【基于PLC的車間照明控制系統(tǒng)的設(shè)計15000字（論文）】

-1-基于PLC的車間照明控制系統(tǒng)的設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u49051緒論 1210201.1研究背景及意義 1119341.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1216231.2.1照明控制發(fā)展情況和趨勢 1231691.2.2PLC發(fā)展狀況 293661.3研究內(nèi)容 3104762車間照明控制系統(tǒng)總體設(shè)計 4201252.1照明控制系統(tǒng)需求分析 4302362.2照明控制系統(tǒng)總體框架設(shè)計 4255593車間照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 792653.1照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計需求分析 7255933.1.1照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計目標需求 725103.1.2照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計資源需求 7291103.2照明控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 7212403.2.1PLC系統(tǒng) 8134943.2.2控制系統(tǒng)的地址配置及數(shù)據(jù)存儲 10198713.2.3光照傳感器 1372713.2.4溫濕度檢測模塊 14101653.2.5人體紅外感應(yīng)傳感器模塊 1446813.3車間照明控制系統(tǒng)實物制作 1548033.3.1元器件的檢查 15244803.3.2焊接 1585374車間照明控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 17270584.1照明控制系統(tǒng)軟件需求分析 1753254.1.1照明系統(tǒng)軟件設(shè)計目標 17166354.1.2照明系統(tǒng)軟件核心需求說明 17179564.2通信模塊設(shè)計 1889584.2.1上下位機通信的實現(xiàn) 18274234.2.2下位機與其他設(shè)備通信的實現(xiàn) 21193564.3Led節(jié)點軟件設(shè)計 22165704.3.1產(chǎn)生PWM 2266734.3.2調(diào)解LED燈亮度 24119415車間照明控制系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 27284355.1照明控制系統(tǒng)硬件電路檢測 27213705.2光照強度傳感器數(shù)據(jù)測試 2752825.3人體紅外感應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)測試 29101796結(jié)論 3017795參考文獻 311緒論1.1研究背景及意義當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)的更新和變革可謂是日新月異，科技的發(fā)展加速了城市化和現(xiàn)代化的進程，社會生產(chǎn)力得到極大的提高，但同樣對全球環(huán)境造成了非常嚴重的污染，全球可開采資源越來越少，開采難度越來越大，世界各國紛紛認識到了能源問題的嚴重性開始在世界范圍內(nèi)倡導(dǎo)節(jié)能減排。眾所周知，能源是國家經(jīng)濟發(fā)展和日常生活的重要保障，我國每天消耗的能源非常大，許多能源還要從國外進口，所以如何節(jié)約使用能源一直是我國科學(xué)家所關(guān)心的重點課題。電能作為一種清潔高效的可再生資源，不會對自然環(huán)境造成任何污染。而電力資源通過轉(zhuǎn)換以后可以變成工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中所需的各種能源，為我國的生產(chǎn)生活做出了突出貢獻，但電力資源的浪費問題卻非常明顯，如何節(jié)約電力資源將是本次研究的主要課題。據(jù)國家電網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，我國大部分電力資源都用在了室內(nèi)外照明上，當(dāng)前國內(nèi)工廠對照明設(shè)備的控制還是老舊的手動控制方式，這樣方式是最浪費電力資源的。如果工廠在日常管理中不能合理控制照明設(shè)備的時間，長期使用會損壞照明設(shè)備，更換設(shè)備的成本可比消耗電力的成本要高的多。這種控制照明裝置的方式不僅會浪費大量的電力資源，還會為工廠帶來不必要的經(jīng)濟損失，這與當(dāng)代社會節(jié)能減排的理念是相違背的。如今計算機和數(shù)字信息技術(shù)不斷發(fā)展，工業(yè)自動化生產(chǎn)的程度不斷提高，對于照明設(shè)備的控制系統(tǒng)來說也應(yīng)該逐漸走向智能化的道路。隨著計算機技術(shù)和微電子通信技術(shù)的不斷發(fā)展，使得plc控制器可以在工業(yè)自動化生產(chǎn)控制領(lǐng)域大放異彩，能為各類型企業(yè)的發(fā)展節(jié)省很多資源成本。Plc控制器雖然出現(xiàn)的時間并不久，但在國內(nèi)外受到的關(guān)注卻一點也不少。自首臺自動化裝置plc控制器誕生以來，經(jīng)歷了40年的發(fā)展，已經(jīng)逐漸成為了美日德等西方發(fā)達國家的重要產(chǎn)業(yè)支柱之一，世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)和銷售總額正在不斷攀升，控制器的種類也在不斷增加，世界各地的生產(chǎn)廠家紛紛加入到這一領(lǐng)域中。我國與西方發(fā)達國家相比，對plc技術(shù)的研究要落后許多，我國的工業(yè)自動化進程一直非常緩慢，但近年來，我國加大了對plc控制器的研究和生產(chǎn)，逐漸縮小了我國與西方發(fā)達國家在工業(yè)自動化技術(shù)上面的差距。而且我國市場龐大，對plc控制器的需求更大，這為plc產(chǎn)業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇，在未來plc技術(shù)的不斷革新一定會為國家?guī)砀嗟纳鐣?jīng)濟效益，也會加快我國工業(yè)自動化的進程。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1照明控制發(fā)展情況和趨勢世界上首座智能化商業(yè)大樓于1984年在國外建成，歐洲地區(qū)和亞太地區(qū)紛紛在上世紀90年代前后具備了一定建設(shè)智能化住宅的能力。而在這些智能化住宅建筑中，照明設(shè)備控制智能化是其中獨居特色的一部分。