PLC串口及红外控制装置设计 doc

1、PLC串口及红外控制装置设计 2008-10-29 15:19:59 【文章字体：大 中 小】 推荐 收藏 打印 摘要：随着自动化技术的不断发展，作为工业控制的核心设备PLC这几年得到了快速发展和广泛运用。PLC的接口也各种各样，而多数PLC都具有RS232接口，一般连接一些触摸屏,作为人机接口。本文主要介绍一款基于新华龙单片机开发的RS232接口装置，可以连接PLC作为人机界面，该装置还配有红外接收功能，可实现一定距离无线遥控PLC。 关键词：新华龙单片机，人机接口，红外遥控 Abstract : With the development of automation te

2、chnology Keywords: NewDragon microprocessor, Human machine interface, infrared remote control 1 引言        HMI、SCADA作为PLC的主要人机接口设备，具有外观简洁，可靠性高，功能强大，用户界面友好，程序二次开发简单等优点，并向着网络化、智能化方向不断发展。而在一些特殊情况下，比如数据安全要求高，控制空间小的场合，就较难实现。基于单片机开发的PLC串口装置，凭借单片机优良的数据处理能力和低廉的价格有着一定的应用范围。 本文通过运

3、用新华龙的C8051F33X系列的单片机开发了一款可编程RS232接口控制面板，本文主要介绍其电路设计和基本控制原理。 2 控制面板的控制方案 控制面板的外型如图2-1所示，具体功能键可参阅注释 图2-1 *注： RS232C口-串口通讯口； JTAG口-程序下载口； 红外接收头-可接受红外信号源； 电源灯-接上电源后点亮； 通讯灯-通讯正常情况下闪烁； 蜂鸣器-每次按下按钮后发出“嘀“声，并在有故障发生时连续报警； 复位按钮-可复位单片机； 故障清除键-清除故障代码； 模式选择键-可切换自动，手动，检修模式； 正，反转键-在手动和检修模式时，可点动控制对应控制号的电机正反转； 0-9-输入最

4、多两位数的控制号； 确定键-确定并发送信号键； 删除键-删除所显示的控制号； 控制号LED显示灯-显示两位控制号； 故障代码LED显示灯-显示两位故障代码； 自动、手动和检修灯-显示当前控制模式； 预留灯-预留； 2.1 面板控制原理 该面板可以运用于皮带运输系统、自动车库系统、存储系统等作为操作面板。用户可以根据需要切换各种模式。在自动模式时，可通过按钮选择控制号（控制号可以理解为控制电机号），并按确定键将信号发送给PLC; 在手动和检修模式时，选择控制号并按下确定键后，可通过正反转按钮点动控制相应控制号的电机正反转。PLC定时发送信号给控制面板，为用户提供各种信息，当有故障发生时，故障蜂鸣

5、器报警并显示故障代码，待故障排除后，通过清除故障键清除故障代码。 在自动模式下，可通过红外发生器（本次设计没有自行研发红外发生器，而是采用标准的电视遥控器作为红外发生器。）发射红外信号来选择控制号，控制面板上的控制号LED灯会跟随变化，按确定键（可自定义遥控器上的一个键为确定键）发送给PLC控制器。 2.2 通讯信号说明 本次设计中的通讯信号涉及两种信号：单片机与PLC的通讯信号和红外发射器（这里为电视遥控器）与单片机的通讯信号 单片机与PLC的通讯信号是双向的，分发送和接受信号。发送信号有两个字节。前8位包含控制模式、正反转和清除故障信号的信息，后8位包含控制号的信息；接受信号也是两个字节，

6、前8位包含控制模式及控制号反馈信息，后8位包含故障代码信息。 红外发射器与单片机的信号为单向信号，只有发送信号。标准的红外线发送信号为32位二进制码，即两个字。第一个字为用户识别码（能区别不同设备，防止不同机种遥控码互相干扰），第二个字为用户信息码。并且每一个字的第一个字节和第二个字节互为反码。在按下电视遥控器按键后，其发射头会连续周期性地发出32位二进制码的信号。 2.3 PCB面板电路图 图2-2 图2-2是控制面板的电路原理图，本次设计采用的芯片为新华龙的C8051330D单片机,并采用周立功单片机发展有限公司的ZLG7289B数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片。 图2-3 单片机的时钟脉

