【正文】 再將外殼接地。 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)。信號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、開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)從電氣上隔離開來，阻擋 外界的共模電壓和外界串入的電磁干擾，從而保證單片機的工作環(huán)境，使整個系統(tǒng)正常運行。 圖 2— 4 對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與傳感器、單片機與上位機以及單片機與執(zhí)行機構(gòu)之間的信息傳送的路徑。電源變壓器的初級繞組和次級繞組需分別加屏蔽層，初、次級間再加屏蔽層，且初級的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線，次級屏蔽層和初、次級間的屏蔽層接至直流地端。 在交流 220V 進線處，設(shè)置一個 低通濾波器 ，它對 50Hz 的市電影響很小，而對頻率很高的干擾波具有很強的抑制力。 因此 為了防止從電源系統(tǒng)引入干擾 和確保單片機的正常工作 ， 必須采取相應(yīng)的措施。 12 單片機系統(tǒng)抗干擾電路的設(shè)計 工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都以脈沖形式進入 單片 機，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。由于單片 機必須周期性的觸發(fā) CS/WDI引腳以避免 RESET信號激活而使電路復(fù)位，所以 CS/WDI引腳必須在看門狗超時 時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。 X5045 與單片機的連接圖如圖 2— 3所示。 X5045共 8個引腳，其中 WP是寫保護輸入引腳，只有 WP為高電平時才可以向 E2PROM 寫數(shù)據(jù)； RST為復(fù)位輸出引腳，復(fù)位時輸出高電平； SI為串行輸入引腳， SO為串行輸出引腳， SCK為串行時鐘引腳， CS/WDI為片選 輸入 /看門狗復(fù)位輸入 引腳。 在本課題中 采用 X5045芯片來實現(xiàn)復(fù)位控制 ，它把上電復(fù)位、看門狗定時器、電壓監(jiān)控和 E2PROM四種常用功能組合在單個芯片里，以降低系統(tǒng)成本、節(jié)約電路板空間。只要在 RST引腳保持至少 2個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)單片機復(fù)位。 51單片機復(fù)位引腳 RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連。但是，任何控制系統(tǒng)也無法保證絕對穩(wěn)定安全，所以當單片機出現(xiàn)系統(tǒng)故障如程序跑飛時，能夠及時檢測到錯誤并且及時復(fù)位，使控制系統(tǒng)恢復(fù)正?？刂茽顟B(tài)是必要的。 單片機復(fù)位電路的設(shè)計 51系列單片機之所以能得到廣泛的應(yīng)用，其中一個重要的因素是其穩(wěn)定性能好。 電路如圖 2— 2 所示。外接石英晶體時，接入電容 C1和 C2有利于振蕩器起振，對頻率有微調(diào)作用，電容 C1 和 C2的值常選擇為 30PF。 此處選用內(nèi)部時鐘方式， 8051 單片機內(nèi)部有一個用于構(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。 圖 2— 1 8051 單片機邏輯符號 10 ⑴ 主電源引腳 Vcc 和 Vss ⑵ 時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 ⑶ 控制信號引腳 ⑷ 輸入 /輸出（ I/O）引腳 單片機時鐘電路的設(shè)計 單片機雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須在外部附加電 路。基于以上考慮， 本課題選用 8051 芯片， 8051 單片機是 Intel 公司 MCS— 51系列的一種，是目前工業(yè)檢測領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種。 在要求響應(yīng)速度快 、 實時性強 、 控制量多的應(yīng)用場合 , 單個單片機難以勝任 , 此時雖然也可以選用高速微處理器如 DSP等 , 但綜合考慮性能價格比和開發(fā)的難易程度 ,在運行速度更快 、 功能更強大 、 實時性更高 、受控執(zhí)行機構(gòu)更多 、 任務(wù)更復(fù)雜 、 人機界面更完善 、 地域跨度更廣等應(yīng)用場合 , 多單片機系統(tǒng)顯示出優(yōu) 越性 。它包括時鐘電路、復(fù)位電路和抗干擾電路 的設(shè)計。然后就選定的設(shè)計方案做出總體構(gòu)想，并且闡明了系統(tǒng)的工 作原理及主要功能。 采用集散 控制 系 8 統(tǒng) ，各單片機 完成分散 控制， PC 機 進行 集中管理 ， 可靠性好， 結(jié)構(gòu)靈活，布局合理，成本較低。 圖 1－ 8 系統(tǒng)原理框圖 主要功能 此計數(shù)系統(tǒng)能夠快速準確的統(tǒng)計車間內(nèi)三條生產(chǎn)線上產(chǎn)品的日產(chǎn)量，并且對于不同類型的產(chǎn)品采用不同的器件采集數(shù)據(jù)。 PC 機用于集中管理 ，主要 負責 定時向下位機發(fā)送呼叫指令 ，并對 接收到 的 應(yīng)答信號 做 近 一步的處理 ；三臺 單片機 則用于分散控制，它們 分別對三條生產(chǎn)線進行監(jiān)測計數(shù)控制 ，并將計數(shù)的結(jié)果 發(fā)送給上位機 。 信號經(jīng)由放大、整形后傳給單片機，使單片機進行一次計數(shù)操作。 當電容式接近開關(guān)所在的生產(chǎn)線上有非金屬產(chǎn)品靠近時，由于介電常數(shù)的變化，產(chǎn)生 低電平，信號處理后傳給單片機 T0 端，該單片機進行一次計數(shù)。 工作原理 車間系統(tǒng)上電后 ， 三個單片機運行各自的程序。 總體設(shè)計及其工作原理 本課題所研制的自動計數(shù)系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)想是希望開發(fā)出的產(chǎn)品能實現(xiàn)對一個車間內(nèi)三 條生產(chǎn)線上生產(chǎn)出的不同類型產(chǎn)品進行計數(shù)：用電感式接近開關(guān)對金屬產(chǎn)品進行計數(shù)，用電容式接近開關(guān)對非金屬產(chǎn)品進行計數(shù)，用光電傳感器對各種類型產(chǎn)品進行計數(shù)。第二級為上位 機，用于集中管理，選 用 IBMPC，安裝在控制室。 