单片机在玻璃自动计数系统中的应用

第2 4 卷增刊辽宁工程技术大学学报 2 0 0 5 年4 月 V 0 1 2 4S u p p l J o u m a lo fL i a o I l i n gT e c l l I l i c a lU n i v e r s 时 A 匹 2 0 0 5 文章编号 1 0 0 8 一0 5 6 2 2 0 0 5 增刊 0 1 5 5 一0 3 单片机在玻璃自动计数系统中的应用 杨清翔 李文江 辽宁工程技术大学电气工程系 辽宁阜新1 2 3 0 0 0 摘要 玻璃自动计数系统以A T 8 9 C 2 0 5 l 单片机为核心 通过在玻璃生产线上安装的光电开关和接近开关传感器来自动检测玻璃厂 生产的玻璃数量和横切刀横切次数 然后利用单片机将检测到的这些数据通过R s 4 8 5 通信传给上位机进行分析 存储和打印 上位机 平台由组态王软件设计完成 该文详细介绍了单片机进行数据采集和与上位机的串行通讯部分 并给出了硬件电路和软件程序 关键词 单片机 数据采集 串行通信 数据处理 中图分类号 T P2 1 6文献标识码 B A p p l i c a t i o no fS C M i na u t o m a t i o nc o u n t i n gs y s t e m o np r o C l u c t i o nH n e o fg l a s s Y A N GQ i n g 菇柚g L IW e n j i a n g D e p a r t m e n to fE l e c t r i c a lE n g i n e e 咖舀L i a o n i I l g I k h n i c a lU n i V e 璐i t y 蛐1 2 3 H m C h i 唿 A b s t 强c t 1 1 l i sp a p e ri n 仃o d u c e sa I la u t o m a t i c nc o u n t i n gs y s t e mo nt I I ep r o d u c t i o nl i n eo fg l a s so nm eb a s i so f A T 8 9 C 2 0 51S C M s i n g l e c h i pI I l i c 雠o m p u t e r I nn l i ss y s t e mS C Mc a l la c c u 眦l yd 酏e c tt l l en u m b e ro f p i e c e so f g l a s sa n dm en u m b e ro f c u t sb yt h ep h o t o e l e c t r i cs w i t c ha n dm ep r o x i l I l i t ys w i t c hm a tf i x e do nm ep r o d u c t i o nl i n e a l l dt I l e nt r a n s I l l i tt 1 1 ed a t at ot l l eu p p e rc o m p u t e ri nt h ew a yo fR S 4 8 5 T h eu p p e rc o m p u t e ru s e s 硒g e wt o a I l a l y z e m e m 硪z ea I l d 砸n tm ed a t a 1 1 1 i sp a p e ri n 仃o d u c e sm ed a t a d e c e c t i n ga I l dt 量l es 嘶a lc o m m u n i c a t i o n w i m t l l eu p p e rc O m p u t e ri nd e t a i la n di n 仃I d u c e st l l eh a r d w a r ea I l ds o f 细a r e K e y w o r d s S C M d a t a d e t e c 缸g s e d a lc o 姗u n i c a t i o n d a t a p r o c e s s i n g 引言 由于当前的玻璃厂生产的玻璃数量 成品玻璃 数量 落板玻璃数量 和横切刀横切次数都是靠人工 记录 由于不具备实时性使得记录的数据不准确 给工厂管理和设备运行状况分析带来了不便 随着 单片机技术日趋成熟 我们把单片机用于玻璃计数 方面 设计出了一个低成本 高精度的玻璃在线自 动计数系统 1 系统原理概述 系统原理框图如图1 在每个分片线处安装一 个光电开关来检测分片线上通过的玻璃 在每个横 切刀处安装一个光电开关来检测横切刀的动作 在 每个落板处安装一个接近开关来检测落板的起落 在生产线上安装一编码器来测量玻璃的速度 系统 工作时 