基于S7—1500的PROFINET通信方式的變頻調速系統設計

韓麗

摘要：文章利用西門子S7-1500的PLC，采用PROFINET的通信方式，控制變頻器輸出頻率的變化，變頻器采用G120_cu250s型號，利用WINCC觸屏設定異步電機轉數，經過PLC程序運算后，將運算后的數字量通過變頻器端口送到變頻器，進而控制調整電機轉數和觸屏設定轉數相同，達到調速的目的。

關鍵詞：PROFINET；WINCC觸屏；西門子S7-1500；變頻調速系統；通信方式；變頻器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM921 文章編號：1009-2374（2016）11-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.012

隨著科技的進步，人們對汽車的安全性提出了更多要求。現在很多國外著名汽車品牌已將防疲勞駕駛技術融入到汽車中，即采用圖像識別式，利用圖像傳感器捕捉駕駛員面部特征，判斷駕駛員疲勞程度。這種識別模式準確度較高，但價格也十分高昂。利用單片機作為最小系統的防疲勞駕系統具有性能穩定、價格低廉的優勢，同時傳感器具有靈敏、準確、迅速等優點，從而極大提高了防疲勞系統的安全性，因此，基于單片機的防疲勞駕駛系統具有很強的實用性。

1 系統基本結構

系統主要由控制模塊、輸入模塊、輸出模塊三部分組成。控制模塊由單片機STC12C5A60S2最小系統組成。其中輸入模塊安裝在方向盤上，主要包括角位移傳感器和壓力傳感器，用于采集方向盤角度及壓力數據的變化情況。顯示模塊采用LCD12864顯示器，主要用于設定和顯示駕駛時間和轉角時間。語音報警模塊采用ISD1820芯片。

當駕駛員正常駕駛機動車，系統不報警；當駕駛員處于疲勞狀態，雙手離開方向盤，超過設定的駕駛時間，符合報警條件，語音模塊播放報警音報警，顯示模塊LCD12864顯示當前系統進入報警狀態；當駕駛員處于疲勞狀態，雙手未離開方向盤，但方向盤轉角長時間未發生變化，符合報警條件，系統報警，語音模塊和顯示模塊進入報警狀態。

2 系統硬件設計

系統硬件由控制模塊、角位移傳感器、壓力傳感器、液晶顯示模塊和語音模塊組成。

控制模塊通過角位移傳感器和壓力傳感器采集方向盤轉角及壓力數據進行分析，當符合報警條件，語音模塊報警，顯示模塊顯示系統處于報警狀態。

2.1 控制模塊的設計

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/s，即25萬次/s），

針對電機控制，強干擾場合。

STC12C5A60S2單片機主要負責對輸入模塊發送的數據進行接收處理，并控制語音模塊和顯示模塊工作。

2.2 輸入模塊

2.2.1 角位移傳感器。角位移傳感器結構主要由導電塑料基體、電刷、隨動軸、殼體等組成。

角位移傳感器采用電阻分壓器的原理，在電阻導軌兩端連接一恒定直流電壓，通過電刷在導軌上的移動獲得輸出，輸出電壓與位移量成線性關系，其指標用線性度表示，數值越小，精度越高。

2.2.2 壓力傳感器。Force Sensing Resistor是著名Interlink Electronics公司生產的一款重量輕、體積小、感測精度高、超薄型的電阻式壓力傳感器。

壓力傳感器是將施加在FSR傳感器薄膜區域的壓力轉換成電阻值的變化，從而獲得壓力信息。壓力越大，電阻越低，其允許用在壓力0g～10kg的場合。本設計采用與壓力傳感器配套的電路模塊，將已知的電阻信號轉化為電壓信號。

2.3 輸出模塊

2.3.1 液晶顯示模塊。DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字（16×16點陣）、128個字符（8×16點陣）及64×256點陣顯示RAM（GDDRAM）。

第一行至第四行分別顯示課題名稱、駕駛時間及界限、轉角時間及界限、系統狀態和報警狀態。

2.3.2 語音模塊的設計。語音模塊采用ISD1820語音芯片，該芯片具有10s語音錄放、自然的語音還原等功能，可用單片機控制同時能直接驅動8歐0.5W小喇叭。按下REC鍵，開始錄音，松開按鍵停止錄音；按下RLAYE鍵，觸發模式放音，按一下就播放當前整段的語音。本系統采用STC12C5A60S2作為主控制芯片，只需ISD1820芯片通過SPI協議與主控芯片通信來達到播音

效果。

3 系統軟件的設計

程序開始先進行傳感器端口掃描。當方向盤存在壓力同時轉角發生變化，說明駕駛員處于正常駕駛狀態；當方向盤不存在壓力，說明駕駛員雙手離開方向盤，駕駛時間+1，當駕駛時間大于設定時間則進行報警處理；當方向盤存在壓力但轉角未發生變化，說明駕駛員處于疲勞狀態，轉角時間+1，當轉角時間大于設定時間將進行報警處理。

4 系統測試與分析

將硬件實物焊接后，經過對軟件的調試，系統能夠正常工作。液晶顯示模塊分別顯示駕駛時間、轉角時間與報警狀態。當符合報警條件，語音模塊發出報警音，提示駕駛員已處于疲勞狀態。

5 結語

本系統具有適用性強、技術成本低、系統穩定等優點，能夠達到防疲勞駕駛的目的，為防疲勞駕駛系統的進步提供一種新思路。

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（責任編輯：黃銀芳）