大型商场客流量统计系统设计.doc

安徽理工大学毕业设计本科毕业设计说明书大型商场客流量统计预警系统设计LARGE MALL TRAFFIC STATISTICAL WARNING SYSTEM DESIGN学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 测控07-1 学生姓名： 李奎 指导教师： 陈国凡讲师 2011年 6月 5日26大型商场客流量统计预警系统设计摘要在工业自动化领域，可编程控制器作为自动控制的重要组成部分，已成为大多数自动化系统的设备基础。设计商场客流量统计系统旨在解决统计商场客流的任务。本设计通过分析商场客流的特点，制定了基于PLC的客流量统计系统的设计方案，详细阐述了主要包括PLC、语音芯片、液晶显示器等元器件的工作方式、执行过程等内容，完成了控制系统的硬件和软件设计，实现了统计商场客流的任务。商场客流量的统计能帮助商场管理人员更合理地经营，做好预防意外事故的准备，具有很大的应用价值。关键词：可编程控制器，客流量，控制系统，硬件和软件设计LARGE MALL TRAFFIC STATISTICAL WARNING SYSTEM DESIGNABSTRACTIn the industrial automation domain, the programmable controller took the automatic control the important constituent, has become the majority automated system the equipment foundation.Designs the market passenger capacity statistics system to be for the purpose of solving counts the market passenger flow the duty.This design through analyzes the market passenger flow the characteristic, has formulated based on the PLC passenger capacity statistics system design proposal, elaborated in detail mainly includes PLC, pronunciation chip, liquid-crystal display and so on contents and so on primary device workings, implementation, has completed the control system hardware and the software design, realized has counted the market passenger flow the duty.The market passenger capacity statistics can help the market administrative personnel to manage reasonably, prepare for the prevention accident, has the very big application value.KEYWARDS：Programmable controller, passenger capacity, control system, hardware and software design目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1引言11.2客流量统计的意义11.3本设计所要实现的功能21.4系统设计的总体要求22系统设计方案的论证及比较22.1 PLC的选择22.2语音芯片的选择42.3显示模块的选择53系统硬件设计53.1系统硬件框图63.2 激光检测电路63.2.1 激光传感器63.2.2 激光检测电路63.3 WT588D语音播报电路73.3.1 WT588D语音芯片73.3.2 语音播报电路93.4液晶显示电路103.4.1液晶显示模块的硬件结构103.4.2液晶显示模块的控制方式123.4.3 液晶显示模块与PLC的硬件接口电路133.4.4 PLC的软件设计143.5 PLC控制中心143.5.1 PLC的程序执行过程143.5.2 PLC的I/O分配173.5.3 PLC的I/O响应时间173.5.4 PLC使用的注意事项184 系统软件设计194.1 总体流程设计194.2系统软件程序说明194.3设计相关程序20总结24参考文献25致谢261绪论1.1引言目前绝大数商场都采用传统的进出口系统或者根本没有，并且关于顾客在某个季节对某些商品的喜好与需求没有一个科学合理的统计调查，造成一些商品销售库存、另一些商品销售短缺的尴尬局面，商场客源减少却没有及时了解，不利于商场的最佳运营。但如果专门安排人员去调研这方面，不仅浪费资源、影响耽误顾客购物，而且得出的结果不一定准确。鉴于此，设计一个自动检测商场进入顾客的总人数，现在还有多少人在商场内，对顾客进入商场购物表示欢迎的科学系统是很有利用价值的，其中检测可以采用激光传感器。