0、引言
目前現有的
帶式輸送機操作臺，其電流用電流表顯示，溫度用溫度巡檢儀顯示，帶式輸送機運行速度用帶速表顯示，拉線用對位表顯示，這樣造成接線復雜，而且成本又高。在生產現場，用戶往往要求能顯示設備的運行時間，采用這些簡單的儀表無法實現這種功能，如果采用觸摸屏，則需要增加電控系統的成本，而且對位表也只能顯示一個數字。為使設計的設備更具人性化，結合帶式輸送機電控系統實際及現場調試經驗，設計了帶式輸送機多功能顯示儀。該多功能顯示儀含有Modbus通信接口，可以很方便地實現與帶式輸送機電控系統通信，并與帶式輸送機電控系統操作臺面板上的指示燈相配合，實現各種信息的完全顯示，該顯示儀作為帶式輸送機的專用配套產品，在實際生產中，可以明確顯示拉線和跑偏位置；采用溫度巡檢儀，可循環顯示各路溫度值和設備名；一旦發生停車，可即時顯示停車的原因等。
1、硬件設計
1.1硬件結構組成
帶式輸送機多功能顯示儀硬件有鍵盤處理模塊，顯示模塊，4～20 mA采樣模塊，以及溫度采樣模塊4部分組成。
1)鍵盤處理模塊。負責實現參數設置，開關量輸入輸出處理，Modbus通信和CAN通信。其開關量包括對位輸入，輸送帶啟動輸入，打滑輸出，拉線輸出；Modbus通信負責傳輸帶式輸送機電控系統中電機電流，各設備的溫度，輸送帶速度，各種故障信息；CAN通信實現與其他功能模塊交換數據。硬件由RS485接口電路，開關量輸入電路及光電隔離電路，CAN通信接口電路，DSP最小系統，鍵盤電路，開關量輸出電路及繼電器隔離電路組成。
2)顯示模塊。主要接收CAN總線上數據，實現顯示儀中各參數的顯示，顯示當前時間，帶式輸送機運行時間。，帶式輸送機各驅動電機電流，拉線位置，跑偏位置，測得各路溫度循環顯示以及停車原因。硬件電路由液晶顯示電路，CAN通信接口電路，DSP最小系統組成。
3)4—20 mA采樣模塊。主要實現對電壓信號、電流信號及速度信號進行采集，并進行A/D轉換以及送到CAN總線上。硬件電路由信號采樣隔離電路，采樣調理電路，A/D接口電路和DSP最小系統組成。
4)溫度采樣模塊。主要實現對各路溫度信號采集，進行A/D轉換并送到CAN總線上。硬件電路由溫度采樣隔離電路，調理電路，A/D接口電路以及DSP最小系統組成。
1.2Modbus接口電路
要確保帶式輸送機電控系統采樣的信息能傳送到顯示儀實現顯示，穩定可靠的Modbus通信十分重要。通信模塊采用DSP的SCI口，可實現ModbusRTU協議聯網，實現與PLC、監控系統通信。RS-485接口模塊可見圖2，該模塊主要采用MAX488芯片實現RS485接口，它是平衡驅動器和差分接收器的組合接口，具有抗干擾能力強、傳輸速率高、傳送距離長的優點。
1.3 CAN通信接口電路
TMS320LF2407A芯片內置CAN控制器模塊，外圍電路只需連接收發器即可。CAN控制器模塊是一個16位的外設模塊，可完全支持CAN2. OB協議，有6個郵箱。當發送時出現錯誤或仲裁時丟失數據，CAN控制器有自動重發功能和總線錯誤診斷功能。本設計的CAN通信電路采用高速光電耦合器6N137接到收發器PCA82C250上，即可實現向上位機發送和接受數據的功能。CAN接口電路如圖3所示。
1.4時鐘電路
時鐘芯片選擇功能較強的SD2058，采用DSP的SPI口實現數據傳遞，晶振選用32 768 Hz，可實現年、月、日、時、分、秒等顯示，并有處理閏年等功能。硬件電路見圖4。
2、軟件設計
在CCS2000環境下，采用C語言編寫。整套設備主要包括鍵盤處理程序，開關量輸入輸出程序，顯示程序，CAN通信程序，Modbus通信程序，以及A/D采樣程序等組成。按各功能模塊來分析，鍵盤處理模塊包括Modbus通信程序，鍵盤處理程序，開關量輸入輸出程序，CAN通信程序。顯示模塊包括顯示程序，CAN通信程序。4- 20 mA采樣模塊和溫度采樣模塊均包括A/D采樣程序和CAN通信程序。各功能模塊通過CAN通信實現數據交換，其數據流方向如圖5所示。
2.1顯示模塊程序
顯示模塊負責對從鍵盤處理模塊傳輸的信號和各模擬量模塊采集的信號進行協調，如對位輸入、電流信號、溫度信號等，實現準確顯示。顯示器面板圖如圖6所示，它可以顯示當前時間、帶式輸送機運行時間、電機電流、拉線位置和跑偏位置、帶速、循環顯示各種設備的溫度，報告停車原因以及查詢歷史故障。面板上的所有指示燈可以進行相應的指示，鍵盤可進行參數設置。
2.2CAN通信程序
CAN通信采用CAN2. OB通信協議，各個功能模塊的CAN通信類似，主要實現接收發送到本站的信息，存到接收數組中，在主程序中對該組數據進行相應的處理，然后將主程序中需要發送到其他站的數據存到發送數組中。CAN通信中斷程序，進行發送和接收。圖7為CAN通信流程圖。
2.3Modbus通信程序
Modbus通信采用主從方式。主站首先調用通信處理程序生成Modbus協議幀，其中包含了從站地址、功能碼，從站執行該功能的相關參數及16位的CRC校驗，然后向總線發送請求幀，掛在總線上的顯示儀產生串口中斷，開始接收消息，消息接收完畢后，首先判斷從站地址是否與該顯示儀的地址相符，如不相符拋棄該消息返回主程序，否則進行CRC校驗，CRC校驗錯則生成錯誤碼返回，請求主站重發消息，若CRC校驗正確，則判斷此功能碼顯示儀是否支持，如果“是”，按功能碼即進入相應的處理程序。
串口中斷服務程序流程如圖8所示。首先判斷是接收還是發送中斷，如為發送中斷時，只需中斷標志和復位字節計數變量退出中斷。若為接收中斷，則接收消息幀處理程序主要完成對接收到的數據進行解析，與按照功能碼或根據錯誤類型轉去執行不同的處理程序。具體實現過程是將接收緩沖區內的Modbus消息幀進行地址比較、校驗消息幀，并根據接收到的功能碼組織回送消息幀。
3、結語
結合帶式輸送機電控系統實際使用以及現場調試經驗，在分析以往使用儀表的優缺點基礎上，設計了一種帶式輸送機多功能顯示儀。主要采用TMS320LF2407 DSP為主處理芯片，其內部12路10位A/D，具有采集信號路數多，速度信號精確到0.01 m/s，電流精確到0.1 A，溫度精確到0.1℃。該顯示儀完全滿足帶式輸送機顯示和保護要求，不僅可以直接引入拉線、打滑信號，實現拉線、打滑等信號顯示，而且具有易于擴展的特點。設備內部采用CAN通信，可以擴展更多的溫度采樣模塊和其他模擬量采樣模塊。
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