大型商場客流量統(tǒng)計系統(tǒng)設計.doc

安徽理工大學畢業(yè)設計本科畢業(yè)設計說明書大型商場客流量統(tǒng)計預警系統(tǒng)設計LARGE MALL TRAFFIC STATISTICAL WARNING SYSTEM DESIGN學院（部）： 機械工程學院 專業(yè)班級： 測控07-1 學生姓名： 李奎 指導教師： 陳國凡講師 2011年 6月 5日26大型商場客流量統(tǒng)計預警系統(tǒng)設計摘要在工業(yè)自動化領域，可編程控制器作為自動控制的重要組成部分，已成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設備基礎。設計商場客流量統(tǒng)計系統(tǒng)旨在解決統(tǒng)計商場客流的任務。本設計通過分析商場客流的特點，制定了基于PLC的客流量統(tǒng)計系統(tǒng)的設計方案，詳細闡述了主要包括PLC、語音芯片、液晶顯示器等元器件的工作方式、執(zhí)行過程等內(nèi)容，完成了控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計，實現(xiàn)了統(tǒng)計商場客流的任務。商場客流量的統(tǒng)計能幫助商場管理人員更合理地經(jīng)營，做好預防意外事故的準備，具有很大的應用價值。關鍵詞：可編程控制器，客流量，控制系統(tǒng)，硬件和軟件設計LARGE MALL TRAFFIC STATISTICAL WARNING SYSTEM DESIGNABSTRACTIn the industrial automation domain, the programmable controller took the automatic control the important constituent, has become the majority automated system the equipment foundation.Designs the market passenger capacity statistics system to be for the purpose of solving counts the market passenger flow the duty.This design through analyzes the market passenger flow the characteristic, has formulated based on the PLC passenger capacity statistics system design proposal, elaborated in detail mainly includes PLC, pronunciation chip, liquid-crystal display and so on contents and so on primary device workings, implementation, has completed the control system hardware and the software design, realized has counted the market passenger flow the duty.The market passenger capacity statistics can help the market administrative personnel to manage reasonably, prepare for the prevention accident, has the very big application value.KEYWARDS：Programmable controller, passenger capacity, control system, hardware and software design目錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1引言11.2客流量統(tǒng)計的意義11.3本設計所要實現(xiàn)的功能21.4系統(tǒng)設計的總體要求22系統(tǒng)設計方案的論證及比較22.1 PLC的選擇22.2語音芯片的選擇42.3顯示模塊的選擇53系統(tǒng)硬件設計53.1系統(tǒng)硬件框圖63.2 激光檢測電路63.2.1 激光傳感器63.2.2 激光檢測電路63.3 WT588D語音播報電路73.3.1 WT588D語音芯片73.3.2 語音播報電路93.4液晶顯示電路103.4.1液晶顯示模塊的硬件結(jié)構103.4.2液晶顯示模塊的控制方式123.4.3 液晶顯示模塊與PLC的硬件接口電路133.4.4 PLC的軟件設計143.5 PLC控制中心143.5.1 PLC的程序執(zhí)行過程143.5.2 PLC的I/O分配173.5.3 PLC的I/O響應時間173.5.4 PLC使用的注意事項184 系統(tǒng)軟件設計194.1 總體流程設計194.2系統(tǒng)軟件程序說明194.3設計相關程序20總結(jié)24參考文獻25致謝261緒論1.1引言目前絕大數(shù)商場都采用傳統(tǒng)的進出口系統(tǒng)或者根本沒有，并且關于顧客在某個季節(jié)對某些商品的喜好與需求沒有一個科學合理的統(tǒng)計調(diào)查，造成一些商品銷售庫存、另一些商品銷售短缺的尷尬局面，商場客源減少卻沒有及時了解，不利于商場的最佳運營。