基于飞思卡尔单片机生产线多功能显示板系统设计

刘 杰，梅建伟，文元雄

（湖北汽车工业学院 电气与信息工程学院 湖北 十堰 442002）

基于飞思卡尔单片机生产线多功能显示板系统设计

刘 杰，梅建伟，文元雄

（湖北汽车工业学院 电气与信息工程学院 湖北 十堰 442002）

为提高汽车生产流水线生产效率，需要对现有的汽车生产线PLC控制系统进行改造，在指定工位显示加工时间，并提供声控报警等功能。文中设计了一种基于单片机的控制系统，详细介绍了系统的功能、具体结构以及应用场合。本系统满足现场生产需求，功能丰富，现场运行情况良好。

单片机；PLC；显示板

1 引言

随着人们生活水平的提高，对汽车的需求在不断增加，汽车的生产技术也在不断改进。为满足市场不断变化的需求，对已经投产的汽车生产线需要不断进行技术改造，使之适应市场的需求。在生产现场通过加装时间显示终端，可以方便现场工人生产，并为技术人员改进生产工艺提供数据支撑，提高整个系统的生产效率。

2 总体功能

时间显示终端系统主要实现在汽车生产流水线固定工位显示加工时间，为现场工人提供加工计时功能，提高现场的生产效率，进一步优化生产管理系统。本系统可以通过与流水线PLC控制系统通信，获取该工位设定加工时间，并实现数据掉电存储，通过采集生产线上待加工车辆的位置信息，判断加工开始时间，在数码管显示加工计时时间信息，在离结束还剩下5S时，驱动工位的报警信息模块，提醒工人加快工作进度。加工结束后自动记录当班加工数量。

2.1 系统启停控制

系统通过检测启动按键信号控制计时系统的运行，通过检测停止按键判断加工结束，同时该启动按键、停止按键与现场控制PLC系统相连，方便PLC系统获取显示控制器的工作状态。

2.2 显示加工时间与数量

系统运行后，在检测到开始计时信号，系统自动开始计时，并在在数码管上连续显示计时时间，在即将超过设定计时时间时，数码管以2Hz频率闪烁，提示工作人员时间即将结束。

加工结束后滚动显示当班已经生产的产品数量以及当班加工计划，有助于生产人员与管理人员了解计划完成情况，及时调整生产计划。

2.3 正反计数功能

根据使用的场所不一样，可以选择正计数或者反计数。选择正计数时，系统自动从0开始向上计时，即将达到设定时间时开始报警；选择减计数时，系统从设定时间开始向下计时，在剩余时间小于报警时间时开始报警。

2.4 与PLC通过I/O口模拟通信

生产现场使用的PLC型号繁多，品牌不一，为与现场已经使用的PLC系统兼容，设计有通过四个IO口进行模拟通信。这四个IO口分成两组，一组用作数据输入，另一组用作数据输出。每组中分别有时钟信号线和数据线，在时钟信号线出现上升沿时，系统读取数据信号状态，每次连续发送32个频率为10Hz的时钟脉冲，一次可以传送4个字节。

2.5 与上位机系统通信功能

系统设计有带隔离的485通信接口和232通信接口。通过485接口可以与现场使用的485总线进行连接，实现与生产线控制系统通信的功能，该功能主要用于与触摸屏通信。通过232通信接口可以与现场工控PC机通信，通过上位机软件显示本系统的工作状态，以及设定系统的工作具体参数。

2.6 设定显示终端地址功能

由于现场需要安装较多的显示终端，为节约控制端资源，方便生产系统管理，本系统通过8位的拨码开关设置显示终端的地址号，在每次上电后在数码管上显示自身的ID号。

3 系统硬件设计

本系统主要功能均通过飞思卡尔DZ60单片机实现，该单片机功能强大，可靠性高[1]。本系统主要由数据显示、485通信、232通信、输入/输出IO检测、时钟等部分构成，通过DZ60单片机驱动3个5寸共阳极数码管用于数据显示。

3.1 时钟模块

为保证系统计时准确，减少单片机定时器中断计数带来的累积误差，并能为现场提供准确时间信息，系统中使用PCF8563时钟芯片设计的有精确计时时钟电路，该时钟芯片使用IIC方式通信，可以设置报警输出功能强大，适合用于各种场合[2]。

3.2 输入输出模块

由于本系统用于汽车生产线，现场工作环境复杂，输入输出距离不确定，为提高系统的稳定性和可靠性，输入输出均采用光耦隔离的方式可以有效的防止IO口误触发和误动作。

3.3 数码管显示模块

本系统采用的是5英寸共阳极高亮数码管，该数码管单段驱动电流20～40mA，由于驱动电流较大，为保证显示效果，减少系统的复杂性提高整个系统的可靠性，直接使用24个IO口通过非门放大后经过ULN2803驱动数码管[4]。

3.4 通信模块

为增强本系统的适应性，结合现场情况设计有485通信和232通信。通信部分均设计有隔离保护电路，有效防止外部总线上发送的故障干扰本系统的正常工作。

3.5 数码管亮度调整模块

通过调节电位器控制单片机输出PWM占空比，调节数码管供电电源电压，可以调节数码管显示亮度。系统同时检测数码管电源电压，与设定的安全电压阈值经行比较，防止电压过高导致数码管工作不正常。数码管每一段均设置的有限流电阻可以防止数码管过流烧毁，提高使用寿命。

3.6 报警信息模块

由于使用现场噪声较大，本系统设计有专用报警蜂鸣器，根据现场情况还以外接工业专用报警装置。蜂鸣器输出频率可以通过上位机进行设定，系统还可以输出预先设定的音乐，增强系统的实用性。

4 系统程序设计

本系统中涉及的程序开发有飞思卡尔单片机系统和上位机控制系统。通过飞思卡尔单片机检测开始、停止、复位计时信号并实现相应的功能，将时间信息显示在数码管上，并控制整个系统的正常运行，该部分程序使用飞思卡尔专用的编程开发软件进行开发。

系统上位机系统可以与指定终端进行通信，能实时显示当前的计数值以及加工状态，方便现场管理。上位机直接使用VB软件开发，VB编程简单，界面友好，性能稳定可靠[4]。

5 结语

本系统功能丰富，适应性好，性能稳定，在生产线得到了广泛使用，能满足不同客户的需求，为生产工艺优化和生产节拍的调整提供依据，促进了现场的精细化管理

[1]张跃常，戴卫恒．Fressscale系列单片机常用模块与综合系统设计实例精讲[M]．北京：电子工业出版社，2010．

[2]李金彤．基于单片机和PCF8563芯片的报警系统[J]．计算机光盘软件与应用，2014，(3)：54-56．

[3]张南宾，刘小平．大尺寸数码管的设计与制作[J]．数字技术与应用，2013，(11)：118-119．

[4]李朝青．PC机及单片机数据通信技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2000．

F426 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2018）01-0049-02

汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室开放基金项目(ZDK2201401)；

刘杰(1988-)，男，湖北公安人，学士，从事电力电子及智能控制技术研究。