因此，本課題 采用集散 控制系統(tǒng)， 是 由一臺 PC 機和三臺單片機組 成 的二層結(jié)構(gòu)模式 。在集散控制系統(tǒng)中，當管理級出現(xiàn)故障時，過程 控制級仍有獨立的控制能力，個別控制回路出現(xiàn)故障也不會影響全局。 然而這種控制方式存在一些問題，具有局限性。 計算機多級控制系統(tǒng)由直接數(shù)字控制系統(tǒng) （ DDC） 、計算機監(jiān)督控制系統(tǒng) （ SCC）和 管理信息系統(tǒng)（ MIS）三級組成。 光電傳感器的采集對象 不局限于金屬，對其他物體均可檢測，而且檢測距離是接近開關(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 上對物品數(shù)量的采集。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 7所示。 圖 1— 6 槽式光電開關(guān) ⑤ 光纖式光電開關(guān) 光纖式光電開關(guān)采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，以實現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。槽式光電開關(guān)比較安全可靠的適合檢測高速變化，分辨透明與半透明物體。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 5所示。當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。 其結(jié)構(gòu)如圖 1— 4 所示。 圖 1— 3 漫反射 式 光電開關(guān) 當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。根據(jù)檢測方式 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，當有被檢測物體經(jīng)過時，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。因此可以用它來檢測另一條生產(chǎn)線上的非金屬物品。 圖 1— 2 電容式接近開關(guān) 這種接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo) 體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體 ,在檢測較低介電常數(shù) ε 的物體時，可以順時針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在 的位置動作。 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，它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測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。 3 圖 1— 1 電感式接近開關(guān) 利用這個接近開關(guān)可以實現(xiàn)本課題對物品的采集， 然而電感式接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。這個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，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。而且編碼器較適用于角度的測量，速度的計算，在此處也不合適。 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。 利用 A/D 芯片采集模擬量數(shù)據(jù)簡單快捷，可廣泛的應(yīng)用于配電廠、機房等地。 A/D 轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積 分式。 2 1 總體設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計方案論證 數(shù)據(jù)采集方案論證 在數(shù)據(jù)采集的方式上常見的有利用 A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）芯片、編碼器、電感式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)、光電傳感器采集數(shù)據(jù)?？刂品绞絼t會趨向于性能更加優(yōu)越、結(jié)構(gòu)更加簡 單的方向前行。 在控制設(shè)計上，則由原來的計算機多級控制系統(tǒng)發(fā)展為集散控制系統(tǒng) 。 現(xiàn)如今由于器件的多樣性，國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集的方式和應(yīng) 用也多種多樣。而一個優(yōu)良的自動計數(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)。 由于科技的發(fā)展，生產(chǎn)操作的自動化在各個領(lǐng)域都得以普及和推廣。 關(guān)鍵詞 ： 單片機 數(shù)據(jù)采集 光電傳感器 集散 控制系統(tǒng) II Abstract Along with economic development, human needs, factories and workshops daily production of tens of thousands of products. In the past could count on artificial brushes, Due to the huge volume production with such a fast speed manual counting is not the way to achieve good accuracy with the realtime . Therefore automatic counting systems are now industrial production integral part. However, a good automatic counting systems must have good data collection methods and improve the control system. Based on the issues that SCM products automatic counting systems data acquisition and control design also emerged. This paper studies the use of MCU automatic counting systems develo