1、 毕业设计说明书 防盗标签机 控制系统的设计与实现 摘要 本文 设计实现 的是 防盗磁条标签机控制系统 ， 其中 包括 了 单片机， PLC 和人机界面等方面的 知识 。本文首先介绍的是 防盗磁条标签机 的工艺要求和发展 前景 ， 对于单片机、 PLC和 人机界面 的基本 原理 做了一个 简要的说明 ， 设计了防盗标签机控制 系统的 框架图和 系统的总体结构设计， 对 PLC 的 控制电路、 89C51 单片机 系统 和 触摸屏进行的初步 的 设计制作 。后面对 步进电机、 PLC 控制电路 和 C51 单片机 系统 进行了 硬件设计 ， 设计 了触摸屏的原理图，最后 编写 了单片机和 PLC
2、 具体控制程序 。 关键词 ： PLC；单片 机 ； 触摸屏； 防盗磁条；标签机 Abstract THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF THE ANTI-THEFT MAGNETIC LABELING MACHINE CONTROL SYSTEM Abstract This article is designed to achieve an anti-theft magnetic labeling machine control system, including the knowledge of microcontroller, PLC and HMI. Thi
3、s paper describes the process requirements and the development prospects of the anti-theft magnetic automatic labeling machine, makes a brief description of the basic principles of SCM, PLC and HMI,we designed the system s framework map and the structural design of security tags, then we du an preli
4、minary design of the PLC control circuit, 89C51 microcontroller system and touch screen production. After all we finish the stepper motor, PLC control circuits and C51 microcontroller systems hardware design and the design of the touch screen, finally we prepared the control program of microcontroll
5、er and PLC . Key words: PLC； microcompute r ; touch screen ;Anti-theft magnetic； labeling machine毕业设计说明书 I 目录 第 1 章 绪论 .1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究的目的及意义 . 3 1.3 研究的主要内容 . 4 第 2 章 PLC 和单片机的简介 .5 2.1 PLC 的简介 . 5 2.1.1 可编程控制器结构 . 5 2.1.2 可编程控制器的硬件系统。 . 5 2.1.3 可编程控制器的软件系统 . 8 2.1.4 可编程控制器的工作过程和工作原理 . 9 2.2
6、89C51 单片机的简介 . 12 2.2.1 89C51 单片机的总体结构 . 12 第 3 章 系统设计 . 14 3.1 系统的总体结构 . 14 3.2 PLC 控制电路设计 . 15 3.3 89C51 单片机系统的设计 . 15 3.4 触摸屏的设计 . 16 第 4 章 系统硬件设计 . 18 4.1 送料、切料步进电机的接线设计 . 18 4.1.1 送料步进电机的接线设计 . 18 4.1.2 切料步进电机的接线设计 . 19 4.2 PLC 的控制电路设计 . 20 4.3 89C51 单片机控制系统的设计 . 21 4.4 单片机控制原理图设计 . 22 II 第 5 章