但如果專門安排人員去調(diào)研這方面，不僅浪費資源、影響耽誤顧客購物，而且得出的結(jié)果不一定準確。鑒于此，設計一個自動檢測商場進入顧客的總?cè)藬?shù)，現(xiàn)在還有多少人在商場內(nèi)，對顧客進入商場購物表示歡迎的科學系統(tǒng)是很有利用價值的，其中檢測可以采用激光傳感器。激光按能量分累，用于此處的傳感器應屬于第類激光，是無公害激光。因采用能量不高的激光，對人的身體不會造成傷害，可以放心的使用商場進出口處作檢測用?？土髁繉τ谝蕾囉诳土髁苛康漠a(chǎn)業(yè)來說意義重大。對于零售業(yè)來說，顧客是貨幣的攜帶者，又是商品的潛在購買者，研究流量規(guī)律，可以增加銷售機會，將觀看者轉(zhuǎn)變?yōu)橘徫镎撸?最大限度地挖掘商場的銷售潛力，增加利潤。客流量是重要的衡量工具，通過這一準確的量化的數(shù)據(jù)， 不但可以獲得商場、購物中心、博物館或者飛機場完整的正在運行的狀況，而且還可以利用這些高精度的數(shù)據(jù)，進行有效的組織運營工作！1.2客流量統(tǒng)計的意義市場規(guī)律的最大主導者便商品購買者-客流量，如何科學、有效地對客流量進行時間、空間上分析，并快速及時做出經(jīng)營決策成為商業(yè)、零售業(yè)營銷模式至關重要的作用，提高商場競爭力。 通過統(tǒng)計商場各出入口的客流量，可以了解出入口設置的合理性； 通過統(tǒng)計出入口客流量進出的方向，可以了解出入口布局設置的合理性； 通過統(tǒng)計主要樓層客流量狀態(tài)，從而進行店面的合理分布； 通過統(tǒng)計比較不同時期客流量，可以評估營銷、促銷策略的合理性； 根據(jù)客流量變化，更有效分配物業(yè)管理、維護人員及安防人員 ； 根據(jù)商場內(nèi)滯留顧客的數(shù)量合理進行電力、人力資源調(diào)整，控制商場運做成本； 通過客流量人群購買率，提高營銷和促銷的效率； 計算客流量人群的平均消費能力； 評估和優(yōu)化宣傳廣告和促銷預算； 根據(jù)來訪顧客數(shù)量的多少來決定回饋顧客資金的使用； 可以知道什么時間是開關店的最佳時間。1.3本設計所要實現(xiàn)的功能1、設計雙路激光傳感器檢測電路，分別監(jiān)測進入、走出商場的顧客；2、再設計出PLC控制電路，用來接收信號、計數(shù)處理和發(fā)出指令；3、最后設計出語音播報（帶穩(wěn)壓的）電路，接收PLC指令，對進出商場的顧客表示問候。1.4系統(tǒng)設計的總體要求1、采用激光傳感器采集商場內(nèi)人員的流動情況；2、能夠統(tǒng)計進入商場的人數(shù)，顯示當前商場顧客總?cè)藬?shù)，統(tǒng)計的數(shù)字由液晶顯示模塊顯示出來；3、當顧客進入商場時，語音播報“歡迎光臨！”；4、當顧客離開商場時，語音播報“謝謝光顧”之類的語音。系統(tǒng)邏輯框圖如圖1-1所示： PLC主控液晶顯示模塊語音播報模塊出口檢測模塊進口檢測模塊圖1-1 系統(tǒng)邏輯框圖2系統(tǒng)設計方案的論證及比較2.1 PLC的選擇FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。1、控制規(guī)模：16256點（基本單元：16/32/48/64/80/128點）2、特點：（1）、集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。對6種基本單元，可以以最小8點為單元連接輸入輸出擴展設備，最大可以擴展輸入輸出256點。（2）、高速運算基本指令：0.08s/指令；應用指令:1.52數(shù)100s/指令。（3）、安心、寬裕的存儲器規(guī)格內(nèi)置8000步RAM存貯器，安裝存儲盒后，最大可以擴展到16000步。（4）、豐富的軟元件范圍輔助繼電器：3072點，定時器：256點，計數(shù)器：235點，數(shù)據(jù)寄存器：8000點。（5）、除了具有輸入輸出16256點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。（6）、面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格。3、為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能：（1）、開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬I/O，高速計數(shù)器。（2）、定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。（3）、對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。4、網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信：連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡 CC-Link，Profibus-Dp和Device Net或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡解決用戶的通信需要。5、其它功能：（1）、內(nèi)置式24V直流電源24V、400mA直流電源可用于外圍設備，如傳感器或其它元件。（2）、快速斷開端子塊因為采用了優(yōu)良的可維護性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。（3）、時鐘功能和小時表功能在所有的FX2NPLC中都有實時時鐘標準。