PLC串口及紅外控制裝置設(shè)計 doc

1、PLC串口及紅外控制裝置設(shè)計 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,作為人機接口。本文主要介紹一款基于新華龍單片機開發(fā)的RS232接口裝置，可以連接PLC作為人機界面，該裝置還配有紅外接收功能，可實現(xiàn)一定距離無線遙控PLC。 關(guān)鍵詞：新華龍單片機，人機接口，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的主要人機接口設(shè)備，具有外觀簡潔，可靠性高，功能強大，用戶界面友好，程序二次開發(fā)簡單等優(yōu)點，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，控制空間小的場合，就較難實現(xiàn)。基于單片機開發(fā)的PLC串口裝置，憑借單片機優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理能力和低廉的價格有著一定的應用范圍。 本文通過運

3、用新華龍的C8051F33X系列的單片機開發(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-可接受紅外信號源； 電源燈-接上電源后點亮； 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)生時連續(xù)報警； 復位按鈕-可復位單片機； 故障清除鍵-清除故障代碼； 模式選擇鍵-可切換自動，手動，檢修模式； 正，反轉(zhuǎn)鍵-在手動和檢修模式時，可點動控制對應控制號的電機正反轉(zhuǎn)； 0-9-輸入最

4、多兩位數(shù)的控制號； 確定鍵-確定并發(fā)送信號鍵； 刪除鍵-刪除所顯示的控制號； 控制號LED顯示燈-顯示兩位控制號； 故障代碼LED顯示燈-顯示兩位故障代碼； 自動、手動和檢修燈-顯示當前控制模式； 預留燈-預留； 2.1 面板控制原理 該面板可以運用于皮帶運輸系統(tǒng)、自動車庫系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等作為操作面板。用戶可以根據(jù)需要切換各種模式。在自動模式時，可通過按鈕選擇控制號（控制號可以理解為控制電機號），并按確定鍵將信號發(fā)送給PLC; 在手動和檢修模式時，選擇控制號并按下確定鍵后，可通過正反轉(zhuǎn)按鈕點動控制相應控制號的電機正反轉(zhuǎn)。PLC定時發(fā)送信號給控制面板，為用戶提供各種信息，當有故障發(fā)生時，故障蜂鳴

5、器報警并顯示故障代碼，待故障排除后，通過清除故障鍵清除故障代碼。 在自動模式下，可通過紅外發(fā)生器（本次設(shè)計沒有自行研發(fā)紅外發(fā)生器，而是采用標準的電視遙控器作為紅外發(fā)生器。）發(fā)射紅外信號來選擇控制號，控制面板上的控制號LED燈會跟隨變化，按確定鍵（可自定義遙控器上的一個鍵為確定鍵）發(fā)送給PLC控制器。 2.2 通訊信號說明 本次設(shè)計中的通訊信號涉及兩種信號：單片機與PLC的通訊信號和紅外發(fā)射器（這里為電視遙控器）與單片機的通訊信號 單片機與PLC的通訊信號是雙向的，分發(fā)送和接受信號。發(fā)送信號有兩個字節(jié)。前8位包含控制模式、正反轉(zhuǎn)和清除故障信號的信息，后8位包含控制號的信息；接受信號也是兩個字節(jié)，

6、前8位包含控制模式及控制號反饋信息，后8位包含故障代碼信息。 紅外發(fā)射器與單片機的信號為單向信號，只有發(fā)送信號。標準的紅外線發(fā)送信號為32位二進制碼，即兩個字。第一個字為用戶識別碼（能區(qū)別不同設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾），第二個字為用戶信息碼。并且每一個字的第一個字節(jié)和第二個字節(jié)互為反碼。在按下電視遙控器按鍵后，其發(fā)射頭會連續(xù)周期性地發(fā)出32位二進制碼的信號。 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)計采用的芯片為新華龍的C8051330D單片機,并采用周立功單片機發(fā)展有限公司的ZLG7289B數(shù)碼管顯示驅(qū)動及鍵盤掃描管理芯片。 圖2-3 單片機的時鐘脈

7、沖由外部晶震提供，為12MHz,如圖2-3。單片機的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總線時鐘信號）,P0.7（鍵盤輸入中斷信號）與數(shù)碼管顯示驅(qū)動及鍵盤掃描管理芯片ZLG7289B實現(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，兩個接頭為電源5V直流電壓街頭，另一個接頭為信號接頭與I/O口P0.7連接。單片機通過PCA計數(shù)/計時器捕捉電平信號。 圖2-5

