劉 杰，梅建偉，文元雄

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院 湖北 十堰 442002）

基于飛思卡爾單片機生產(chǎn)線多功能顯示板系統(tǒng)設(shè)計

劉 杰，梅建偉，文元雄

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院 湖北 十堰 442002）

為提高汽車生產(chǎn)流水線生產(chǎn)效率，需要對現(xiàn)有的汽車生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)進行改造，在指定工位顯示加工時間，并提供聲控報警等功能。文中設(shè)計了一種基于單片機的控制系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)的功能、具體結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用場合。本系統(tǒng)滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求，功能豐富，現(xiàn)場運行情況良好。

單片機；PLC；顯示板

1 引言

隨著人們生活水平的提高，對汽車的需求在不斷增加，汽車的生產(chǎn)技術(shù)也在不斷改進。為滿足市場不斷變化的需求，對已經(jīng)投產(chǎn)的汽車生產(chǎn)線需要不斷進行技術(shù)改造，使之適應(yīng)市場的需求。在生產(chǎn)現(xiàn)場通過加裝時間顯示終端，可以方便現(xiàn)場工人生產(chǎn)，并為技術(shù)人員改進生產(chǎn)工藝提供數(shù)據(jù)支撐，提高整個系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

2 總體功能

時間顯示終端系統(tǒng)主要實現(xiàn)在汽車生產(chǎn)流水線固定工位顯示加工時間，為現(xiàn)場工人提供加工計時功能，提高現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，進一步優(yōu)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以通過與流水線PLC控制系統(tǒng)通信，獲取該工位設(shè)定加工時間，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)掉電存儲，通過采集生產(chǎn)線上待加工車輛的位置信息，判斷加工開始時間，在數(shù)碼管顯示加工計時時間信息，在離結(jié)束還剩下5S時，驅(qū)動工位的報警信息模塊，提醒工人加快工作進度。加工結(jié)束后自動記錄當(dāng)班加工數(shù)量。

2.1 系統(tǒng)啟停控制

系統(tǒng)通過檢測啟動按鍵信號控制計時系統(tǒng)的運行，通過檢測停止按鍵判斷加工結(jié)束，同時該啟動按鍵、停止按鍵與現(xiàn)場控制PLC系統(tǒng)相連，方便PLC系統(tǒng)獲取顯示控制器的工作狀態(tài)。

2.2 顯示加工時間與數(shù)量

系統(tǒng)運行后，在檢測到開始計時信號，系統(tǒng)自動開始計時，并在在數(shù)碼管上連續(xù)顯示計時時間，在即將超過設(shè)定計時時間時，數(shù)碼管以2Hz頻率閃爍，提示工作人員時間即將結(jié)束。

加工結(jié)束后滾動顯示當(dāng)班已經(jīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量以及當(dāng)班加工計劃，有助于生產(chǎn)人員與管理人員了解計劃完成情況，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃。

2.3 正反計數(shù)功能

根據(jù)使用的場所不一樣，可以選擇正計數(shù)或者反計數(shù)。選擇正計數(shù)時，系統(tǒng)自動從0開始向上計時，即將達到設(shè)定時間時開始報警；選擇減計數(shù)時，系統(tǒng)從設(shè)定時間開始向下計時，在剩余時間小于報警時間時開始報警。

2.4 與PLC通過I/O口模擬通信

生產(chǎn)現(xiàn)場使用的PLC型號繁多，品牌不一，為與現(xiàn)場已經(jīng)使用的PLC系統(tǒng)兼容，設(shè)計有通過四個IO口進行模擬通信。這四個IO口分成兩組，一組用作數(shù)據(jù)輸入，另一組用作數(shù)據(jù)輸出。每組中分別有時鐘信號線和數(shù)據(jù)線，在時鐘信號線出現(xiàn)上升沿時，系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)信號狀態(tài)，每次連續(xù)發(fā)送32個頻率為10Hz的時鐘脈沖，一次可以傳送4個字節(jié)。

2.5 與上位機系統(tǒng)通信功能

系統(tǒng)設(shè)計有帶隔離的485通信接口和232通信接口。通過485接口可以與現(xiàn)場使用的485總線進行連接，實現(xiàn)與生產(chǎn)線控制系統(tǒng)通信的功能，該功能主要用于與觸摸屏通信。通過232通信接口可以與現(xiàn)場工控PC機通信，通過上位機軟件顯示本系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及設(shè)定系統(tǒng)的工作具體參數(shù)。