各个检测点的传感器采集到的开关量信号 和编码器发出的脉冲信号经光电隔离后传给单片 机 单片机对这些信号进行处理求得成品玻璃数 落板玻璃数量 横切刀的横切次数和玻璃行进速 度 然后将这些数据通过R S 4 8 5 通信传给上位机 上位机用组态王软件对这些数据进行分析 存储和 打印 上位 R S 4 8 5 A T 8 9 P C 1 卜 C 机 加6 l s V 图1 系统框图 F i g 1 b l o c kd i a g r 锄O ft l l es y s t e m 硬件设计和工作过程 硬件主要由以2 0 5 1 单片机 1 1 为核心的数据采 集和与上位机的串行通信两部分组成 2 1 数据采集部分 系统中的各个传感器和编码器与A r 8 9 C 2 0 5 1 怀稿日期 2 0 0 4 1 2 2 0 作者简介 杨清翔 1 9 8 0 一 男 河南南阳人 硕士研究生 本文编校 杨瑞华 万方数据 1 5 6 辽宁工程技术大学学报第2 4 卷 的接线图如图2 光电开关采用A o t o r o 公司的 E 3 F D S 7 0 C l 型红外线漫反射光电开关 该型传感 器既能检测透明物体又能检测不透明物体 检测距 离7 0c m 所以利用它可以检测分片线上通过的玻 璃 也可用它来检测横切刀的动作 2 接近开关采 用上海巨马公司的C J z F N K l 0 型接近开关 该型 接近开关检测距离为1 0m m 将它安装在落板的支 架旁边 通过检测支架的动作来判断落板的起落 而支架动作的时间间隔即是落板时间 落板时间和 速度的乘积即是落板玻璃数量 2 J 编码器采用国产 S R 5 一E 4 0 S 1 0 2 4 3 2 型增量式编码器 该编码器每 转一圈可发1 0 2 4 个脉冲1 2 j 使用时用生产线上的玻 璃直接驱动与编码器的码盘同轴的一个轮旋转 将 l s 内编码器发出的脉冲数和每个脉冲所对应的该 轮的线位移相乘可得玻璃的行进速度 1 1 1 s 2 2 串行通信部分 由于上位P C 机和单片机之间数据传输距离较 远 为了保证单片机的数据能及时 安全地传到上 位机 单片机和上位机之间需采用R S 4 8 5 通讯 但 是一般的P c 机只能采用R s 2 3 2 通讯 不具备R s 4 8 5 通讯接口 因此 需在P C 机侧配置R S 4 8 5 瓜S 2 3 2 转换器 在单片机侧配置T T L C M o S 电平和R S 4 8 5 电平转换器 该系统的R S 4 8 5 瓜S 2 3 2 转换器由 M A x 4 9 0 和M A x 2 3 2 组成1 3 J 串行通信部分电路 框图如图3 通信信号传输过程如下 单片机发出的C M O S 电平信号经光电隔离后被M A x 4 9 0 转换成R S 4 8 5 电平信号 经过长距离传输后 该R S 4 8 5 电平信号 被P C 机侧的M A X 4 9 0 转换成C M o S 厂r T L 电平信 号 该电平信号再经过M A X 2 3 2 被转换成R S 2 3 2 电平信号进入P C 机 P C 机发出的信号传输过程则 刚好相反 由于传输信号经光电隔离 故无论是单 片机还是P C 机都不会受到数据传输线上的各种干 扰影响 避免了因干扰而引起的死机现象吲 3 软件设计 单片机软件部分包括初始化子程序 主程序 定时器T 0 的中断服务程序 外部中断0 的中断服 务程序 串行中断服务程序及若干子程序 采用汇 编语言编写 初始化程序包括刑0 D 设定 中断 优先级设定 T 0 T 1 置初值等 5 主程序主要负责 数据采集和处理 定时器T 0 中断服务程序负责记 录落板处的落板时间 外部中断0 中断服务程序负 责记录编码器发出的脉冲数 串行中断服务程序负 责与上位机的组态王进行通信 下面主要介绍主程 序和串行通信部分程序 3 1 主程序部分 主程序的执行过程如下 首先执行初始化程 序 初始化程序执行完后 单片机不断地循环扫描 P 1 0 P 1 7 根据各I o 口的状态执行相应的处理程 序 先扫描P 1 0 是否出现电平下降沿 若出现电平 下降沿说明主线落板二落板 单片机中主线落板二 落板时间变量开始计时 若出现上升沿 计时结束 然后分别扫描P 1 1 和P 1 2 并作和P 1 O 相同的处理 可分别检测出主线落板一和紧急落板的落板时间 然后扫描P 1 3 是否出现电平下降沿 如果出现电平 线一处光电开关 线二 处光电开关 切刀三处光电开关 切刀二二处光电开关 切刀一处光电开关 急落板处接近开关 线落板二二处接近开关 线落板一处接近开关 图2 单片机与传感器的接线简图 F i g 2s i m p l ew i r i n gd i a g r 锄b e t w e e nt l l eS C M a I l ds e n s o r s 万方数据 增刊杨清翔等 单片机在玻璃自动计数系统中的应用 1 