【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C3)的穩(wěn)壓電路，如圖 2 27 所示。CPU 模塊主要是由 PIC16F877 及其重置電路與石英振蕩電路、系統(tǒng)狀態(tài)指示燈及雙向差動(dòng)總線通訊電路 (75176)，電路圖如圖 28 所示。在圖 28 中， J9 外接 8 個(gè)LED 燈，做系統(tǒng)燈號(hào)顯示， J2 接 RS485 BUS，表 3 為系統(tǒng)燈號(hào)菜單。 I/O 模塊設(shè)計(jì)為 4 個(gè)輸入點(diǎn)及 4 個(gè)輸出點(diǎn)的輸入輸出板。為了符合某些加工站量測(cè)需求，亦將繼電器端子撞擊測(cè)試電路、接點(diǎn)阻值檢測(cè)電路、線圈阻值檢測(cè)電路、直流馬達(dá)控制電路布線于 I/O 模塊電路板中，再視各站需求決定插入電子零 件與否。 I/O 模塊輸入點(diǎn)電路如圖 29 所示，當(dāng) SENSOR(例如磁簧開(kāi)關(guān) )ON 時(shí)， Q1 電晶體導(dǎo)通，PIC RA 埠輸入腳為低電位 (0V)；當(dāng) SENSOR(磁簧開(kāi)關(guān) )OFF 時(shí)， Q1 晶體管不導(dǎo)通，RA埠輸入腳為高電位 (+5V)，由 PIC 判斷輸入腳位邏輯電位高低，可以得知磁簧開(kāi)關(guān)有無(wú)感應(yīng)，以達(dá)到輸入信號(hào)的感測(cè)。 I/O 模塊輸出點(diǎn)電路如圖 30 所示，圖中 TLP250 是一顆光耦合 IC，內(nèi)部電路輸出是以 MOSFET 的方式去推動(dòng)輸出負(fù)載。當(dāng)PIC RD 埠腳位輸出低電位 (0V)， TLP250 內(nèi)部 LED 亮， Tr1 晶體管導(dǎo)通， Tr2 晶體管不導(dǎo)通，則 TLP250(Pin7)輸出高電位 (+24V)， Q1 MOSFET 導(dǎo)通，則輸出負(fù)載 (電磁閥 )ON；反，當(dāng) RD 埠腳位輸出高電位 (+5V)， TLP250 內(nèi)部 LED 不導(dǎo)通， Tr1 晶體管不導(dǎo)通， Tr2 晶體管導(dǎo)通，則 TLP250(Pin7)輸出低電位 (0V)， Q1 MOSFET 不導(dǎo)通，則負(fù)載 OFF。 29 圖 24 CPU (PIC)模塊實(shí)體圖 圖 25 I/O 模塊實(shí)體圖 30 圖 26 +12V 穩(wěn)壓電路 圖 27 +5V 穩(wěn)壓電路 圖 28 CPU 模塊電路圖 31 圖 29 輸入點(diǎn)電路圖 圖 30 輸出點(diǎn)電路圖 32 表 3 系統(tǒng)燈號(hào)菜單 燈號(hào) 功能 LED1(RB7) 聯(lián)機(jī)燈號(hào)顯示 (亮表示聯(lián)機(jī)、滅表示脫機(jī) ) LED2(RB6) 運(yùn)轉(zhuǎn)燈號(hào)顯示 (亮表示運(yùn)轉(zhuǎn)、滅表示停止 ) LED3(RB5) 手動(dòng) /自動(dòng)燈號(hào)顯示 (亮表示自動(dòng)、滅表示手動(dòng) ) LED4(RB4) RS485 控制方向用 LED5(RB3) 程序除錯(cuò)用 LED6(RB2) 程序除錯(cuò)用 LED7(RB1) 程序除錯(cuò)用 LED8(RB0) 外部中斷控制用 RS485 串行通訊電路 PIC 微控制器有串行通訊接口，而個(gè)人計(jì)算機(jī)也有 串行通訊接口，因此個(gè)人計(jì)算機(jī)中的串行端口 (COM 埠 )常被用來(lái)當(dāng)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺?。其?yōu)點(diǎn)為取得方便，但缺點(diǎn)為只能作單點(diǎn)傳輸 (即一對(duì)一控制 )，及傳輸距離受限 (RS232 只能作到 15 公尺 )。而一般個(gè)人計(jì)算機(jī)頂多也只有二個(gè)串行埠 (COM1 及 COM2)，若要增多控制范圍就必須讓串行埠增多，但至多也限制在 16 組串行埠。因此遂發(fā)展出 RS485 接口，它能完全改善 RS232 的缺點(diǎn)。 RS485 傳輸為差動(dòng)式，可免除大部分的噪聲，傳輸距離更達(dá) 1200 公尺，大大改善了 RS232 的缺點(diǎn)，而對(duì)點(diǎn)的傳輸可直接 對(duì) 256 個(gè)點(diǎn)作控制不用再擴(kuò)充串行埠。 