激光按能量分累，用于此处的传感器应属于第类激光，是无公害激光。因采用能量不高的激光，对人的身体不会造成伤害，可以放心的使用商场进出口处作检测用。客流量对于依赖于客流量量的产业来说意义重大。对于零售业来说，顾客是货币的携带者，又是商品的潜在购买者，研究流量规律，可以增加销售机会，将观看者转变为购物者， 最大限度地挖掘商场的销售潜力，增加利润。客流量是重要的衡量工具，通过这一准确的量化的数据， 不但可以获得商场、购物中心、博物馆或者飞机场完整的正在运行的状况，而且还可以利用这些高精度的数据，进行有效的组织运营工作！1.2客流量统计的意义市场规律的最大主导者便商品购买者-客流量，如何科学、有效地对客流量进行时间、空间上分析，并快速及时做出经营决策成为商业、零售业营销模式至关重要的作用，提高商场竞争力。 通过统计商场各出入口的客流量，可以了解出入口设置的合理性； 通过统计出入口客流量进出的方向，可以了解出入口布局设置的合理性； 通过统计主要楼层客流量状态，从而进行店面的合理分布； 通过统计比较不同时期客流量，可以评估营销、促销策略的合理性； 根据客流量变化，更有效分配物业管理、维护人员及安防人员 ； 根据商场内滞留顾客的数量合理进行电力、人力资源调整，控制商场运做成本； 通过客流量人群购买率，提高营销和促销的效率； 计算客流量人群的平均消费能力； 评估和优化宣传广告和促销预算； 根据来访顾客数量的多少来决定回馈顾客资金的使用； 可以知道什么时间是开关店的最佳时间。1.3本设计所要实现的功能1、设计双路激光传感器检测电路，分别监测进入、走出商场的顾客；2、再设计出PLC控制电路，用来接收信号、计数处理和发出指令；3、最后设计出语音播报（带稳压的）电路，接收PLC指令，对进出商场的顾客表示问候。1.4系统设计的总体要求1、采用激光传感器采集商场内人员的流动情况；2、能够统计进入商场的人数，显示当前商场顾客总人数，统计的数字由液晶显示模块显示出来；3、当顾客进入商场时，语音播报“欢迎光临！”；4、当顾客离开商场时，语音播报“谢谢光顾”之类的语音。系统逻辑框图如图1-1所示： PLC主控液晶显示模块语音播报模块出口检测模块进口检测模块图1-1 系统逻辑框图2系统设计方案的论证及比较2.1 PLC的选择FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。1、控制规模：16256点（基本单元：16/32/48/64/80/128点）2、特点：（1）、集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。（2）、高速运算基本指令：0.08s/指令；应用指令:1.52数100s/指令。（3）、安心、宽裕的存储器规格内置8000步RAM存贮器，安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。（4）、丰富的软元件范围辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数器：235点，数据寄存器：8000点。（5）、除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。（6）、面向海外的产品适合各种安全规格。3、为大量实际应用而开发的特殊功能：（1）、开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟I/O，高速计数器。（2）、定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。（3）、对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。4、网络和数据通信：连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus-Dp和Device Net或者采用传感器层次的网络解决用户的通信需要。5、其它功能：（1）、内置式24V直流电源24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。（2）、快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。（3）、时钟功能和小时表功能在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。（4）、持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。（5）、输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。（6）、注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。（7）、在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。（8）、RUN/STOP 开关面板上运行/停止开关易于操作。（9）、远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据。