基于S7—1500的PROFINET通信方式的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

韓麗

摘要：文章利用西門子S7-1500的PLC，采用PROFINET的通信方式，控制變頻器輸出頻率的變化，變頻器采用G120_cu250s型號，利用WINCC觸屏設(shè)定異步電機轉(zhuǎn)數(shù)，經(jīng)過PLC程序運算后，將運算后的數(shù)字量通過變頻器端口送到變頻器，進而控制調(diào)整電機轉(zhuǎn)數(shù)和觸屏設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)相同，達到調(diào)速的目的。

關(guān)鍵詞：PROFINET；WINCC觸屏；西門子S7-1500；變頻調(diào)速系統(tǒng)；通信方式；變頻器 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM921 文章編號：1009-2374（2016）11-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.012

隨著科技的進步，人們對汽車的安全性提出了更多要求?，F(xiàn)在很多國外著名汽車品牌已將防疲勞駕駛技術(shù)融入到汽車中，即采用圖像識別式，利用圖像傳感器捕捉駕駛員面部特征，判斷駕駛員疲勞程度。這種識別模式準(zhǔn)確度較高，但價格也十分高昂。利用單片機作為最小系統(tǒng)的防疲勞駕系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、價格低廉的優(yōu)勢，同時傳感器具有靈敏、準(zhǔn)確、迅速等優(yōu)點，從而極大提高了防疲勞系統(tǒng)的安全性，因此，基于單片機的防疲勞駕駛系統(tǒng)具有很強的實用性。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由控制模塊、輸入模塊、輸出模塊三部分組成?？刂颇K由單片機STC12C5A60S2最小系統(tǒng)組成。其中輸入模塊安裝在方向盤上，主要包括角位移傳感器和壓力傳感器，用于采集方向盤角度及壓力數(shù)據(jù)的變化情況。顯示模塊采用LCD12864顯示器，主要用于設(shè)定和顯示駕駛時間和轉(zhuǎn)角時間。語音報警模塊采用ISD1820芯片。

當(dāng)駕駛員正常駕駛機動車，系統(tǒng)不報警；當(dāng)駕駛員處于疲勞狀態(tài)，雙手離開方向盤，超過設(shè)定的駕駛時間，符合報警條件，語音模塊播放報警音報警，顯示模塊LCD12864顯示當(dāng)前系統(tǒng)進入報警狀態(tài)；當(dāng)駕駛員處于疲勞狀態(tài)，雙手未離開方向盤，但方向盤轉(zhuǎn)角長時間未發(fā)生變化，符合報警條件，系統(tǒng)報警，語音模塊和顯示模塊進入報警狀態(tài)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件由控制模塊、角位移傳感器、壓力傳感器、液晶顯示模塊和語音模塊組成。

控制模塊通過角位移傳感器和壓力傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角及壓力數(shù)據(jù)進行分析，當(dāng)符合報警條件，語音模塊報警，顯示模塊顯示系統(tǒng)處于報警狀態(tài)。

2.1 控制模塊的設(shè)計

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/s，即25萬次/s），

針對電機控制，強干擾場合。

STC12C5A60S2單片機主要負責(zé)對輸入模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進行接收處理，并控制語音模塊和顯示模塊工作。

2.2 輸入模塊

2.2.1 角位移傳感器。角位移傳感器結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)電塑料基體、電刷、隨動軸、殼體等組成。

角位移傳感器采用電阻分壓器的原理，在電阻導(dǎo)軌兩端連接一恒定直流電壓，通過電刷在導(dǎo)軌上的移動獲得輸出，輸出電壓與位移量成線性關(guān)系，其指標(biāo)用線性度表示，數(shù)值越小，精度越高。

2.2.2 壓力傳感器。Force Sensing Resistor是著名Interlink Electronics公司生產(chǎn)的一款重量輕、體積小、感測精度高、超薄型的電阻式壓力傳感器。

壓力傳感器是將施加在FSR傳感器薄膜區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，從而獲得壓力信息。壓力越大，電阻越低，其允許用在壓力0g～10kg的場合。本設(shè)計采用與壓力傳感器配套的電路模塊，將已知的電阻信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。

2.3 輸出模塊

2.3.1 液晶顯示模塊。DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16×16點陣）、128個字符（8×16點陣）及64×256點陣顯示RAM（GDDRAM）。

第一行至第四行分別顯示課題名稱、駕駛時間及界限、轉(zhuǎn)角時間及界限、系統(tǒng)狀態(tài)和報警狀態(tài)。

2.3.2 語音模塊的設(shè)計。語音模塊采用ISD1820語音芯片，該芯片具有10s語音錄放、自然的語音還原等功能，可用單片機控制同時能直接驅(qū)動8歐0.5W小喇叭。按下REC鍵，開始錄音，松開按鍵停止錄音；按下RLAYE鍵，觸發(fā)模式放音，按一下就播放當(dāng)前整段的語音。本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2作為主控制芯片，只需ISD1820芯片通過SPI協(xié)議與主控芯片通信來達到播音

效果。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

程序開始先進行傳感器端口掃描。當(dāng)方向盤存在壓力同時轉(zhuǎn)角發(fā)生變化，說明駕駛員處于正常駕駛狀態(tài)；當(dāng)方向盤不存在壓力，說明駕駛員雙手離開方向盤，駕駛時間+1，當(dāng)駕駛時間大于設(shè)定時間則進行報警處理；當(dāng)方向盤存在壓力但轉(zhuǎn)角未發(fā)生變化，說明駕駛員處于疲勞狀態(tài)，轉(zhuǎn)角時間+1，當(dāng)轉(zhuǎn)角時間大于設(shè)定時間將進行報警處理。

4 系統(tǒng)測試與分析

將硬件實物焊接后，經(jīng)過對軟件的調(diào)試，系統(tǒng)能夠正常工作。液晶顯示模塊分別顯示駕駛時間、轉(zhuǎn)角時間與報警狀態(tài)。當(dāng)符合報警條件，語音模塊發(fā)出報警音，提示駕駛員已處于疲勞狀態(tài)。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)具有適用性強、技術(shù)成本低、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠達到防疲勞駕駛的目的，為防疲勞駕駛系統(tǒng)的進步提供一種新思路。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）