【正文】 信過程如下： ⑴ 通信均有由上位機(jī)發(fā)起，下位機(jī)不主動(dòng)申請(qǐng)通信； ⑵ 當(dāng)處于輪詢狀態(tài)時(shí)，上位機(jī)依據(jù)下位機(jī)地址，定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令 。采用這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的軟件“看門狗”具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)可靠性。 ⑶ 軟件“看門狗”技術(shù) 若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。軟件陷阱是指用來將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址 0000H 的指令。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的 NOP。 從機(jī)平時(shí)對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ，當(dāng) 上位機(jī) 向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令時(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)。 PC 機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 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 ，即是 將下位機(jī) 送來的 TH0 和 TL0 這 16 位二進(jìn) 制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 ，這樣就得到生產(chǎn)線當(dāng)天的產(chǎn)品數(shù)量。 Visual Basic，是 Microsoft 公司推出的一種 Windows 應(yīng)用程序開發(fā)工具。詳細(xì)闡明了設(shè)計(jì)所依據(jù)的原理和各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)方案，并仔細(xì)分析了各模塊所用芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。 由于放大器的放大功能降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對(duì)任意大于 的正弦波和脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 其內(nèi)部 電路如圖 2— 8所示。 用電感式接近開關(guān)采集金屬產(chǎn)品 電感式接近開關(guān) 和單片機(jī)組成的金屬產(chǎn)品計(jì)數(shù)部分硬件原理圖如圖 2— 6所示 。 圖 2— 4 對(duì)交流電源的濾波和屏蔽 ⑵ 輸入輸出通道 13 輸入輸出通道是單片機(jī)與傳感器、單片機(jī)與上位機(jī)以及單片機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的信息傳送的路徑。 12 單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾電路的設(shè)計(jì) 工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都以脈沖形式進(jìn)入 單片 機(jī)，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條，即供電系統(tǒng)；過程通道；空間磁場(chǎng)。 在本課題中 采用 X5045芯片來實(shí)現(xiàn)復(fù)位控制 ，它把上電復(fù)位、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和 E2PROM四種常用功能組合在單個(gè)芯片里，以降低系統(tǒng)成本、節(jié)約電路板空間。 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 51系列單片機(jī)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，其中一個(gè)重要的因素是其穩(wěn)定性能好。 圖 2— 1 8051 單片機(jī)邏輯符號(hào) 10 ⑴ 主電源引腳 Vcc 和 Vss ⑵ 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 ⑶ 控制信號(hào)引腳 ⑷ 輸入 /輸出（ I/O）引腳 單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須在外部附加電 路。然后就選定的設(shè)計(jì)方案做出總體構(gòu)想，并且闡明了系統(tǒng)的工 作原理及主要功能。 信號(hào)經(jīng)由放大、整形后傳給單片機(jī)，使單片機(jī)進(jìn)行一次計(jì)數(shù)操作。第二級(jí)為上位 機(jī)，用于集中管理，選 用 IBMPC，安裝在控制室。 計(jì)算機(jī)多級(jí)控制系統(tǒng)由直接數(shù)字控制系統(tǒng) （ DDC） 、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng) （ SCC）和 管理信息系統(tǒng)（ MIS）三級(jí)組成。槽式光電開關(guān)比較安全可靠的適合檢測(cè)高速變化，分辨透明與半透明物體。 圖 1— 3 漫反射 式 光電開關(guān) 當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。 ⑷ 電容式接近開關(guān)采集數(shù)據(jù) 電容式接近開關(guān)亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。 ⑵ 編碼器采集數(shù)據(jù) 編碼器是一種將幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，編碼器的種類有旋轉(zhuǎn)型編碼器、光電型編碼器?？刂品绞絼t會(huì)趨向于性能更加優(yōu)越、結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn) 單的方向前行。 由于科技的發(fā)展，生產(chǎn)操作的自動(dòng)化在各個(gè)領(lǐng)域都得以普及和推廣。主要利用光電傳感器、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，保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。在過去還可依賴人工紙筆計(jì)數(shù)，現(xiàn)在由于數(shù)量龐大加上生產(chǎn)速度之快這種人工計(jì)數(shù)的方式已無法達(dá)到良好的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。 另外對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，比如對(duì)信號(hào)的放大、波形的變換和整形，系統(tǒng)抗干擾能力的增強(qiáng)，電源和系統(tǒng)復(fù)位部分的改善設(shè)計(jì)。因?yàn)橹挥袚碛辛己玫臄?shù)據(jù)采集方式才能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，擁有完善的控制系統(tǒng)才能保證整個(gè)操作過程有條理且高效率的運(yùn)作。 ⑴ A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）芯片采集數(shù)據(jù) A/D 芯片是一種將電壓、電流等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。 ⑶ 電感式接近開關(guān)采集數(shù)據(jù) 電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由 LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)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。 利用這個(gè)接近開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)本課題對(duì)物品的采集，電容式接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體不限于金屬物體。 圖 1— 4 鏡反射式光電開關(guān) ③ 對(duì)射式光電開關(guān) ： 對(duì)射式光電開關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。通常 光纖傳感器 分為對(duì)射式和漫反射式。集散控制系統(tǒng)是由多臺(tái)下位機(jī)分別控制生產(chǎn)過程中的多個(gè)控制回路，同時(shí)又可集中獲取數(shù)據(jù)和集中管理的自動(dòng)控制系統(tǒng)。力求此計(jì)數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理快捷、成本低、具備可行性，工廠車間能夠?qū)嶋H的投入生產(chǎn)運(yùn)行中。 系統(tǒng) 原理框圖如圖 1－ 8所示。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的弱點(diǎn)是運(yùn)算速度較慢 。在 XTAL1 和 XTAL2兩端跨接一個(gè)片外石英晶體就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。 11 因此在安全性能要求很高的測(cè)控系統(tǒng)中就要避免程序跑飛導(dǎo)致系統(tǒng)失控的情況，這樣就要用到復(fù)位電路。 SI、 SO、SCK和 CS 均可以和單片機(jī)任何一個(gè) I/O引腳相連。 一是要將 單片機(jī) 的供電與大功率的用電設(shè)備的電源分開，最好單獨(dú)供電；二是 添加一個(gè) 低通濾波器 。 本課題采用 6N137 光電隔離 器 ，其結(jié)構(gòu)原理圖 如圖 2— 5 所示。 電感式接近開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是 無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出 電氣 指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力 都是其他普通開關(guān)無法比擬的。 ⑵ 信號(hào)放大、波形變換和波形整形 電路設(shè)計(jì) 對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大的目的是降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)相連的信號(hào) 。輸入的信號(hào)只要幅度大于 VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。第二級(jí)為上位 機(jī)，用于集中管理，選用 IBMPC，安裝在控制室。 匯編 語言 匯編語言是一種符號(hào)語言。 20 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 三臺(tái) 單片機(jī)用于分散控制，它們分別對(duì)三條生產(chǎn)線進(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) 。 