用单片机实现闸阀门的开度检测

摘要：PLC以其固有的特性，在闸阀门智能化处理中得到了广泛的应用。解决好PLC与闸阀门开度检测装置间的数据传输接口是实现闸阀门高效、可靠、安全运行的关键。虽然，PLC提供SSI输入模块，但这类模块价格太高，需要配置专用电缆和处理软件。利用单片机实现与闸阀门开度检测装置（SSI）的输入接口，实现串行数据转换成并行数据与PLC数值量输入模块连接的输出接口。这样既降低了成本，又简化了PLC的编程。

关键词：单片机 闸阀门 检测方法

闸阀门开度检测装置在淮安三线船闸工程中，是实现闸阀门安全、高效和智能化运行的主要设备之一。该检测装置运用主要目的为：

（1）在闸阀门启闭操作时，用于实时指示闸阀门的开度位置，以利于操作员及时掌握闸阀门的运行情况；

（2）闸阀门开度参与闸阀门的运行控制，如使阀门开启至任意设定开度，实时监视阀门在这一设定开度时的下滑情况，并根据阀门下滑至不同关键位置时，立即采取相应的处理措施。

（3）控制左右人字闸门同步运行与平稳变速运行。

ROQ425是德国海德汉（HENDENHAIN）的（13位+12位）绝对编码器。特别适合于高精度、大量程闸阀门行程测量和控制的场合，是构成闸阀门检测装置的主要部件。具有如下主要特点：

（1）分辨率高，最高可达8192线/转（13位）；

（2）量程大，最高可达4096转（12位）；

（3）掉电位置保护，无论开度仪掉电多少时间，系统上电后，ROQ425总能准确地测量出闸门当前的开度。

（4）数据输出接口，采用串行同步接口（SSI）传输数据。

PLC以其固有的特性，在闸阀门智能化处理中得到了广泛的应用。解决好PLC与闸阀门开度检测装置间的数据传输接口是实现闸阀门高效、可靠、安全运行的关键。虽然，PLC提供SSI输入模块，但这类模块价格太高，需要配置专用电缆和处理软件。利用单片机实现与闸阀门开度检测装置（SSI）的输入接口，实现串行数据转换成并行数据与PLC数值量输入模块连接的输出接口。这样既降低了成本，又简化了PLC的编程。

1. 硬件设计

硬件设计方案主要实现

（1）与ROQ425的SSI连接；

（2）与PLC模拟量输入模块和MODBUS口的连接；

（3）完成输入串行数据（ROQ425 SSI）到输出4-20mA的转换。

（4）完成输入串行数据（ROQ425 SSI）通过MODBUS口输出到PLC

1.1 ROQ425 SSI接口介绍

ROQ425 SSI接口电压为5V±5%，空载时最大电流功耗为250mA。采用差分SN65LBC176线接收/驱动器进行数据传输，最远传输距离可达100m。ROQ425内部接口见图1。

ROQ425是多圈绝对型旋转编码器，每圈用13位表示精度，用12位记录圈数。因此，开度绝对位置值采用25位字长表示。数据发送时序关系见图2，其工作原理为：

• 不发送数据时，CLOCK为高电平。
• 数据发送过程：当ROQ425接收到CLOCK发送周期（nT）的第一个下降沿时，ROQ425读取25位字长的绝对位置值存入数据缓存器。数据缓存器中数据随着CLOCK发送周期的上升沿串行同步发送数据，第一个发出的数据位是绝对位置值的第25位（MSB），最后一个发出的数据位是绝对位置值的第1位。
• 中断数据发送：在数据发送过程中，当CLOCK为高电平时间超过t₃(35us)时，ROQ425终止当前数据发送周期，为下一个重新开始的发送周期做好准备。
• 数据重发：当完成一个绝对位置值的数据字发送周期后，DATA维持t₃时间的低电平。若在t₃（12~35us）内，CLOCK开始一个新的发送周期，就会重发刚才发送的绝对位置值数据。

1.2 硬件工作原理

硬件设计由SSI接口、I/O接口、单片机和电源四部分组成。

（1）SSI接口选用ROQ425推荐的RS422接口芯片MAX488。

（2）I/O接口采用光电耦合器隔离，DA模块采用AD7541和AD694。MODBUS接口模块采用MAX232E。

（3）单片机选用高性能的AT89C51（单字长指令、定时/计数器、看门狗）

（4）选用24VDC输入5VDC输出和24VDC输入15VDC输出的DC/DC模块电源。

原理图如下

2.软件设计

通过对AT89C51进行编程，达到实时将SSI接口数据转换成4-20输出或通过MODBUS口传送至PLC系统的目的。主要流程如下：

• 第一步 ：初始化设置。包括串口设置，中断设置，PLC地址的设置，零点设置等
• 第二步：读取ROQ425数据并转换成十进制
• 第三步：将转换过的数据通过并口和串口输出
• 第四步：重复第二步

