縫紉機(jī)生產(chǎn)線計(jì)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種縫紉機(jī)生產(chǎn)線計(jì)件系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)思想，該系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S51為控制中心，以光電開關(guān)為傳感器，可以檢測(cè)生產(chǎn)線上產(chǎn)品實(shí)際數(shù)量以及顯示時(shí)間、實(shí)際產(chǎn)量、計(jì)劃產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。實(shí)踐證明該系統(tǒng)可靠性好、操作方便、測(cè)試精度高，可廣泛應(yīng)用在家電、食品等生產(chǎn)領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：生產(chǎn)線；計(jì)件系統(tǒng)；AT89S5l；光電開關(guān)

   隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展，傳統(tǒng)人工統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的方法難以做到及時(shí)準(zhǔn)確，為了對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線上的零件或成品進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和統(tǒng)計(jì)，需要安裝必要的自動(dòng)檢測(cè)與計(jì)數(shù)裝置。一方面可實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品的數(shù)量等信息，另一方面可向計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為過(guò)程控制提供依據(jù)。
    本系統(tǒng)是為某縫紉機(jī)廠裝配線設(shè)計(jì)的，該廠目前共有20條縫紉機(jī)生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線都需要有計(jì)件系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)完成的功能包括實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量，能顯示時(shí)間、計(jì)劃產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，同時(shí)可在線設(shè)定參數(shù)，向主控室傳送數(shù)據(jù)。

1 硬件系統(tǒng)的組成
    系統(tǒng)采用AT89S51為主控制器，由鍵盤、信號(hào)檢測(cè)、看門狗、時(shí)鐘、顯示、通信等電路組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

    AT89S51是一個(gè)低功耗、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，其芯片內(nèi)含有4 kB的E2PROM，無(wú)需外擴(kuò)存儲(chǔ)器，電路簡(jiǎn)單可靠。本系統(tǒng)時(shí)鐘采用6 MHz，P0口為數(shù)據(jù)口，P1.0～P1.6接鍵盤電路，P2口用于地址控制，P3.3，P3.4和P3.5用于接信號(hào)檢測(cè)電路，P1.0接看門狗復(fù)位電路，為其提供周期輸入信號(hào)。
    信號(hào)檢測(cè)電路用于檢測(cè)生產(chǎn)線上產(chǎn)品的數(shù)量，當(dāng)生產(chǎn)線上有產(chǎn)品通過(guò)時(shí)，信號(hào)檢測(cè)電路給單片機(jī)提供相應(yīng)數(shù)量的脈沖信號(hào)，AT89S51利用片內(nèi)定時(shí)／計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。每正向通過(guò)1臺(tái)產(chǎn)品，計(jì)數(shù)器“加1”。顯示電路需顯示：當(dāng)前時(shí)間、計(jì)劃產(chǎn)量、實(shí)際產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，其中當(dāng)前時(shí)間信號(hào)由時(shí)鐘芯片DSl2887產(chǎn)生，實(shí)際產(chǎn)量為目前實(shí)際生產(chǎn)出的產(chǎn)品臺(tái)數(shù)即計(jì)數(shù)器當(dāng)前數(shù)據(jù)，計(jì)劃產(chǎn)量是當(dāng)天計(jì)劃總臺(tái)數(shù)由鍵盤輸入。系統(tǒng)采用串行通訊，單片機(jī)的TXD和RXD通過(guò)MAX485與上位機(jī)相連。
1．1 看門狗復(fù)位電路
    看門狗復(fù)位電路采用美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)控芯片DSl232。DSl232采用8腳DIP封裝，具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好地提高硬件的抗干擾能力。DSl232具有如下功能：微處理器掉電或電源電壓瞬變降低時(shí)可自動(dòng)復(fù)位微處理器；在微處理器失控狀態(tài)下可以停止和重新啟動(dòng)微處理器；精確的5％或10％電源供電監(jiān)視。在DSl232內(nèi)部集成有看門狗定時(shí)器，當(dāng)DSl232的周期輸入端ST端在設(shè)置的周期內(nèi)沒(méi)有有效信號(hào)到來(lái)時(shí)，DSl232的RST端將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。這一功能對(duì)于防止由于干擾等原因造成的微處理器死機(jī)是非常有效的。看門狗定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由DSl232的TD引腳確定。本系統(tǒng)中TD接地，定時(shí)器時(shí)間為150 ms。P1.0接DSl232，為其提供周期輸入信號(hào)。RST輸出信號(hào)反向后接單片機(jī)外部中斷INT0。
1．2 時(shí)鐘電路
    時(shí)鐘電路采用美國(guó)Dallas公司推出的8位并行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片DSl2887，其內(nèi)置一個(gè)鋰電池，斷電后能運(yùn)行10年以上而不丟失數(shù)據(jù)，具有計(jì)秒、分、時(shí)、日、月、年、星期信息，并有閏年補(bǔ)償功能。對(duì)于一天內(nèi)的時(shí)間記錄，有12小時(shí)制或24小時(shí)制兩種模式，該時(shí)鐘芯片具有Motorola和Intel兩種總線時(shí)序選擇方式，具有128 bit RAM，所有RAM單元都具有掉電保護(hù)功能，可用作非易失性RAM。AT89S5l與DSl-2887接口電路，如圖2所示。