本系統(tǒng)是以 PC 端為主控端，而 PIC 微控制器為區(qū)域控制端。 PC 與多個(gè) PIC 微控制器串行通訊電路圖如圖 31 所示。 SN75176 IC 為 RS232 與 RS485 訊號(hào)轉(zhuǎn)換 IC，其功能為將串行訊號(hào)轉(zhuǎn)為 RS485 訊號(hào)，或是將 RS485 訊號(hào)轉(zhuǎn)換回串行訊號(hào)。SN75176 為一半雙工動(dòng)作組件，即傳送與接收動(dòng)作無(wú)法同時(shí)進(jìn)行，在使用上是將/RE 腳與 DE 腳接在一起再連接至控制腳。當(dāng)控制腳 (RB4)為高態(tài)時(shí)， SN75176 處于發(fā)送狀態(tài)， SN75176D 腳接收 PIC (TXD 腳 )送來(lái)串行數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)為差動(dòng) (平衡 )式訊號(hào)由 A、 B 腳送至 RS485 BUS，即將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為差動(dòng) (平衡 )式訊號(hào)；當(dāng)控制腳 (RB4)為低態(tài)時(shí)， SN75176 處于接收狀態(tài)，由 A、 B腳接收到差動(dòng) (平衡 )式訊號(hào)，轉(zhuǎn)為串行數(shù)據(jù)由 R 腳送至 PIC(RXD 腳 )，即將差動(dòng) (平衡 )式訊號(hào)轉(zhuǎn)為串行數(shù)據(jù)。SN75176 各腳位功能請(qǐng)參考表 4。 33 圖 31 PC 與多個(gè) PIC 微控制器串行通訊電路圖 表 4 SN75176 腳位特性 腳位 名稱 功能 PIN1 R 送出串行數(shù)據(jù) PIN2 /RE A、 B 腳接收差動(dòng)訊號(hào)致能 (低態(tài)致能 ) PIN3 DE A、 B 腳送出差動(dòng)訊號(hào)致能 (低態(tài)致能 ) PIN4 D 讀入串行數(shù)據(jù) PIN5 GND 接地 PIN6 A 差動(dòng)式訊號(hào)輸入 /輸出 PIN7 B 差動(dòng)式訊號(hào)輸入 /輸出 PIN8 VCC 電源 +5V 繼電器端子撞擊測(cè)試電路 線性位移傳感器內(nèi)部如同一個(gè)可變電阻，在其兩端給予一個(gè) +5V 的電壓，當(dāng)線性位移傳感器縮入時(shí)，內(nèi)部可變電阻阻值改變，則輸出的電壓 (V 1 )也有高低的變化 ， 如 (1)式 。 再由 PIC RA 端口 AD 通道 (AN0)檢測(cè)其偵測(cè) V 1 的電壓值，并由 PIC 微控制器內(nèi)建的 A/D 模塊將偵測(cè)到的模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字訊號(hào)傳給主控端，由主控端將此數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬電壓 ， 判斷繼電器 端子是否有陷入 ， 其設(shè)計(jì)電路。詳細(xì)量測(cè)方法請(qǐng)參閱章節(jié) 431。 21 12 5( )()RVVRR??? () 34 繼電器驅(qū)動(dòng) /檢知電路 為了量測(cè)待測(cè)繼電器啟動(dòng) /釋放電壓、啟動(dòng) /釋放時(shí)間，本研究設(shè)計(jì)了繼電器驅(qū)動(dòng) /檢知電路。此電路設(shè)計(jì)考慮到以后可以對(duì)不同規(guī)格繼電器量測(cè)，以輸出點(diǎn)電路驅(qū)動(dòng)一直流小型繼電器，做 +12V/+24V 電源切換，供不同規(guī)格待測(cè)繼電器量測(cè)使用。待測(cè)繼電器驅(qū)動(dòng)是由 PIC 微控制 器的 RC2 腳送出 PWM 訊號(hào)，由 RE0 腳及 RE1 腳檢知待測(cè)繼電器 A、 B 接點(diǎn)變化，達(dá)到量測(cè)目的。詳細(xì)量測(cè)方法請(qǐng)參閱章節(jié) 、 。 接點(diǎn)阻值檢測(cè)電路 接點(diǎn)阻值檢測(cè)電路主要是由定電壓 IC LM317 與其輸出端電阻 ( )組成定電流輸出電路，定電流輸出 流經(jīng)待測(cè)繼電器 NO及 NC 接點(diǎn)產(chǎn)生壓降。