時間設置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。（4）、持續(xù)掃描功能為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期。（5）、輸入濾波器調(diào)節(jié)功能可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中x000到x017）。（6）、注解記錄功能元件注解可以記錄在程序寄存器中。（7）、在線程序編輯在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。（8）、RUN/STOP 開關面板上運行/停止開關易于操作。（9）、遠程維護遠處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)。（10）、密碼保護使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序。根據(jù)設計要求，本設計選擇型號為FX2N-32MR的三菱FX2N系列PLC，16繼電器輸出，交流供電 。其結(jié)構框圖如圖2-1所示。中央處理器CPU電源系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器輸入電路編程器輸出電路圖2-1 PLC結(jié)構框圖2.2語音芯片的選擇WT588D系列語音芯片是中國廣州唯創(chuàng)科技有限公司中國臺灣華邦共同研發(fā)出來的集單片機與語音電路與一體的可編輯語音芯片。可控制的語音地址位能達到220個，每個地址位里能加載可組合語音為128段，總共28160段語音，足以應對商場的巨大客流量。其特點：1、支持2M32M的SPI-Flash內(nèi)存，播放時長較大；2、內(nèi)嵌DSP高速音頻處理器，處理速度快；3、內(nèi)置13Bit/DA轉(zhuǎn)換器，以及12Bit/PWM輸出，音質(zhì)好；4、可通過專業(yè)上位機操作軟件，隨意組合語音；5、USB下載方式，支持在線下載/脫機下載，即便在WT588D通電的情況下，也一樣可以正常下載數(shù)據(jù)到SPI-Flash；6、抗干擾能力強，可用于公共或者工業(yè)場合。由于本系統(tǒng)要求很多的語音段、高速處理和抗干擾能力強等要求，所以選擇WT588D作為語音播報的主控芯片。2.3顯示模塊的選擇方案一：VLCM12864液晶顯示模塊具有可視化編程圖形界面、采用串行控制、內(nèi)含GB2312 1616點陣國標一級、二級簡體字庫及64KB自造圖庫。采用臺灣EDT公司的藍膜負顯EW32F10BCW，具有12864的點陣分辨率和CCFT背光源。字庫中的漢字可以顯示在液晶屏的任意位置。具有標準的RS232串行通信口，通過電平轉(zhuǎn)換接口電路可方便地與PLC連接。方案二：點陣顯示是由八行八列的發(fā)光二極管集成在一塊電路上組成，主要用來顯示漢字，同時也能顯示數(shù)字和少量圖像,但它的焊接比較麻煩,價格高，鑒于所設計的題目要求它不切實際。所以排除此方案。方案三：LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，電路容易理解且驅(qū)動的程序簡單，多片七段譯碼器驅(qū)動顯示，這不僅增加了成本，還需要占用多個I/O口，也給電路的焊接帶來一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊。方案四：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，價格低廉，不僅減少了對I/O口的浪費，而且能夠同時驅(qū)動多個數(shù)碼管。其驅(qū)動程序容易編寫和理解。當顯示內(nèi)容不太多，可以排除。經(jīng)過四種方案的比較以及本系統(tǒng)實際，由于該系統(tǒng)需要顯示兩個內(nèi)容，上述的VLCM12864液晶顯示模塊比較妥善，所以本設計選擇VLCM12864作為所需要的液晶顯示模塊。3系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)以PLC為控制核心，以及外圍供電電路，激光檢測信號經(jīng)過檢測電路將信號傳送到控制中心PLC，MAX232構成電平轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)PLC和液晶顯示器的通信，用AMS1117穩(wěn)壓模塊對WT588D語音芯片構成的語音播報電路進行穩(wěn)壓。PLC接受指令后進行判斷，給語音播報模塊發(fā)出相應的語音指令，同時液晶顯示器顯示進入商場的人數(shù)。3.1系統(tǒng)硬件框圖 本部分主要包括PLC控制中心、供電電路、激光檢測電路、語音播報模塊、穩(wěn)壓電路模塊、轉(zhuǎn)換電路模塊和液晶顯示模塊。系統(tǒng)硬件框圖如圖3-1所示：PLC控制中心激光檢測電路語音播報模塊穩(wěn)壓模塊電路液晶顯示模塊供電電路電平轉(zhuǎn)換接口電路圖3-1 系統(tǒng)硬件框圖3.2 激光檢測電路3.2.1 激光傳感器激光具有4個重要特性:高方向性（即高定向性，光速發(fā)散角?。す馐趲坠锿獾臄U展范圍不過幾厘米；高單色性，激光的頻率寬度比普通光小10倍以上；高亮度，利用激光束會聚最高可產(chǎn)生達幾百萬度的溫度；高能量密度，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大，因為它的作用范圍很小，一般只有一個點，在短時間里能聚集起大量的能量。