PLC串口及紅外控制裝置設(shè)計(jì) doc

1、PLC串口及紅外控制裝置設(shè)計(jì) 2008-10-29 15:19:59 【文章字體：大 中 小】 推薦 收藏 打印 摘要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，作為工業(yè)控制的核心設(shè)備PLC這幾年得到了快速發(fā)展和廣泛運(yùn)用。PLC的接口也各種各樣，而多數(shù)PLC都具有RS232接口，一般連接一些觸摸屏,作為人機(jī)接口。本文主要介紹一款基于新華龍單片機(jī)開發(fā)的RS232接口裝置，可以連接PLC作為人機(jī)界面，該裝置還配有紅外接收功能，可實(shí)現(xiàn)一定距離無(wú)線遙控PLC。 關(guān)鍵詞：新華龍單片機(jī)，人機(jī)接口，紅外遙控 Abstract : With the development of automation te

2、chnology Keywords: NewDragon microprocessor, Human machine interface, infrared remote control 1 引言        HMI、SCADA作為PLC的主要人機(jī)接口設(shè)備，具有外觀簡(jiǎn)潔，可靠性高，功能強(qiáng)大，用戶界面友好，程序二次開發(fā)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向不斷發(fā)展。而在一些特殊情況下，比如數(shù)據(jù)安全要求高，控制空間小的場(chǎng)合，就較難實(shí)現(xiàn)?；趩纹瑱C(jī)開發(fā)的PLC串口裝置，憑借單片機(jī)優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理能力和低廉的價(jià)格有著一定的應(yīng)用范圍。 本文通過(guò)運(yùn)

3、用新華龍的C8051F33X系列的單片機(jī)開發(fā)了一款可編程RS232接口控制面板，本文主要介紹其電路設(shè)計(jì)和基本控制原理。 2 控制面板的控制方案 控制面板的外型如圖2-1所示，具體功能鍵可參閱注釋 圖2-1 *注： RS232C口-串口通訊口； JTAG口-程序下載口； 紅外接收頭-可接受紅外信號(hào)源； 電源燈-接上電源后點(diǎn)亮； 通訊燈-通訊正常情況下閃爍； 蜂鳴器-每次按下按鈕后發(fā)出“嘀“聲，并在有故障發(fā)生時(shí)連續(xù)報(bào)警； 復(fù)位按鈕-可復(fù)位單片機(jī)； 故障清除鍵-清除故障代碼； 模式選擇鍵-可切換自動(dòng)，手動(dòng)，檢修模式； 正，反轉(zhuǎn)鍵-在手動(dòng)和檢修模式時(shí)，可點(diǎn)動(dòng)控制對(duì)應(yīng)控制號(hào)的電機(jī)正反轉(zhuǎn)； 0-9-輸入最

4、多兩位數(shù)的控制號(hào)； 確定鍵-確定并發(fā)送信號(hào)鍵； 刪除鍵-刪除所顯示的控制號(hào)； 控制號(hào)LED顯示燈-顯示兩位控制號(hào)； 故障代碼LED顯示燈-顯示兩位故障代碼； 自動(dòng)、手動(dòng)和檢修燈-顯示當(dāng)前控制模式； 預(yù)留燈-預(yù)留； 2.1 面板控制原理 該面板可以運(yùn)用于皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、自動(dòng)車庫(kù)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)等作為操作面板。用戶可以根據(jù)需要切換各種模式。在自動(dòng)模式時(shí)，可通過(guò)按鈕選擇控制號(hào)（控制號(hào)可以理解為控制電機(jī)號(hào)），并按確定鍵將信號(hào)發(fā)送給PLC; 在手動(dòng)和檢修模式時(shí)，選擇控制號(hào)并按下確定鍵后，可通過(guò)正反轉(zhuǎn)按鈕點(diǎn)動(dòng)控制相應(yīng)控制號(hào)的電機(jī)正反轉(zhuǎn)。PLC定時(shí)發(fā)送信號(hào)給控制面板，為用戶提供各種信息，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，故障蜂鳴

5、器報(bào)警并顯示故障代碼，待故障排除后，通過(guò)清除故障鍵清除故障代碼。 在自動(dòng)模式下，可通過(guò)紅外發(fā)生器（本次設(shè)計(jì)沒有自行研發(fā)紅外發(fā)生器，而是采用標(biāo)準(zhǔn)的電視遙控器作為紅外發(fā)生器。）發(fā)射紅外信號(hào)來(lái)選擇控制號(hào)，控制面板上的控制號(hào)LED燈會(huì)跟隨變化，按確定鍵（可自定義遙控器上的一個(gè)鍵為確定鍵）發(fā)送給PLC控制器。 2.2 通訊信號(hào)說(shuō)明 本次設(shè)計(jì)中的通訊信號(hào)涉及兩種信號(hào)：?jiǎn)纹瑱C(jī)與PLC的通訊信號(hào)和紅外發(fā)射器（這里為電視遙控器）與單片機(jī)的通訊信號(hào) 單片機(jī)與PLC的通訊信號(hào)是雙向的，分發(fā)送和接受信號(hào)。發(fā)送信號(hào)有兩個(gè)字節(jié)。前8位包含控制模式、正反轉(zhuǎn)和清除故障信號(hào)的信息，后8位包含控制號(hào)的信息；接受信號(hào)也是兩個(gè)字節(jié)，