（10）、密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序。根据设计要求，本设计选择型号为FX2N-32MR的三菱FX2N系列PLC，16继电器输出，交流供电 。其结构框图如图2-1所示。中央处理器CPU电源系统程序存储器用户程序存储器输入电路编程器输出电路图2-1 PLC结构框图2.2语音芯片的选择WT588D系列语音芯片是中国广州唯创科技有限公司中国台湾华邦共同研发出来的集单片机与语音电路与一体的可编辑语音芯片。可控制的语音地址位能达到220个，每个地址位里能加载可组合语音为128段，总共28160段语音，足以应对商场的巨大客流量。其特点：1、支持2M32M的SPI-Flash内存，播放时长较大；2、内嵌DSP高速音频处理器，处理速度快；3、内置13Bit/DA转换器，以及12Bit/PWM输出，音质好；4、可通过专业上位机操作软件，随意组合语音；5、USB下载方式，支持在线下载/脱机下载，即便在WT588D通电的情况下，也一样可以正常下载数据到SPI-Flash；6、抗干扰能力强，可用于公共或者工业场合。由于本系统要求很多的语音段、高速处理和抗干扰能力强等要求，所以选择WT588D作为语音播报的主控芯片。2.3显示模块的选择方案一：VLCM12864液晶显示模块具有可视化编程图形界面、采用串行控制、内含GB2312 1616点阵国标一级、二级简体字库及64KB自造图库。采用台湾EDT公司的蓝膜负显EW32F10BCW，具有12864的点阵分辨率和CCFT背光源。字库中的汉字可以显示在液晶屏的任意位置。具有标准的RS232串行通信口，通过电平转换接口电路可方便地与PLC连接。方案二：点阵显示是由八行八列的发光二极管集成在一块电路上组成，主要用来显示汉字，同时也能显示数字和少量图像,但它的焊接比较麻烦,价格高，鉴于所设计的题目要求它不切实际。所以排除此方案。方案三：LED数码管静态显示，电路容易理解且驱动的程序简单，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用多个I/O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块。方案四：采用LED数码管动态扫描显示，价格低廉，不仅减少了对I/O口的浪费，而且能够同时驱动多个数码管。其驱动程序容易编写和理解。当显示内容不太多，可以排除。经过四种方案的比较以及本系统实际，由于该系统需要显示两个内容，上述的VLCM12864液晶显示模块比较妥善，所以本设计选择VLCM12864作为所需要的液晶显示模块。3系统硬件设计本系统以PLC为控制核心，以及外围供电电路，激光检测信号经过检测电路将信号传送到控制中心PLC，MAX232构成电平转换电路，实现PLC和液晶显示器的通信，用AMS1117稳压模块对WT588D语音芯片构成的语音播报电路进行稳压。PLC接受指令后进行判断，给语音播报模块发出相应的语音指令，同时液晶显示器显示进入商场的人数。3.1系统硬件框图 本部分主要包括PLC控制中心、供电电路、激光检测电路、语音播报模块、稳压电路模块、转换电路模块和液晶显示模块。系统硬件框图如图3-1所示：PLC控制中心激光检测电路语音播报模块稳压模块电路液晶显示模块供电电路电平转换接口电路图3-1 系统硬件框图3.2 激光检测电路3.2.1 激光传感器激光具有4个重要特性:高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米；高单色性，激光的频率宽度比普通光小10倍以上；高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度；高能量密度，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大，因为它的作用范围很小，一般只有一个点，在短时间里能聚集起大量的能量。本设计选用的是第类激光产品没有生物性危害。任何可能看见的光束都是被屏蔽的，且在激光暴露时激光系统是互锁的。所以，不会对人体造成任何伤害。 激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。3.2.2 激光检测电路激光检测电路由接进出口激光传感器的3孔排座2个、10k电阻2个、1k电阻两个、LED指示灯2个及信号输出2孔排座1个等元器件组成。如图3-2所示。其中J1、J2分别连接商场进出口激光传感器，J3连接到PLC控制中心。VCC为+5V直流电源。图3-2 激光检测电路3.3 WT588D语音播报电路3.3.1 WT588D语音芯片WT588D是一款具有单片机内核的语音芯片，因此，可以冠名为WT588D系列语音单片机。WT588D系列语音单片机是广州唯创科技有限公司联合台湾华邦共同研发出来的集单片机和语音电路于一体的可编辑语音芯片。功能多音质好应用范围广性能稳定是WT588D系列语音单片机的特长，弥补了以往各类语音芯片应用领域狭小的缺陷，MP3控制模式、按键控制模式、按键组合控制模式、开口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制I/O口扩展输出模式，让应用人员能将产品投放在几乎可以想象得到的场所。