本設計選用的是第類激光產(chǎn)品沒有生物性危害。任何可能看見的光束都是被屏蔽的，且在激光暴露時激光系統(tǒng)是互鎖的。所以，不會對人體造成任何傷害。 激光傳感器工作時，先由激光二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間，即可測定目標距離。傳輸時間激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。3.2.2 激光檢測電路激光檢測電路由接進出口激光傳感器的3孔排座2個、10k電阻2個、1k電阻兩個、LED指示燈2個及信號輸出2孔排座1個等元器件組成。如圖3-2所示。其中J1、J2分別連接商場進出口激光傳感器，J3連接到PLC控制中心。VCC為+5V直流電源。圖3-2 激光檢測電路3.3 WT588D語音播報電路3.3.1 WT588D語音芯片WT588D是一款具有單片機內(nèi)核的語音芯片，因此，可以冠名為WT588D系列語音單片機。WT588D系列語音單片機是廣州唯創(chuàng)科技有限公司聯(lián)合臺灣華邦共同研發(fā)出來的集單片機和語音電路于一體的可編輯語音芯片。功能多音質(zhì)好應用范圍廣性能穩(wěn)定是WT588D系列語音單片機的特長，彌補了以往各類語音芯片應用領域狹小的缺陷，MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、開口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制I/O口擴展輸出模式，讓應用人員能將產(chǎn)品投放在幾乎可以想象得到的場所。作為一款以語音為基礎的芯片，對音質(zhì)的追求當然也是精益求精的，完全支持6K22KHz采樣率的音頻加載，芯片的獨到之處便是將加載的音頻音質(zhì)幾乎完整無損的展現(xiàn)出來。WT588D系列語音單片機能通過配套軟件WT588D VoiceChip輕而易舉的做到語音組合播放、插入完美的陶冶靜音。靜音的時長控制得絕無絲毫諢差，可控制的語音地址位能達到220個，每個地址位里能加載可組合語音為128段語音。WT588D系列語音單片機模塊內(nèi)置SPI-FLASH存儲器，WT588D系列語音單片機芯片可根據(jù)實際用法外置SPI-FLASH存儲器，眾多的控制模式、語音組合只需更換SPI-FLASH的內(nèi)容，即可完全實現(xiàn)操作方式的切換。WT588D系列語音單片機支持SPI-FLASH內(nèi)容在線下載，這是一個應用人員不可或缺的優(yōu)勢！WT588D語音芯片具有以下特點： 模塊封裝（帶FLASH存儲器及外圍電路）有DIP16、DIP28，芯片封裝有DIP18、SSOP20和LQFP32形式； 根據(jù)外掛或者內(nèi)置SPI-Flash的不同，播放時長也不同，支持2M32Mbit的SPI-Flash存儲器； 內(nèi)嵌DSP高速音頻處理器，處理速度快； 內(nèi)置13Bit/DA轉(zhuǎn)換器，以及12Bit/PWM輸出，音質(zhì)好； PWM輸出可直接推勱0.5W/8揚聲器，推挽電流充沛； 支持DAC/PWM兩種輸出方式； 支持加載WAV音頻格式； 可通過與業(yè)上位機操作軟件，隨意組合語音，可插入靜音，插入的靜音不占用內(nèi)存的容量，一個已加載詫音可重復調(diào)用到多個地址； USB下載方式，支持在線下載/脫機下載；即便是在WT588D詫音芯片通電的情冴下，也一樣可以正常下載數(shù)據(jù)到SPI-Flash； 支持MP3控制模式、按鍵控制模式、38按鍵組合控制模式、開口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制I/O口擴展輸出模式； 三線串口控制模式切換到三線串口控制I/O口擴展輸出模式只需發(fā)送數(shù)據(jù)就可以迚行切換。切換后仍可把切換前的最后一工作狀態(tài)帶進切換后的模式工作； 任意設定顯示語音播放狀態(tài)信號的BUSY輸出方式； 抗干擾性強，可應用在工業(yè)領域； 220段可控制地址位，單個地址位最多可加載128段語音，地址位內(nèi)的語音組合播放； 支持對已加載詫音播放試聽； 詫音播放停止馬上進入休眠模式，芯片轉(zhuǎn)為完全停止狀態(tài)； 15種按鍵控制模式，任意一個按鍵可設定任意一種控制模式； 配套WT588D VoiceChip上位機軟件，接口簡單，使用方便。能極大限度的發(fā)揮出WT588D詫音單片機的各項功能； 簡單的單片機編寫方式，擺脫以往復雜繁瑣的匯編思維； 單個芯片支持外掛多個存儲器； 最多可加載500段用亍編輯的語音； 插入的靜音時間范圍10ms25min； 芯片復位時間5ms 工作電壓DC2.8V5.5V； 靜態(tài)休眠電流小亍10uA； 支持加載6K22KHz采樣率音頻； 支持8和弦MIDI播放（此功能有待開放）。 WT588D語音芯片應用方框圖如圖3-3所示：控制端WT588D語音芯片SPI-FlashBUSY輸出音頻輸出USB下載圖3-3 WT588D語音芯片應用方框圖3.3.2 語音播報電路AMS1117是一款正電壓輸出的低壓降三端線性穩(wěn)壓電路，在1A輸出電流下的壓降為1.2V。AMS1117分為兩個版本，固定電壓輸出版本和可調(diào)電壓輸出版本。固定輸出電壓1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V和可調(diào)版本的電壓精度為1；固定電壓為1.2V的產(chǎn)品輸出電壓精度為2。