6、前8位包含控制模式及控制號(hào)反饋信息，后8位包含故障代碼信息。 紅外發(fā)射器與單片機(jī)的信號(hào)為單向信號(hào)，只有發(fā)送信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)的紅外線發(fā)送信號(hào)為32位二進(jìn)制碼，即兩個(gè)字。第一個(gè)字為用戶識(shí)別碼（能區(qū)別不同設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾），第二個(gè)字為用戶信息碼。并且每一個(gè)字的第一個(gè)字節(jié)和第二個(gè)字節(jié)互為反碼。在按下電視遙控器按鍵后，其發(fā)射頭會(huì)連續(xù)周期性地發(fā)出32位二進(jìn)制碼的信號(hào)。 2.3 PCB面板電路圖 圖2-2 圖2-2是控制面板的電路原理圖，本次設(shè)計(jì)采用的芯片為新華龍的C8051330D單片機(jī),并采用周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司的ZLG7289B數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)及鍵盤掃描管理芯片。 圖2-3 單片機(jī)的時(shí)鐘脈

7、沖由外部晶震提供，為12MHz,如圖2-3。單片機(jī)的UART0（I/O口P0.4和P0.5）連接串口RS232。10針接口為JTAG程序下載口，并配有硬件復(fù)位電路。蜂鳴器由I/O口P0.1控制。 I/O口P0.0（SPI總線片選）P0.1（SPI數(shù)據(jù)信息）P0.6（SPI總線時(shí)鐘信號(hào)）,P0.7（鍵盤輸入中斷信號(hào)）與數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)及鍵盤掃描管理芯片ZLG7289B實(shí)現(xiàn)通訊，如圖2-4。ZLG7289B的工作原理可參考相關(guān)資料。 圖2-4 紅外線接收頭如圖2-5所示，兩個(gè)接頭為電源5V直流電壓街頭，另一個(gè)接頭為信號(hào)接頭與I/O口P0.7連接。單片機(jī)通過(guò)PCA計(jì)數(shù)/計(jì)時(shí)器捕捉電平信號(hào)。 圖2-5

8、圖2-6 2.4 PCB面板實(shí)物圖 圖2-6為PCB控制面板實(shí)物，大小為100x180mm.該裝置仍處于研發(fā)階段，故沒有封裝。在其正常工作時(shí)，需配有+15V直流電壓，面板需被固定起來(lái)，切誤拿在手上防止其電路短路。 3控制程序軟件設(shè)計(jì) 新華龍C8051F33X系列的單片機(jī)可通過(guò)JTAG口連接PC打印機(jī)口直接下載程序。U-EC5仿真器可接入JTAG口提供在線模擬仿真。美國(guó)Keil Software研發(fā)的KEIL uvision3是最新的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，具有友好的操作界面，并且程序有良好的可讀性，被廣大電子工程師所使用。本次程序設(shè)計(jì)采用其集成開發(fā)環(huán)境。 不同的控制工藝有著不同的

9、控制邏輯，在這里我們著重討論通訊部分的程序編寫，對(duì)其他功能邏輯不做過(guò)多講解。 3.1 串口數(shù)據(jù)處理程序 C8051330D單片機(jī)芯片的UART0是一個(gè)異步、全雙工串口，UART0具有增強(qiáng)的波特率發(fā)生器電路，有多個(gè)時(shí)鐘源可用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波特率,本次設(shè)計(jì)我們采用的波特率為9600。 UART提供兩種方式的標(biāo)準(zhǔn)8051串行口，8位串行口和9位串行口。我們采用的是前者。在 8 位 UART 方式中，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)共使用 10 位：一個(gè)起始位、8 個(gè)數(shù)據(jù)位（LSB 在先） 和一個(gè)停止位。數(shù)據(jù)從 TX0 引腳發(fā)送，在 RX0 引腳接收。在接收時(shí)，8 個(gè)數(shù)據(jù)位存入 SBUF0， 停止位進(jìn)入 RB80（SCON0