5 7 上 D v n R S 4 8 5m 位 一M A X 卜 光电 卜 一 I 1 苴 M A M A XH 卜 一光电H 卜 一 片 P C 2 3 2 隔离 d o nd o n 隔离 机 1 I 7 机 J 删一一 K x D 图3 串行通信框图 F i g 3 b l o c kd i a g 删mo fs 嘶a lc o m m u n i c a t i o n 下降沿说明横切刀三横切一次 单片机中横切刀三 横切次数加1 然后分别扫描P 1 4 和P 1 5 并作和 P 1 3 同样的处理可分别检测出横切刀二和横切刀一 的横切次数 然后扫描P 1 6 是否出现下降沿 若出 现下降沿 说明分片线二处有一块玻璃通过 单片 机中分片线二处玻璃数量加1 然后扫描P 1 7 并作 和P 1 6 同样的处理可检测出分片线一处的玻璃数 量 在循环扫描P 1 0 一P 1 7 过程中 一旦单片机正 确收到上位机传来的通信地址 则主程序将串行通 信的字头发出 而除字头以外的内容则由串行中断 服务程序发出 3 2 串行通信部分 单片机和组态王之间的串行通信数据传输格 式由组态王内部与单片机进行通信的协议规定 在 组态王中设置的通讯参数如波特率 数据位 停止 位 奇偶校验位和单片机的一致 6 其字节数据格 式如下 匝回至固至巫 I 起始位l 数据位l 校验位l 停止位l 通信过程如下 上位机发送读命令 下位机应答 若正常 若不正常 巨 巫丑 亚 当上位机的组态王需要读单片机的数据时就 发送读指令 先发送起始字符 然后发送单片机的 地由E 再发送所要读取的数据的地妇L 最后将校验 字节和结尾字节发出 单片机在正确收到起始符 后 判断收到地址码与自己的地址码是否相同 如 果该地址码与自己的地址码相同 就回送给组态王 有关检测数据 否则 不应答或回送术水信号 该系 统中若接收到错误地址 则不应答 并将接收到的 数据清零 4结束语 基于A T 8 9 c 2 0 5 l 单片机的玻璃在线自动计数 系统不但结构简单 操作容易 投资成本低 而且 性能稳定 检测的数据准确 不但有效地解决了以 前人工计数所带来的问题 还减轻了工人的负担 参考文献 1 余永权 闰m I E L 8 9 系列单片机应用技术 M 北京 北京航空航天大 学出版社 2 0 0 2 1 5 1 0 0 2 J 杨振江 孙占彪 王曙梅 布线涛等 智能仪表与数据采集系统中的新器 件及应用 M 西安 西安电子科技大学出版社 2 0 0 1 1 2 0 1 4 5 3 胡汉才 单片机原理及接口技术 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 0 2 4 0 2 5 0 4 何立民 单片机应用系统抗二F 扰技术 M 北京 北京航空航天大学出 版社 2 0 0 0 3 0 5 3 1 0 5 胡乾斌 李光斌 李玲 等 单片微型计算机原理与应用 M 武汉 华 中理工大学出版社 1 9 9 7 2 0 1 1 0 6 李华 M c s 5 1 系列单片机实用接口技术 M 北京 北京航空航天大 学出版社 2 0 0 2 2 0 0 一2 1 0 万方数据 单片机在玻璃自动计数系统中的应用单片机在玻璃自动计数系统中的应用 作者 杨清翔 李文江 YANG Qing xiang LI Wen jiang 作者单位 辽宁工程技术大学 电气工程系 辽宁 阜新 123000 刊名 辽宁工程技术大学学报 自然科学版 英文刊名 JOURNAL OF LIAONING TECHNICAL UNIVERSITY NATURAL SCIENCE EDITION 年 卷 期 2005 24 z1 引用次数 0次 参考文献 6条 参考文献 6条 1 余永权 ATMEL89系列单片机应用技术 2002 2 杨振江 孙占彪 王曙梅 布线涛 智能仪表与数据采集系统中的新器件及应用 2001 3 胡汉才 单片机原理及接口技术 2000 4 何立民 单片机应用系统抗干扰技术 2000 5 胡乾斌 李光斌 李玲 单片微型计算机原理与应用 1997 6 李华 MCS 51系列单片机实用接口技术 2002 相似文献 10条 相似文献 10条 1 学位论文 蒋利勇 基于单片机的光电编码器数据采集系统设计 2007 光电编码器作为一种角度传感器 它以高精度计量圆光栅为检测元件 通过光电转换 将输入的角位置信息转换成相应的数字代码 由于光电编码 器可与计算机及显示装置相连接 不仅能够实现数字测量与数字控制 而且与其它同类用途的传感器相比 具有精度高 测量范围广 体积小 使用可 靠 易于维护等优点 具有较高的性能价格比 因此已普遍应用在雷达 机器人 数控机床等诸多领域 是自动化设备理想的角度传感器 根据 形成代码的方式不同 光电编码器分为增量式和绝对式两大类 与增量式编码器相比 绝对式编码器具备抗干扰能力强 