具有掉电保护功能的生产线智能监控系统的设计*

2010-06-13杨其锋

河南工学院学报 2010年3期

杨其锋，李雪

(河南机电高等专科学校，河南新乡 453002)

现代企业中，生产线随处可见，要想实现生产线的智能化监测和控制，采用价廉物美的单片微控制器无疑是一个理想的方案。该系统以抗干扰能力强的工业级单片机PIC16F877作为主控制器，采用具有高可靠性的红外光电传感器实现流水线物品的检测，可以利用用户自定义的控制方式，同时对多条生产流水线进行监控，并可以将流水线的当前工作信息通过多块外接显示屏传送到多个部门进行显示。该系统同时具有掉电保护功能，在瞬时欠压和意外掉电的情况下，能够将当前数据保存到E2PROM中，等电压正常之后，再将数据恢复到单片机继续工作。由于连接和操作简单、控制方式灵活、系统抗干扰性强、数据安全等特点，应用前景十分广阔。

1 系统硬件设计

本系统硬件由流水线产品红外光电检测电路、基于单片机的主控制板以及多个外接显示屏三大部分组成，如图1所示。

图1 系统硬件组成结构图

红外检测探头采用CX－411透过型光电传感器［1］，它分为发射器和接收器两部分，因为接收器内置放大器，故可以对宽达10米的生产线上直径大于12mm以上的不透明物体进行0.5mm精度以内的精确检测。本系统中的接收器选用NPN输出型，传感器供电选用12V，工作时发射器和接收器的电流均小于20mA。

主控芯片选用美国Microchip(微星)公司推出的PIC16F877单片机。该单片采用精简指令集(RISC)技术，哈佛总线结构，寻址方式简单，代码压缩率高，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力等都体现出嵌入式微控制器产业发展的新趋势，非常适合本设计的要求。

主控板的面板可以分为功能设置按钮、状态显示与报警器和对外接口三大部分。功能设置按钮包括11个按键(面板上11个较大的圆)和面板下方偏右的“生产线停机模式切换开关”，主要作用是结合实际需要对系统进行控制方式的设置;状态显示与报警器分三类:一类由数码管组成，显示当前计数值和累计总量值，另一类由LED组成，指示主控板的当前状态，还有一类是蜂鸣器，可以实现声光报警;对外接口有传感器接口、生产线开关接口、外接显示屏接口和供电电源接口。

外接显示屏的显示部分由6个移位寄存驱动芯片74HC164分别驱动6个大尺寸的共阳极数码管构成，显示屏内含CPU，它与主控板之间采用RS－485通信［2］，最长通信距离可达1.2Km。

掉电保护电路采用看门狗集成芯片MAX813L［3］，其外围电路连接如图2所示。MAX813L不仅具备看门狗功能，确保系统受干扰后程序能自动恢复正常，同时还能对系统电源进行监测，当PF1引脚的输入电压低于1.25V时，PF0引脚输出低电平，触发单片机的外部中断，我们可以在中断服务子程序中将需要保存的数据写入E2PROM中，实现现场数据的保护处理。

图2 掉电保护电路原理图

2 系统软件设计

本系统的软件设计主要分为:主控板单片机的程序设计和外接显示屏中CPU的程序设计两大部分。

主控板单片机的程序设计主要完成系统初始化设置、传感器信号的捕获与处理、当前工作状态的显示、生产线的停机控制操作、掉电数据保护等。在完成主控板与外接显示屏、传感器、生产线开关等的连接后，即可接通电源，此时系统上电复位，初始化程序中抗干扰时间默认设置值为1秒，单批数量默认设置值为1000个，累计总量默认为0个。系统开始对流水线物体进行计数并送显示，在计数到“单批数量”还剩10个时开始声光报警，当单批累计数量达到“单批数量设置值”时，系统会根据“生产线停机模式切换开关”的设置，选择是否自动停止生产流水线。以上这些默认设置值均可通过功能设置按钮由用户自定义，设置完毕后按“重新启动流水线”按键，即可启动生产线，并继续开始计数。其程序流程简图如图3所示。