作为一款以语音为基础的芯片，对音质的追求当然也是精益求精的，完全支持6K22KHz采样率的音频加载，芯片的独到之处便是将加载的音频音质几乎完整无损的展现出来。WT588D系列语音单片机能通过配套软件WT588D VoiceChip轻而易举的做到语音组合播放、插入完美的陶冶静音。静音的时长控制得绝无丝毫诨差，可控制的语音地址位能达到220个，每个地址位里能加载可组合语音为128段语音。WT588D系列语音单片机模块内置SPI-FLASH存储器，WT588D系列语音单片机芯片可根据实际用法外置SPI-FLASH存储器，众多的控制模式、语音组合只需更换SPI-FLASH的内容，即可完全实现操作方式的切换。WT588D系列语音单片机支持SPI-FLASH内容在线下载，这是一个应用人员不可或缺的优势！WT588D语音芯片具有以下特点： 模块封装（带FLASH存储器及外围电路）有DIP16、DIP28，芯片封装有DIP18、SSOP20和LQFP32形式； 根据外挂或者内置SPI-Flash的不同，播放时长也不同，支持2M32Mbit的SPI-Flash存储器； 内嵌DSP高速音频处理器，处理速度快； 内置13Bit/DA转换器，以及12Bit/PWM输出，音质好； PWM输出可直接推劢0.5W/8扬声器，推挽电流充沛； 支持DAC/PWM两种输出方式； 支持加载WAV音频格式； 可通过与业上位机操作软件，随意组合语音，可插入静音，插入的静音不占用内存的容量，一个已加载诧音可重复调用到多个地址； USB下载方式，支持在线下载/脱机下载；即便是在WT588D诧音芯片通电的情冴下，也一样可以正常下载数据到SPI-Flash； 支持MP3控制模式、按键控制模式、38按键组合控制模式、开口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制I/O口扩展输出模式； 三线串口控制模式切换到三线串口控制I/O口扩展输出模式只需发送数据就可以迚行切换。切换后仍可把切换前的最后一工作状态带进切换后的模式工作； 任意设定显示语音播放状态信号的BUSY输出方式； 抗干扰性强，可应用在工业领域； 220段可控制地址位，单个地址位最多可加载128段语音，地址位内的语音组合播放； 支持对已加载诧音播放试听； 诧音播放停止马上进入休眠模式，芯片转为完全停止状态； 15种按键控制模式，任意一个按键可设定任意一种控制模式； 配套WT588D VoiceChip上位机软件，接口简单，使用方便。能极大限度的发挥出WT588D诧音单片机的各项功能； 简单的单片机编写方式，摆脱以往复杂繁琐的汇编思维； 单个芯片支持外挂多个存储器； 最多可加载500段用亍编辑的语音； 插入的静音时间范围10ms25min； 芯片复位时间5ms 工作电压DC2.8V5.5V； 静态休眠电流小亍10uA； 支持加载6K22KHz采样率音频； 支持8和弦MIDI播放（此功能有待开放）。 WT588D语音芯片应用方框图如图3-3所示：控制端WT588D语音芯片SPI-FlashBUSY输出音频输出USB下载图3-3 WT588D语音芯片应用方框图3.3.2 语音播报电路AMS1117是一款正电压输出的低压降三端线性稳压电路，在1A输出电流下的压降为1.2V。AMS1117分为两个版本，固定电压输出版本和可调电压输出版本。固定输出电压1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V和可调版本的电压精度为1；固定电压为1.2V的产品输出电压精度为2。本设计选用的是固定电压输出版本。AMS1117芯片内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过高的结温。AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。AMS1117内部集成过热保护和限流电路，固定输出电压为3.3V，具有1%的精度。作为三端稳压管，AMS1117的应用相当广泛，一般对电源效率要求不高的地方，都有可能用到：充电器、一些电路板、电池充电器，电话，数据库，LED显示器，卫星接收器等。为了确保AMS1117的稳定性，需要在输入和输出端各连接一个电解电容。通常，线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。WT588D语音播报电路包括以AMS1117稳压芯片为主控，电容C6、C7，电阻R5和LED组成的稳压供电模块，以WT588D芯片为核心，J5为语音信号输入双孔排座，扬声器输出语音如图3-4所示。图3-4语音播报电路3.4液晶显示电路 由于液晶显示模块具有工作电压低、功耗低、信息丰富、体积小、质量小、寿命长、无辐射、可以显示复杂的文字及图形、显示直观等优点，在各种仪器仪表、电子设备、移动通讯及家用电器中得到了广泛的应用。虽然PLC可以与普通液晶显示模块进行通讯，但实现起来比较困难。PLC的通讯接口是串行通讯口，与液晶模块连接时需要复杂的接口电路，通讯时每个显示画面的汉字、字符、数字都要按顺序逐字发送，要占用较大的PLC内存空间存贮各个显示画面，而且PLC与液晶显示模块的通讯程序也十分庞大复杂。下面介绍一种基于串行控制的图形点阵液晶显示模块VLCMl2864，具体阐述了它的基本功能、工作原理及其与PLC的硬件接口电路。