本設計選用的是固定電壓輸出版本。AMS1117芯片內(nèi)過熱切斷電路提供了過載和過熱保護，以防環(huán)境溫度造成過高的結(jié)溫。AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時，AMS1117器件的壓差保證最大不超過1.3V，并隨負載電流的減小而逐漸降低。AMS1117的片上微調(diào)把基準電壓調(diào)整到1.5%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117內(nèi)部集成過熱保護和限流電路，固定輸出電壓為3.3V，具有1%的精度。作為三端穩(wěn)壓管，AMS1117的應用相當廣泛，一般對電源效率要求不高的地方，都有可能用到：充電器、一些電路板、電池充電器，電話，數(shù)據(jù)庫，LED顯示器，衛(wèi)星接收器等。為了確保AMS1117的穩(wěn)定性，需要在輸入和輸出端各連接一個電解電容。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。WT588D語音播報電路包括以AMS1117穩(wěn)壓芯片為主控，電容C6、C7，電阻R5和LED組成的穩(wěn)壓供電模塊，以WT588D芯片為核心，J5為語音信號輸入雙孔排座，揚聲器輸出語音如圖3-4所示。圖3-4語音播報電路3.4液晶顯示電路 由于液晶顯示模塊具有工作電壓低、功耗低、信息豐富、體積小、質(zhì)量小、壽命長、無輻射、可以顯示復雜的文字及圖形、顯示直觀等優(yōu)點，在各種儀器儀表、電子設備、移動通訊及家用電器中得到了廣泛的應用。雖然PLC可以與普通液晶顯示模塊進行通訊，但實現(xiàn)起來比較困難。PLC的通訊接口是串行通訊口，與液晶模塊連接時需要復雜的接口電路，通訊時每個顯示畫面的漢字、字符、數(shù)字都要按順序逐字發(fā)送，要占用較大的PLC內(nèi)存空間存貯各個顯示畫面，而且PLC與液晶顯示模塊的通訊程序也十分龐大復雜。下面介紹一種基于串行控制的圖形點陣液晶顯示模塊VLCMl2864，具體闡述了它的基本功能、工作原理及其與PLC的硬件接口電路。3.4.1液晶顯示模塊的硬件結(jié)構帶中文字庫的12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個1616點漢字，和128個168點ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示84行1616點陣的漢字，也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。VLCM12864具有以下基本特征： 低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V） 顯示分辨率:12864點 內(nèi)置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選) 內(nèi)置 128個168點陣字符 2MHZ時鐘頻率 顯示方式：STN、半透、正顯 驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS 視角方向：6點 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10 通訊方式：串行、并口可選 內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓 無需片選信號，簡化軟件設計 工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +60用帶中文字庫的12864顯示模塊時應該注意以下幾點：1、欲在一個位置顯示中文字符時，應先設定字符顯示位置，即先設定顯示地址，再寫入中文字符編碼。2、顯示ASCII字符過程與顯示文字過程相同，不過在顯示連續(xù)字符時，只須設定一次顯示地址，由模塊自動對地址加一指向下一個字符位置，否則，顯示的字符將會有一個空ASCII字符位置。3、當字符編碼為2字節(jié)時，應先寫入高位字節(jié)，再寫入地位字節(jié)。4、模塊在接受指令前，向處理器必須先確認模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標志時BF需為“0”，方可接受新的指令。如果在送出一個指令前不檢查BF標志則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即等待前一個指令確定執(zhí)行完成。5、“RE”為基本指令集與擴充指令集的選擇控制位。當變更“RE”后，以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)，除非再次變更“RE”位置，否則使用相同指令集時，無需每次均重設“RE”位。VLCM 12864液晶顯示模塊的硬件基本結(jié)構如圖3-5所示。模塊主要由普通LCD顯示器、控制器、接口電路、閃存電路等部分組成。控制器采用臺灣華邦公司生產(chǎn)的W78E52單片機，閃存電路采用M29F080A芯片做為存儲器件，主要用來存儲用戶預先編輯好的各種顯示界面。接口電路采用標準的RS232串行通信控制模式，接口電壓為TTL電平，通過電平轉(zhuǎn)換電路可方便地與上位機相連。W78E52單片機接口電路閃存電路液晶顯示模塊圖3-5 VLCM12864液晶顯示模塊硬件結(jié)構圖3.4.2液晶顯示模塊的控制方式模塊的串行控制模式為：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，通訊波特率為9600。