基于飛思卡爾單片機生產線多功能顯示板系統設計

劉 杰，梅建偉，文元雄

（湖北汽車工業學院 電氣與信息工程學院 湖北 十堰 442002）

基于飛思卡爾單片機生產線多功能顯示板系統設計

劉 杰，梅建偉，文元雄

（湖北汽車工業學院 電氣與信息工程學院 湖北 十堰 442002）

為提高汽車生產流水線生產效率，需要對現有的汽車生產線PLC控制系統進行改造，在指定工位顯示加工時間，并提供聲控報警等功能。文中設計了一種基于單片機的控制系統，詳細介紹了系統的功能、具體結構以及應用場合。本系統滿足現場生產需求，功能豐富，現場運行情況良好。

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，汽車的生產技術也在不斷改進。為滿足市場不斷變化的需求，對已經投產的汽車生產線需要不斷進行技術改造，使之適應市場的需求。在生產現場通過加裝時間顯示終端，可以方便現場工人生產，并為技術人員改進生產工藝提供數據支撐，提高整個系統的生產效率。

2 總體功能

時間顯示終端系統主要實現在汽車生產流水線固定工位顯示加工時間，為現場工人提供加工計時功能，提高現場的生產效率，進一步優化生產管理系統。本系統可以通過與流水線PLC控制系統通信，獲取該工位設定加工時間，并實現數據掉電存儲，通過采集生產線上待加工車輛的位置信息，判斷加工開始時間，在數碼管顯示加工計時時間信息，在離結束還剩下5S時，驅動工位的報警信息模塊，提醒工人加快工作進度。加工結束后自動記錄當班加工數量。

2.1 系統啟停控制

系統通過檢測啟動按鍵信號控制計時系統的運行，通過檢測停止按鍵判斷加工結束，同時該啟動按鍵、停止按鍵與現場控制PLC系統相連，方便PLC系統獲取顯示控制器的工作狀態。

2.2 顯示加工時間與數量

系統運行后，在檢測到開始計時信號，系統自動開始計時，并在在數碼管上連續顯示計時時間，在即將超過設定計時時間時，數碼管以2Hz頻率閃爍，提示工作人員時間即將結束。

加工結束后滾動顯示當班已經生產的產品數量以及當班加工計劃，有助于生產人員與管理人員了解計劃完成情況，及時調整生產計劃。

2.3 正反計數功能

根據使用的場所不一樣，可以選擇正計數或者反計數。選擇正計數時，系統自動從0開始向上計時，即將達到設定時間時開始報警；選擇減計數時，系統從設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

生產現場使用的PLC型號繁多，品牌不一，為與現場已經使用的PLC系統兼容，設計有通過四個IO口進行模擬通信。這四個IO口分成兩組，一組用作數據輸入，另一組用作數據輸出。每組中分別有時鐘信號線和數據線，在時鐘信號線出現上升沿時，系統讀取數據信號狀態，每次連續發送32個頻率為10Hz的時鐘脈沖，一次可以傳送4個字節。

2.5 與上位機系統通信功能

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

2.6 設定顯示終端地址功能

由于現場需要安裝較多的顯示終端，為節約控制端資源，方便生產系統管理，本系統通過8位的撥碼開關設置顯示終端的地址號，在每次上電后在數碼管上顯示自身的ID號。

3 系統硬件設計

本系統主要功能均通過飛思卡爾DZ60單片機實現，該單片機功能強大，可靠性高[1]。本系統主要由數據顯示、485通信、232通信、輸入/輸出IO檢測、時鐘等部分構成，通過DZ60單片機驅動3個5寸共陽極數碼管用于數據顯示。

3.1 時鐘模塊

為保證系統計時準確，減少單片機定時器中斷計數帶來的累積誤差，并能為現場提供準確時間信息，系統中使用PCF8563時鐘芯片設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

由于本系統用于汽車生產線，現場工作環境復雜，輸入輸出距離不確定，為提高系統的穩定性和可靠性，輸入輸出均采用光耦隔離的方式可以有效的防止IO口誤觸發和誤動作。

3.3 數碼管顯示模塊

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

3.4 通信模塊

為增強本系統的適應性，結合現場情況設計有485通信和232通信。通信部分均設計有隔離保護電路，有效防止外部總線上發送的故障干擾本系統的正常工作。

3.5 數碼管亮度調整模塊

通過調節電位器控制單片機輸出PWM占空比，調節數碼管供電電源電壓，可以調節數碼管顯示亮度。系統同時檢測數碼管電源電壓，與設定的安全電壓閾值經行比較，防止電壓過高導致數碼管工作不正常。數碼管每一段均設置的有限流電阻可以防止數碼管過流燒毀，提高使用壽命。

3.6 報警信息模塊

由于使用現場噪聲較大，本系統設計有專用報警蜂鳴器，根據現場情況還以外接工業專用報警裝置。蜂鳴器輸出頻率可以通過上位機進行設定，系統還可以輸出預先設定的音樂，增強系統的實用性。

4 系統程序設計

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

系統上位機系統可以與指定終端進行通信，能實時顯示當前的計數值以及加工狀態，方便現場管理。上位機直接使用VB軟件開發，VB編程簡單，界面友好，性能穩定可靠[4]。

5 結語

本系統功能豐富，適應性好，性能穩定，在生產線得到了廣泛使用，能滿足不同客戶的需求，為生產工藝優化和生產節拍的調整提供依據，促進了現場的精細化管理

[1]張躍常，戴衛恒．Fressscale系列單片機常用模塊與綜合系統設計實例精講[M]．北京：電子工業出版社，2010．

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

[3]張南賓，劉小平．大尺寸數碼管的設計與制作[J]．數字技術與應用，2013，(11)：118-119．

[4]李朝青．PC機及單片機數據通信技術[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2000．

F426 【文獻標識碼】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，學士，從事電力電子及智能控制技術研究。