未來照明設(shè)備的控制系統(tǒng)將逐漸從傳統(tǒng)手動式過渡到全自動式，最終實現(xiàn)智能化控制。而控制方式也會逐漸從電源開關(guān)過渡到智能傳感器、計時器開關(guān)，最終實現(xiàn)利用晶體管等進行智能化控制。這一系列的過渡和改變，不僅改變了傳統(tǒng)的控制照明設(shè)備的方式，還能提高照明設(shè)備的使用壽命以及節(jié)省大量的電力資源，這與世界范圍內(nèi)倡導(dǎo)的節(jié)能減排的倡議是相符合的。當(dāng)今國外在設(shè)計和研發(fā)室內(nèi)照明控制系統(tǒng)領(lǐng)域取得了一定的成果。在上世紀90年代，國外就已經(jīng)開始了對智能照明系統(tǒng)軟件的研發(fā)和設(shè)計并投入到實際應(yīng)用生產(chǎn)生活中。在市場上可以看到各種類型的智能化照明管理控制系統(tǒng)，比如瑞士ABB的I-BUS總線、澳洲的C-BUS以及歐洲安裝總線等控制系統(tǒng)[7]。這些控制系統(tǒng)軟件都是利用通信技術(shù)將不同儀器設(shè)備連接在一個系統(tǒng)中共同操控，根據(jù)通信介質(zhì)的種類可將其分為：總線類、電力線載波類和無線網(wǎng)絡(luò)類。國內(nèi)關(guān)于照明系統(tǒng)在節(jié)能減排和環(huán)境保護等方面研究的起步時間比較晚，國外照明控制系統(tǒng)的普及率已經(jīng)達到了70%，其中歐洲普及率達到了45%，亞洲普及率在10-15%之間，日韓的普及率在15-20%之間，我國僅有不到1%。國內(nèi)為了彌補在照明控制系統(tǒng)研究領(lǐng)域的差距奮起直追并取得了可喜的成果，在國內(nèi)也逐漸出現(xiàn)了IHCC房屋智能管理控制系統(tǒng)。1.2.2PLC發(fā)展狀況隨著計算機技術(shù)和微電子通信技術(shù)的不斷發(fā)展，讓plc控制器在網(wǎng)絡(luò)通信、控制反應(yīng)以及控制穩(wěn)定性方面得到顯著的提高，而且為檢測編程故障以及降低成本等方面提供了更多的可能性。為了滿足各類型企業(yè)在生產(chǎn)過程中對系統(tǒng)的控制需求，plc在工業(yè)自動化領(lǐng)域的研究還有很長的道路要走，plc在國內(nèi)外的研究中不斷取得新的突破，其強大的控制能力必將成為今后智能化控制系統(tǒng)的首要選擇。（1）國外PLC發(fā)展狀況Plc控制器雖然出現(xiàn)的時間并不久，但在國內(nèi)外受到的關(guān)注卻一點也不少。自首臺自動化裝置plc控制器誕生以來，經(jīng)歷了40年的發(fā)展，已經(jīng)逐漸成為了美日德等西方發(fā)達國家的重要產(chǎn)業(yè)支柱之一，世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)和銷售總額正在不斷攀升，控制器的種類也在不斷增加，世界各地的生產(chǎn)廠家紛紛加入到這一領(lǐng)域中。全球范圍內(nèi)主要生產(chǎn)plc產(chǎn)品的地區(qū)有三處，分別是美國、歐洲和日本。而如今全球范圍內(nèi)關(guān)于plc產(chǎn)品研究發(fā)展實力比較強大的公司主要有德國西門子、美國AB、法國施耐德以及日本的三菱、松下電氣和韓國的三星等公司。歐美的plc產(chǎn)品類型主要是中大型，而日韓的plc產(chǎn)品類型主要是小型，它們各自傾向的市場應(yīng)用范圍有所差異。（2）國內(nèi)PLC發(fā)展狀況與西方發(fā)達國家相比我國在plc技術(shù)的研究要明顯落后一些，這也是導(dǎo)致我國工業(yè)自動化進程進展緩慢的主要原因之一，當(dāng)前國內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)中使用的plc產(chǎn)品大多都是從國外進口的，向日本三菱和德國西門子公司研發(fā)的plc產(chǎn)品是國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域上經(jīng)常使用的產(chǎn)品。國內(nèi)生產(chǎn)的plc產(chǎn)品在市場中所占的份額非常小，沒有形成自己的品牌效應(yīng)，沒有自己完整的生產(chǎn)鏈，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模無法達到專業(yè)化和系統(tǒng)化，這些都嚴重制約了我國plc領(lǐng)域的發(fā)展。為了盡快達到我國工業(yè)生產(chǎn)全面自動化的目標，縮小plc技術(shù)與國外先進技術(shù)之間的差距，近年來我國在plc研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)領(lǐng)域紛紛加大了投入，與國外的差距正在逐步縮小，而且我國有著世界上最龐大的市場，對plc產(chǎn)品的需求量非常驚人，這也會plc領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的發(fā)展機遇。在實際應(yīng)用領(lǐng)域國內(nèi)工廠開始引進并使用了國產(chǎn)的plc產(chǎn)品用來控制工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。此外，還對那些老舊設(shè)備利用plc控制器進行升級改造，這也減輕了工廠在升級換代設(shè)備時的經(jīng)濟壓力?？偠灾?，隨著我國plc技術(shù)的不斷發(fā)展一定會為我國盡快達成工業(yè)全面自動化的偉大目標做出自身積極的貢獻。1.3研究內(nèi)容本次設(shè)計對象是某工廠生產(chǎn)車間，希望能設(shè)計出一套完善的工廠智能化照明控制系統(tǒng)，可以時間分時間段控制和明暗控制兩大目標。時間段控制主要是在白天和晚上自動條件照明時間和亮度。明暗控制主要是在天氣環(huán)境影響車間亮度時自動調(diào)整照明設(shè)備的亮度。希望本次設(shè)計的控制系統(tǒng)具備低能耗、低成本和高穩(wěn)定性等優(yōu)點，為車間設(shè)備管理者提供先進的管理方法，減輕他們控制設(shè)備的負擔(dān)。2車間照明控制系統(tǒng)總體設(shè)計2.1照明控制系統(tǒng)需求分析本次照明控制系統(tǒng)的設(shè)計時圍繞著新型工廠生產(chǎn)車間展開的，其主要滿足以下幾點需求，首先硬件設(shè)計要達到體積小、能耗低和經(jīng)濟性等標準，其次對室內(nèi)照明設(shè)備的調(diào)節(jié)效果要達到人眼部舒適亮度的要求，然后還要確保能對不同區(qū)域近獨立的控制，最后要能實時遠程監(jiān)控和收集室內(nèi)溫濕度信息以及電力能耗信息等。力求設(shè)計一套集智能化、多樣化和節(jié)能化為一體的經(jīng)濟型室內(nèi)照明控制系統(tǒng)。按照以上要求本次設(shè)計的車間照明控制系統(tǒng)的方案需要具備以下幾種特點：第一，淘汰傳統(tǒng)的照明設(shè)備更換成led節(jié)能燈。