3.4.1液晶显示模块的硬件结构带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个1616点汉字，和128个168点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。VLCM12864具有以下基本特征： 低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V） 显示分辨率:12864点 内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选) 内置 128个168点阵字符 2MHZ时钟频率 显示方式：STN、半透、正显 驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS 视角方向：6点 背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10 通讯方式：串行、并口可选 内置DC-DC转换电路，无需外加负压 无需片选信号，简化软件设计 工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +60用带中文字库的12864显示模块时应该注意以下几点：1、欲在一个位置显示中文字符时，应先设定字符显示位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。2、显示ASCII字符过程与显示文字过程相同，不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加一指向下一个字符位置，否则，显示的字符将会有一个空ASCII字符位置。3、当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入地位字节。4、模块在接受指令前，向处理器必须先确认模块内部处于非忙状态，即读取BF标志时BF需为“0”，方可接受新的指令。如果在送出一个指令前不检查BF标志则在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即等待前一个指令确定执行完成。5、“RE”为基本指令集与扩充指令集的选择控制位。当变更“RE”后，以后的指令集将维持在最后的状态，除非再次变更“RE”位置，否则使用相同指令集时，无需每次均重设“RE”位。VLCM 12864液晶显示模块的硬件基本结构如图3-5所示。模块主要由普通LCD显示器、控制器、接口电路、闪存电路等部分组成。控制器采用台湾华邦公司生产的W78E52单片机，闪存电路采用M29F080A芯片做为存储器件，主要用来存储用户预先编辑好的各种显示界面。接口电路采用标准的RS232串行通信控制模式，接口电压为TTL电平，通过电平转换电路可方便地与上位机相连。W78E52单片机接口电路闪存电路液晶显示模块图3-5 VLCM12864液晶显示模块硬件结构图3.4.2液晶显示模块的控制方式模块的串行控制模式为：1个起始位，8个数据位，1个停止位，通讯波特率为9600。VLCMl2864命令说明如表3-1所示：表3-1 VLCM12864命令说明命令格式功能说明BMPnxyCLRCLSxywhINVxywhSDTxyHZAxyHZDASDBLOBLF在以（x，y）为顶点处显示位图n清除屏幕上所有显示清除以点（x，y）为顶点，宽w高h的矩形反色以点（x，y）为顶点，宽w高h的矩形在（x，y）处画点设置点（x，y）为汉字或ASCII字符的显示起点显示汉字或ASCII字符快捷显示ASCII字符串，一次输入最多64个背光灯打开背光灯关闭其中参数n、x、y、w、h均为十六进制数，其中x和y为显示图形的顶点坐标，模块的左上角为坐标原点，x轴向右为正，y轴向下为正。向液晶显示模块发送的命令必须是完整命令的ASCII码(汉字为其机内码，ASCII字符为其ASCII码)。命令HZD和ASD后面加上要显示的汉字机内码或字符的ASCII码即可。在每条命令首尾还要加上命令起始和结束码“回车键(ODH)”的ASCII码“3044，以表明该命令的开始和结束。如命令“CLSOOOOOaOa”,实际上由串口发送的内容是“3044434C53303030303041 30413044”。3.4.3 液晶显示模块与PLC的硬件接口电路电控系统的控制器采用带有RS232串行通信接口的PLC，由于串行通信接口RS-232采用负逻辑，即：逻辑“1”为-5-15V，逻辑“O”为+5v+15V。而TTL电平的“l”和“0分别为24V和0.4V，因此RS-232与TTL电路接口时需要电平转换，电路采用MAXIM公司的MAX232集成芯片实现电平转换。PLC与液晶显示模块的连接电路如图3-6所示。RXDPLCTXDT1OUT T1INR1IN R1OUTMAX232TXD液晶显示模块RXD图3-6 PLC与液晶显示模块的连接电路MAX232与就九针串口连接电路如图3-7所示。九针串口与VLCM液晶显示器相连，MAX232芯片的11和12号引脚分别连接到PLC的相应端口。从而实现PLC串行控制液晶显示模块。