【正文】 ...................... 31 附錄 二 系統(tǒng)程序 ...................................................... 32 1 緒 論 本章首先論述一下自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的發(fā)展背景 同時(shí)簡(jiǎn)要 介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的研究發(fā)展情況與未來的發(fā)展趨勢(shì)，然后論述一下研究的目的和意義。 本論文研究如何利用單片機(jī)研制自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及整個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的控制。因此自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)已成為現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的一部分。 此自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng) 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的不足，能夠針對(duì)不同的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，并能同時(shí)控制多條生產(chǎn)線，具有高效、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、抗干擾等特點(diǎn)。 現(xiàn)如今由于器件的多樣性，國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集的方式和應(yīng) 用也多種多樣。 A/D 轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積 分式。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。因此可以用它來檢測(cè)另一條生產(chǎn)線上的非金屬物品。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 7所示。在集散控制系統(tǒng)中，當(dāng)管理級(jí)出現(xiàn)故障時(shí)，過程 控制級(jí)仍有獨(dú)立的控制能力，個(gè)別控制回路出現(xiàn)故障也不會(huì)影響全局。 工作原理 車間系統(tǒng)上電后 ， 三個(gè)單片機(jī)運(yùn)行各自的程序。 圖 1－ 8 系統(tǒng)原理框圖 主要功能 此計(jì)數(shù)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)車間內(nèi)三條生產(chǎn)線上產(chǎn)品的日產(chǎn)量，并且對(duì)于不同類型的產(chǎn)品采用不同的器件采集數(shù)據(jù)。 在要求響應(yīng)速度快 、 實(shí)時(shí)性強(qiáng) 、 控制量多的應(yīng)用場(chǎng)合 , 單個(gè)單片機(jī)難以勝任 , 此時(shí)雖然也可以選用高速微處理器如 DSP等 , 但綜合考慮性能價(jià)格比和開發(fā)的難易程度 ,在運(yùn)行速度更快 、 功能更強(qiáng)大 、 實(shí)時(shí)性更高 、受控執(zhí)行機(jī)構(gòu)更多 、 任務(wù)更復(fù)雜 、 人機(jī)界面更完善 、 地域跨度更廣等應(yīng)用場(chǎng)合 , 多單片機(jī)系統(tǒng)顯示出優(yōu) 越性 。外接石英晶體時(shí)，接入電容 C1和 C2有利于振蕩器起振，對(duì)頻率有微調(diào)作用，電容 C1 和 C2的值常選擇為 30PF。 51單片機(jī)復(fù)位引腳 RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連。 X5045 與單片機(jī)的連接圖如圖 2— 3所示。 在交流 220V 進(jìn)線處，設(shè)置一個(gè) 低通濾波器 ，它對(duì) 50Hz 的市電影響很小，而對(duì)頻率很高的干擾波具有很強(qiáng)的抑制力。 圖 2— 5 6N137 結(jié)構(gòu)原理圖 其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置發(fā)光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的，這樣使夾雜在輸入端的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。 用電容式接近開關(guān)采集非金屬產(chǎn)品 電 容 式接近開關(guān) 和單片機(jī)組成的非金屬產(chǎn)品計(jì)數(shù)部分硬件原理如圖 2— 7所 示。 原理如圖 2— 9 所示。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。 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)每天定時(shí)與各單片機(jī)通信一次，以便了解各車間當(dāng)天的產(chǎn)品數(shù)量。在匯編語言中，指令用助記符表示，地址、操作數(shù)可用標(biāo)號(hào)、符號(hào)地址及字符等形式來描述。 三臺(tái)單片機(jī) 分別 命名 為 1， 2， 3。 ⑴ 指令冗余 CPU 取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。通常用軟件陷阱來攔截亂飛的程序。當(dāng)使用的中斷因干擾而開放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)誤的中斷。則系統(tǒng)無法定時(shí)“喂狗”，硬件看門狗電路失效。若檢測(cè)到某觀測(cè)變量變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加 1 而未加 1，則轉(zhuǎn)到出錯(cuò)處理程序作排除故障處理。 圖 4— 1 PC 機(jī)與多臺(tái)單片機(jī)連接 25 在串行口控制寄存器 SCON 中，設(shè)有多處理機(jī)通信位 SM2（ SCON． 5）。 若從機(jī)的地址與主機(jī)點(diǎn)名的地址相同，該從機(jī)將本機(jī)的 SM2 清 0，繼續(xù)接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)，響應(yīng)中斷。 圖 5— 1 施密特觸發(fā)器 對(duì)脈沖的整形 系統(tǒng)的 特點(diǎn) 與應(yīng)用 本系統(tǒng) 調(diào)試通過后 顯示出良好的性能，具有 廣泛的適用范圍。 以后 隨著相關(guān)領(lǐng)域新技術(shù)與新器件的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集會(huì)向?qū)崟r(shí)性更強(qiáng)、靈敏度更高的方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)過程中針對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的問題和可能性都予以解決和實(shí)現(xiàn)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何將所學(xué)的各門學(xué)科知識(shí)相結(jié)合，并且從根本上懂得了如何自己動(dòng)手從零開始完成一項(xiàng)完整的控制系統(tǒng)，是四年來學(xué)習(xí)的總結(jié)也是未來工作的熱身。 