第二，該系統(tǒng)可以完成對不同區(qū)域的獨立控制。第三，根據(jù)天氣變化來自動調(diào)節(jié)室內(nèi)照明設(shè)備的亮度達到人眼舒適的亮度，實現(xiàn)節(jié)能減排改善現(xiàn)場工作環(huán)境。第四，可以實現(xiàn)遠程控制收集車間內(nèi)的相關(guān)信息。第五，該控制系統(tǒng)的功能模塊要預(yù)留升級的空間，為今后增添新的功能留夠系統(tǒng)空間。2.2照明控制系統(tǒng)總體框架設(shè)計本次設(shè)計的對象是一座新型的工廠生產(chǎn)車間，車間長寬是144*60m，占比面積為8640平方米，車間是單層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架高度為13.1m。全廠的照明設(shè)備統(tǒng)一按照的是led平板燈，其照度設(shè)計值是標準的500lx。車間的主照明區(qū)域在生產(chǎn)機組附近，該區(qū)域的照明系統(tǒng)由8組條燈帶和576盞led平板燈帶組成，平板燈的功率參數(shù)為56W、5000lm、4000～6500k、Ra≥80。此外每個機臺的工作照明有兩組燈帶和16盞平板燈負責(zé)。按照每盞燈具的功率來計算電路負荷的總功率在32kw左右，總電流是145a。每一個機組為一個區(qū)域，占比面積大約是270㎡，該區(qū)域內(nèi)有四組條燈帶，共有32盞等，計算得出該區(qū)域的電力負荷總功率是1.8kw，總電流是8a。圖2-3所示的是車間主照明區(qū)的供電設(shè)計圖，圖2-1所示的是車間主照明區(qū)域機組平面分布圖，圖2-2所示的是主照明區(qū)域設(shè)計分布圖。圖2-1車間主照明區(qū)域機組平面分布圖圖2-2車間主照明區(qū)域設(shè)計布局圖圖2-3車間主照明區(qū)域總供電電路設(shè)計圖3車間照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計需求分析3.1.1照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計目標需求按照上文分析的車間照明控制系統(tǒng)需要滿足的要求以及設(shè)計的特點來看，本次設(shè)計的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備需要滿足以下幾點要求，第一，硬件結(jié)構(gòu)要簡單合理，要做到體積小重量輕便于挪動，在車間各區(qū)域內(nèi)都能使用該控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)照明設(shè)備。第二，在操作方法上要符合檢測和判斷車間工程環(huán)境的要求，設(shè)計功能時盡量要簡化不能過于復(fù)雜。第三，設(shè)計的控制系統(tǒng)各性能指標要達到車間照明的基本需求，還要能實時監(jiān)控收集車間內(nèi)的環(huán)境信息。第四，硬件部分要保留足夠的I/O端口，方便今后該控制系統(tǒng)的升級和優(yōu)化，為今后增添新的控制功能留足系統(tǒng)空間。3.1.2照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計資源需求硬件設(shè)計資源需求要遵循微處理和信息采集處理器的一般規(guī)律，其要具備以下幾種特性：第一，本次設(shè)計的plc控制器選中的是omron，該系統(tǒng)的硬件組成主要包括CPU單元、電源和串行通信單元。第二，本系統(tǒng)的無線通信控制模塊選用的是zigbee，zigbee能滿足近距離實際控制的需求，還能減少硬件設(shè)施的能耗，與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，其具有節(jié)能、低成本、速度快、可靠性和安全性高一級能實現(xiàn)在線多點連接一級多樣拓撲等功能，而且其底層媒體訪問控制和物理層控制完成達到了IEEE802.15.4技術(shù)標準的要求，可以說是一種全新的無線通信技術(shù)。第三，溫濕度傳感器模塊選擇的是dht11，光照傳感器模塊選擇的是gy-30，人體紅外電子感應(yīng)傳感器模塊選擇的是hc-sr501，這些傳感器模塊的性能都符合本次設(shè)計照明控制系統(tǒng)功能和性能的基本要求。第四，用功率為220v、60w的LED燈帶模擬車間的照明環(huán)境，來驗證本次設(shè)計的系統(tǒng)能否實現(xiàn)在環(huán)境光線變化和有人無人時自動調(diào)節(jié)LED燈亮度達到人眼部最舒適的亮度。3.2照明控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)本次設(shè)計控制系統(tǒng)的電路主要由五大電路組成，首先是plc核心電路和復(fù)位電路，其次是晶振振蕩電路和電源指示燈，最后是濾波電路。這些電路將程序接口、I/O接口和電源模塊、zigbee模塊以及傳感器模塊連接在一起。Led指示燈主要負責(zé)提示設(shè)備是否通電。各傳感器主要是負責(zé)收集車間信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送到plc處理器中，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后plc控制器向各連接設(shè)備下達控制指令。Zigbee將控制指令傳輸?shù)礁鬟B接設(shè)備中，其微處理器和plc控制器在一個集成pcb板上，在主控電路板上還保留了多余的I/O接口和下載端口。圖3-2所示的是系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)圖。3.2.1PLC系統(tǒng)本次設(shè)計的系統(tǒng)選擇的plc產(chǎn)品是由omron公司生產(chǎn)的，該產(chǎn)品的硬件結(jié)構(gòu)主要有cpu單元、電源和串行通信單元三部分組成、（1）PLC的CPU單元CPU單元是plc控制系統(tǒng)的核心，本次選擇的CPU型號是CJ2M-CPU31，圖3-1所示的是cpu單元實物圖和平面圖。該單元具備以下特點：存儲器內(nèi)置容量非常大，處理數(shù)據(jù)的速度很快；該單元的內(nèi)置端口是EtherNet/IP，其可以當(dāng)做開放式網(wǎng)絡(luò)標準配置。這種接口用打印機電纜就能將plc和網(wǎng)絡(luò)連在一起。EtherNet/IP端口是本次系統(tǒng)硬件設(shè)備連接以太網(wǎng)實現(xiàn)在線傳輸?shù)幕A(chǔ)。CPU單元還能管理標簽名稱和修改I/O地址等功能，使用標簽名稱就能直接繞過I/O地址訪問外部設(shè)備，這樣就能簡單快捷的增添硬件結(jié)構(gòu)新的功能，減少了編程者的工作量。該cpu單元的編程環(huán)境可讀性性能比較高，能實現(xiàn)對dm/em區(qū)的位指定、數(shù)組變量等信息的讀取。