图3-7串口连接电路VLCM液晶显示模块以其控制简单、硬件接口方便、不占用PLC的输入输出接口等特点为其与PLC的联合应用提供了便利条件，实现了PLC对液晶显示模块的实时控制。具有节约PLC系统软硬件资源，显示实时性好，易于使用等优点。3.4.4 PLC的软件设计液晶显示模块通常用于显示系统的工作状态和各种参数，由于系统的参数经常变化，需要不断的刷新，若对整个显示屏幕进行刷新，既增加程序的复杂程度又占用系统的资源。如将显示界面预在模块内部的闪存中，由PLC向液晶模块发出显示相应界面的指令，然后在显示界面上用“HZD”指令叠加要显示的参数，可大大提高了系统的工作效率，降低编程的难度。采用下面的方法可使编程更加简单化：在程序初始化时将液晶显示模块各指令的ASCII码存储到PLC的存储单元中，需要向液晶模块输入显示命令时，只需更改PLC存储器中指令码的数据部分并通过通讯指令将存储器中的命令码送至RS232端口即可。3.5 PLC控制中心FX2N系列PLC有多中模拟量输入输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块，位置控制模块、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展模块、模拟定时器扩展板等。使用这些特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。3.5.1 PLC的程序执行过程PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。1、输入采样（输入刷新）在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。2、程序执行（程序处理阶段）在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。PLC扫描运行方式流程图如图3-8所示。3、输出刷新当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样，这方式称为集中采样。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。 而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。 从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。PLC系统内部的工作原理可分为5个步序：内部处理、通讯服务、输入处理、程序执行、输出处理。PLC的工作模式分为运行模式（RUN）与停止模式（STOP）两种。当PLC处于RUN模式时，PLC按步序从内部处理开始，到输出处理结束一个执行周期，一个执行周期结束后，将立即开始下一个周期的执行，即返回到第一个步序-内部处理，如此一直循环下去；当PLC处于STOP模式时，PLC按步序从内部处理开始，只执行前两个步序，即到通讯服务结束一个执行周期。PLC的这种运行方式称为循环扫描方式，而每执行一个执行周期所需时间称为循环扫描时间或扫描周期。 图3-8 PLC扫描运行方式流程图系统管理扫描开始输入采样程序执行输出刷新编程器通信系统通信程序检查诊断允许I/O？运行方式？允许I/O？开始下次扫描YNYNNY在PLC的存储器中，设置了一区域用于存放输入/输出信号的状态及当前值，它们分别称为输入映像区和输出映像区。PLC的其它地址元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像存储区。通过建立元件映像存储区，使PLC成为一个真正的数字采样控制系统；虽然PLC不可能像继电器控制柜那样随时根据现场输入实时控制现场输出状态，但只要采样周期足够短，即采样频率足够高，这样的采样系统应该完全符合实际系统的需要。 1、 内部处理：PLC完成对自身硬件的自检测，当发现自身硬件有问题或硬件配置与实际对不上时，PLC将产生错误指示。Haiwell PLC对此种错误以主机上的ERR错误指示灯闪烁指示。 2、 通讯服务：PLC处理与计算机、PLC、编程器及别的智能设备的通讯。 3、 输入处理：PLC在输入操作上采用定时采样的方式。即在一个扫描周期的固定时刻（一般在扫描周期的开始）一次性集中采样所有的外部输入点，采样结果用二进制的形式存入到RAM中一个区域（输入映像寄存器区）。这样在执行程序时，所需的现场讯息全部从输入映像区中取用，不直接从现场取样。 4、 程序执行：PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中顺序排列。在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始执行，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束，执行指令时，从元件映像存储区中读出元件的状态及当前值，并据指令的需要进行相应的逻辑运算及赋值操作，最后的运算结果写入到线圈或输出类指令对应的元件映像存储区中。 5、 输出处理：PLC在输出操作上采用定时输出的方式。即在一个扫描周期的固定时刻（一般在扫描周期的结束）先将它们存放在RAM中的一个区域（输出映像寄存器区），扫描周期结束时再将输出映像区中控制信息集中输出。