下面是AT89C51的部分源程序：

#include &<reg51.h&>

#include &<stdio.h&>　　　　　　　　 /* define I/O functions */

#include &<absacc.h&>　　　　　　　　/* define absacc functions */

#include &<STDLIB.h&>　　　　　　　　/* define absacc functions */

#include &<intrins.h&> /*#define uchar unsigned char*/

#define _Nop() _nop_()

typedef unsigned int word;

typedef unsigned char byte;

typedef unsigned long dword;

static word data da，db，dc，df，p，crc1，cir，high;

static dword data da1，db1，dc1，df1，dd，de，max，zero，zero2，dcb;

static byte data show[7]，show1[4]，show2[4]，sendm[8]，s[4]，bb[4];

static byte data dd1，watch，kk，t[1]，dd2[1];

code byte disp[16]={0x77，0x41，0x3b，0x6b，0x4d，0x6e，0x7e，0x43，0x7f，0x6f，0x5f，0x7c，0x36，0x79，0x3e，0x1e};　　　　　　

void readgray();/*读取ROQ425数据*/

void delay();

void i_start();

void i_stop();

void i_init();

void i_send(byte);

void display();

void change(dword);

void change1(dword);

void setzero();

void zero1();

void nub();

void addr();

void cir1();

void e_start();

void e_stop();

void e_send(byte);

byte e_recevie();

void e_ack(bit);

void e_send1(dword);

bit isend(byte，byte，byte *，byte);

bit ireceive(byte，byte，byte *，byte);

void watchdog();

void one();

void two();

void three();

void one1();

void two1();

void three1();

void pos();

void res();

void comsend(byte);

word crc16(byte *);

byte shj();

void main()

{

　　register i，j，k，x;

　　bit d;

　　dcb=0;

　　show[0]=0x70;

　　show[1]=0x00;

　　show[2]=0x27;

　　display();

　　for (i=0;i&<4;i++)

　　{

　　 show1[i]=0;

　　 show2[i]=0;

　　}

　　SCON=0xc8;/*采用方式3 */

　　TMOD=0x20;

　　TH1=0xfd;

　　TL1=0xfd;

　　TR1=1;

　　ET1=0;

　　ES=0;

　　EA=0;

　　high=0x07;

　　max=8000;

　　dd1=0;

　　sda1=1;

　　delay();

　　sda1=0;

　　dd2[0]=0;

while(1)

{　　

　　 for (j=0;j&<4;j++)

　　 {

　　 for (x=0;x&<8;x++)

　　 {

　　zero2*=2;

　　z=(bit)(show2[j]&&0x80);

　　if (z==1)

　　 zero2++;

　　show2[j]=show2[j]&<&<1;　　

　　 }　　

　　 }

　　zero=zero2;

　　p=0;

　　watchdog();

　　txd=1;

　　readgray();

　　watchdog();

　　dd=da && 0x0fff;

　　de=db && 0x1fff;

dc1=dd*8192+de;

P0=dc1 && 0x000000ff;//(dc1 && 0x000001fe)&>&>1;

　　P2=(dc1 && 0x00000f00)&>&>8;//(dc1 && 0x00001e00)&>&>9;　　

　　if(t[0]==1)　　

　　{

　　 if((zero&>=0)&&&&(zero&<=10000000))

　　 one();

　　 else

　　 if((zero&>10000000)&&&&(zero&<=33390591))

　　 two();

　　 else

　　 three();　　

　　 }

　　else

　　{

　　 if((zero&>=0)&&&&(zero&<=10000000))

　　 one1();

　　 else

　　 if((zero&>10000000)&&&&(zero&<=33390591))

　　 two1();

　　 else

　　 three1();　　

　　}

　　sendm[0]=0x06;

　　sendm[1]=0x06;　　

　　sendm[2]=0x00;

　　sendm[3]=0x05;

　　sendm[4]=dc1/256;

　　sendm[5]=dc1%256;　　

　　crc1=crc16(sendm);　　

　　sendm[6]=crc1 / 256;

　　sendm[7]=crc1 && 0xff;

　　rd=1;　　

　　for(i=0;i&<8;i++)

　　{

　　 ACC=sendm[i];

　　 TB8=par;

　　 comsend(sendm[i]);

　　}

　　watchdog();

　　display();

　　 }//end while

}//end main

3.结束语

采用上述方法实现PLC与闸阀门开度检测装置之间的连接。不仅具有成本低、PLC编程简单的特点，而且具有高可靠性。