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。