具有掉電保護(hù)功能的生產(chǎn)線(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

楊其鋒，李 雪

(河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453002)

現(xiàn)代企業(yè)中，生產(chǎn)線(xiàn)隨處可見(jiàn)，要想實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)的智能化監(jiān)測(cè)和控制，采用價(jià)廉物美的單片微控制器無(wú)疑是一個(gè)理想的方案。該系統(tǒng)以抗干擾能力強(qiáng)的工業(yè)級(jí)單片機(jī)PIC16F877作為主控制器，采用具有高可靠性的紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)物品的檢測(cè)，可以利用用戶(hù)自定義的控制方式，同時(shí)對(duì)多條生產(chǎn)流水線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)控，并可以將流水線(xiàn)的當(dāng)前工作信息通過(guò)多塊外接顯示屏傳送到多個(gè)部門(mén)進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)同時(shí)具有掉電保護(hù)功能，在瞬時(shí)欠壓和意外掉電的情況下，能夠?qū)?dāng)前數(shù)據(jù)保存到E2PROM中，等電壓正常之后，再將數(shù)據(jù)恢復(fù)到單片機(jī)繼續(xù)工作。由于連接和操作簡(jiǎn)單、控制方式靈活、系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)、數(shù)據(jù)安全等特點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件由流水線(xiàn)產(chǎn)品紅外光電檢測(cè)電路、基于單片機(jī)的主控制板以及多個(gè)外接顯示屏三大部分組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖

紅外檢測(cè)探頭采用CX－411透過(guò)型光電傳感器［1］，它分為發(fā)射器和接收器兩部分，因?yàn)榻邮掌鲀?nèi)置放大器，故可以對(duì)寬達(dá)10米的生產(chǎn)線(xiàn)上直徑大于12mm以上的不透明物體進(jìn)行0.5mm精度以?xún)?nèi)的精確檢測(cè)。本系統(tǒng)中的接收器選用NPN輸出型，傳感器供電選用12V，工作時(shí)發(fā)射器和接收器的電流均小于20mA。

主控芯片選用美國(guó)Microchip(微星)公司推出的PIC16F877單片機(jī)。該單片采用精簡(jiǎn)指令集(RISC)技術(shù)，哈佛總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，尋址方式簡(jiǎn)單，代碼壓縮率高，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動(dòng)能力等都體現(xiàn)出嵌入式微控制器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，非常適合本設(shè)計(jì)的要求。

主控板的面板可以分為功能設(shè)置按鈕、狀態(tài)顯示與報(bào)警器和對(duì)外接口三大部分。功能設(shè)置按鈕包括11個(gè)按鍵(面板上11個(gè)較大的圓)和面板下方偏右的“生產(chǎn)線(xiàn)停機(jī)模式切換開(kāi)關(guān)”，主要作用是結(jié)合實(shí)際需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制方式的設(shè)置;狀態(tài)顯示與報(bào)警器分三類(lèi):一類(lèi)由數(shù)碼管組成，顯示當(dāng)前計(jì)數(shù)值和累計(jì)總量值，另一類(lèi)由LED組成，指示主控板的當(dāng)前狀態(tài)，還有一類(lèi)是蜂鳴器，可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警;對(duì)外接口有傳感器接口、生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)接口、外接顯示屏接口和供電電源接口。

外接顯示屏的顯示部分由6個(gè)移位寄存驅(qū)動(dòng)芯片74HC164分別驅(qū)動(dòng)6個(gè)大尺寸的共陽(yáng)極數(shù)碼管構(gòu)成，顯示屏內(nèi)含CPU，它與主控板之間采用RS－485通信［2］，最長(zhǎng)通信距離可達(dá)1.2Km。

掉電保護(hù)電路采用看門(mén)狗集成芯片MAX813L［3］，其外圍電路連接如圖2所示。MAX813L不僅具備看門(mén)狗功能，確保系統(tǒng)受干擾后程序能自動(dòng)恢復(fù)正常，同時(shí)還能對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)PF1引腳的輸入電壓低于1.25V時(shí)，PF0引腳輸出低電平，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，我們可以在中斷服務(wù)子程序中將需要保存的數(shù)據(jù)寫(xiě)入E2PROM中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的保護(hù)處理。

圖2 掉電保護(hù)電路原理圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為:主控板單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)和外接顯示屏中CPU的程序設(shè)計(jì)兩大部分。

主控板單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)主要完成系統(tǒng)初始化設(shè)置、傳感器信號(hào)的捕獲與處理、當(dāng)前工作狀態(tài)的顯示、生產(chǎn)線(xiàn)的停機(jī)控制操作、掉電數(shù)據(jù)保護(hù)等。在完成主控板與外接顯示屏、傳感器、生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)等的連接后，即可接通電源，此時(shí)系統(tǒng)上電復(fù)位，初始化程序中抗干擾時(shí)間默認(rèn)設(shè)置值為1秒，單批數(shù)量默認(rèn)設(shè)置值為1000個(gè)，累計(jì)總量默認(rèn)為0個(gè)。系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)流水線(xiàn)物體進(jìn)行計(jì)數(shù)并送顯示，在計(jì)數(shù)到“單批數(shù)量”還剩10個(gè)時(shí)開(kāi)始聲光報(bào)警，當(dāng)單批累計(jì)數(shù)量達(dá)到“單批數(shù)量設(shè)置值”時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)“生產(chǎn)線(xiàn)停機(jī)模式切換開(kāi)關(guān)”的設(shè)置，選擇是否自動(dòng)停止生產(chǎn)流水線(xiàn)。以上這些默認(rèn)設(shè)置值均可通過(guò)功能設(shè)置按鈕由用戶(hù)自定義，設(shè)置完畢后按“重新啟動(dòng)流水線(xiàn)”按鍵，即可啟動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，并繼續(xù)開(kāi)始計(jì)數(shù)。其程序流程簡(jiǎn)圖如圖3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加入了掉電保護(hù)功能，數(shù)據(jù)更安全，又由于采用了抗干擾能力強(qiáng)的工業(yè)級(jí)單片機(jī)和紅外光電傳感器，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠。用戶(hù)可以自由調(diào)整抗干擾時(shí)間的設(shè)置值，以滿(mǎn)足不同生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際需要，具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。它的研制一定會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

圖3 系統(tǒng)程序流程簡(jiǎn)圖

［1］葛鵬飛，鄭建立，柳翔飛.基于光電傳感器的智能車(chē)尋跡方法研究［J］.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2007，(08):40 －42.

［2］謝輝，陳立萬(wàn).基于RS－485網(wǎng)絡(luò)的智能通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化與儀表，2009，(10):23 －25.

［3］王三勝，徐茵，顧彪，等.MAX813L工作原理及其在51單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾中的應(yīng)用［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2001，(03):53－55.