7、 系统软件设计 .24 5.1 89C51 单片机的软件设计 . 24 5.1.1 主程序流程图 . 24 5.1.2 定时器中断流程图 . 24 5.1.3 外部 中断流程图 . 25 5.2 PLC 的软件设计 . 26 5.2.1 开机设置初值 . 27 5.2.2 动作段梯形图设计 . 28 5.2.3 ERROR 段梯形图设计 . 31 5.2.4 参数设置段梯形图设计 . 31 5.2.5 错误处理子程序段梯形图设计 . 33 结论 .34 致谢 .35 参考文献 .36 III 前言 随着科技 水平 的 不断 发展 ，非晶态材料 以其 自身 的 优越性能逐渐取代 晶态材料而在工业
8、 制造中逐渐占据 主导地位。在本次 的设计中， 我们系统的磁条就是 由 非晶态材料 制成 的。非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长序结构。这种非晶合金具有许多独特的 优秀 性能， 如 导磁率高、机械应力产生的影响小、隐藏性高、难以仿制等， 因此 从 80 年代以来国内外材料科学界的研发 重点 就是 非晶材料 。 全文共分五章：第一章 绪论，简要介绍一下关于课题的 背景及发展状况 。第二章主要 是有关 PLC 和单片机的 基础介绍 ， 这些单片机和 PLC 类型的 知识数据可 以帮助我们 设计 系统 。第三章 系统方案设计， 介绍了 系统整个运行过程， 每
9、一步的工作内容和原理 。第四章 系统硬件设计，介绍的是 硬件的设计方案 和工作原理 ， 包括一些经常用到 的元器件 。第五章 系统软件设计，讲述了系统的主流程和各个模块的流程。 由于本人的能力和时间问题， 无法 将所有 功能 都一一实现，因此 本文中 不可避免的会出现不足和疏漏 ，请各位老师指正。 1 第 1章 绪论 1.1 研究背景 现代开放式零售模式的普及，实现了商品与顾客的 “零距离 ”接触，为顾客营造了轻松愉悦的购物体验，直接带动了商场人流量与商品销售量大幅度增长。 但是 接二连三的 失窃与内盗已经成为现代零售的一块 “心病 ”。为了 降低失窃率，最好的方法就是采用 标签 -报警系统，
10、 防盗 标签 用于商品 在经过 探测门时识别 商品 ，防盗 标签几乎适用于所有商品 。 防盗标签 既为 卖家节省 了 大量用于防盗 的 人力成本，又为顾客 提供 了更为舒适的购物环境 。 用作磁性标签的磁芯，如果被励磁线圈、饱和交流磁化，就会产生非线形调制，使次级接受线圈中出现高次谐波，利用这一现象，可以构成磁性防盗系统。在此系统中，激励电源为发射线圈提供一个高频电流，使之产生足够强度的激励磁场。接收线圈和发射线圈在空间相距一定的距离，形成一个适当宽度检 查通道。当人们携带被检测的物品经过检查通道时，藏在物品中的磁性标签被发射线圈产生的激励磁场饱和磁化。由于磁性标签饱和交流磁化时的非线形调制作
11、用，便会在接收线圈的输出电压中形成高次谐波。一般检测特定谐波存在与否主要是依靠防盗仪来判断是否发生失窃。这种磁性防盗方法，经济、安全，可以广泛用于图书馆、超市等地方。其实际效果与磁性标签的性能关系极大。 几年前的 磁性标签 主要 材料是 矩磁材料， 缺点是隐藏性差、 励磁功率大 和 误报率高， 这些 缺点对于这种技术 的发展 和推广 是 非常不利的 。 而 磁性防盗技术的 迅猛 发展所 依靠的 就 是非晶 态 材料的 发明 。 磁性标签 如果用 非晶态合金材料制 做 的话 不止可以克服 传统磁性标签 的不足 之处， 且更 具不少长处 ，如 可擦除、难仿制 等 。因此， 由 非晶态材料制作 而成
12、 的 磁性标签使得磁性防盗的应用范围 从 原来 的 公共图书馆增加 到了艺术品陈列馆、 百货公司 和 超级市场等 地方 。 非晶态合金磁性标签的特性： 1） 标签材料特殊，仿制极为 困难 ； 2） 机械尺寸小，标签的隐藏性大大 提高 ； 3） 磁导率高，饱和磁感应强度低，大大降低了励磁功率； 4） 磁致伸缩系数小，降低了机械应力对磁性标签性能产生的影响 。 以上优点 可以表明 ，非晶态合金材料 几乎是为磁性标签 量身定做的 。图书 的 书脊或者此类类似 的 地方 都可以 用来粘贴 这种 磁性 标签且 能保持相当好 的隐蔽性 。磁场一般由发射线圈产生的交变激励磁场和包括地磁场在内的恒定杂散磁场两
13、部分构成的，如果通道中有磁性标签（ 有另一种磁场进入了检测系统磁场的范围 ） ， 磁性标签 会 干扰了原本 稳定的磁场 导致 磁场不稳定 ， 电压的 变化被 检测器 的接收线圈感应 到并 提示 ，我们 就可以知道未经消磁的磁性标签出现在通道中 。 2 典型磁性防盗系统 的 主要 组成部分 是 励磁线圈、 振荡器 、接收线圈 、电流放大器、接收线圈、选频放大器 和报警器 。在 这个 系统中，振荡器产生交流信号 转化成 交变电流需要经过 电流放大器 ， 通过 电容 传送 到励磁线圈上， 这样就 形成 了 一个交变磁场 用来 覆盖整个 需要 监测的区域 。 一旦 检测信号 （由 接收线圈产生） 发现
