固定貨柜庫位狀態信息采集系統的設計

張金波

摘要：AVR單片機是一款高性能的單片機，本文對于固定的貨柜庫位狀態采集這一課題進行了探索分析，基于AVR為控制核心，開發了貨柜狀態實時采集與監控的系統。綜合來看，本系統包含了貨柜的庫位狀態采集、網絡數據傳輸、ModBus通信等組成部分，系統設計具備結構穩定、成本低廉、系統開發難度低等優勢，值得應用推廣。

關鍵詞：AVR;狀態檢測;ModBus通信

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0130-02

1 研究背景

伴隨著信息社會的高速發展，數據處理與信息傳遞間的高效和實時性越來越受到人們的重視。目前主流的針對貨柜庫位的信息采集技術，應用較為廣泛的是采取將多傳感器采集的模塊直接進行數據傳遞進單片機的形式。但伴隨著越來越大體量的數據采集與傳遞、存儲需求的日益增長，這種模式已越來越難適應檔案數據管理的需求。由此，設計一種結構穩定、成本低廉、系統開發難度低的固定貨柜庫位狀態信息采集系統則顯得迫在眉睫。

2 系統總體設計

在本系統中，針對密集文件柜的狀態采取紅外傳感器進行檢測，通過AVR單片機對文件柜狀態的采集后，以RS485總線傳輸對應數據，過程中對于某單一文件柜來說，當有檔案放置的時候，對應的LED狀態指示燈顯示為綠色，而沒有檔案放置的時候，對應的LED指示燈顯示為紅色。系統包含了貨柜的庫位狀態采集、網絡數據傳輸、ModBus通信等組成部分，系統設計具備結構穩定、成本低廉、系統開發難度低等優勢。

3 系統的硬件設計

3.1 最小系統板的設計

Atmega128單片機反應速度快，內部資源豐富，最高數速率達1MIPS/Mh，滿足系統的設計要求。

3.2 采集電路的設計

本系統的設計思路選用的是矩陣掃描電路采集，因此可以在僅進行16位輸入同16位輸出的狀態下（合計32個IO數據接口）即能實現針對256個狀態的數據采集工作。

3.3 光電隔離電路設計

實際工程應用過程中，各種干擾對系統的正常穩定運行影響較大，尤其是在醫院、工廠、學校附近，各類噪音等的干擾會導致系統所使用的單片機運行狀態難以穩定。針對此種情況，本系統設計通過32路IO輸入和輸出端口中全部采用光電耦合方式進行光電隔離，這一措施使得數據采集的準確性大為提升。此外，本系統設計中還將個s8550三極管增加進IO輸出端的光耦后，電路輸出端的驅動性也明顯得到了提升[1]。光電隔離電路圖1所示。

4 系統的軟件設計

4.1 單片機主程序設計

當AVR單片機在通電初始化結束后，將會跟進循環式完成對16行的掃描后，進入協議解析函數。然后在解析函數中會完成主機命令的解析、從機命令的回應、上傳采集數據等工作[2]。

4.2 ModBus通信協議

4.2.1 通訊協議

（1）通訊傳送方式：通訊傳送分為獨立的信息頭，和發送的編碼數據。初始結構=≥4字節的時間，地址碼=1字節，功能碼=1字節，數據區=N字節，錯誤校檢=16位CRC碼，結束結構=≥4字節的時間。（2）通訊規約：當通訊命令發送至儀器時，符合相應地址碼的設備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯，則執行相應的任務;然后把執行結果返送給發送者。

4.2.2 信息幀結構

地址碼：表1所示地址碼是信息幀的第一字節（8位），從0到255。每個從機都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機才能響應回送。

功能碼：主機發送的功能碼告訴從機執行什么任務。表2所示列出的功能碼都有具體的含義及操作。

5 結語

本文基于檔案館文件的實際管理經驗總結，對于固定的貨柜庫位狀態采集這一課題進行了探索分析，基于AVR為控制核心，開發了貨柜狀態實時采集與監控的系統，有效提升了文件查找過程中的工作效率，對于管理成本的控制效果也相對明顯。實際工程應用過程中，各種干擾對系統的正常穩定運行影響較大，尤其是在醫院、工廠、學校附近，各類噪音等的干擾會導致系統所使用的單片機運行狀態難以穩定。針對此種情況，本系統設計通過32路IO輸入和輸出端口中全部采用光電耦合方式進行光電隔離，這一措施使得數據采集的準確性大為提升。此外，本系統設計中還將個s8550三極管增加進IO輸出端的光耦后，電路輸出端的驅動性也明顯得到了提升。綜合來看，本系統包含了貨柜的庫位狀態采集、網絡數據傳輸、ModBus通信等組成部分，系統設計具備結構穩定、成本低廉、系統開發難度低等優勢，值得應用推廣。

參考文獻

[1]段曉曼.固定貨柜庫位狀態信息采集系統的設計[J].電子技術與軟件工程，2016，（5）：64.

[2]陳銀清.宏程序編程在數控加工中的應用研究[J].機床與液壓，2009，（5）：42-45.

Design of Information Acquisition System for Fixed Container Level Status

ZHANG Jin-bo

（Liaoyang Vocational College of Technology Department of Information Engineering， Liaoyang Liaoning? 111000）

Abstract：AVR microcontroller is a high-performance single-chip microcomputer， This paper explores and analyses the subject of collecting the status of fixed container warehouse， based on AVR as the control core， a real-time collecting and monitoring system of container status is developed. on the whole， the system includes container storage status acquisition， network data transmission， ModBus communication and other components， The system design has the advantages of stable structure， low cost and low difficulty in system development， which is worthy of application and promotion.

Key words：AVR; state detection; ModBus communication