該cpu單元調(diào)試的功能非常強大，在線編輯和數(shù)據(jù)追蹤的能力也非常優(yōu)秀，在本次調(diào)試控制系統(tǒng)性能時將起到非常關(guān)鍵的作用。圖3-1CJ2MCPU單元實物圖及平面圖CPU單元主要有五部分組成，首先是電池倉和led指示燈，其次是usb端口和EtherNet/IP端口，最后是選件板等。CPU在通電以后，plc的內(nèi)存系統(tǒng)就會自動運行處理數(shù)據(jù)，當(dāng)斷電時，電池倉還能為其提供電源用來保存?zhèn)浞輧?nèi)存數(shù)據(jù)。DIP開關(guān)指的是協(xié)議控制開關(guān)，當(dāng)開關(guān)模式變成on時系統(tǒng)就會啟動某種協(xié)議。通過觀察LED指示燈的信號來判斷plc的運行狀態(tài)，在cup的外部還存在兩個通信端口，一個是usb端口，另一個是EtherNet/IP端口。其中usb端口將上位機和控制系統(tǒng)連在一起，而EtherNet/IP端口則負責(zé)將控制數(shù)據(jù)傳輸給其他連接設(shè)備。這兩種端口和RS-232C/422/485接口接口共同負責(zé)cpu與外部設(shè)備的連接（2）電源模塊為了滿足plc系統(tǒng)的用電需求，本次設(shè)計的電源模塊選擇的是CJ1W-PA205R。該模塊的板面上安裝了連接外部的段子比如電源輸入等，還安裝了電源指示燈用來判斷電源模塊的運行狀態(tài)。圖3-2所示的是該模塊的實物圖和平面圖。圖3-2CJ1W-PA205R單元實物圖及平面圖電源模塊一共有兩個輸入電流，一個是交流輸入電流即AC，另一個是直流輸入電流即DC。交流輸入提供100-240v的電壓或者是85-264v的電壓。直流輸入則提供24v的電壓。為了確保本次設(shè)計的控制系統(tǒng)能在日常生活中的交流220v電壓中運行，在電接線中，將電源模塊最上端的交流輸入端和接地端分別連接在三相插頭的火線零線和接地線中，這樣使用時將插頭插入供電插座中就能通電。（3）串行通信單元通過串行通信單元將CPU單元和外部i/o模塊連接起來可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交流。本次設(shè)計選擇的串行通信單元模塊是CJ1W-SCU31-V1。該模塊安裝了兩個指示燈，用來判斷該模塊的運行狀態(tài)，該模塊的數(shù)據(jù)傳輸周期和頻率可以通過指示燈的閃爍頻率來判斷，該模塊的電阻開關(guān)是term，為減少外部通信的干擾就將電阻開關(guān)設(shè)置在on的狀態(tài)。串口的工作模式分別用wire的撥碼開關(guān)2和4的位置來表示。該模塊上存在兩個串口，每個串口可以設(shè)置一種通信協(xié)議，串口“2”表示端口1或2與485輸出串口正相連，串口“4”表示422輸出串口，unitno表示的是該模塊的單元編號以此來區(qū)分同機架上的單元類別。圖3-3所示的是該模塊的實物圖和平面圖。圖3-3CJ1W-SCU31-V1單元實物圖及平面圖本系統(tǒng)設(shè)計的串行通信模塊連接回路和控制器選擇的方式是485引腳方式，所以wire要設(shè)置在2線端口。該模塊的1/2/6/8引腳可以傳輸數(shù)據(jù)，其他引腳不使用是可以屏蔽掉。在485引腳方式中，將引腳1和2或引腳6和8用雙線連在一起，為了方便設(shè)計，本次將引腳6和8焊接在一起。該模塊的通信協(xié)議時宏通信，串口傳輸數(shù)據(jù)的工作模式是半雙工模式，數(shù)據(jù)傳輸方式是啟停一致的方式，根據(jù)實際需要自行設(shè)置通信速度。該模塊的485引腳的波特率必須要和燈具數(shù)據(jù)傳輸速度相同，由于燈具在出廠設(shè)置的波特率時2400bps，所以485引腳的波特率也應(yīng)該是2400bps。3.2.2控制系統(tǒng)的地址配置及數(shù)據(jù)存儲（1）控制系統(tǒng)的地址配置車間照明控制系統(tǒng)在實現(xiàn)通信之前，要先設(shè)置通信系統(tǒng)個模型的地址配置，這樣才能確保通信模塊輸出的信息傳送到制定的地址中。圖3-4所示的是控制系統(tǒng)地址配置示意圖。圖3-4控制系統(tǒng)地址配置的結(jié)構(gòu)圖在設(shè)置plc網(wǎng)絡(luò)地址配置之前，要先知道各設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的ip地址，同時各設(shè)備的網(wǎng)段要設(shè)置在一個網(wǎng)段中。上位計算機的ip地址是192.168.0.3，網(wǎng)關(guān)地址是255.255.255.0.如果電腦的ip地址不是這個，就要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中更改ip地址。設(shè)置完以上ip地址后開始測試plc的聯(lián)網(wǎng)情況，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備ip地址的前三段必須是一樣的，第四段設(shè)置成該plc的節(jié)點之地。區(qū)分上位機時，可把plc末尾節(jié)點地址更改為1，那么該plc的ip地址就會變成192.168.0.1，網(wǎng)關(guān)設(shè)置不變。工程樹CX-Programmer中plc的ip地址是192.168.0.1，網(wǎng)關(guān)設(shè)置不變，將網(wǎng)絡(luò)配置信息導(dǎo)入plc。Plc中CPU單元的撥碼盤地址要和ip地址保持一直，在設(shè)置ip地址是，如果CPU單元的撥碼盤地址和plc的ip地址不一樣，那么就不能完成設(shè)置。CPU單元的ip地址有兩個對應(yīng)的節(jié)點撥碼盤，節(jié)點的計算公式是N=碼盤1撥號*161+碼盤2撥號*160。由于碼盤1的撥碼=1，碼盤2的地址=1，因此N=1*160+0*161=1。完成設(shè)置后對ip地址進行測試，在dos界面輸入cmd，采用ping+plc的網(wǎng)絡(luò)地址來測試plc是否連入網(wǎng)絡(luò)中。連接成功時，cpu指示燈上會顯示出“01”的數(shù)字，這就代表了該模塊已經(jīng)連入以太網(wǎng)中，且地址為01.該模塊連接在Enternet時，plc指示燈中的run燈和100m燈會顯示成綠色，lnk燈會顯示成黃色，sd和rd燈會處于黃燈閃爍狀態(tài)。當(dāng)該模塊連接在FINS/TCP時，tcp燈會變成黃色。圖3-5所示的是設(shè)置地址流程圖。圖3-5PLC的網(wǎng)絡(luò)地址配置在同一機架上分別安裝電源、cpu和串行通信模塊，為了方便區(qū)分各模塊在變成軟件中的型號，cpu單元撥號ip地址尾號設(shè)定為1，串行通信模型撥號ip地址尾號設(shè)定為2.當(dāng)suc單元的串行通信串口和控制器通信串口連接正常時，該單元的run、rdy燈會變成綠色，ter1、ter2燈會變成黃色。當(dāng)串口1和2進行通信，sd1和2以及rd1和2模塊會根據(jù)設(shè)置的時間間隔分別發(fā)送和接收通信指令。