【正文】 ......... 24 附錄 B:電路總圖 ............................................ 34 附錄 C:元器件清單 .......................................... 35 附錄 D:源程序 .............................................. 36 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁 共 44 頁 1 緒論 隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的規(guī)模化發(fā)展，傳統(tǒng)人工統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的方法難以做到及時準(zhǔn)確 、自適應(yīng)能力差、數(shù)據(jù)采集慢、協(xié)同性與集成性差、智能性差、適應(yīng)性差 ，為了對自動生產(chǎn)線上的零件或成品進(jìn)行動態(tài)管理和統(tǒng)計(jì)，需要安裝必要的自動檢測與計(jì)數(shù)裝置。 51 單片機(jī)優(yōu)異的性價比使它獲得了廣大用戶的認(rèn)可，其獨(dú)特的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、不斷增加的片內(nèi)設(shè)備以及強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，依然是單片機(jī)中的主流。車間計(jì)件生產(chǎn)報表是數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、控制、處理過程，因此非常適合單片機(jī)控制。是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化 高級程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。是當(dāng)今世界上使用最廣泛的編程語言之一，被公認(rèn)為是編程效率最高的一種編程方法。 計(jì)算機(jī)的串口通信是一種重要的數(shù)據(jù)交換方法，其廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外設(shè)或工業(yè)測控領(lǐng)域。通常以 PC機(jī)作為上位機(jī)發(fā)送指令到單片機(jī)，由單片機(jī)來完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、電路控制等工作，然后數(shù)據(jù)返回 PC機(jī)進(jìn)行高級處理。 車間計(jì)件式生產(chǎn)統(tǒng) 計(jì)報表設(shè)計(jì)由 51 單片機(jī)為底層驅(qū)動主控制器的計(jì)件系統(tǒng)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁 共 44 頁 2 設(shè)計(jì)方案及工作原理 工號識別部分 功能： 基于工作流管理技術(shù) ， 有序、有效、快速、靈活的管理員工，便于分配工作任務(wù)，考核工作情況，實(shí)現(xiàn)個人身份認(rèn)證； 指紋識別 硬件： 自動指紋識別模塊的基本原理如圖 1所示： 指 紋 圖 像采 集 器指 紋 圖 像處 理指 紋 圖 像提 取指 紋 對 比指 紋 控 制顯 示指 紋 模 板 圖 1 自動指紋識別模塊 圖像采集模塊負(fù)責(zé)采集用戶的指紋圖像，并將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出。指紋圖像的質(zhì)量將直接影響系統(tǒng)的整體性能。該模塊對輸入的指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理、后處理和特征提取，然后將得到的指紋特征數(shù)據(jù) (指紋模板 )登記到指紋庫，或是和已有的指紋模板進(jìn)行匹配識別。 結(jié)果輸出模塊則根據(jù)前面指紋比對的情況，顯示比對結(jié)果或者直接輸 出相應(yīng)的顯示控制信號。我們實(shí)現(xiàn)了一種指紋圖像的多級 (三級 )分割算法：第一級分割背景，第二級從前景中識別出模糊區(qū)域，第三級則從模糊區(qū)域中分割掉不可恢復(fù)的指紋區(qū)域部分。同時，將二值化運(yùn)算提前到 圖像增強(qiáng)階段進(jìn)行，圖像增強(qiáng)后即直接輸出二值指紋圖像，有效減少了總體處理時間。采用一種最近鄰點(diǎn)方式抽取紋線骨架，滿足了指紋細(xì)化的保持性、連接性、中軸性和快速性要求。通常對同一枚指紋提取 2—3個樣本，分別對這些樣本進(jìn)行預(yù)處理、后處理和特征提取，根據(jù)特征點(diǎn)間的相互位置關(guān)系判斷樣本圖像是否兩兩匹配，并由特征點(diǎn)被 匹配的次數(shù)確定特征點(diǎn)的匹配權(quán)值。對待匹配的指紋圖像，經(jīng)預(yù)處理、后處理和特征提取后，得到一個特征模板，該模板與指紋數(shù)據(jù)庫中已有的模板進(jìn)行比較，最終得到識別結(jié)果。采用 4*4矩陣鍵盤，數(shù)字鍵組合代表工人工號， *代表置零， 號代表確認(rèn)。 數(shù)字鍵盤： 優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，操作簡單、方便，最重要的是物美價廉，依然能完成個人身份認(rèn)證的工作； 缺點(diǎn)：安全性、便攜性不高。 計(jì)件部分 功能：根據(jù)完成樣品與檢測樣品記錄計(jì)件數(shù)目； 紅外對管 硬件： 利用 對射式紅外線計(jì)數(shù)器 設(shè)計(jì)， 指導(dǎo)思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并將其放大、整流形成高電平信號。