10、.2）。當(dāng)軟件向SBUF0寄存器寫入一個(gè)字節(jié)時(shí)開始數(shù)據(jù)發(fā)送。在發(fā)送結(jié)束時(shí)（停止位開始）發(fā)送中斷標(biāo)志TI0（SCON0.1）被置1。在接收允許位REN0（SCON0.4）被置1后，數(shù)據(jù)接收可以在任何時(shí)刻開始。收到停止位后，如果滿足下述條件則數(shù)據(jù)字節(jié)將被裝入到接收寄存器SBUF0：RI0必須為邏輯0；如果MCE0為邏輯1，則停止位必須為1。在發(fā)生接收數(shù)據(jù)溢出的情況下，先接收到的8位數(shù)據(jù)被鎖存到SBUF0，而后面的溢出數(shù)據(jù)被丟棄。 如果這些條件滿足，則8位數(shù)據(jù)被存入SBUF0，停止位被存入RB80，RI0標(biāo)志被置位。如果這些條件不滿足，則不裝入SBUF0和RB80，RI0標(biāo)志也不會(huì)被置1。如果中斷被

11、允許，在TI0或RI0置位時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)中斷。 具體的程序如下： *串口數(shù)據(jù)處理中斷程序* void UART_ISR(void) interrupt 4 if(TI0) /當(dāng)一個(gè)字節(jié)發(fā)送成功后，TI0被置位 TI0=0; /復(fù)位TI0 if(sendtime=first) /發(fā)送數(shù)據(jù)一共有兩個(gè)字節(jié)，如果發(fā)送了第一個(gè)字節(jié)，需再發(fā)送第二個(gè)字節(jié) sendtime=second; SBUF0=senddata1; /將待傳送的數(shù)據(jù)放入串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF0 if(RI0) /有數(shù)據(jù)傳送過(guò)來(lái)時(shí)，RI0置位 RI0=0; /復(fù)位RI0. DATA=SBUF0; /從串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF0讀取數(shù)據(jù) if

12、(DATA&0x80)=0x80) /傳送一共有兩個(gè)字節(jié)，判斷當(dāng)前傳送的數(shù)據(jù)是不是第一個(gè)字節(jié) readdata0=DATA; receivetime=second; /為接受第二個(gè)字節(jié)做準(zhǔn)備 if(receivetime=second) /接收第二個(gè)字節(jié) if(DATA&0x80)=0x80) /判斷當(dāng)前傳送的數(shù)據(jù)是不是第二個(gè)字節(jié) readdata1=DATA; receivetime=first; /為下次接收第一個(gè)字節(jié)做準(zhǔn)備 display_errornumber(); /顯示故障代碼 3.2 紅外線信號(hào)處理程序 標(biāo)準(zhǔn)的遙控編碼采用脈寬調(diào)制的串行碼，本次設(shè)計(jì)使用的紅外發(fā)生器

13、是一個(gè)萬(wàn)能電視遙控器，通過(guò)示波器測(cè)試，得到如下的特征屬性，如圖3-1,以脈寬為0.56ms，間隔為1.125ms的脈寬信號(hào)為0；以脈寬為0.56ms,間隔為2.25ms的為1。一個(gè)完整的信號(hào)為32位二進(jìn)制碼，當(dāng)按下按鈕后，連續(xù)周期性發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼。 圖3-1 通過(guò)紅外接收頭單片機(jī)接收信號(hào)， 當(dāng)I/O口P0.7捕捉第一個(gè)電平信號(hào)時(shí)，PCA計(jì)時(shí)器捕捉該電平的脈寬，并觸發(fā)CCF0傳入中斷程序，根據(jù)脈寬長(zhǎng)度來(lái)判斷輸入的位是0或者1，并清除中斷標(biāo)志CCF0準(zhǔn)備接收下一個(gè)位。直到接收完32位編碼后，再根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)判斷控制號(hào)并通過(guò)LED 燈顯示出來(lái)，如果接收的信號(hào)是確定信號(hào)，則將控制

14、號(hào)傳送給PLC.具體程序如下： *紅外線信號(hào)中斷程序* void PCA_ISR (void) interrupt 11 unsigned cha r red_headh,red_headl,redh,redl,i; if(CCF0) CCF0 = 0; /清除中斷標(biāo)志位 PCA0L=0; PCA0H=0; red_time=(unsigned int)PCA0CPH0*256+PCA0CPL0; /讀取捕捉到低電平的脈寬長(zhǎng)度 if(red_time>15000) /32位編碼信號(hào)接收完成后 redl=(unsigned cha r)redVALUE&0xff; /讀取第一個(gè)字節(jié)

15、 redh=(unsigned cha r)(redVALUE>>8)&0xff; /讀取第二個(gè)字節(jié) red_headl=(unsigned cha r)(redVALUE>>16)&0xff; /讀取第三個(gè)字節(jié) red_headh=(unsigned cha r)(redVALUE>>24)&0xff; /讀取第四個(gè)字節(jié) if(choose=auto&&redh=redl&&red_headl=red_headh&&red_headh=0x02) /如果在自動(dòng)模式下，并且信號(hào)正確識(shí)別，