通過協(xié)議宏進行交互，需要通過PMCR指令開啟CX-Programmer上的程序。啟動開關(guān)的過程中，需要先確定PMCR指令，該指令上有ON和OFF選項，OFF代表關(guān)，ON代表開。協(xié)議宏上面有具體的開關(guān)標志，開關(guān)2上面有N+19.15，和N=1500+25兩個模塊選項。依此類推，端口1上的標志位為1559.15，端口2的標志位為1569.15。PMCR開關(guān)項上有1-16個選項扣，前7個通信單元號為10+，8-11顯示的區(qū)間表示的是端口地址，后4位區(qū)間則表示的是邏輯端口。（2）控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲Plc的數(shù)據(jù)存儲有兩部分組成，分別是內(nèi)置閃存和內(nèi)置ram，內(nèi)置閃存主要是備份數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)中的用戶程序參數(shù)以及i/o模塊都保存在內(nèi)置ram中，其內(nèi)部按照有備用電池，其電量可以維持dm區(qū)和h區(qū)數(shù)據(jù)五年的保存時間。當(dāng)電量耗盡，plc內(nèi)部的CPU單元可以給電池充電，這樣可以保證各區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)繼續(xù)保存40個小時，給出充足的更換電池的時間。Dm區(qū)的地址范圍在d0-d32767之間，該區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)形式只能是字或位。Cpu總線單元地址在d30000-d31599之間，每個CPU總線單元包含100個字符CPU總線單元進行初始化之前要先用編程設(shè)備在CPU單元參數(shù)區(qū)進行登記備份。i/o單元的地址在d20000-d29599之間，每個i/o單元存在100個字符。綜上所述，本系統(tǒng)的初始參數(shù)和系統(tǒng)下達的指令要分別保存在不同的dm模塊中。3.2.3光照傳感器光照傳感器收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc處理器中，plc獲得一個高位數(shù)據(jù)和一個低位數(shù)據(jù)，將兩個數(shù)據(jù)進行10進制轉(zhuǎn)換再除以1.2就可以計算出光照強度。本系統(tǒng)選擇的光照傳感器是gy-30，由于該型號的傳感器內(nèi)部存在一個芯片，該芯片內(nèi)有一個ad轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器不用計算和校對數(shù)字就能直接傳輸出去，該傳感器的功耗很小，在3-5v電壓內(nèi)也能使用，而且其光照范圍很廣，可以刺激到人體視覺靈敏度的最小值，這些優(yōu)點注意滿足本次設(shè)計的需要。圖3-6所示的是其封裝和尺寸大小。圖3-6光照傳感器尺寸和封裝3.2.4溫濕度檢測模塊由于本次系統(tǒng)應(yīng)用的車間主要是負責(zé)香煙的包裝和卷接，每一支煙的生產(chǎn)對溫濕度控制的要求都非常高，因此要實時監(jiān)控和記錄車間內(nèi)的溫濕度。本次設(shè)計選中的溫濕度傳感器是dht11.該傳感器使用單線串行通信與控制系統(tǒng)連接在一起，數(shù)據(jù)采集和傳輸效率非常高，而且直接輸出實際的溫濕度值比較方便觀察。該傳感器的電路要求很簡單，抗通信干擾能力很強，測量的誤差值很小，工作性能非常穩(wěn)定，而且能景區(qū)校準室內(nèi)的溫濕度，校準數(shù)據(jù)會保存在otp存儲器內(nèi)供傳感器內(nèi)部檢測數(shù)據(jù)信號時使用。此外，該傳感器的體積小重量輕能耗低，在20米外也能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號傳輸，所以本次設(shè)計選擇該型號的溫濕度傳感器。傳感器上有四處單排引腳用于連接控制系統(tǒng)。該傳感器的測量溫濕度的精密濕度值是±5％RH，溫度值是±2℃，測量濕度范圍在20-90%rh之間，測量溫度范圍在0-50℃之間。其電源額定電壓在3-5.5vdc。傳感器通電后，需要1秒的時間來達到穩(wěn)定的狀態(tài)，在期間不能有任何操作。可以安裝一個100nf的電容器來防止去耦濾波的通信干擾。3.2.5人體紅外感應(yīng)傳感器模塊本次設(shè)計選的人體紅外感應(yīng)傳感器是hc-sr501。其要完成車間機組在有無人狀態(tài)下對區(qū)域照明亮度的調(diào)節(jié)達到人眼部最舒適的亮度，實現(xiàn)節(jié)約能耗的目標。該傳感器的紅外感應(yīng)模塊使用的是德國幾口的探頭lhi778.該探頭的靈敏度很高，在低電壓模式下也能維持正常工作，所以符合本次設(shè)計的要求。圖3-1所示的是該傳感器部門功能描述。本次設(shè)計將該模塊和光照模塊焊接在一塊模板中，提高了實驗的測試效率。要想增加傳感器的感應(yīng)距離只需順時針調(diào)節(jié)和電位器之間的距離即可，要想增加傳感器的感應(yīng)時間只需順時針調(diào)節(jié)延時電位器即可。3.3車間照明控制系統(tǒng)實物制作3.3.1元器件的檢查首先核對各元器件的型號和數(shù)量，其次檢查主要元件的參數(shù)設(shè)定是否符合標準，最后檢查主要元件和pcb板封裝是否一致，是否能夠滿足本次設(shè)計的要求。其他元器件各項參數(shù)型號對照附錄一一進行核對。3.3.2焊接各元器件的焊接遵循從低到高的原則依次焊接，各焊點要盡量保持整齊平滑，尤其在焊接c8t6芯片時速度一定要快手一定要穩(wěn)，否則會損壞芯片，芯片的性能也會受到影響。圖3-7車間照明控制系統(tǒng)模塊實物圖4車間照明控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1照明控制系統(tǒng)軟件需求分析4.1.1照明系統(tǒng)軟件設(shè)計目標根據(jù)通信方式和通信協(xié)議來設(shè)計照明系統(tǒng)的軟件，確保系統(tǒng)軟件的靈活性，系統(tǒng)軟件可以自由添加和刪除led終端的節(jié)點，zigbee網(wǎng)絡(luò)的延展性能要更強。（1）嚴格按照zigbee協(xié)議棧z-stack協(xié)議來設(shè)計led的終端節(jié)點，盡可能的縮短無線傳輸?shù)臅r間，確保任務(wù)中斷時的優(yōu)先級。（2）嚴格按照802.11協(xié)議和zigbee協(xié)議棧z-stack協(xié)議來設(shè)計協(xié)調(diào)器節(jié)點，要確保每一節(jié)點都有足夠傳輸數(shù)據(jù)的能力。（3）軟件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有靈活性。