1．3 鍵盤與顯示電路
    顯示電路由20個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管及其驅(qū)動(dòng)電路組成，其中計(jì)劃產(chǎn)量、實(shí)際產(chǎn)量各由4位數(shù)碼管顯示，當(dāng)前時(shí)間由12位數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管由帶鎖存功能的芯片CD4511驅(qū)動(dòng)。圖3為兩位數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路，CD4511的數(shù)據(jù)信號(hào)由單片機(jī)P0口數(shù)據(jù)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后得到，CD4511的片選信號(hào)由P2.0～P2.3經(jīng)4／16線譯碼器譯碼后得到。

    鍵盤電路的作用主要是確定系統(tǒng)的工作狀態(tài)及設(shè)定參數(shù)，工作狀態(tài)有兩種，一種是設(shè)定狀態(tài)，另一種是運(yùn)行狀態(tài)。在設(shè)定狀態(tài)下可通過(guò)鍵盤設(shè)定計(jì)劃產(chǎn)量，修正當(dāng)前時(shí)間等參數(shù)。運(yùn)行狀態(tài)下可對(duì)生產(chǎn)線產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)可在線修正實(shí)際產(chǎn)量。按鍵有：左移鍵、右移鍵、加一鍵、減一鍵、設(shè)定＼運(yùn)行鍵、暫停鍵等。鍵盤電路接單片機(jī)P1.0～P1.6，鍵盤電路中有阻容電路組成的消抖電路，用于消除按鍵的抖動(dòng)帶來(lái)的干擾。
1．4 信號(hào)檢測(cè)電路
    信號(hào)檢測(cè)電路是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，要檢測(cè)自動(dòng)生產(chǎn)線的零件或產(chǎn)品數(shù)量，可在生產(chǎn)線上的合適位置設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。檢測(cè)方式可采用接觸和非接觸兩種方式，但由于在大多情況下，產(chǎn)品在流水線上的位置難以確定，采用接觸式檢測(cè)方式會(huì)存在一定的困難，而采用非接觸式檢測(cè)方式更具優(yōu)越性。本系統(tǒng)中傳感器采用光電開關(guān)BR85-BP-ST7X／E。光電開關(guān)采用光電元件作為檢測(cè)元件，首先把被測(cè)物的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電檢測(cè)又有反射式與透射式兩種，本系統(tǒng)采用反射式。反射板式傳感器將發(fā)射器和接收器集成為一體，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。

    信號(hào)檢測(cè)電路如圖4所示，其任務(wù)是檢測(cè)生產(chǎn)線上通過(guò)產(chǎn)品的數(shù)量，IN0、IN1為光電開關(guān)輸出信號(hào)，低電平有效。電路把光電開關(guān)采集到的信號(hào)經(jīng)整形、濾波等處理后等送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在生產(chǎn)線上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有問(wèn)題的產(chǎn)品拉回重新檢驗(yàn)的情況，因此電路應(yīng)能判斷產(chǎn)品的運(yùn)行方向，凡正向通過(guò)1個(gè)產(chǎn)品，計(jì)數(shù)器“加1”，反向通過(guò)1個(gè)產(chǎn)品，計(jì)數(shù)器“減1”。為實(shí)現(xiàn)這一功能，在生產(chǎn)線上裝了兩個(gè)光電開關(guān)，根據(jù)有效信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)的順序來(lái)判斷產(chǎn)品的運(yùn)行方向。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件主要包括主程序、日期數(shù)據(jù)采集子程序、按鍵處理子程序、中斷子程序、顯示子程序和通信子程序等。主程序主要完成器件的初始化，并判斷有無(wú)按鍵按下、有無(wú)中斷請(qǐng)求，然后根據(jù)判斷的結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的子程序。中斷子程序用于計(jì)數(shù)以及特殊情況的處理。日期數(shù)據(jù)采集子程序完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理和保存，按鍵處理子程序完成參數(shù)的設(shè)置，而顯示子程序用于顯示各數(shù)據(jù)，通訊子程序完成與上位機(jī)的通信。主程序框圖，如圖5所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，包括修改信號(hào)檢測(cè)電路的濾波、延時(shí)以及軟件濾波參數(shù)；調(diào)整兩個(gè)光電開關(guān)之間的距離，以及傳感器的照射距離，避免誤操作；同時(shí)傳感器的安裝位置也進(jìn)行了反復(fù)的修正，避免較強(qiáng)的自然光或太陽(yáng)光的直射，以免降低靈敏度。表1是使用本裝置進(jìn)行了5次實(shí)物校驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此生產(chǎn)線計(jì)件系統(tǒng)計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語(yǔ)
    以AT9S51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器、以光電開關(guān)為傳感器的生產(chǎn)線計(jì)件系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，該裝置工作穩(wěn)定可靠，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)誤動(dòng)作，可廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)流水線等場(chǎng)合的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。