接點(diǎn)阻值約只有 3mΩ，所產(chǎn)生的壓降約為 ， PIC 微控制器內(nèi)建的 A/D 模塊其分辨率約為 ，無(wú)法準(zhǔn)確量測(cè)出電壓值。因此須將產(chǎn)生的壓降，透過(guò) IC LM2904 OP 放大器構(gòu)成的儀表放大電路，將小電壓放大 200 倍，電壓增益如 (2)式 (若561234RRRR??、 )，放大后的電壓值則可以由 PIC 微控制器準(zhǔn)確量測(cè)。 PIC RA 端口 AD 通道 (AN0、 AN1)檢測(cè)其電壓值，并由 PIC 微控制器內(nèi)建的 A/D 模塊將偵測(cè)到的模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字訊號(hào)傳給主控端，由主控端將此數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬電壓，再由其模擬電壓反推回接點(diǎn)阻值，由此判定是否為良品規(guī)格，電路設(shè)計(jì)如圖 335所示。輸出驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng) RELAY1 激磁， RELAY1 NO 接 點(diǎn)導(dǎo)通， +5V 電源輸入 LM317輸入側(cè) (Vin)，則 LM317 輸出定電壓 (Vout)，使產(chǎn)生一個(gè)電流 I()，如(3)式。輸出驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng) RELAY2 激磁供 +24V 電源給待測(cè)繼電器，再由 PIC RD7 輸出高電位 (+5V)或低電位 (0V)使待測(cè)繼電器激磁與否，達(dá)到量測(cè)待測(cè)繼電器 NO 及 NC 接點(diǎn)。詳細(xì)量測(cè)方法請(qǐng)參閱章節(jié) 434。 5132(1 )VgainRRA RR???? ? ? ???? () 1 .2 5 ( ) 0 .5 ( )2 .5 ( )VIA??? () 35 圖 34 接點(diǎn)阻值檢測(cè)電路 36 圖 35 儀 表放大電路 線圈阻值檢測(cè)電路 線圈阻值檢測(cè)電路如圖 36 所示，其設(shè)計(jì)原理采用分壓定理，設(shè)待測(cè) RELAY 線圈阻值為 LR ，串聯(lián)一顆電阻 R 2 ，由 PIC RA 端口 AD 通道 (AN3)檢測(cè) 2R 端的電壓值 1V ，如 (4)式。經(jīng)由 PIC 微控制器內(nèi)建的 A/D 模塊將偵測(cè)到的模擬訊號(hào)(電壓值 V 1 )轉(zhuǎn)為數(shù)字訊號(hào)傳給主控端，由主控端將此數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為 模擬電壓，再換算回去得知待測(cè) RELAY 線圈阻值。詳細(xì)量測(cè)方法請(qǐng)參閱章節(jié) 。 21 2 5 ( )()LRVVRR??? () 37 圖 36 線圈阻值檢測(cè)電路 分度盤直流馬達(dá)控制電路 本機(jī)構(gòu)分度盤是由一直流馬達(dá)傳動(dòng)，直流馬達(dá)由一直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器控制，直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的功能請(qǐng)參照附錄 A。直流馬達(dá)控制電路如圖 37 所示，由輸出點(diǎn)電路控制 RELAY1 和 RELAY2(RELAY1 控制馬達(dá)的啟動(dòng)及停止， RELAY2 控制馬達(dá)高速或低速運(yùn)轉(zhuǎn) )，直流馬達(dá)的輸入電壓是由可變電阻產(chǎn)生的分壓提供，由 I、 F控制 ON/OFF，當(dāng) I、 F兩端短路時(shí)， A+、 A輸出 電壓會(huì)瞬時(shí)截止，直流馬達(dá)則停止轉(zhuǎn)動(dòng)。直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)速則由可變電阻輸出端電壓值大小來(lái)改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)可變電阻輸出端電壓值愈大則轉(zhuǎn)速越快，反愈慢。當(dāng) RD0 輸出低電位 (0V)， RELAY1 激磁，則馬達(dá)啟動(dòng)；反，當(dāng) RD0 輸出高電位 (+5V)， RELAY1 不激磁 ， 則馬達(dá)停止 。 