7、冲由外部晶震提供，为12MHz,如图2-3。单片机的UART0（I/O口P0.4和P0.5）连接串口RS232。10针接口为JTAG程序下载口，并配有硬件复位电路。蜂鸣器由I/O口P0.1控制。 I/O口P0.0（SPI总线片选）P0.1（SPI数据信息）P0.6（SPI总线时钟信号）,P0.7（键盘输入中断信号）与数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片ZLG7289B实现通讯，如图2-4。ZLG7289B的工作原理可参考相关资料。 图2-4 红外线接收头如图2-5所示，两个接头为电源5V直流电压街头，另一个接头为信号接头与I/O口P0.7连接。单片机通过PCA计数/计时器捕捉电平信号。 图2-5

8、图2-6 2.4 PCB面板实物图 图2-6为PCB控制面板实物，大小为100x180mm.该装置仍处于研发阶段，故没有封装。在其正常工作时，需配有+15V直流电压，面板需被固定起来，切误拿在手上防止其电路短路。 3控制程序软件设计 新华龙C8051F33X系列的单片机可通过JTAG口连接PC打印机口直接下载程序。U-EC5仿真器可接入JTAG口提供在线模拟仿真。美国Keil Software研发的KEIL uvision3是最新的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，具有友好的操作界面，并且程序有良好的可读性，被广大电子工程师所使用。本次程序设计采用其集成开发环境。 不同的控制工艺有着不同的

9、控制逻辑，在这里我们着重讨论通讯部分的程序编写，对其他功能逻辑不做过多讲解。 3.1 串口数据处理程序 C8051330D单片机芯片的UART0是一个异步、全双工串口，UART0具有增强的波特率发生器电路，有多个时钟源可用于产生标准波特率,本次设计我们采用的波特率为9600。 UART提供两种方式的标准8051串行口，8位串行口和9位串行口。我们采用的是前者。在 8 位 UART 方式中，每个数据字节共使用 10 位：一个起始位、8 个数据位（LSB 在先） 和一个停止位。数据从 TX0 引脚发送，在 RX0 引脚接收。在接收时，8 个数据位存入 SBUF0， 停止位进入 RB80（SCON0

10、.2）。当软件向SBUF0寄存器写入一个字节时开始数据发送。在发送结束时（停止位开始）发送中断标志TI0（SCON0.1）被置1。在接收允许位REN0（SCON0.4）被置1后，数据接收可以在任何时刻开始。收到停止位后，如果满足下述条件则数据字节将被装入到接收寄存器SBUF0：RI0必须为逻辑0；如果MCE0为逻辑1，则停止位必须为1。在发生接收数据溢出的情况下，先接收到的8位数据被锁存到SBUF0，而后面的溢出数据被丢弃。 如果这些条件满足，则8位数据被存入SBUF0，停止位被存入RB80，RI0标志被置位。如果这些条件不满足，则不装入SBUF0和RB80，RI0标志也不会被置1。如果中断被

11、允许，在TI0或RI0置位时将产生一个中断。 具体的程序如下： *串口数据处理中断程序* void UART_ISR(void) interrupt 4 if(TI0) /当一个字节发送成功后，TI0被置位 TI0=0; /复位TI0 if(sendtime=first) /发送数据一共有两个字节，如果发送了第一个字节，需再发送第二个字节 sendtime=second; SBUF0=senddata1; /将待传送的数据放入串行数据缓冲器SBUF0 if(RI0) /有数据传送过来时，RI0置位 RI0=0; /复位RI0. DATA=SBUF0; /从串行数据缓冲器SBUF0读取数据 if

12、(DATA&0x80)=0x80) /传送一共有两个字节，判断当前传送的数据是不是第一个字节 readdata0=DATA; receivetime=second; /为接受第二个字节做准备 if(receivetime=second) /接收第二个字节 if(DATA&0x80)=0x80) /判断当前传送的数据是不是第二个字节 readdata1=DATA; receivetime=first; /为下次接收第一个字节做准备 display_errornumber(); /显示故障代码 3.2 红外线信号处理程序 标准的遥控编码采用脉宽调制的串行码，本次设计使用的红外发生器

13、是一个万能电视遥控器，通过示波器测试，得到如下的特征属性，如图3-1,以脉宽为0.56ms，间隔为1.125ms的脉宽信号为0；以脉宽为0.56ms,间隔为2.25ms的为1。一个完整的信号为32位二进制码，当按下按钮后，连续周期性发出同一种32位二进制码。 图3-1 通过红外接收头单片机接收信号， 当I/O口P0.7捕捉第一个电平信号时，PCA计时器捕捉该电平的脉宽，并触发CCF0传入中断程序，根据脉宽长度来判断输入的位是0或者1，并清除中断标志CCF0准备接收下一个位。直到接收完32位编码后，再根据接收到的数据判断控制号并通过LED 灯显示出来，如果接收的信号是确定信号，则将控制

