【正文】 感謝我的同學(xué)，在這最后的時(shí)刻大家互相鼓勵(lì)與督促，營(yíng)造了良好的氛圍，讓我能夠認(rèn)真的投入到自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)中去。 本課題有軟件和硬件相結(jié)合，難度很大，同時(shí)也具有 很大的實(shí)用性。 ⑵ 采用集散控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整體控制 。 ⑶ 集散 控制 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn) 由 一臺(tái) PC 機(jī) 集中管理 ， 多臺(tái)單片機(jī) 分散控制 ，可以采集多條生產(chǎn)線(xiàn) 上 的數(shù)據(jù)。最后用萬(wàn)用電表測(cè)量各點(diǎn)電位，發(fā)現(xiàn) 74LS14 芯片的一個(gè)引腳接觸不好，導(dǎo)致其根本沒(méi)有參與工作，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的整形，計(jì)數(shù)也就不準(zhǔn)確。在主機(jī)發(fā)地址時(shí)，置第 9 位數(shù)據(jù)（ RB8）為 1，表示主機(jī)發(fā)送的是地址幀；當(dāng)主機(jī)呼叫某從機(jī)聯(lián)絡(luò)正確后，主機(jī)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)幀時(shí)，將第 9位數(shù)據(jù)（ RB8）清 0。此時(shí)，每臺(tái)下位機(jī)都中斷 接受并判斷，地址不相符的下位機(jī)中斷返回 ；反之則把 本機(jī)地址及其狀態(tài)作為應(yīng)答 信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)。對(duì)于需經(jīng)常使用 T1 定時(shí)器進(jìn)行串口通訊的測(cè)控系統(tǒng)，則定時(shí)器 T1 不能進(jìn)行中斷，可改由串口中斷進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)不斷檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。通常在 EPROM 中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱： NOP NOP LJMP 0000H 其機(jī)器碼為 0000020200 ② 陷阱的安排 22 通常在程序中未使用的 EPROM 空間填 0000020200。這樣即使亂飛程序 飛到操作數(shù)上，由于空操作指令 NOP 的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動(dòng)納入正軌。 單片機(jī)程序 流程圖如圖 3— 2所示。 PC 機(jī) 程序 流程圖如圖 3— 1 所示。是當(dāng)今世界上使用最廣泛的編程語(yǔ)言之一，它也被公認(rèn)為是編程效率最高的一種編程方法。 18 3 軟件設(shè)計(jì) 語(yǔ)言簡(jiǎn)介 本課題 采用集散控制系統(tǒng)， 是由一臺(tái) PC機(jī)和三臺(tái)單片機(jī)組成的二層結(jié)構(gòu)模式。預(yù)處理電路的第二級(jí)采用帶施密特觸發(fā)器的反相器 DM74LS14來(lái)把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與 COMS 電 平相兼容的方波信號(hào)，同時(shí)將輸出信號(hào)加到 單片機(jī) 的 口上 。 圖 2— 8 內(nèi)部電路示意圖 采用 這種 紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。 14 圖 2— 6 電感式接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)金屬物品原理圖 工作流程如下： 當(dāng) 金屬物體在接近 電感式接近開(kāi)關(guān) 能產(chǎn)生電磁場(chǎng) 的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。在系統(tǒng)中，傳輸線(xiàn)上的信息多為脈沖波和較弱的測(cè)量信號(hào)電壓，在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生衰減、延時(shí)、畸變。 通常防護(hù)措施如下： ⑴ 供電系統(tǒng) 在 單片機(jī) 系統(tǒng)中，最嚴(yán)重的干擾來(lái)源為電源的 污染 ，且 現(xiàn)在的單片機(jī)系統(tǒng)，大都使用市電（ 220V， 50Hz），在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，由于生產(chǎn)負(fù)荷的變化，如大的電機(jī)的啟、停，強(qiáng)電繼電器的通、斷等，往往造成電源電壓的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)直接影響單片機(jī)的正常工作 。其看門(mén)狗定時(shí)器和電源電壓監(jiān)控功能可對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用； 512 8位的 E2PROM可 用來(lái)存儲(chǔ)單片機(jī)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)。因此系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。通常有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 9 2 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)硬件設(shè)計(jì) 首先一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)要選擇合 適的單片機(jī)，其次就是單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)。 PC機(jī)通過(guò)通訊接口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制方式為集散式。 PC機(jī) 與單片機(jī)之 間通過(guò)通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 。 