軟件抗干擾技術(shù) 這里研究的軟件抗干擾技術(shù)是針對(duì)工程實(shí)踐中，程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。 ⑵ 攔截技術(shù) 所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。 在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)破壞中斷方式控制字，關(guān)閉 中斷。在 T0中斷服務(wù)程序中通過檢測(cè) T1Watch 的變化情況判定 T1 運(yùn)行是否正常，在 T1 中斷服務(wù)程序中檢測(cè) MWatch 的變化情況判定主程序是否正常運(yùn)行，在主程序中通過檢測(cè) 23 T0Watch 的變化情況判別 T0 是否正常工作。 通信方案 PC機(jī)與 多臺(tái)單片機(jī)的連接 如圖 4— 1所示。從機(jī)響應(yīng)中斷后，有兩種不同的操作： 若從機(jī)的 地址與主機(jī)點(diǎn)名的地址不相同，則該從機(jī)將繼續(xù)維持 SM2 為 l，從而拒絕接收主機(jī)后面發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)信息，不會(huì)產(chǎn)生中斷，而等待主機(jī)的下一次點(diǎn)名。 其中 觸發(fā)器 對(duì)脈沖的整形記錄如圖 5— 1所示。 系統(tǒng)的改進(jìn)與展望 本系統(tǒng)中 PC 機(jī) 與 單片機(jī)之 間通過通訊接口進(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。在設(shè)計(jì)初期我首先針對(duì)可能的解決方案進(jìn)行分析，最后確定了設(shè)計(jì)的初步構(gòu)想。在本課題的設(shè)計(jì)中，我熟練掌握了單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)各種傳感器、觸發(fā)器有了深入的了解。 還有許許多多給 予我學(xué)業(yè)上鼓勵(lì)和幫助的師長(zhǎng)、朋友，無法一一列舉，在此表示忠心地感謝！ 大學(xué)生涯的結(jié)束，卻也是我人生的另一個(gè)起點(diǎn)，我將謹(jǐn)記老師們的教誨，將自己的所學(xué)運(yùn)用在工作中，奉獻(xiàn)社會(huì)。設(shè)計(jì)初期 為我的開題方向和研究?jī)?nèi)容做了大量的工作，設(shè)計(jì)過程中對(duì)于系統(tǒng)的不足和優(yōu)化都給予了很多的建議和指導(dǎo)，調(diào)試過程中由于涉及一些芯片與信號(hào)的處理吳老師都很耐心的給予我?guī)椭? 系統(tǒng)的特色與創(chuàng)新： 設(shè)置了三條生產(chǎn)線的計(jì)數(shù)情況，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多條生產(chǎn)線的控制，效率高；采用不同的器件針對(duì)不同的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，針對(duì)性強(qiáng)；信號(hào)放大與波形整形部分 降低 了對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求 ，可以對(duì)連續(xù)的體積小的產(chǎn)品例如藥廠的藥品顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)，體現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)越性。 28 結(jié) 論 對(duì)于課題而言，自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)計(jì)完成了既定的任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。 27 系統(tǒng)所具有的特點(diǎn) ⑴ 采用 光電傳感器 采集數(shù)據(jù)，響應(yīng)快，使用方便。 26 5 系統(tǒng)調(diào)試和改進(jìn) 引言 完成了硬件電路和系統(tǒng)軟件的編寫工作之后，開始進(jìn)行系統(tǒng)的總體調(diào)試。 系統(tǒng)初始化時(shí)，將所有從機(jī)中的 SM2 位均設(shè)置為 1，并處于允許串行口中斷接收狀態(tài)。 24 4 PC 機(jī)與單片機(jī)串行通信 本課題的控制系統(tǒng)由一臺(tái) PC機(jī) 和 三臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成， PC 機(jī)做上位機(jī)，三臺(tái)單片機(jī)做下位機(jī)。用定時(shí)器 T0監(jiān)視定時(shí)器 T1，用定時(shí)器 T1 監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時(shí)器 T0。 考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般 1K 空間有 23個(gè)就可以進(jìn)行有效攔截。通過軟件 陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。 在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫稱為指令冗余。在同 PC機(jī)通信時(shí)，先傳送 TH0，后傳送 TL0。 ⑶ 指令直接訪問 CPU 的寄存器、存儲(chǔ)單元和 I/O 端口，可以充分發(fā)揮 CPU 的功能，滿足實(shí)時(shí)控制的要求。 “Visual”指的是采用可視化的開發(fā)圖形用戶界 面（ GUI）的方法，一般不需要編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，而只要把需要的控件拖放到屏幕上的相