拥有固定零点 掉点后再启动 无需重新标定 无累计误差的优点 因而其应用领域逐步得到推广 绝对式编码器信号输出主要有并行输出和串行输出 相对于并行输出 采用SSI 同 步串行输出 输出规范的绝对式编码器输出连接线少 传输距离远 对于编码器的保护和可靠性大大提高 一般高位数的绝对式编码器大多采用这种数据 输出方式 对于国内的编码器用户 在工程实践中用到采用SSI 同步串行输出 输出规范的绝对式编码器 往往需要解决编码器与上位机及其他设 备的接口不匹配问题 否则无法读取编码器采集到位置信息 本文通过对光电编码器输出信号处理与提取方法的研究 设计基于单片机的光电编 码器数据采集平台 既可实现对增量式编码器的数据采集 同时 通过对绝对式编码器同步串行输出规范的研究 使数据采集平台能够完成对其数据的 读取与编码转换 并且通过数据采集系统的数字通信模块将编码器检测到的位置信息传送到上位机及其他外部设备 以解决前面所提到接口不匹配问题 此外 通过RS232 485通信转接模块 可将多个单片机编码器数据采集子系统与一台上位机组成主从分布式数据采集系统 实现对多个编码器数据的远 程采集与监控 2 学位论文 夏斌 基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计 2007 基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计 解决了一套新型的远程数据采集技术 将远距离数据采集技术和GPRS无线数据传输技术相结 合 很好地应用于工业测控系统中 提高了测控系统的灵活性 很好的解决了现代测控技术在环境恶劣地区等 不宜连线环境中应用的技术难题 本论文详细介绍系统硬件和软件的研制和开发 包括以下几个方面 1 首先分析无线数据传输技术和数据采集系统的国内外现状和发展趋势 阐 明了本课题的研究意义 根据现代测控系统对数据采集系统的特殊要求 确定本文的主要研究内容 2 给出单片机AT89C51和GPRS无线模块的硬 件和软件设计及具体实现 3 根据系统的应用需求 全部采用无线通信方式的通信网络结构的设计和点对多点的通信控制协议的编制 保证数据 传输的合理性和安全性 4 采用无线的GPRS通信技术实现远程数据通信 丰富了现代测控系统的远程通信方式 很好的解决了特殊环境下远程通 信的难题 5 针对此数据采集系统中的应用 编制服务器端软件 对系统进行实验和调试 3 期刊论文 陈宇珂 张延武 卢育华 肖强 CHEN Yu ke ZHANG Yan wu LU Yu hua XIAO Qiang 一种基于单片机的数 据采集及控制系统的设计 医疗设备信息2005 20 3 本文介绍了以单片机 Atmega128为核心构成串行数据采集及控制系统 该系统通过串行口与具备串行口的医疗设备通信 控制系统可发指令给医 疗设备实现系统控制 控制系统同时通过 A D转换实现数据采集 系统利用单片机丰富的软硬件资源 可以实现采样 通讯 计算 脉冲计数等多种功 能 实验表明 该方案系统电路结构简单 功耗低 特别适合基于单片机的便携式医学仪器开发 目前该系统已成功地应用于便携式静脉麻醉控制仪的 开发 4 期刊论文 张维光 张涛伟 胡小英 ZHANG Wei guang ZHANG Tao wei HU Xiao ying 基于MCS51单片机的现场数据 采集模块设计 组合机床与自动化加工技术2005 10 根据监控系统设计时传感控制器件对数据采集模块端口组合类型及工作参数的需求不定的情况 经过对现场采集模块工作机理分析 提出了以MCS51单 片机为控制器 模块端口可以根据需求定制的现场数据采集模块的设计方案并对其实例化 应用实践表明应用该方案设计的模块运行性能稳定 可以满足控 制现场的要求 解决了控制系统设计过程中数据采集模块与传感控制器件之间不匹配的难题 5 期刊论文 姜志玲 JIANG Zhi ling 用凌阳单片机实现多路数据采集与传输系统 西华大学学报 自然科学版 2005 24 2 本文作者设计的数据采集与传输系统由R F变换电路 F V变换电路 数据采集电路 采集控制电路四个部分组成 其中R F变换电路由ICL8038波形发 生器组成 F V变换电路由通用型LM331伏频变换实现 通过改变电路中电阻的阻值来改变输出的电压 数据采集和采集控制电路用凌阳单片机SPCE061A处理 控制 6 期刊论文 张洁 ZHANG Jie USB接口无线数据采集系统设计 中国测试2009 35 1 近年来以无线片上系统 SoC 为核心的短距离无线通信技术得到迅速发展 结合无线传感技术和USB接口技术 应用基于增强型8051内核的无线单片机 NRF24E1 AVR系列单片机和Philips公司的USB接口器件PDIUSB12所研制的USB接口无线数据采集系统 可以实现由计算机远端控制的无线数据采集与传输 功能 该系统的软件设计包