DDC 直接控制生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)施多種控制功能； SCC指揮直接數(shù)字控制系統(tǒng)工作； MIS 主要 進(jìn)行計(jì)劃和調(diào)度，指揮監(jiān)督控制系統(tǒng)工作。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 6所示。 ② 鏡反射式光電開(kāi)關(guān) ： 鏡反射式光電開(kāi)關(guān)亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò) 反射鏡 ，反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線(xiàn)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 2所示。利用編碼器采集數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是精度高、測(cè) 量范圍廣，缺點(diǎn)是抗干擾能力差。 本課題的內(nèi)容是自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)計(jì)部分的研制，是集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制于一體的智能系統(tǒng)，是為適應(yīng)生產(chǎn)的自動(dòng)化發(fā)展而提出的，有著良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)更是許多工業(yè)生產(chǎn)廠不可或缺的一部分。在控制設(shè)計(jì)上，采用集散 控制 系統(tǒng) 方式。 I 摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類(lèi)的需要，現(xiàn)在的工廠和車(chē)間每天都要生產(chǎn)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的產(chǎn)品。 由一臺(tái) PC 機(jī) 和 三臺(tái)單片 機(jī) 構(gòu)成， PC 機(jī)用于“集中管理”， 單片 機(jī)用于“分散控制”， PC 機(jī)與單片機(jī)之 間通過(guò)通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。而一個(gè)優(yōu)良的自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)必須擁有良好的數(shù)據(jù)采集方式和完善的控制系統(tǒng)。 2 1 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 數(shù)據(jù)采集方案論證 在數(shù)據(jù)采集的方式上常見(jiàn)的有利用 A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）芯片、編碼器、電感式接近開(kāi)關(guān)、電容式接近開(kāi)關(guān)、光電傳感器采集數(shù)據(jù)。而且編碼器較適用于角度的測(cè)量，速度的計(jì)算，在此處也不合適。 圖 1— 2 電容式接近開(kāi)關(guān) 這種接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo) 體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體 ,在檢測(cè)較低介電常數(shù) ε 的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開(kāi)關(guān)后部）來(lái)增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開(kāi)關(guān)在 的位置動(dòng)作。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 4 所示。 圖 1— 6 槽式光電開(kāi)關(guān) ⑤ 光纖式光電開(kāi)關(guān) 光纖式光電開(kāi)關(guān)采用塑料或玻璃光纖傳感器來(lái)引導(dǎo)光線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)物體不在相近區(qū)域的檢測(cè)。 然而這種控制方式存在一些問(wèn)題，具有局限性。 總體設(shè)計(jì)及其工作原理 本課題所研制的自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)構(gòu)想是希望開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)車(chē)間內(nèi)三 條生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)出的不同類(lèi)型產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)：用電感式接近開(kāi)關(guān)對(duì)金屬產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，用電容式接近開(kāi)關(guān)對(duì)非金屬產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，用光電傳感器對(duì)各種類(lèi)型產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。 PC 機(jī)用于集中管理 ，主要 負(fù)責(zé) 定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令 ，并對(duì) 接收到 的 應(yīng)答信號(hào) 做 近 一步的處理 ；三臺(tái) 單片機(jī) 則用于分散控制，它們 分別對(duì)三條生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)控制 ，并將計(jì)數(shù)的結(jié)果 發(fā)送給上位機(jī) 。它包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和抗干擾電路 的設(shè)計(jì)。 此處選用內(nèi)部時(shí)鐘方式， 8051 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。但是，任何控制系統(tǒng)也無(wú)法保證絕對(duì)穩(wěn)定安全，所以當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)系統(tǒng)故障如程序跑飛時(shí)，能夠及時(shí)檢測(cè)到錯(cuò)誤并且及時(shí)復(fù)位，使控制系統(tǒng)恢復(fù)正常控制狀態(tài)是必要的。 