這樣就 可 統(tǒng)計(jì)物 件 的數(shù)量。 紅外光電反射式計(jì)數(shù)器電路原理框圖如圖 6所示。當(dāng)有 物體 阻擋時，紅外線脈沖即被反射回來 ， 由 VD2接收并轉(zhuǎn)換為電信號，因出現(xiàn) 50赫茲燈光干擾，經(jīng)高通濾波濾除，再經(jīng) LM324構(gòu)成的同相放大器放大，再經(jīng) LM324構(gòu)成的電壓比較器整形為方波信號，包絡(luò)檢波后由 LM324構(gòu)成的電壓 比較器整形為幅值較大的信號，得到的方波信號經(jīng) 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時整形，再經(jīng)非門后得到的信號作為觸發(fā)脈沖接到集成同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS160的 CP端，計(jì)數(shù)由 CD4511驅(qū)動的七段 LED數(shù)碼管顯示。 5 5 5 多 諧振 蕩 器紅 外 接 收 V D 2高 通 濾 波 放 大 包 絡(luò) 檢 波紅 外 發(fā) 射 V D 1發(fā) 射 電 路整 形 整 形 延 時 整 形計(jì) 數(shù)顯 示接 收 電 路 圖 6 紅外光電反射式計(jì)數(shù)器電路原理框圖 紅外檢測電路：采用脈沖式主動紅外線檢測電路，由紅外發(fā)射二極管 VD1和紅外接收二極管 VD2等組成。由于在結(jié)構(gòu)上 VD1與VD2平行安裝，指向相同，因此 VD2并不能直接接收到 VD1發(fā)出的紅外線脈沖。采用方波脈沖調(diào)制發(fā)射的紅外信號，有利于提高檢測電路的靈敏度和抗干擾能力，并能夠降低發(fā)射電路的功耗。 VD2需要負(fù)載電阻。整形電路為 LM324 構(gòu)成的電壓比較器，其作用是將整形電路輸出的方波信號變成觸發(fā)脈沖。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁 共 44 頁 完成樣品與檢測樣品過程則需要兩對紅外對射管，例如：兩對紅外發(fā)射二極管分別為 VD1 、VD3， 兩對紅外接收二極管分別為 VD VD4， 完成樣品時， VD2 比 VD4 先接收到 紅外線脈沖反射 ；檢測樣品時， VD4 比 VD2 先接收到 紅外線脈沖反射 。 論證結(jié)果 紅外對管： 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn) 完成樣品與檢測樣品記錄計(jì)件數(shù)目的自動識別，減輕工人工作負(fù)擔(dān)，具有體積小、重量輕、靈敏度高、隱蔽性好等； 缺點(diǎn)： 探測器在日常工作中 ，由于長期工作，因此不可避免地受到大氣中粉塵、微生物以及雪、霜、霧的作用，長久以往，在探測器的外壁上往往會堆積一層粉塵樣的硬殼，在比較潮濕的地方還會長出一層厚厚的蘚苔，這些東西會阻礙紅外射線的發(fā)射和接受，造成誤報警 ，系統(tǒng)成本比較高、硬件電路復(fù)雜、調(diào)試復(fù)雜、 反射感應(yīng)距離 有一定限制 。 結(jié)論： 綜上所述，計(jì)件部分采用按鍵計(jì)數(shù)。 如圖 7 所示： 圖 7 藍(lán)牙技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁 共 44 頁 硬件： 藍(lán)牙硬件模塊由藍(lán)牙協(xié)議棧的的無線收發(fā)器、基帶控制器和鏈路管理層組成。無線跳頻層通過 無需授權(quán)的 ISM 頻段的微波，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的過濾和傳輸，本層 協(xié)議主要定義了藍(lán)牙收發(fā)器在此頻帶正常工作所需要滿足的條件。鏈路管理負(fù)責(zé)連接、建立和拆除鏈路并進(jìn)行安全控制。（藍(lán)牙模塊芯片） 無線藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸流程如圖 8 所示。邏輯鏈路控制和適應(yīng)協(xié)議具有完成數(shù)據(jù)拆裝、控制服務(wù)質(zhì)量和復(fù)用協(xié)議的功能，該層協(xié)議是其它各層協(xié)議實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。串口仿真協(xié)議層具有仿真 9 針 RS232 串口的功能。藍(lán)牙設(shè)備之間進(jìn)行通信時， HCI以上的協(xié)議軟件實(shí)體在主機(jī)上運(yùn)行，而 HCI 以下的功能由藍(lán)牙設(shè)備來完成，二者之間通過一個對兩端透明的傳輸層進(jìn)行交互。 硬件鏈路管理器驅(qū)動程序與物理固件直接相連，提供 USB/RS232或其他接口的驅(qū)動功能。 HOI 驅(qū)動程序根據(jù) HOI 命令的各種數(shù)據(jù)及參數(shù)格式，對 HOI 事件數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。主機(jī)通過 HOI 驅(qū)動程序提供一系列命令控制 藍(lán)牙接口，藍(lán)牙固件的 HOI 收到命令后，會產(chǎn)生事件返回給主機(jī)，用來指示接口的當(dāng)前狀態(tài)變化。 1． Hal命令包。 2． Hal事件包。 3． HOI 數(shù)據(jù)包。包括擴(kuò)展同步連接導(dǎo)向數(shù)據(jù)和非實(shí)時的異步無連接數(shù)據(jù)。藍(lán)牙軟件程序流程如圖 9所示 。 1． 初始化模塊。 2． 事務(wù)調(diào)度模塊。 3． 返回事件處理模塊；各個事件處理子程序分別對應(yīng)不同事件的處 。 