3.5.2 PLC的I/O分配SB1为启动按钮，当按下SB1时，整个系统开始工作；SB2为停止按钮，当按下SB2时，除了在异常报警状态下外，系统都将停止工作；输入端口X2、X3连接进出口的激光传感器，将传感器发出的信号输入到PLC中，完成检测进入商场人数的指令；输入端X4和输出端Y2连接在MAX232的12和11号端口，传输指令给液晶显示器，显示相应内容；输出端口Y3连接到连接器J5，控制WT588D语音芯片播报相应语音。PLC的外部接线图如图3-9所示。3.5.3 PLC的I/O响应时间PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，不会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。PLC的这种滞后响应，在一般的工业控制系统是完全允许的，但不能适应要求I/O响应速度快的实时控制场合。X0 Y0X1 Y1X2 Y2 PLCX4 Y3COM24V COM启动按钮停止按钮传感器RXDTXDLN220VJ5图3-9 PLC外部接线图SB1SB2系统启动系统停止3.5.4 PLC使用的注意事项PLC在应用过程中，要保证正常运行，应注意一系列问题，PLC是一种用于工业生产自动控制的设备，一般不需要采取什么措施就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高、抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此，在使用中应注意以下问题：1、 温度PLC要求环境温度在055，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，以防太阳光直接照射；如果周围环境温度超过55，要安装电风扇强迫通风。2、 湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。3、震动应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续震动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施。4、空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。 5、电源 PLC供电电源为50Hz、220（110%）V的交流电，对于电源带来的干扰，PLC本身具有足够的抵抗能力。对于可靠性要求较高的场合或电源特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变化比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。4 系统软件设计前面介绍了商场客流量统计系统的硬件设计方案，该部分的设计直接关系到控制系统能否实现预想的功能。在完成硬件设计的基础上，就可以根据设计要求进行软件设计。该软件设计采用自上而下的方法，需要先设计出系统控制系统的功能流程图，根据具体控制要求，逐步细化控制框图，然后完成每个功能模块的设计，最后进行编译、调试和修改。4.1 总体流程设计根据系统的要求，当顾客当顾客进入商场时，语音播报“欢迎光临”并开始计数，同时在液晶显示器上显示欢迎标语和进入商场的顾客总数以及当前商场内的顾客数。当顾客离开商场时，语音播报“谢谢光顾”等语音信息。设计系统的软件流程图如图4-1所示：4.2系统软件程序说明首先“开始”，打开电源，系统初始化，液晶显示器上显示欢迎标语：“欢迎光临！”并开始计数。当有顾客进入商场时，语音播报“欢迎光临”，同时计数器加1，当有顾客离开商场时，语音播报“谢谢光临”同时计数器减1。进入商场内的总人数和目前商场内剩余人数显示在液晶显示器上，顾客可以通过注意液晶显示器上的人数判断当前是否适合进入商场。另外，如果商场内人太多，也可以通过语音播报商场内过于拥挤警示即将进入商场的顾客在外面等候，以免发生踩踏等意外事故。开始系统初始化显示欢迎并计数进口检测出口检测判断是否有客人进入商场如判断是否有客人离开商场计数变量加1计数变量减1液晶显示进入商场内的顾客数和欢迎标语语音播报欢迎光临是否是否图4-1 系统软件流程图语音播报谢谢光临4.3设计相关程序设计系统启动和停止程序梯形图如下。如梯形图所示，当按下SB1，即X000时，系统开始运行，按下SB2，即X001时，系统停止运行。程序中含有自锁。Y000Y000X000Y001X001Y001 系统计数程序梯形图如下：当按下SB1，即X000时，系统启动，同时计数器完成复位。当商场进口传感器有脉冲信号，即有客人进入商场时，计数器加1，当商场出口传感器有脉冲信号，即有客人离开商场时，计数器减1。当同时有人进入和离开商场时，计数器保持不变。X002X003X003X002INC C0DEC C0RSTC0X000WT588D语音播报电路程序如下，当按下X002，即有客人进入商场时，语音播报欢迎光临等欢迎语，当按下X003，即有客人离开商场时，语音播报谢谢光临等。Y004Y003X003X002液晶显示单片机程序如下：BOOL lcd_bz() / 测试LCD忙碌状态BOOL result;rs = 0;rw =