單片機(jī)在線實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳鑫洋 李婧

摘要：在線產(chǎn)量是反映企業(yè)生產(chǎn)效率和員工工作效率的重要因素，它不僅直接反映企業(yè)的生產(chǎn)效率而且可以通過在線產(chǎn)量的反饋來對流水線和員工的工作進(jìn)行有效的管理，從而使流水線和員工之間達(dá)到最佳匹配，來提高流水線機(jī)械的利用率和員工的工作效率。本設(shè)計(jì)研究利用單片機(jī)對在線產(chǎn)品進(jìn)行時(shí)限檢測的一種方法。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 時(shí)限檢測 在線產(chǎn)量

原始流水線是按照固定不變的速度作業(yè)。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和管理學(xué)的進(jìn)步，簡單的流水線也產(chǎn)生了變化。公司為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率就加快了流水線的速度，但是工人無法適應(yīng)加快速度的流水線，整天都疲憊不堪以致最終流水線機(jī)械的利用率和員工的工作效率的降低。要對流水線在不同時(shí)間段實(shí)行不同的速度控制，對流水線產(chǎn)品進(jìn)行在線時(shí)限檢測是必須的，本系統(tǒng)就是對流水線產(chǎn)品進(jìn)行時(shí)限檢測的精確系統(tǒng)，通過對在線產(chǎn)量數(shù)據(jù)反饋的分析，不僅使公司提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，而且員工的工作效率也可以得提高。單片機(jī)的在線實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)很有市場前景。

1、實(shí)現(xiàn)功能

單片微機(jī)時(shí)限檢測系統(tǒng)通過一對紅外光對管對在線產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后輸入單片機(jī)，通過內(nèi)部程序來進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器對產(chǎn)品數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后通過數(shù)碼管LED進(jìn)行顯示，因?yàn)閮?nèi)部定時(shí)采用5秒鐘計(jì)數(shù)一次，對于一般流水線而言，在5秒鐘的時(shí)間里產(chǎn)品的數(shù)量計(jì)數(shù)采用兩位數(shù)碼管顯示已經(jīng)足夠，因此本系統(tǒng)對產(chǎn)品數(shù)量N的顯示采用兩位數(shù)碼管LED顯示，在程序里對在線產(chǎn)量的上下限各有一個(gè)默認(rèn)的數(shù)值，同樣利用數(shù)碼管LED顯示上下限，并且通過鍵盤按鍵對上下限進(jìn)行設(shè)置，使上限不可以超過99、下限不可以低于0，并且上限的設(shè)置不能小于下限，同樣下限的設(shè)置也不能大于上限。當(dāng)產(chǎn)品數(shù)量越限時(shí)會有越限報(bào)警，超越上限紅燈亮且伴隨有蜂鳴器報(bào)警，低于下限時(shí)綠燈亮且也伴隨有蜂鳴器報(bào)警。

2、硬件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)的選擇

本系統(tǒng)選擇的單片機(jī)是89S51。89S51采用FLASH存儲器，可以多次燒寫，一般可以重復(fù)燒寫1000次左右，這樣就給設(shè)計(jì)者提供了廉價(jià)的試驗(yàn)平臺，這也是本設(shè)計(jì)采用89S51單片機(jī)的主要原因。

圖1系統(tǒng)總框圖

2.2 數(shù)據(jù)采集及計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)

單片微機(jī)時(shí)限檢測系統(tǒng)是對在線產(chǎn)品進(jìn)行時(shí)限檢測，即是對流水線上的產(chǎn)品數(shù)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，本系統(tǒng)采用風(fēng)扇轉(zhuǎn)動系統(tǒng)來模擬流水線，用風(fēng)扇轉(zhuǎn)葉來模擬在線產(chǎn)品，因此，對流水線上在線產(chǎn)品數(shù)量的采集就轉(zhuǎn)化為對風(fēng)扇轉(zhuǎn)葉轉(zhuǎn)動次數(shù)的采集。在固定時(shí)間內(nèi)采集轉(zhuǎn)過扇葉的個(gè)數(shù)，可采用一對紅外光對管來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，發(fā)射二極管在接通電源后導(dǎo)通，會連續(xù)不斷的發(fā)出紅外光，接收二極管只有在接通電源并且同時(shí)接收到紅外光時(shí)才導(dǎo)通，接收不到紅外光時(shí)截止。這樣，轉(zhuǎn)葉不斷轉(zhuǎn)動時(shí)，接收二極管的兩端就會有高低交錯(cuò)的電平輸出，即是可以輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。直接輸出的計(jì)數(shù)脈沖中含有一些毛刺，經(jīng)過一級施密特整形后即可送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。電路圖設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 紅外對管接收和發(fā)射電路圖