用戶可以自由添加刪除LED終端節(jié)點的設(shè)置，新增節(jié)點可與網(wǎng)絡(luò)快速連接進行數(shù)據(jù)采集傳輸和控制照明設(shè)備等工作。（4）軟件系統(tǒng)設(shè)計標準化，具備擴展性。Led終端節(jié)點可以連接不同廠家生產(chǎn)的各類型傳感器，所以在終端節(jié)點處一定要保留足夠的終端接口，以方面為了增添新的功能，方面其他功能模塊能快速融入軟件系統(tǒng)中，確保軟件系統(tǒng)具有擴展性。預(yù)留端口的設(shè)置是廠家生產(chǎn)時統(tǒng)一設(shè)定好的，所以在設(shè)計軟件系統(tǒng)中可以實現(xiàn)標準化設(shè)計。4.1.2照明系統(tǒng)軟件核心需求說明本系統(tǒng)中的軟件部分要完成以下工作，主要包括精細畫管理各終端節(jié)點收集的數(shù)據(jù)信息，采集傳輸周圍環(huán)境信息，自動調(diào)節(jié)照明亮度等。（1）Zigbee節(jié)點在出廠時就會按照64位全球唯一標識的物理地址進行標記，當(dāng)該節(jié)點用作協(xié)調(diào)器時，需要重新創(chuàng)建一個節(jié)點網(wǎng)絡(luò)并獲得新的網(wǎng)絡(luò)理智0x0000.當(dāng)該節(jié)點用作終端或路由器時，zigbee網(wǎng)絡(luò)會先給它提供一個16位的網(wǎng)絡(luò)地址，輸入地址就可連入該網(wǎng)絡(luò)。在zigbee網(wǎng)絡(luò)中，每一個網(wǎng)絡(luò)地址分別對應(yīng)一個物理地址，來分辨對應(yīng)的設(shè)備，使用這種地址相互對應(yīng)的方式系統(tǒng)就能準確快速的識別出每個節(jié)點對應(yīng)控制的設(shè)備是什么。（2）Led周圍環(huán)境信息采集節(jié)點利用傳感器實現(xiàn)對周圍環(huán)境信息比如光照強度和溫濕度等信息的收集和傳輸。（3）根據(jù)廠區(qū)內(nèi)自然光照亮度和廠區(qū)有無人情況下實現(xiàn)對LED等亮度的智能化調(diào)節(jié)，并劃分為若干個亮度等級。例如在車間內(nèi)，可以按照規(guī)定LED燈亮度等級來調(diào)節(jié)廠區(qū)內(nèi)的照明亮度。當(dāng)廠區(qū)內(nèi)主要照明區(qū)域沒有工作人員時，LED燈的亮度設(shè)置應(yīng)該調(diào)節(jié)為30%，當(dāng)人體紅外感應(yīng)器感應(yīng)到工作人員時，led燈的亮度會調(diào)節(jié)為100%，鄰近的LED燈亮度應(yīng)該調(diào)節(jié)為70%，如果近鄰led燈亮度已經(jīng)是100%時就不需要再調(diào)回70%，表4-1在不同情況下燈光亮度的設(shè)置有人無人最近燈臨近燈燈亮度100%70%30%（4）照明設(shè)備管理者可手動完成在特殊情況下對led燈亮度的調(diào)節(jié)，可以自行設(shè)定任意led燈的亮度等級，進行手動設(shè)置時，LED燈的控制節(jié)點以收到的實際指令進行調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)為自動調(diào)節(jié)時，LED燈的控制節(jié)點根據(jù)各傳感器采集傳輸?shù)男畔頉Q定LED燈的亮度等級。（5）LED終端節(jié)點可以根據(jù)不同的環(huán)境需求進行組合調(diào)節(jié)，讓控制節(jié)點的調(diào)節(jié)性能具備一定的靈活性，不同的終端節(jié)點組合到一起可以實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)LED燈的組合式照明，這種方式可以實現(xiàn)區(qū)域化照明和網(wǎng)格化照明。4.2通信模塊設(shè)計4.2.1上下位機通信的實現(xiàn)上下位機的信息傳遞方式可以采用接口或者串口的方式。在網(wǎng)絡(luò)連通的狀態(tài)下，在系統(tǒng)中可以使用CJ2M-CPU31單元的方式連接網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)上位機能夠獲取到IP的方式和單元接口IP之間進行數(shù)據(jù)傳輸，基于PLC中可以采用下發(fā)FINS指令進行通信。FINS指令主要的作用是在網(wǎng)絡(luò)分配IP的情況下完成端口數(shù)據(jù)的交換，也可適用與系統(tǒng)操作，同時FINS指令可以將不在同一網(wǎng)絡(luò)下的CPU模塊進行連接。FINS指令和網(wǎng)絡(luò)之間連接方式如下圖4-1所展示。圖4-1使用FINS指令通訊的網(wǎng)絡(luò)連接示意圖（1）FINS指令架構(gòu)FINS指令架構(gòu)格式主要有架構(gòu)格式和應(yīng)答指令的架構(gòu)格式。FINS指令發(fā)出的指令中攜帶協(xié)議頭、控制命令或者應(yīng)答命令。使用的設(shè)備在支持FINS指令時，控制指令和應(yīng)答指令都會有數(shù)據(jù)交互。FINS指令發(fā)出的控制指令或者應(yīng)答指令都有對應(yīng)的代表意義，通過傳輸不同的字段代表不同的功能實現(xiàn)，控制信息命令包含命令頭和存儲命令參數(shù)信息。FINS控制指令的格式區(qū)分三個部分和13個字段。三個部分分別是FINS頭數(shù)據(jù)、FINS命令控制、FINS元素數(shù)據(jù)。FINS頭數(shù)據(jù)是由ICF信息控制，其中在接收到信息時其中一個字段為二進制，第8位的數(shù)值一般都為1，第7位反饋出收到的命令是控制命令或者應(yīng)答命令，其中“0”代表控制，“1”代表應(yīng)答，第2位一直到第6位都是0，第1位代表是否需要返回，當(dāng)數(shù)值為“0”時代表需要返回應(yīng)答數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)值為“1”時代表不需要返回應(yīng)答數(shù)據(jù)；RSV的數(shù)據(jù)一般為0x00；GCT的數(shù)據(jù)一般為0x02；DNA地址一般在0x00到0x7F范圍內(nèi)變化；DA1的地址在DNA范圍中選擇；DA2地址一般在0x00、0x10到0x1F、0xE1、0xFE范圍內(nèi)變化；SNA地址一般在0x00到0x7F范圍內(nèi)變化；SA1地址一般在0x00到0xFF范圍內(nèi)變化；SA2地址一般在0x00、0x10到0x1F、0xE1、0xFE范圍內(nèi)變化。FINS命令發(fā)出后由MRC和SRC獲取后改變格式在執(zhí)行操作。FINS元素數(shù)據(jù)和MRC和SRC的自帶功能有一定的關(guān)系，同時需要處于接收到的數(shù)據(jù)。FINS指令應(yīng)答信息反饋方式：FINS應(yīng)答指令和信息發(fā)布都是由FINS源發(fā)出信息，然后通過FINS進行控制。