14、检查 区域 中有 出现干扰磁场时 ，经过选频、放大和比较鉴别 等 步骤 转换成适当的 控制 信号和 报警信号，表示监测区域里出现 了未经消磁的物品 ，这样就 防止了 物品 被带出 去 。 以书本举例 ，书中放入 磁性标签后， 标签 用不干胶纸 贴住固定 ， 通过 固定对 磁性 标签产生 的束缚力，当未被消磁 的磁条进入防盗通道 时，磁条被磁化， 防盗接收系统将 产生 的 多次谐波处理放大， 使报警器 开始工作 。 防盗仪的灵敏度 还受到 磁性标签的宽度、厚度的影响。 我们最终 设计完成 的防盗磁条的样品如 图 1-1 所示： 下面是设置的钢带长、段长和段数，设置完后才能 进行生产操作。 如下
15、图 1-2 所示， 负责传送非晶带的 是 12、 10、 9 三个光带导向机构， 4 是负责传送胶带的 涨力机构，而 8、 11 是 负责拉出钢 带的 钢扣机构，当 开动机器 的时候，负责传送钢带 的 7 送钢带机构 ，当 6 切钢带机构 收到 被传送过来的钢带 的时候， 切钢带机构使 被涨力机构传送过来的胶带与钢带压制复合，并 切断 将满足长度 要求 的钢带，而与此 同时， 非晶带正在被 12、 10、 9 导向机构 传送 ，在 5 处与之复合，接下来复合的非晶带、钢带 继续 被传送 ，已复合的非晶带、钢带 在在 3 复合机构处被 完全复合形成了初步的磁条，非晶磁条 被 2 送料机构把 压紧
16、复合传送给 1 切料机构将磁条切断。在传送磁条 的同时传 送钢带， 因为钢带长比我们 所设置的磁带长 度短一些 ， 但是 送 磁条和 传送钢带 是 同步 进行的， 此 时 我们给 传输钢带的步进电机的脉冲需要比送钢带的短图 1-1 图书防盗磁条示意图 3 的时候 才可以保 2 个 传送可以 同时进行，每切完一次钢带继续送钢带 ，依次循环，当切割 四次钢带 结束 的时候， 1 切料机构就 切出了一条完成的磁条 ，此时 15 落料导板上 的 就是完整的磁条 了。 1.2 研究的目的及意义 防盗系统 最重要 的部分 就是非晶 磁条 ， 随着信息 技术 的快速发展， 非晶磁条也不断 发展 。由于 非晶
17、磁条未被 机械化 地 大批量生产 ，导致从 全国来 看 非晶磁条 还处于 起步阶段 ， 普及率不高 ， 由于 缺少成熟的制作工艺 ， 大多数的公司 的生产 效率非常低，市场上不断加大的需求 也 无法 对 这样的 生产效率 满意。 非晶磁条标签机就 为了解决 非晶磁条生产效率极低的问题而被制造出来 。 二十一世纪 以来， 社会安全意识 随着 经济与社会 的迅猛发展 而不断增强 。 非晶标签 制作公司能节省大部分的人力和财力就是因为 非晶磁条自动标签机控制系统的设计与实现， 非晶磁条自动标签机不止为 公司 提高 了 生产效率，增加效益， 而且 带动 了 工业的 更快 发展， 大力 推动 了 社会的
18、发展。市场需求 的膨胀 也被大量生产的非晶磁条赶上 ，使非晶磁条的使用者 大大喘了 一口气 并且提高了收益和信誉度 。 一切 都说明了 设图 1-2 非晶磁条自动标签机的机械总图 4 计具有 接线简单、功能强、抗干扰能力强、 通用性好、可靠性高、使用调整（速度参数修改）方便、 重量轻、 体积小、功耗低等显著优点的“防盗磁条自动标签机”控制系统是 具有的 重大意义 。 1.3 研究的主要内容 PLC 技术是 防盗磁条自动标签机控制系统 的 绝对 核心， 但是因为 PLC 有一个 不足之处，它 只可以控制两个步进电机的正常运行，而 完成防盗标签机的 设计 需要 至少 四个 步进电机 ， 只有 两个
19、 步进电机远远无法满足 设计 的 需求 ，需再加两个步进电机， 因此 只能依靠 单片机来 控制另外两个步进电机。 因为并不是所有人都 精通 计算机 的操作，所以 为了 拥有简洁方便 的人机界面 ， 触膜屏技术 也被 加入其中 。 PLC 的控制下的 整个控制系统 成本不高 ，体积小巧 ， 具有十分优秀 的市场前景 。 触 摸 屏 可 编 程 逻 辑 控 制 器 P L C送 磁 条 步 进电 机送 钢 带 步 进电 机8 9 C 5 1 单 片 机切 割 钢 带 步 进电 机切 割 磁 条 步 进电 机从上 图 1-3 中可以看出 分析可编程控制器 PLC 的控制结构是 本课题 的首要 任务 ，对于 实现 与 89C51 单片机的信息交换 和 触摸屏数据传递 方面深入 钻研 ，实现机电一体化 ，提高效率， 方便使用者， 填补了管理方面的不足，增加效益 ；研究如何将 PLC、89C51 单片机技术和 触摸屏技术结合在一起， 使之 能够流畅 的运行 ；研究如何 扩大防盗磁条的生产使之 满足市场的需求，解决 供远小于 需的 问题 。 图 1-3 系统简化图