2.3 鍵盤控制電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中鍵盤控制主要是對數(shù)值上下限進(jìn)行設(shè)置，在程序里對數(shù)值的上下限各有一個(gè)默認(rèn)的設(shè)置，所以外部鍵盤按鍵只需四個(gè)按鍵分別對上下限進(jìn)行加減就可以對上下限進(jìn)行設(shè)置，具體如圖3所示。

圖3 按鍵電路圖

鍵盤電路中每個(gè)按鍵都是一個(gè)常開關(guān)電路，即機(jī)械彈性開關(guān)。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，斷開與閉合的瞬間電壓信號波形均伴隨有一連串的抖動。鍵抖動會引起一次按鍵誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動，按鍵的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。

通常在鍵數(shù)較少時(shí)，可用硬件方法消除抖動。RS觸發(fā)器為常用的硬件去抖電路，也可以采用施密特觸發(fā)器對按鍵輸出波形整形來消除抖動。如果按鍵較多，常用軟件方法去抖動，即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序延時(shí)，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測到按鍵釋放后，也要進(jìn)行延時(shí)，待后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。

2.4 顯示電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED（Light Emitting Diode）；液晶顯示器，簡稱LCD（Liquid Crystal Display）；近年也有配置CRT顯示器的。LED顯示器價(jià)廉、配置靈活，且與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口教復(fù)雜，成本也較高。本系統(tǒng)只需顯示數(shù)字，不需要顯示圖形，因此選用LED顯示器，具體電路如圖4所示。

圖4 LED顯示電路圖

2.5 復(fù)位電路設(shè)計(jì)

復(fù)位電路雖然簡單，但它的作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)小系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。本系統(tǒng)采用圖5所示的上電復(fù)位兼手動復(fù)位。該電路另外加一個(gè)200Ω的電阻和手動按鍵開關(guān)組成，當(dāng)開關(guān)常開時(shí)，為上電復(fù)位電路，當(dāng)常開按鍵閉合時(shí)，相當(dāng)于RST端通過電阻與Vcc電源接通，提供足夠?qū)挾鹊拈撝惦妷和瓿蓮?fù)位。

圖5上電復(fù)位兼手動復(fù)位電路圖

2.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

為了安全有效生產(chǎn)，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，對于重要參數(shù)一般都設(shè)有上下限檢查及報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒工作人員注意或采取相應(yīng)管理措施。本系統(tǒng)對產(chǎn)品數(shù)量設(shè)置有上下限，也設(shè)置有上下限報(bào)警。本系統(tǒng)采用發(fā)光二極管報(bào)警兼單頻音報(bào)警電路。

超越上限報(bào)警采用紅光二極管和單頻音壓電式蜂鳴器，低于下限報(bào)警采用綠光二極管和單頻音壓電式蜂鳴器，兩種報(bào)警共用一個(gè)單頻音壓電式蜂鳴器，報(bào)警內(nèi)容由發(fā)光二極管的顏色來區(qū)分，蜂鳴器響起提示有越限報(bào)警，若同時(shí)紅光二極管亮則表示超越上限報(bào)警，若同時(shí)綠光二極管亮則表示低于下限報(bào)警。

3、軟件設(shè)計(jì)

一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)只有硬件是不能工作的，還必須配備各種功能的軟件才能正常工作，對于51系列單片機(jī)而言，目前有四種編程語言：匯編語言、BASIC語言、PL/M語言和C語言。匯編語言具有執(zhí)行效率高、速度快、與硬件結(jié)合緊密等優(yōu)點(diǎn)，尤其在進(jìn)行I/O口管理時(shí)，使用匯編語言更能顯示出其快捷、直觀的優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用匯編語言進(jìn)行編程。

在書寫程序過程中，先對程序進(jìn)行初始化，清除計(jì)數(shù)器，接著開始計(jì)數(shù)，把計(jì)數(shù)值送R0，把R0的計(jì)數(shù)值與設(shè)定好的上限和下限進(jìn)行比較，如果講數(shù)超過上限或者低于下限，都會進(jìn)行報(bào)警。

總結(jié)

通過本次設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可以正確計(jì)數(shù)，并且可以實(shí)現(xiàn)越限報(bào)警，可以用鍵盤按鍵來對上下限進(jìn)行設(shè)置，并且達(dá)到了一次按鍵執(zhí)行一次操作的要求，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)顯示的效果。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。