30 參考文獻(xiàn) [1] 胡乾斌等 .單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 .華中科技大學(xué)出版社 , 1997 [2] 周航慈等 .單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .北京航空航天大學(xué)出版社 , 1999 [3] 張志良 .單片機(jī)原理及控制技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社 , 2020 [4] 余永權(quán) .單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 .電子工業(yè)出版社 , 2020 [6] 胡漢 才 .單片機(jī)原理與接口技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社 , 2020 [7] 朱定華 .微機(jī)原理與接口技術(shù) .北方交通大學(xué)出版社 , 2020 [8] 楊振江等 .智能儀表與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應(yīng)用 .電子科技大學(xué)出社 , 2020 [9] 樓然苗等 .51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例 .北京航空航天出版社， 2020 [10] 何立民 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù) .航空航天大學(xué)出版社， 2020 [11] 雷思孝等 .單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用 .西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 [12] 沙占友等 .單片及外圍電路設(shè)計(jì) .電子工業(yè)出 版社， 2020 [13] 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在實(shí)際應(yīng)用中，采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)可 靠、完善，用“ LJMP 0000H”作返回指令可直接進(jìn)入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復(fù)程序的運(yùn)行。 ① 軟件陷阱的設(shè)計(jì) 當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無法起作用。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)機(jī)率更大。 假定各個(gè)車間每天的產(chǎn)品數(shù)量不會(huì)超過 65535，則每臺(tái)單片機(jī)可用計(jì)數(shù)器 0 的方式 1 對(duì)產(chǎn)品記數(shù)。 ⑵ 匯編語言指令與機(jī)器語言指令一一對(duì)應(yīng)，用它編寫的程序能最有效地利 用存 19 儲(chǔ)空間。 VISUAL BASIC 語言 Visual Basic,簡(jiǎn)稱 VB。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩 17 形脈沖波形。 圖 2— 10 信號(hào)預(yù)處理電路 系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理電路 由 二級(jí)電路構(gòu)成，第一級(jí)是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。 15 用光電傳感器采集產(chǎn)品 由于 光電傳感器 的分類品種繁多，選擇一個(gè)合適的傳感器是首要的任務(wù)，其次是對(duì) 信號(hào)放大、波形變換和波形整形 。為了防止 電磁干擾從空間侵入 ，需 用鋼板做機(jī)殼將單片機(jī)系統(tǒng)屏蔽起來，再將外殼接地。電源變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組需分別加屏蔽層，初、次級(jí)間再加屏蔽層，且初級(jí)的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線，次級(jí)屏蔽層和初、次級(jí)間的屏蔽層接至直流地端。由于單片 機(jī)必須周期性的觸發(fā) CS/WDI引腳以避免 RESET信號(hào)激活而使電路復(fù)位，所以 CS/WDI引腳必須在看門狗超時(shí) 時(shí)間終止之前受到由高至低信號(hào)的觸發(fā)。只要在 RST引腳保持至少 2個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。 電路如圖 2— 2 所示?；谝陨峡紤]， 本課題選用 8051 芯片， 8051 單片機(jī)是 Intel 公司 MCS— 51系列的一種，是目前工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種。 采用集散 控制 系 8 統(tǒng) ，各單片機(jī) 完成分散 控制， PC 機(jī) 進(jìn)行 集中管理 ， 可靠性好， 結(jié)構(gòu)靈活，布局合理，成本較低。 當(dāng)電容式接近開關(guān)所在的生產(chǎn)線上有非金屬產(chǎn)品靠近時(shí)，由于介電常數(shù)的變化，產(chǎn)生 低電平，信號(hào)處理后傳給單片機(jī) T0 端，該單片機(jī)進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。 因此，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 。 光電傳感器的采集對(duì)象 不局限于金屬，對(duì)其他物體均可檢測(cè)，而且檢測(cè)距離是接近開關(guān)不能相比的 ， 因此， 此方案可取，可選用光電傳感器作為其中一條生產(chǎn)線 6 上對(duì)物品數(shù)量的采集。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 5所示。根據(jù)檢測(cè)方式 4 的不同，可分為 ① 漫 反射 式 光電開關(guān) ： 漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。 3 圖 1— 1 電感式接近開關(guān) 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， 然而電感式接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。 利用 A/D 芯片采集模擬量數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單快捷，可廣泛的應(yīng)用于配電廠、機(jī)房等地。 在控制設(shè)計(jì)上，則由原來的計(jì)算機(jī)多級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)展為集散控制系統(tǒng) 。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) 數(shù)據(jù)采集 光電傳感器 集散 控制系統(tǒng) II Abstract Along with economic devel