16、則開始判斷接收信號(hào) switch (redh) case 0: disp_valuei=0; /如果按下數(shù)字按鈕0的話，則接收為0 disp_flag=1; /LED顯示標(biāo)志位置位 break; case 0x80: disp_valuei=1; /如果按下數(shù)字按鈕1的話，則接收為1 disp_flag=1; break; case 0x40: disp_valuei=2; /如果按下數(shù)字按鈕2的話，則接收為2 disp_flag=1; break; case 0xc0: disp_valuei=3; /如果按下數(shù)字按鈕3的話，則接收為3 disp_flag=1; break; case 0x

17、20: disp_valuei=4; /如果按下數(shù)字按鈕4的話，則接收為4 disp_flag=1; break; case 0xa0: disp_valuei=5; /如果按下數(shù)字按鈕5的話，則接收為5 disp_flag=1; break; case 0x60: disp_valuei=6; /如果按下數(shù)字按鈕6的話，則接收為6 disp_flag=1; break; case 0xe0: disp_valuei=7; /如果按下數(shù)字按鈕7的話，則接收為7 disp_flag=1; break; case 0x10: disp_valuei=8; /如果按下數(shù)字按鈕8的話，則接收為8 di

18、sp_flag=1; break; case 0x90: disp_valuei=9; /如果按下數(shù)字按鈕9的話，則接收為9 disp_flag=1; break; case 0x3A: /如果按下確定鍵的話，則將接收的數(shù)據(jù)傳送到PLC control_num=(unsigned cha r)(disp_value0*10+disp_value1); Ti=0; /清除發(fā)送中斷標(biāo)志位。為發(fā)送數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備 sendtime=first；/為發(fā)送數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備 SBUF0=control_num; /發(fā)送數(shù)據(jù) break; i+; /循環(huán)改變個(gè)位，十位的數(shù)值 if(i>1) i=0; redVAL

19、UE=0; /清除變量 redh=0; redl=0; red_headl=0； red_headh=0; elseif(red_time>2000) /如果脈寬大于2ms，則表示讀到一個(gè)1,并左移一位 redVALUE=(redVALUE<<1)+1; else if(red_time>1000) /如果脈寬在1ms2ms之間，則讀到一位0，并左移一位 redVALUE=(redVALUE<<1)+0; if(CF) /如果有溢出，清除溢出標(biāo)志 CF = 0; 3.3 主程序 主程序的控制邏輯是，先初始化設(shè)置，包括晶震源及所有端口屬性，使能所有中斷源。當(dāng)有

20、鍵按下的話，轉(zhuǎn)入按鍵中斷處理程序，顯示和發(fā)送數(shù)據(jù)給PLC，當(dāng)有接受到紅外信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)入紅外接收中斷處理程序，顯示和發(fā)送數(shù)據(jù)給PLC，PLC定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機(jī)以顯示故障及其他信息，當(dāng)有信號(hào)從PLC發(fā)出時(shí)，轉(zhuǎn)入串口通訊中斷處理程序接受數(shù)據(jù)。程序如下： void main (void) Init_Device(); /端口初始化 var_init(); /數(shù)值初始化 zlg7289_init(); /LED顯示初始化 IE|= 0x80; /使能中斷源 PCA0CN|= 0x40; /使能PCA中斷 SCON0|= 0x10; /設(shè)置UART0邊沿出發(fā) while(1) if(disp_flag=1

21、) display_controlnumber(); /刷新控制號(hào)顯示 if(key_pressed != 0) /有鍵按下時(shí) key_process(key_value); /轉(zhuǎn)入按鍵處理程序 *?。簁ey_process()：這個(gè)函數(shù)的功能是顯示數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理后傳送給PLC 限于篇幅，這里省去了端口初始化程序，ZLg7289初始化程序，其他中斷程序，鍵盤輸入程序，LED顯示程序，通訊燈的功能程序，點(diǎn)動(dòng)控制功能程序等等。本節(jié)主要是為了向讀者闡述如何實(shí)現(xiàn)PCB控制面板的通訊功能，其他程序可參閱相關(guān)資料。 4PLC調(diào)試程序 圖4-1 為了檢測(cè)PCB控制面板的功能，需要編寫PLC上位機(jī)程序調(diào)試。這里我們選用了omron的C200H PLC。不同的PLC的RS232串口接線是不一樣，如圖4-1提供了C200系列PLC與該控制面板的串口接線圖。 設(shè)置PLC的串口屬性為：8位數(shù)據(jù)，一個(gè)起始位，一個(gè)停止位，