VLCMl2864命令說明如表3-1所示：表3-1 VLCM12864命令說明命令格式功能說明BMPnxyCLRCLSxywhINVxywhSDTxyHZAxyHZDASDBLOBLF在以（x，y）為頂點處顯示位圖n清除屏幕上所有顯示清除以點（x，y）為頂點，寬w高h的矩形反色以點（x，y）為頂點，寬w高h的矩形在（x，y）處畫點設置點（x，y）為漢字或ASCII字符的顯示起點顯示漢字或ASCII字符快捷顯示ASCII字符串，一次輸入最多64個背光燈打開背光燈關閉其中參數(shù)n、x、y、w、h均為十六進制數(shù)，其中x和y為顯示圖形的頂點坐標，模塊的左上角為坐標原點，x軸向右為正，y軸向下為正。向液晶顯示模塊發(fā)送的命令必須是完整命令的ASCII碼(漢字為其機內(nèi)碼，ASCII字符為其ASCII碼)。命令HZD和ASD后面加上要顯示的漢字機內(nèi)碼或字符的ASCII碼即可。在每條命令首尾還要加上命令起始和結(jié)束碼“回車鍵(ODH)”的ASCII碼“3044，以表明該命令的開始和結(jié)束。如命令“CLSOOOOOaOa”,實際上由串口發(fā)送的內(nèi)容是“3044434C53303030303041 30413044”。3.4.3 液晶顯示模塊與PLC的硬件接口電路電控系統(tǒng)的控制器采用帶有RS232串行通信接口的PLC，由于串行通信接口RS-232采用負邏輯，即：邏輯“1”為-5-15V，邏輯“O”為+5v+15V。而TTL電平的“l(fā)”和“0分別為24V和0.4V，因此RS-232與TTL電路接口時需要電平轉(zhuǎn)換，電路采用MAXIM公司的MAX232集成芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。PLC與液晶顯示模塊的連接電路如圖3-6所示。RXDPLCTXDT1OUT T1INR1IN R1OUTMAX232TXD液晶顯示模塊RXD圖3-6 PLC與液晶顯示模塊的連接電路MAX232與就九針串口連接電路如圖3-7所示。九針串口與VLCM液晶顯示器相連，MAX232芯片的11和12號引腳分別連接到PLC的相應端口。從而實現(xiàn)PLC串行控制液晶顯示模塊。圖3-7串口連接電路VLCM液晶顯示模塊以其控制簡單、硬件接口方便、不占用PLC的輸入輸出接口等特點為其與PLC的聯(lián)合應用提供了便利條件，實現(xiàn)了PLC對液晶顯示模塊的實時控制。具有節(jié)約PLC系統(tǒng)軟硬件資源，顯示實時性好，易于使用等優(yōu)點。3.4.4 PLC的軟件設計液晶顯示模塊通常用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和各種參數(shù)，由于系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)常變化，需要不斷的刷新，若對整個顯示屏幕進行刷新，既增加程序的復雜程度又占用系統(tǒng)的資源。如將顯示界面預在模塊內(nèi)部的閃存中，由PLC向液晶模塊發(fā)出顯示相應界面的指令，然后在顯示界面上用“HZD”指令疊加要顯示的參數(shù)，可大大提高了系統(tǒng)的工作效率，降低編程的難度。采用下面的方法可使編程更加簡單化：在程序初始化時將液晶顯示模塊各指令的ASCII碼存儲到PLC的存儲單元中，需要向液晶模塊輸入顯示命令時，只需更改PLC存儲器中指令碼的數(shù)據(jù)部分并通過通訊指令將存儲器中的命令碼送至RS232端口即可。3.5 PLC控制中心FX2N系列PLC有多中模擬量輸入輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊，位置控制模塊、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴展模塊、模擬定時器擴展板等。使用這些特殊功能模塊和功能擴展板，可以實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。3.5.1 PLC的程序執(zhí)行過程PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。1、輸入采樣（輸入刷新）在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。2、程序執(zhí)行（程序處理階段）在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。PLC掃描運行方式流程圖如圖3-8所示。3、輸出刷新當所有程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映象寄存器中與輸出有關的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負載。因此，PLC在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當PLC進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣，這方式稱為集中采樣。在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。對于小型PLC，其I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度，但使PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。 