應(yīng)答指令主要是由MRES與SRES給出應(yīng)答數(shù)據(jù)，DATA對應(yīng)答數(shù)據(jù)執(zhí)行返回操作。通過不同型號的設(shè)備信息，反饋的應(yīng)答數(shù)據(jù)給出的格式也會不同，只需要保證正確返回應(yīng)答信息即可。FINS的應(yīng)答命令格式如表4-2所展示。表4-2FINS的應(yīng)答命令格式區(qū)域節(jié)點意義FINS頭10與FINS控制命令一致命令2與FINS控制命令一致MRES1主應(yīng)答碼SRES1副應(yīng)答碼數(shù)據(jù)區(qū)1應(yīng)答信息（2）FINS的傳輸模式端口獲取網(wǎng)絡(luò)IP的方式一般是UDP或者TCP，這種模式簡稱為FINS/UDP或者FINS/TCP模式。一般情況下波特率選擇為9600bps。波特率也可以根據(jù)PLC單元或者上位機進行適配。如圖4-2所展示為每一個IP所獲得的示意圖。圖4-2網(wǎng)絡(luò)中各種地址的分布層示意圖在PLC和上位機進行通信過程中，上位機通過系統(tǒng)先發(fā)送FINS命令給到PLC，上位機發(fā)出的命令格式需要適配PLC所需要的格式，PLC在接收到符合要求的信息時會傳遞數(shù)據(jù)返回到上位機系統(tǒng)。FINS/UDP模式也可以采用UDP/IP的方式進行網(wǎng)絡(luò)通信。UDP/IP協(xié)議連接過程便可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤崾嵌丝趦啥藢儆谄郊夑P(guān)系，兩個節(jié)點之間數(shù)據(jù)能夠互相傳輸，在端口等級不同的情況下數(shù)據(jù)無法交互。FINS/UDP模式應(yīng)用較為廣泛，主要是因為數(shù)據(jù)傳輸快、發(fā)送數(shù)據(jù)較為廣泛、安全性較高。FINS/UDP對其他層次結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)的安全性將會降低。FINS/TCP模式也是屬于FINS通信模式，都需要在TCP/IP協(xié)議下完成，TCP/IP協(xié)議主要的作用是用于傳輸數(shù)據(jù)，傳輸?shù)倪^程必須保持網(wǎng)絡(luò)通暢，能夠ping的情況下才能進行傳輸數(shù)據(jù)。雖然UDP對于數(shù)據(jù)處理的速度非?？?，但是在數(shù)據(jù)傳輸方面還是TCP使用較為廣泛。因此，本系統(tǒng)中采用FINS/TCP，在上位機和PLC進行組裝，構(gòu)建服務(wù)器模式。系統(tǒng)能夠簡單識別FINS指令的格式，在使用的過程中FINS/TCP還需要對FINS/TCP的格式頭數(shù)據(jù)進行處理，如下表4-3所展示。表4-3FINS/TCP數(shù)據(jù)頭功能介紹字節(jié)意義數(shù)據(jù)頭46494E534代表FINS指令發(fā)出長度4獲取命令碼數(shù)據(jù)長度命令碼4視具體情況設(shè)定錯誤碼4視具體情況設(shè)定FINS頭數(shù)據(jù)中包含ICF，本系統(tǒng)在使用過程中命令都是由系統(tǒng)發(fā)出，并且需要收到返回消息，所以，ICF為10000000B，即0x80，RSV和GCT也是由系統(tǒng)控制，分別為00、02。系統(tǒng)的操作端設(shè)置在本地，所以DNA的數(shù)值為00，PLC的節(jié)點為01，因此便可以得到DA1為01，由于PLC使用主要針對其他設(shè)備，所以DA2為00，根據(jù)以上結(jié)論可得知，系統(tǒng)在本地使用過程時，SNA的數(shù)值為00，可得到上位機的節(jié)點為03，因此SA1數(shù)值為03，SA2數(shù)值為00，SID數(shù)值為00，根據(jù)系統(tǒng)的對于的不同功能，MRC和SRC的數(shù)值選擇也會不同，本系統(tǒng)的PLC數(shù)據(jù)主要存儲在DM區(qū)中，系統(tǒng)采用的PLC型號只能使用節(jié)點表現(xiàn)，I/O存儲區(qū)域的編碼主要以字為單位，因此得到的命令為0x82，在操作該系統(tǒng)時需要注意地址的獲取和內(nèi)容。例如：46494E53（FINS）0000001C（數(shù)據(jù)長度28）00000002（命令代碼）00000000（錯誤代碼）8000020001000003000001028200000000011234，獲取的地址中0102的意思是寫入命令，將命令發(fā)送到PLC的存儲區(qū)域中——DM0001。FINS/TCP是否處于網(wǎng)絡(luò)通路下，需要查看N+24通道中是否產(chǎn)生TCP的連接標識，N代表1500+25*U，U為單元，系統(tǒng)中CPU的單元數(shù)值為1，所以可得到CIO區(qū)域的1549通道在使用過程中產(chǎn)生16位數(shù)值，其中1位發(fā)生變化，這個就是TCP協(xié)議的標識。4.2.2下位機與其他設(shè)備通信的實現(xiàn)下位機和燈具之間需要使用RS485串口連接，兩者之間通過交互協(xié)議完成ModeBus-RTU模式。協(xié)議部分的數(shù)據(jù)接收和分析采用CX-Protocol軟件，CX-Protocol軟件主要作用是對接收到的命令幀發(fā)送至通信板或者通信單元，PMCR接收到指令后會對比提前設(shè)定好的數(shù)值，在和對應(yīng)數(shù)值一致時按照數(shù)值的功能操作。協(xié)議宏通信功能是用來控制PLC與第三方設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的另一種通信方式。對于數(shù)據(jù)串很長的回送響應(yīng)，也可以在協(xié)議宏中添加交量數(shù)據(jù)頭、尾、校驗等數(shù)據(jù)，可以通過交量數(shù)據(jù)進行區(qū)分，只將儀表的當(dāng)前數(shù)值(溫度、壓力等)編碼并寫入到PLC指定的內(nèi)存中，PLC在處理儀表當(dāng)前數(shù)值時，只需要通讀取自身的奇存器就可以完成。報頭承載著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾膶傩?、方向性的作用。報頭規(guī)定了傳輸需要的網(wǎng)絡(luò)IP協(xié)議、通信流的類型、有效承載長度，跳數(shù)限制，包含了源地址和目標地址的信息。沒有報頭的數(shù)據(jù)，或者殘缺信息的報頭數(shù)據(jù)，都不能傳輸或者完整的進行數(shù)據(jù)傳輸。報頭長度是報頭數(shù)據(jù)的長度，以4字節(jié)表示，也就是以32字節(jié)為單位。報頭長度是可變的。必需的字段使用20字節(jié)（報頭長度為5，IP選項字段最多有40個附加字節(jié)（報頭長度為15）。該字端使數(shù)據(jù)報的接收方只需要檢驗IP報頭中的錯誤，而不校驗數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容或報文。