X5045共 8個(gè)引腳，其中 WP是寫(xiě)保護(hù)輸入引腳，只有 WP為高電平時(shí)才可以向 E2PROM 寫(xiě)數(shù)據(jù)； RST為復(fù)位輸出引腳，復(fù)位時(shí)輸出高電平； SI為串行輸入引腳， SO為串行輸出引腳， SCK為串行時(shí)鐘引腳， CS/WDI為片選 輸入 /看門(mén)狗復(fù)位輸入 引腳。 因此 為了防止從電源系統(tǒng)引入干擾 和確保單片機(jī)的正常工作 ， 必須采取相應(yīng)的措施。信號(hào)隔離是抵抗外界干擾的必要而有效的措施， 常采用光電隔離 器使 系統(tǒng)與各種傳感器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開(kāi)來(lái)，阻擋 外界的共模電壓和外界串入的電磁干擾，從而保證單片機(jī)的工作環(huán)境，使整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化， 輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形檢波、信號(hào)處理后加到單片機(jī)的輸入端，從而進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)沒(méi)有物體擋在中間時(shí)則輸出為高電平，從而形成一個(gè)脈沖。 ② 脈沖整形 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔茫梢园堰呇刈兓徛闹芷谛孕盘?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。第一級(jí)為下位機(jī)，直接面對(duì)控制對(duì)象完成實(shí)時(shí)控制，由 MCS51 系列的 8051 單片機(jī)擴(kuò)展而成，安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。無(wú)論是開(kāi)發(fā)功能強(qiáng)大、性能可靠的商務(wù)軟件，還是編寫(xiě)能 處理實(shí)際問(wèn)題的實(shí)用小程序， VB 都是最快速、最簡(jiǎn)便的方法。 圖 3— 1 PC 機(jī) 程序 流程圖 用 Visual Basic 語(yǔ)言編寫(xiě)的具體程序見(jiàn)附錄（ 2）的 PC 機(jī)程序。 圖 3— 2 單片 機(jī) 程序 流程圖 21 用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的具體程 序見(jiàn)附錄（ 2）的單片機(jī)程序。 此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如 RET、 RETI、 LCALL、 LJMP、 JC 等指令之前插入兩條 NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。最后一條應(yīng)填入 020200，當(dāng)亂飛程序 落到此區(qū)，即可自動(dòng)入軌。 “看門(mén)狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。 這種軟件“看門(mén)狗”監(jiān)視原理是：在主程序、 T0 中斷服務(wù)程序、 T1 中斷服務(wù)程序中各設(shè)一運(yùn)行觀測(cè)變量，假設(shè)為 MWatch、 T0Watch 、 T1Watch,主程序每循環(huán)一次，MWatch 加１，同樣 T0、 T1 中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次， T0Watch、 T1Watch 加１。上位機(jī)接收到應(yīng)答信號(hào)后，可以做 近一步的處理。各從機(jī)由于 SM2 置 1，將響應(yīng)主機(jī)發(fā)來(lái)的第 9位數(shù)據(jù)（ RB8）為1 的地址信息。調(diào)整后故障排除。 系統(tǒng)的適用范圍 本系統(tǒng)適用于各類(lèi)計(jì)件車(chē)間，例如制藥廠、零件加工廠等。 對(duì)我個(gè)人而言，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，得到了許多鍛煉，受益匪淺。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我的理論和實(shí)踐水平都有了較大的提高。 最后我要深深地感謝我的家人，在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間給予我平靜的心態(tài)與極大的鼓舞，讓我能夠積極清醒地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 同時(shí)感謝系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件，感謝自動(dòng)化系的各位老師為我們的答辯工作付出很多時(shí)間與精力。 系統(tǒng)需要的改進(jìn)： 本系統(tǒng)中 PC 機(jī)與單片機(jī)之間通過(guò)通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊， PC 機(jī)主要負(fù)責(zé) 定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令 ，并對(duì) 接收到 的 應(yīng)答信號(hào) 做 近 一步的處理 ， 未能 設(shè)置修改從機(jī)的控制參數(shù)，所以此處仍有改進(jìn)的空間。本論文對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要集中在以下兩點(diǎn)： ⑴ 利用光電傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器針對(duì)不同的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 ⑵ 信號(hào)放大整形電路降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的 幅度要求 ，可以測(cè)量例如藥品顆粒這類(lèi)數(shù)量大、體積小 連續(xù) 的物品。 系統(tǒng)的調(diào)試與故障排除 在調(diào)試過(guò)程中，系統(tǒng)上電后，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。主機(jī)欲與某從機(jī)通信，先向所有從機(jī)發(fā)出所選從機(jī)的地址，從機(jī)地址符合后，接著才發(fā)送命令或數(shù)據(jù)。 上下位機(jī)間的通