而對于大中型PLC，其I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式。 從上述分析可知，當PLC的輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入輸出響應滯后。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應該注意的是，這種響應滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設計有關。滯后時間是設計PLC應用系統(tǒng)時應注意把握的一個參數(shù)。PLC系統(tǒng)內(nèi)部的工作原理可分為5個步序：內(nèi)部處理、通訊服務、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC的工作模式分為運行模式（RUN）與停止模式（STOP）兩種。當PLC處于RUN模式時，PLC按步序從內(nèi)部處理開始，到輸出處理結(jié)束一個執(zhí)行周期，一個執(zhí)行周期結(jié)束后，將立即開始下一個周期的執(zhí)行，即返回到第一個步序-內(nèi)部處理，如此一直循環(huán)下去；當PLC處于STOP模式時，PLC按步序從內(nèi)部處理開始，只執(zhí)行前兩個步序，即到通訊服務結(jié)束一個執(zhí)行周期。PLC的這種運行方式稱為循環(huán)掃描方式，而每執(zhí)行一個執(zhí)行周期所需時間稱為循環(huán)掃描時間或掃描周期。 圖3-8 PLC掃描運行方式流程圖系統(tǒng)管理掃描開始輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新編程器通信系統(tǒng)通信程序檢查診斷允許I/O？運行方式？允許I/O？開始下次掃描YNYNNY在PLC的存儲器中，設置了一區(qū)域用于存放輸入/輸出信號的狀態(tài)及當前值，它們分別稱為輸入映像區(qū)和輸出映像區(qū)。PLC的其它地址元件也有對應的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像存儲區(qū)。通過建立元件映像存儲區(qū)，使PLC成為一個真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然PLC不可能像繼電器控制柜那樣隨時根據(jù)現(xiàn)場輸入實時控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期足夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應該完全符合實際系統(tǒng)的需要。 1、 內(nèi)部處理：PLC完成對自身硬件的自檢測，當發(fā)現(xiàn)自身硬件有問題或硬件配置與實際對不上時，PLC將產(chǎn)生錯誤指示。Haiwell PLC對此種錯誤以主機上的ERR錯誤指示燈閃爍指示。 2、 通訊服務：PLC處理與計算機、PLC、編程器及別的智能設備的通訊。 3、 輸入處理：PLC在輸入操作上采用定時采樣的方式。即在一個掃描周期的固定時刻（一般在掃描周期的開始）一次性集中采樣所有的外部輸入點，采樣結(jié)果用二進制的形式存入到RAM中一個區(qū)域（輸入映像寄存器區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入映像區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。 4、 程序執(zhí)行：PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在無跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，執(zhí)行指令時，從元件映像存儲區(qū)中讀出元件的狀態(tài)及當前值，并據(jù)指令的需要進行相應的邏輯運算及賦值操作，最后的運算結(jié)果寫入到線圈或輸出類指令對應的元件映像存儲區(qū)中。 5、 輸出處理：PLC在輸出操作上采用定時輸出的方式。即在一個掃描周期的固定時刻（一般在掃描周期的結(jié)束）先將它們存放在RAM中的一個區(qū)域（輸出映像寄存器區(qū)），掃描周期結(jié)束時再將輸出映像區(qū)中控制信息集中輸出。3.5.2 PLC的I/O分配SB1為啟動按鈕，當按下SB1時，整個系統(tǒng)開始工作；SB2為停止按鈕，當按下SB2時，除了在異常報警狀態(tài)下外，系統(tǒng)都將停止工作；輸入端口X2、X3連接進出口的激光傳感器，將傳感器發(fā)出的信號輸入到PLC中，完成檢測進入商場人數(shù)的指令；輸入端X4和輸出端Y2連接在MAX232的12和11號端口，傳輸指令給液晶顯示器，顯示相應內(nèi)容；輸出端口Y3連接到連接器J5，控制WT588D語音芯片播報相應語音。PLC的外部接線圖如圖3-9所示。3.5.3 PLC的I/O響應時間PLC采用集中I/O刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，不會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。PLC的這種滯后響應，在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)是完全允許的，但不能適應要求I/O響應速度快的實時控制場合。