14、号传送给PLC.具体程序如下： *红外线信号中断程序* void PCA_ISR (void) interrupt 11 unsigned cha r red_headh,red_headl,redh,redl,i; if(CCF0) CCF0 = 0; /清除中断标志位 PCA0L=0; PCA0H=0; red_time=(unsigned int)PCA0CPH0*256+PCA0CPL0; /读取捕捉到低电平的脉宽长度 if(red_time>15000) /32位编码信号接收完成后 redl=(unsigned cha r)redVALUE&0xff; /读取第一个字节

15、 redh=(unsigned cha r)(redVALUE>>8)&0xff; /读取第二个字节 red_headl=(unsigned cha r)(redVALUE>>16)&0xff; /读取第三个字节 red_headh=(unsigned cha r)(redVALUE>>24)&0xff; /读取第四个字节 if(choose=auto&&redh=redl&&red_headl=red_headh&&red_headh=0x02) /如果在自动模式下，并且信号正确识别，

16、则开始判断接收信号 switch (redh) case 0: disp_valuei=0; /如果按下数字按钮0的话，则接收为0 disp_flag=1; /LED显示标志位置位 break; case 0x80: disp_valuei=1; /如果按下数字按钮1的话，则接收为1 disp_flag=1; break; case 0x40: disp_valuei=2; /如果按下数字按钮2的话，则接收为2 disp_flag=1; break; case 0xc0: disp_valuei=3; /如果按下数字按钮3的话，则接收为3 disp_flag=1; break; case 0x

17、20: disp_valuei=4; /如果按下数字按钮4的话，则接收为4 disp_flag=1; break; case 0xa0: disp_valuei=5; /如果按下数字按钮5的话，则接收为5 disp_flag=1; break; case 0x60: disp_valuei=6; /如果按下数字按钮6的话，则接收为6 disp_flag=1; break; case 0xe0: disp_valuei=7; /如果按下数字按钮7的话，则接收为7 disp_flag=1; break; case 0x10: disp_valuei=8; /如果按下数字按钮8的话，则接收为8 di

18、sp_flag=1; break; case 0x90: disp_valuei=9; /如果按下数字按钮9的话，则接收为9 disp_flag=1; break; case 0x3A: /如果按下确定键的话，则将接收的数据传送到PLC control_num=(unsigned cha r)(disp_value0*10+disp_value1); Ti=0; /清除发送中断标志位。为发送数据做准备 sendtime=first；/为发送数据做准备 SBUF0=control_num; /发送数据 break; i+; /循环改变个位，十位的数值 if(i>1) i=0; redVAL

19、UE=0; /清除变量 redh=0; redl=0; red_headl=0； red_headh=0; elseif(red_time>2000) /如果脉宽大于2ms，则表示读到一个1,并左移一位 redVALUE=(redVALUE<<1)+1; else if(red_time>1000) /如果脉宽在1ms2ms之间，则读到一位0，并左移一位 redVALUE=(redVALUE<<1)+0; if(CF) /如果有溢出，清除溢出标志 CF = 0; 3.3 主程序 主程序的控制逻辑是，先初始化设置，包括晶震源及所有端口属性，使能所有中断源。当有

20、键按下的话，转入按键中断处理程序，显示和发送数据给PLC，当有接受到红外信号时，转入红外接收中断处理程序，显示和发送数据给PLC，PLC定时发送数据给单片机以显示故障及其他信息，当有信号从PLC发出时，转入串口通讯中断处理程序接受数据。程序如下： void main (void) Init_Device(); /端口初始化 var_init(); /数值初始化 zlg7289_init(); /LED显示初始化 IE|= 0x80; /使能中断源 PCA0CN|= 0x40; /使能PCA中断 SCON0|= 0x10; /设置UART0边沿出发 while(1) if(disp_flag=1

21、) display_controlnumber(); /刷新控制号显示 if(key_pressed != 0) /有键按下时 key_process(key_value); /转入按键处理程序 *住：key_process()：这个函数的功能是显示数据，并将数据处理后传送给PLC 限于篇幅，这里省去了端口初始化程序，ZLg7289初始化程序，其他中断程序，键盘输入程序，LED显示程序，通讯灯的功能程序，点动控制功能程序等等。本节主要是为了向读者阐述如何实现PCB控制面板的通讯功能，其他程序可参阅相关资料。 4PLC调试程序 图4-1 为了检测PCB控制面板的功能，需要编写PLC上位机程序调试。这里我们选用了omron的C200H PLC。不同的PLC的RS232串口接线是不一样，如图4-1提供了C200系列PLC与该控制面板的串口接线图。 设置PLC的串口属性为：8位数据，一个起始位，一个停止位，