當(dāng) RD1 輸出低電位 (0V)， RELAY2 激磁，則馬達(dá)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；反，當(dāng) RD1 輸出高電位 (+5V)， RELAY2 不激磁，則馬達(dá)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。 38 圖 37 分度盤直流馬達(dá)控制電路 39 第四章 計(jì) 算機(jī)量測(cè)與控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件部分以 設(shè)計(jì)人機(jī)接口及量測(cè)與控制程序，參閱 圖控程序應(yīng)用 [16]進(jìn)行程序編撰， LabVIEW 虛擬儀控理念應(yīng)用廣泛，程序設(shè)計(jì)快速，提供使用者快速建構(gòu)一個(gè)系統(tǒng)。本文計(jì)算機(jī)量測(cè)與控制系統(tǒng)以 PC 為主控制器， PIC 控制模塊為奴控制器，控制各致動(dòng)器則由 PIC 控制模塊負(fù)責(zé)?？刂品椒ㄓ芍骺刂破飨逻_(dá)命令給奴控制器 ， 則各站執(zhí)行其加工動(dòng)作 ， 加工完成后回傳 〝加工動(dòng)作完成訊號(hào)〞給主控制器，完成一次加工動(dòng)作，并依序循環(huán)。此章節(jié)將說(shuō)明人 機(jī)接口的規(guī)劃、主控制器與各奴控制器的通訊協(xié)議及 PIC 控制模塊的控制方法。 通訊協(xié)議 此系統(tǒng)各加工站分別各自獨(dú)立由一個(gè) PIC 控制模塊控制，每一加工站的 PIC 控制模塊設(shè)有一個(gè)標(biāo)識(shí)符 (ID)值，如表 5 所示。本系統(tǒng)命令碼由 1 個(gè)字節(jié)組成，如圖 38 所示。高 4 位 (bit7~bit4)用以區(qū)分區(qū)域命令 (Local mand)或全局命令(Global mand)，低 4 位 (bit3~bit0)用以設(shè)定執(zhí)行動(dòng)作 (Action)。當(dāng)高 4 位為 PIC 控制模塊標(biāo)識(shí)符 (ID)值時(shí)，代表主控制器對(duì)某一 個(gè)別奴控制器下達(dá)區(qū)域命令，區(qū)域命令功能則視低 4 位執(zhí)行動(dòng)作而定，區(qū)域命令碼及其功能如表 6 所示，例如若命令碼為 0011 1101表示對(duì)第三站下達(dá)區(qū)域命令，執(zhí)行動(dòng)作為讀取該加工站磁簧開(kāi)關(guān)、氣壓缸狀態(tài)；若命令碼為 10011000 表示對(duì)第九站下達(dá)區(qū)域命令，則不良品坡道 B 停留在 1 區(qū)；若命令碼為 0011 1010 表示待測(cè)繼電器于第二站檢測(cè)結(jié)果為良品，則對(duì)第三站下達(dá)區(qū)域命令，執(zhí)行動(dòng)作為命令該站可以進(jìn)行加工。反檢測(cè)結(jié)果為不良品，則對(duì)第三站下達(dá)區(qū)域命令 0011 1001，執(zhí)行動(dòng)作為命令該站暫停加工一次。致動(dòng)器個(gè)別控 制命令碼及功能參照表 7。 當(dāng)高 4 位為 0011 時(shí)，代表主控制器對(duì)奴控制器下達(dá)全局命令，全局命令碼及其功能如表 8 所示。例如第一站至第十站 PIC 控制模塊接收到 C1 命令碼，則各站均執(zhí)行加工 1 次；第十一站 PIC 控制模塊接收到 C2 命令碼，則分度盤轉(zhuǎn)一個(gè)分度。全部 PIC 控制模塊接收到 C3 命令，系統(tǒng)為手動(dòng)控制模式、收到 C4 命令，系統(tǒng)為自動(dòng)控制模式、收到 C5 命令系統(tǒng)進(jìn)入讀取模式，用已對(duì)各站進(jìn)行系統(tǒng) 40 狀態(tài)及數(shù)據(jù)的讀取、收到 C6 命令則系統(tǒng)回到寫(xiě)入模式。 圖 38 系統(tǒng)通訊命令碼 表 5 PIC 控制模塊標(biāo)識(shí)符 PIC 控制模塊 標(biāo)識(shí)符 (ID) 第一站 0001 第二站 無(wú) 第三站 0011 第四站 0100 第五站 0101 第六站 0110 第七站 0111 第八站 1000 第九站 1001 第十站 1010 分度盤控制 1011