硬件： 在工業(yè)控制系統(tǒng)中 ,各種數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制都是由下位機(jī)或探測站來完成。在這些應(yīng)用中 ， 單片機(jī)只是直接面向被控對象底層 ， 而對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析 和處理的工作是由功能強(qiáng)大的主控 PC機(jī)來完成的。 通常 PC 機(jī)和單片機(jī)之間的通信是通過串行總線 RS232 實(shí)現(xiàn)的，為免去 RS485 與 RS232 的轉(zhuǎn)化電路。該接口電路適用于由一臺 PC 機(jī)與多個單片機(jī)串行通信的設(shè)計(jì) ,其原理和方法同樣適用于 PC 機(jī)與其它單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)通信。 串口通信中 ，起著重要作用的是 RS232通信接口電路。但 RS232信號的電平和單片機(jī)串口信號的電平不一致，必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。 MAX232 由單一的 +5V電源供電，只需配接 5個高精度 10μF/50V的電容即可完成電平轉(zhuǎn)換。如此設(shè)計(jì)，既可發(fā)揮出 PC機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算和顯示功能，又可以體現(xiàn)出單片機(jī)靈活的控制功能 ,有利于對現(xiàn)場信號的實(shí)時采集、處理和監(jiān)控。匯編語言是一種執(zhí)行效率高、可讀性強(qiáng)的語言。 論證結(jié)果 無線藍(lán)牙： 優(yōu)點(diǎn)： 藍(lán)牙工作在全球開放的 ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段 ； 使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，把頻帶分成若干個跳頻信道（ hop channel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道 “ 跳 ” 到另一個信道 ； 一臺藍(lán)牙設(shè)備可同時與其它七臺藍(lán)牙設(shè)備建立連接 ； 數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 1Mbit/s； 低功耗、通訊安全性好 ； 在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進(jìn)行連接，沒有特別的 通訊視角和方向要求 ； 支持語音傳輸 ； 組網(wǎng)簡單方便 ； 缺點(diǎn) ： 藍(lán)牙是一種還沒有完全成熟的技術(shù)，盡管前景誘人，但還有待于實(shí)際使用的嚴(yán)格檢驗(yàn) ，藍(lán)牙的通訊速率也不是很高，在當(dāng)今這個數(shù)據(jù)爆炸的時代，可能也會對它的發(fā)展有所影響 。串口通信： 優(yōu)點(diǎn)： 單片機(jī)具有體積小、價格低廉、可應(yīng)用于惡劣工業(yè)環(huán)境 ；系統(tǒng)硬件電路簡單，通信協(xié)議容易掌握，易學(xué)實(shí)用； 缺 點(diǎn)：不適用于遠(yuǎn)距離傳輸，對電纜的損耗大，故而要對電纜進(jìn)行日常維護(hù)防止事故發(fā)生。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)模塊圖 圖 11 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)模塊圖 系統(tǒng)功能簡介： 1. 接入電源，液晶屏顯示，第一行顯示“ JobID： ”，第二行顯示“ Sum： Time： ”； 2. 第一步的基礎(chǔ)上，按動鍵盤“ *”鍵時： 液晶顯示屏第一行顯示“ JobID： _”，下?lián)Q線閃爍，提示可以輸入工號； 鍵盤電路顯示電路單片機(jī) MAX 232下位機(jī)上位機(jī)陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 44 頁 3. 在第二步的基礎(chǔ)上，按動鍵盤按鍵，輸入工號，工人工號隨機(jī)組 合，最后按“ ”鍵確認(rèn)，進(jìn)入計(jì)件環(huán)節(jié)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 44 頁 3 單元電路工作原理 鍵盤掃描 本系統(tǒng)采用非編碼鍵盤， CPU必須對所有按鍵進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下， CPU通過程序加以識別，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)鍵的處理程序?qū)崿F(xiàn)該鍵被賦予的功 能。因此，將“ 0xfe”、“ 0xfd”、“ 0xfb”、“ 0xf7”，賦給 P1口，在監(jiān)視 P1口高四位電平變化，就可完成鍵盤掃描過程。 軟件消抖：使用延時程序。 3． 讀取按鍵的行值和列值 若 CPU 發(fā)現(xiàn)有鍵按下，則需獲取按鍵的行值和列值。 表 1 鍵值對照表（ 4*4 鍵盤） 行值 列值 按鍵 開關(guān)序號 行值 列值 按鍵 開關(guān)序號 0111 1110 7 S1 0111 1101 8 S5 0111 1011 9 S9 0111 0111 OFF S13 1011 1110 4 S2 0111 1101 5 S6 1011 1011 6 S10 1011 0111 WARN S14 1101 1110 1 S3 1101 1101 2 S7 1101 1011 3 S11 1101 0111 ＋ S15 1110 1110 ON/C S4 1110 1101 0 S8 11