固定貨柜庫(kù)位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張金波

摘要：AVR單片機(jī)是一款高性能的單片機(jī)，本文對(duì)于固定的貨柜庫(kù)位狀態(tài)采集這一課題進(jìn)行了探索分析，基于AVR為控制核心，開(kāi)發(fā)了貨柜狀態(tài)實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控的系統(tǒng)。綜合來(lái)看，本系統(tǒng)包含了貨柜的庫(kù)位狀態(tài)采集、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、ModBus通信等組成部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低廉、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度低等優(yōu)勢(shì)，值得應(yīng)用推廣。

關(guān)鍵詞：AVR;狀態(tài)檢測(cè);ModBus通信

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0130-02

1 研究背景

伴隨著信息社會(huì)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)處理與信息傳遞間的高效和實(shí)時(shí)性越來(lái)越受到人們的重視。目前主流的針對(duì)貨柜庫(kù)位的信息采集技術(shù)，應(yīng)用較為廣泛的是采取將多傳感器采集的模塊直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞進(jìn)單片機(jī)的形式。但伴隨著越來(lái)越大體量的數(shù)據(jù)采集與傳遞、存儲(chǔ)需求的日益增長(zhǎng)，這種模式已越來(lái)越難適應(yīng)檔案數(shù)據(jù)管理的需求。由此，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低廉、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度低的固定貨柜庫(kù)位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)則顯得迫在眉睫。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，針對(duì)密集文件柜的狀態(tài)采取紅外傳感器進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)AVR單片機(jī)對(duì)文件柜狀態(tài)的采集后，以RS485總線傳輸對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，過(guò)程中對(duì)于某單一文件柜來(lái)說(shuō)，當(dāng)有檔案放置的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的LED狀態(tài)指示燈顯示為綠色，而沒(méi)有檔案放置的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的LED指示燈顯示為紅色。系統(tǒng)包含了貨柜的庫(kù)位狀態(tài)采集、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、ModBus通信等組成部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低廉、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度低等優(yōu)勢(shì)。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 最小系統(tǒng)板的設(shè)計(jì)

Atmega128單片機(jī)反應(yīng)速度快，內(nèi)部資源豐富，最高數(shù)速率達(dá)1MIPS/Mh，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

3.2 采集電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路選用的是矩陣掃描電路采集，因此可以在僅進(jìn)行16位輸入同16位輸出的狀態(tài)下（合計(jì)32個(gè)IO數(shù)據(jù)接口）即能實(shí)現(xiàn)針對(duì)256個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集工作。

3.3 光電隔離電路設(shè)計(jì)

實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，各種干擾對(duì)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行影響較大，尤其是在醫(yī)院、工廠、學(xué)校附近，各類(lèi)噪音等的干擾會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)所使用的單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)難以穩(wěn)定。針對(duì)此種情況，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)32路IO輸入和輸出端口中全部采用光電耦合方式進(jìn)行光電隔離，這一措施使得數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性大為提升。此外，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還將個(gè)s8550三極管增加進(jìn)IO輸出端的光耦后，電路輸出端的驅(qū)動(dòng)性也明顯得到了提升[1]。光電隔離電路圖1所示。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)

當(dāng)AVR單片機(jī)在通電初始化結(jié)束后，將會(huì)跟進(jìn)循環(huán)式完成對(duì)16行的掃描后，進(jìn)入?yún)f(xié)議解析函數(shù)。然后在解析函數(shù)中會(huì)完成主機(jī)命令的解析、從機(jī)命令的回應(yīng)、上傳采集數(shù)據(jù)等工作[2]。

4.2 ModBus通信協(xié)議

4.2.1 通訊協(xié)議

（1）通訊傳送方式：通訊傳送分為獨(dú)立的信息頭，和發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)。初始結(jié)構(gòu)=≥4字節(jié)的時(shí)間，地址碼=1字節(jié)，功能碼=1字節(jié)，數(shù)據(jù)區(qū)=N字節(jié)，錯(cuò)誤校檢=16位CRC碼，結(jié)束結(jié)構(gòu)=≥4字節(jié)的時(shí)間。（2）通訊規(guī)約：當(dāng)通訊命令發(fā)送至儀器時(shí)，符合相應(yīng)地址碼的設(shè)備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒(méi)有出錯(cuò)，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù);然后把執(zhí)行結(jié)果返送給發(fā)送者。

4.2.2 信息幀結(jié)構(gòu)

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

功能碼：主機(jī)發(fā)送的功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)。表2所示列出的功能碼都有具體的含義及操作。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于檔案館文件的實(shí)際管理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)于固定的貨柜庫(kù)位狀態(tài)采集這一課題進(jìn)行了探索分析，基于AVR為控制核心，開(kāi)發(fā)了貨柜狀態(tài)實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控的系統(tǒng)，有效提升了文件查找過(guò)程中的工作效率，對(duì)于管理成本的控制效果也相對(duì)明顯。實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，各種干擾對(duì)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行影響較大，尤其是在醫(yī)院、工廠、學(xué)校附近，各類(lèi)噪音等的干擾會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)所使用的單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)難以穩(wěn)定。針對(duì)此種情況，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)32路IO輸入和輸出端口中全部采用光電耦合方式進(jìn)行光電隔離，這一措施使得數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性大為提升。此外，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還將個(gè)s8550三極管增加進(jìn)IO輸出端的光耦后，電路輸出端的驅(qū)動(dòng)性也明顯得到了提升。綜合來(lái)看，本系統(tǒng)包含了貨柜的庫(kù)位狀態(tài)采集、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、ModBus通信等組成部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低廉、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度低等優(yōu)勢(shì)，值得應(yīng)用推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]段曉曼.固定貨柜庫(kù)位狀態(tài)信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，（5）：64.

[2]陳銀清.宏程序編程在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究[J].機(jī)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