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P 1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 F

40、IASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被 外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和 校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输 入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将

41、输出电流。这是由于内部上拉 的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位 地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平 ，并用作输入。作为输入 20 西华大学毕业设计说明书 ，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘

42、故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊 功能口，如 表 3-1 所示： 表 3-1 P3 口管脚备选功能 P3.0RXD串行输入口 P3.1TXD串行输出口 P3.2 INT0 外部中断 0 P3.3 INT1 外部中断 1 P3.4T0记时器 0 外部输入 P3.5T1记时器 1 外部输入 P3.6 WR 外部数据存储器写选通 P3.7 RD 外部数据存储器读选通 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平 时间。 ALE：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节 。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，

43、 ALE 端以不变的频率周 期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲 或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOV X，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执 行状态 ALE 禁止，置位无效。 ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器PSEN 周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不PSENPSEN 出现。 21 西华大学毕业设计说明书 ：当/EA

44、 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不EA 管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，将内部锁定为 RESET；当EAEA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 1 2V 编程电源。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.23.2 信号分析信号分析 要对捆钞机进行自动控制，在设计电路时就需要对其 CPU 所输入输出的信号进行分 析，并明白各自信号的性质和作用。 1.输入： 对于检测的开关信号有纸币到位检测开关信号，压紧机构处控制压板的上限位信号 和下限位信号

45、，纵带带完检测信号，横向 2 调捆扎带的带完检测信号，纵向凸轮到位压 紧带头信号及横向的凸轮到位压紧带头信号。 加热片的温度如果过高会损坏捆扎带过低无法将捆扎带热合，因而需要对热合片的 温度进行检测并加以控制。温度传感器信号属于模拟信号需要对信号进行处理。 由于捆扎过程中的要求需要对三处的轮系进行正向和反向测速。压紧机构的带轮被 动轮测速以检测纸币压紧与否；纵向送带机构处的压紧轮测速以检测捆扎带是否送带到 位和收紧捆扎带；横向送带机构处的压紧轮的测试以检测横向送带到位和带的收紧。 分析控制面板得知，有 12 个按键信号需要 CPU 的处理，由于有 12 个按键如果采用 独立式键盘则会占用过多的

46、 I/O 口，故应采取阵列式键盘的方式或其他方法来节省 CPU 的 I/O 口。 2.输出： CPU 所需要输出的控制信号经分析包含电机控制，加热片加热控制，LED 显示控制， 指示灯控制。 捆钞机中的驱动电机有五个电机都需要进行控制，每个电机用两个信号来控制其正 反转的话，就需要 10 个控制信号。 加热片的温度高过上限温度时就需要通过 CPU 控制其断电停止加热，反之当温度低 22 西华大学毕业设计说明书 于下限值时则需要对其通电加热。 指示灯的亮灭也需要控制，显然控制口有很多，就需要对 CPU 的口进行扩展才能达 到目的。 3.33.3 开关信号处理电路开关信号处理电路 对于开关信号在信

47、号输入时够需要进行信号处理，包括去杂，放大、隔离等。首先 纸币到位信号，压紧机构的上限位和下限位信号为限位开关；三条捆扎带带完检测信号 和横向凸轮到位信号为光电开关信号。对这八路开关信号处理用同样的电路，如图 3-3 所示。 图 3-3 开关信号处理 由于开关的机械式设计，触点闭合或断开时伴有机械抖动，会使输出信号波形出现 振荡。若将该信号输入到微控制器的计数器中，会造成错误的计数而导致系统控制混乱。 开关量的输入干扰是系统设计中客观存在的问题。因此在获得开关信号后，我们必须对 开关信号进行处理，使其成为单片机可以识别的数字信号后才能做出相应的反应。在开 关信号输入 CPU 之前，首先用电容对

48、其进行滤波，抑制信号中的高频分量。TPL 光耦隔 离实现了光电开关、限位开关信号和控制器之间的电平转换，并实现了两个不同回路间 的隔离，保证了控制器电路不受来自开关信号电路的干扰。 23 西华大学毕业设计说明书 由于在本设计中存在八路开关信号的处理，所以需要对输入接口进行扩展。在本设 计中此处用 74LS245 芯片进行输入接口扩展。接入 74LS245 后的电路图如图 3-4 所示。 图 3-4 接入 74LS245 后的电路 图 3-4 中 74LS245 的 Q 端为八路处理后开关信号的输入，D 端同 CPU 的 P0 口相接作 为数据通信。 74LS245 作为常用的 I/O 扩展芯片

49、，可用来驱动 LED 或者其他的设备，它是 8 路同 相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245 还具有双向三态功能，既可以输出 ，也可以输入数据。当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时， 必须接入 74LS245 等总线驱动器。当片选端低电平有效时，DIR=“0”，接收信号； E DIR=“1”，发送信号。当为高电平时，A、Q 均为高阻态。E 3.43.4 温度传感信号处理电路温度传感信号处理电路 24 西华大学毕业设计说明书 在捆钞机的机构中为了保证热合时的效果就涉及到加热片的温度控制，首先要 使用温度传感器对捆钞机中的三个加热片 的温度进行检测。 温度传感器类型很多， 目前出现的石英体温度传感器如 AD590 具有很高的稳定性、准确度和良好的线性，抗干 扰能力强。单总线数字型的温度传感器 DS18B20 直接产生温度数字信号，不需要 AD 转换，准确度、稳定性都相当高，但这些传感器的适用范围不广，不利于以后其他功能 的扩展。所以本次采用 TREND 公司的铂热电阻温度传感器 TPIHT，传感器的工作电 压为 24 V，输出电流为 420 mA。该信号为模拟信号在输入 CPU 钱要进过必须的信 号处理。在三个加热