2.6 設(shè)定顯示終端地址功能

由于現(xiàn)場需要安裝較多的顯示終端，為節(jié)約控制端資源，方便生產(chǎn)系統(tǒng)管理，本系統(tǒng)通過8位的撥碼開關(guān)設(shè)置顯示終端的地址號，在每次上電后在數(shù)碼管上顯示自身的ID號。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要功能均通過飛思卡爾DZ60單片機實現(xiàn)，該單片機功能強大，可靠性高[1]。本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)顯示、485通信、232通信、輸入/輸出IO檢測、時鐘等部分構(gòu)成，通過DZ60單片機驅(qū)動3個5寸共陽極數(shù)碼管用于數(shù)據(jù)顯示。

3.1 時鐘模塊

為保證系統(tǒng)計時準確，減少單片機定時器中斷計數(shù)帶來的累積誤差，并能為現(xiàn)場提供準確時間信息，系統(tǒng)中使用PCF8563時鐘芯片設(shè)計的有精確計時時鐘電路，該時鐘芯片使用IIC方式通信，可以設(shè)置報警輸出功能強大，適合用于各種場合[2]。

3.2 輸入輸出模塊

由于本系統(tǒng)用于汽車生產(chǎn)線，現(xiàn)場工作環(huán)境復(fù)雜，輸入輸出距離不確定，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，輸入輸出均采用光耦隔離的方式可以有效的防止IO口誤觸發(fā)和誤動作。

3.3 數(shù)碼管顯示模塊

本系統(tǒng)采用的是5英寸共陽極高亮數(shù)碼管，該數(shù)碼管單段驅(qū)動電流20～40mA，由于驅(qū)動電流較大，為保證顯示效果，減少系統(tǒng)的復(fù)雜性提高整個系統(tǒng)的可靠性，直接使用24個IO口通過非門放大后經(jīng)過ULN2803驅(qū)動數(shù)碼管[4]。

3.4 通信模塊

為增強本系統(tǒng)的適應(yīng)性，結(jié)合現(xiàn)場情況設(shè)計有485通信和232通信。通信部分均設(shè)計有隔離保護電路，有效防止外部總線上發(fā)送的故障干擾本系統(tǒng)的正常工作。

3.5 數(shù)碼管亮度調(diào)整模塊

通過調(diào)節(jié)電位器控制單片機輸出PWM占空比，調(diào)節(jié)數(shù)碼管供電電源電壓，可以調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示亮度。系統(tǒng)同時檢測數(shù)碼管電源電壓，與設(shè)定的安全電壓閾值經(jīng)行比較，防止電壓過高導(dǎo)致數(shù)碼管工作不正常。數(shù)碼管每一段均設(shè)置的有限流電阻可以防止數(shù)碼管過流燒毀，提高使用壽命。

3.6 報警信息模塊

由于使用現(xiàn)場噪聲較大，本系統(tǒng)設(shè)計有專用報警蜂鳴器，根據(jù)現(xiàn)場情況還以外接工業(yè)專用報警裝置。蜂鳴器輸出頻率可以通過上位機進行設(shè)定，系統(tǒng)還可以輸出預(yù)先設(shè)定的音樂，增強系統(tǒng)的實用性。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計

本系統(tǒng)中涉及的程序開發(fā)有飛思卡爾單片機系統(tǒng)和上位機控制系統(tǒng)。通過飛思卡爾單片機檢測開始、停止、復(fù)位計時信號并實現(xiàn)相應(yīng)的功能，將時間信息顯示在數(shù)碼管上，并控制整個系統(tǒng)的正常運行，該部分程序使用飛思卡爾專用的編程開發(fā)軟件進行開發(fā)。

系統(tǒng)上位機系統(tǒng)可以與指定終端進行通信，能實時顯示當(dāng)前的計數(shù)值以及加工狀態(tài)，方便現(xiàn)場管理。上位機直接使用VB軟件開發(fā)，VB編程簡單，界面友好，性能穩(wěn)定可靠[4]。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)功能豐富，適應(yīng)性好，性能穩(wěn)定，在生產(chǎn)線得到了廣泛使用，能滿足不同客戶的需求，為生產(chǎn)工藝優(yōu)化和生產(chǎn)節(jié)拍的調(diào)整提供依據(jù)，促進了現(xiàn)場的精細化管理

[1]張躍常，戴衛(wèi)恒．Fressscale系列單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2010．

[2]李金彤．基于單片機和PCF8563芯片的報警系統(tǒng)[J]．計算機光盤軟件與應(yīng)用，2014，(3)：54-56．

[3]張南賓，劉小平．大尺寸數(shù)碼管的設(shè)計與制作[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013，(11)：118-119．

[4]李朝青．PC機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000．

F426 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）01-0049-02

汽車動力傳動與電子控制湖北省重點實驗室開放基金項目(ZDK2201401)；

劉杰(1988-)，男，湖北公安人，學(xué)士，從事電力電子及智能控制技術(shù)研究。