8、圖2-6 2.4 PCB面板實物圖 圖2-6為PCB控制面板實物，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，需配有+15V直流電壓，面板需被固定起來，切誤拿在手上防止其電路短路。 3控制程序軟件設(shè)計 新華龍C8051F33X系列的單片機可通過JTAG口連接PC打印機口直接下載程序。U-EC5仿真器可接入JTAG口提供在線模擬仿真。美國Keil Software研發(fā)的KEIL uvision3是最新的51系列兼容單片機C語言軟件開發(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，對其他功能邏輯不做過多講解。 3.1 串口數(shù)據(jù)處理程序 C8051330D單片機芯片的UART0是一個異步、全雙工串口，UART0具有增強的波特率發(fā)生器電路，有多個時鐘源可用于產(chǎn)生標準波特率,本次設(shè)計我們采用的波特率為9600。 UART提供兩種方式的標準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，每個數(shù)據(jù)字節(jié)共使用 10 位：一個起始位、8 個數(shù)據(jù)位（LSB 在先） 和一個停止位。數(shù)據(jù)從 TX0 引腳發(fā)送，在 RX0 引腳接收。在接收時，8 個數(shù)據(jù)位存入 SBUF0， 停止位進入 RB80（SCON0

10、.2）。當軟件向SBUF0寄存器寫入一個字節(jié)時開始數(shù)據(jù)發(fā)送。在發(fā)送結(jié)束時（停止位開始）發(fā)送中斷標志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標志被置位。如果這些條件不滿足，則不裝入SBUF0和RB80，RI0標志也不會被置1。如果中斷被

11、允許，在TI0或RI0置位時將產(chǎn)生一個中斷。 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) /當一個字節(jié)發(fā)送成功后，TI0被置位 TI0=0; /復位TI0 if(sendtime=first) /發(fā)送數(shù)據(jù)一共有兩個字節(jié)，如果發(fā)送了第一個字節(jié)，需再發(fā)送第二個字節(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)傳送過來時，RI0置位 RI0=0; /復位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) /傳送一共有兩個字節(jié)，判斷當前傳送的數(shù)據(jù)是不是第一個字節(jié) readdata0=DATA; receivetime=second; /為接受第二個字節(jié)做準備 if(receivetime=second) /接收第二個字節(jié) if(DATA&0x80)=0x80) /判斷當前傳送的數(shù)據(jù)是不是第二個字節(jié) readdata1=DATA; receivetime=first; /為下次接收第一個字節(jié)做準備 display_errornumber(); /顯示故障代碼 3.2 紅外線信號處理程序 標準的遙控編碼采用脈寬調(diào)制的串行碼，本次設(shè)計使用的紅外發(fā)生器

13、是一個萬能電視遙控器，通過示波器測試，得到如下的特征屬性，如圖3-1,以脈寬為0.56ms，間隔為1.125ms的脈寬信號為0；以脈寬為0.56ms,間隔為2.25ms的為1。一個完整的信號為32位二進制碼，當按下按鈕后，連續(xù)周期性發(fā)出同一種32位二進制碼。 圖3-1 通過紅外接收頭單片機接收信號， 當I/O口P0.7捕捉第一個電平信號時，PCA計時器捕捉該電平的脈寬，并觸發(fā)CCF0傳入中斷程序，根據(jù)脈寬長度來判斷輸入的位是0或者1，并清除中斷標志CCF0準備接收下一個位。直到接收完32位編碼后，再根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)判斷控制號并通過LED 燈顯示出來，如果接收的信號是確定信號，則將控制

14、號傳送給PLC.具體程序如下： *紅外線信號中斷程序* 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度 if(red_time>15000) /32位編碼信號接收完成后 redl=(unsigned cha r)redVALUE&0xff; /讀取第一個字節(jié)

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

16、則開始判斷接收信號 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)送中斷標志位。為發(fā)送數(shù)據(jù)做準備 sendtime=first；/為發(fā)送數(shù)據(jù)做準備 SBUF0=control_num; /發(fā)送數(shù)據(jù) break; i+; /循環(huán)改變個位，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，當有接受到紅外信號時，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定時發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機以顯示故障及其他信息，當有信號從PLC發(fā)出時，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(); /刷新控制號顯示 if(key_pressed != 0) /有鍵按下時 key_process(key_value); /轉(zhuǎn)入按鍵處理程序 *?。簁ey_process()：這個函數(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，點動控制功能程序等等。本節(jié)主要是為了向讀者闡述如何實現(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PCB控制面板的功能，需要編寫PLC上位機程序調(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)，一個起始位，一個停止位，