校驗和由報頭中的數(shù)值計算而得，報頭校驗和假設(shè)為0，以太網(wǎng)幀和TCP報文段以及UDP數(shù)據(jù)報中的可選項都需要進行報文檢錯。本系統(tǒng)中使用CRC-16校驗，即根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)長度經(jīng)過分析過后得到2個字節(jié)的校驗碼數(shù)據(jù)。每一個環(huán)節(jié)都會有對應(yīng)的結(jié)構(gòu)模式，如下圖4-3所展示。圖4-3協(xié)議宏序列執(zhí)行過程4.3Led節(jié)點軟件設(shè)計LED燈節(jié)點的功能隨著周圍場景的變化而變化，在人通過時產(chǎn)生PWM信號，從而控制LED燈的亮度和開關(guān)。4.3.1產(chǎn)生PWM驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速可以通過PWM控制，以此達到控制LED燈的亮度和開關(guān)，本系統(tǒng)中可以使用PWM的方式間接控制LED燈，還可以根據(jù)接收到的信號不同調(diào)節(jié)LED燈的亮度變化。使用PWM控制器的操作過程如下：（1）LED燈可使用STM32F103C8T6芯片，根據(jù)相關(guān)資料可得知，控制器一般使用PB5的功能完成定時3CH1的功能，通過配置端口進行輸出數(shù)據(jù)。（2）定時器3可使用TIM3_PWM_Init(u16arr，u16psc)，其中arr的數(shù)值代表接收到下一個指令之前的間隔時間，psc代表TIM3時鐘頻率的數(shù)值。有關(guān)定時器代碼如下圖4-4所展示。圖4-4配置定時器3主要代碼（3）PWM的內(nèi)存數(shù)據(jù)占比可以通過TIM_SetCompare2(TIM3，led0pwmval)設(shè)定，當(dāng)led0pwmval的值變大時，PWM的占比數(shù)值也會越大，同時也會決定LED亮度。以上操作步驟屬于一般使用PWM的方式，LED的變化具有多樣性，但是都離不開LED節(jié)點的設(shè)置，所以LED燈的控制可以理解為控制LED燈的節(jié)點即可，通過設(shè)置節(jié)點可以完成任何矩陣或者任何想要的形狀。（1）在連接方式上LED的每一個燈的負極都相互連接，以此方式命名分辨，Rank1、Rank2、Rank3和Rank4；依照這樣的方式，LED的正極和負極一樣的接法命名為Row1、Row2、Row3和Row4。原理如下圖4-5所展示。圖4-5LED陣列連接圖（2）使通過設(shè)定TIM3的定時數(shù)值為TIM3_Int_Init(71，5)，定時器1us的數(shù)值設(shè)置為20。（3）Rank1、Rank2、Rank3和Rank4需要對應(yīng)接入PA1~PA4，反正，Row1、Row2、Row3和Row4需要對應(yīng)接入PB1~PB4。（4）操作過程中TIM3的IRQHandler(void)可以隨時重新賦值。pwm_flage的存儲過程可以設(shè)置在發(fā)生45次斷開連接后重新歸零計算。PWM占空比的預(yù)設(shè)值為rank，TIM3在每一次斷開連接后都會和rank的數(shù)值發(fā)生一次對比，當(dāng)pwm_flage<=rank時，PB1~PB4的數(shù)值將會提高，相反，PB1~PB4的數(shù)值將會降低。根據(jù)這一方式完成PWM的工作過程，只需要改變rank的數(shù)值可以可實現(xiàn)PWM的占空比。4.3.2調(diào)解LED燈亮度一般情況下LED燈都會有兩種工作模式：自動模式和手動模式，自動模式是指在提前設(shè)置好數(shù)值后，不會在去人為操作，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境判斷是否需要調(diào)節(jié)LED燈亮度；手動模式是指人為在系統(tǒng)中操作LED燈的亮度。（1）系統(tǒng)處于手動模式時，LED燈亮度變化也是通過調(diào)節(jié)節(jié)點的變化實現(xiàn)，不同的是燈變化的指令來源于人工，人在控制端發(fā)出命令，每一個節(jié)點在收到命令后給出回應(yīng)。在LED燈接收到指令后，會判斷指令屬于哪一種模式，當(dāng)前節(jié)點的模式，燈在關(guān)閉狀態(tài)下收到消息會首先判斷PWM控制的狀態(tài)，然后在實現(xiàn)調(diào)整亮度的操作。手動模式的流程如下如4-6所展示。圖4-6手動模式的程序流程圖（2）自動模式系統(tǒng)處于手動模式時，LED燈亮度變化通過系統(tǒng)對現(xiàn)場環(huán)境進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)端發(fā)出命令，每一個節(jié)點在收到命令后給出回應(yīng)。在LED燈接收到指令后，會判斷當(dāng)前節(jié)點的數(shù)值，當(dāng)數(shù)值小于系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)值后，LED燈會減少燈光的亮度，此時也會減少對應(yīng)的PWM信號占空比，相反，增加燈光的亮度，此時也會增加對應(yīng)的PWM信號占空比。自動模式的流程如下如4-7所展示。圖4-7自動模式下的程序流程圖5車間照明控制系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果5.1照明控制系統(tǒng)硬件電路檢測上位機端的網(wǎng)絡(luò)接口需要與PLC的網(wǎng)絡(luò)接口連接，PLC由電源模塊、CPU、通信端口組成。PLC的電源電壓可使用220V的交流電，通信端口可以統(tǒng)一設(shè)置為485，PLC和其他的網(wǎng)絡(luò)連接可通過網(wǎng)口接入網(wǎng)線。圖5-1PLC控制系統(tǒng)運行過程中的實物圖系統(tǒng)在運行之前需要檢查電路是否有短路情況，檢查電流可以使用萬用表檢測比較簡單方面，可能出現(xiàn)在端口在焊接過程中虛焊的情況，這種情況電路也會不通。主要檢測的部位是：（1）電源插頭是否牢固；（2）電壓是否滿足系統(tǒng)需求；（3）I/O引腳是否短路。通過以上三部分檢測后方可通電后再次檢測。通電后需要檢測每一個參數(shù)點的設(shè)置數(shù)值是否合理，同時需查看電壓在降低的情況下其他電源接口是否正常工作。5.2光照強度傳感器數(shù)據(jù)測試IIC通信工作過程還需要MCU設(shè)計和光傳感器模塊，其中MCU設(shè)計需要通信時采用I2C。通信網(wǎng)口之間需要完成數(shù)據(jù)交互，此時的端口必須選擇支持輸出端口（SDA）和輸出端口（SCL）。選擇這種交互后可以不在連接外設(shè)STM32IIC。光傳感器模塊的通信過程會產(chǎn)生數(shù)據(jù)，時鐘頻率也是根據(jù)數(shù)據(jù)的變化而變化。PB10端口的主要作用是輸出端口（SCL），PB11端口的主要作用是輸入端口（SDA），沒有信號輸入時如圖5-2所