X0 Y0X1 Y1X2 Y2 PLCX4 Y3COM24V COM啟動按鈕停止按鈕傳感器RXDTXDLN220VJ5圖3-9 PLC外部接線圖SB1SB2系統(tǒng)啟動系統(tǒng)停止3.5.4 PLC使用的注意事項PLC在應用過程中，要保證正常運行，應注意一系列問題，PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動控制的設備，一般不需要采取什么措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高、抗干擾能力較強，但當生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設備的抗干擾能力；另一方面要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。因此，在使用中應注意以下問題：1、 溫度PLC要求環(huán)境溫度在055，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應足夠大，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔；開關柜上、下部應有通風的百葉窗，以防太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境溫度超過55，要安裝電風扇強迫通風。2、 濕度為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85%(無凝露)。3、震動應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為1055Hz的頻繁或連續(xù)震動。當使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施。4、空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。 5、電源 PLC供電電源為50Hz、220（110%）V的交流電，對于電源帶來的干擾，PLC本身具有足夠的抵抗能力。對于可靠性要求較高的場合或電源特別嚴重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變化比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。4 系統(tǒng)軟件設計前面介紹了商場客流量統(tǒng)計系統(tǒng)的硬件設計方案，該部分的設計直接關系到控制系統(tǒng)能否實現(xiàn)預想的功能。在完成硬件設計的基礎上，就可以根據(jù)設計要求進行軟件設計。該軟件設計采用自上而下的方法，需要先設計出系統(tǒng)控制系統(tǒng)的功能流程圖，根據(jù)具體控制要求，逐步細化控制框圖，然后完成每個功能模塊的設計，最后進行編譯、調(diào)試和修改。4.1 總體流程設計根據(jù)系統(tǒng)的要求，當顧客當顧客進入商場時，語音播報“歡迎光臨”并開始計數(shù)，同時在液晶顯示器上顯示歡迎標語和進入商場的顧客總數(shù)以及當前商場內(nèi)的顧客數(shù)。當顧客離開商場時，語音播報“謝謝光顧”等語音信息。設計系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4-1所示：4.2系統(tǒng)軟件程序說明首先“開始”，打開電源，系統(tǒng)初始化，液晶顯示器上顯示歡迎標語：“歡迎光臨！”并開始計數(shù)。當有顧客進入商場時，語音播報“歡迎光臨”，同時計數(shù)器加1，當有顧客離開商場時，語音播報“謝謝光臨”同時計數(shù)器減1。進入商場內(nèi)的總?cè)藬?shù)和目前商場內(nèi)剩余人數(shù)顯示在液晶顯示器上，顧客可以通過注意液晶顯示器上的人數(shù)判斷當前是否適合進入商場。另外，如果商場內(nèi)人太多，也可以通過語音播報商場內(nèi)過于擁擠警示即將進入商場的顧客在外面等候，以免發(fā)生踩踏等意外事故。開始系統(tǒng)初始化顯示歡迎并計數(shù)進口檢測出口檢測判斷是否有客人進入商場如判斷是否有客人離開商場計數(shù)變量加1計數(shù)變量減1液晶顯示進入商場內(nèi)的顧客數(shù)和歡迎標語語音播報歡迎光臨是否是否圖4-1 系統(tǒng)軟件流程圖語音播報謝謝光臨4.3設計相關程序設計系統(tǒng)啟動和停止程序梯形圖如下。如梯形圖所示，當按下SB1，即X000時，系統(tǒng)開始運行，按下SB2，即X001時，系統(tǒng)停止運行。程序中含有自鎖。Y000Y000X000Y001X001Y001 系統(tǒng)計數(shù)程序梯形圖如下：當按下SB1，即X000時，系統(tǒng)啟動，同時計數(shù)器完成復位。當商場進口傳感器有脈沖信號，即有客人進入商場時，計數(shù)器加1，當商場出口傳感器有脈沖信號，即有客人離開商場時，計數(shù)器減1。當同時有人進入和離開商場時，計數(shù)器保持不變。X002X003X003X002INC C0DEC C0RSTC0X000WT588D語音播報電路程序如下，當按下X002，即有客人進入商場時，語音播報歡迎光臨等歡迎語，當按下X003，即有客人離開商場時，語音播報謝謝光臨等。Y004Y003X003X002液晶顯示單片機程序如下：BOOL lcd_bz() / 測試LCD忙碌狀態(tài)BOOL result;rs = 0;rw =