基于BC7281的墨斗操作臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引言

　　隨著科技的發(fā)展，印刷行業(yè)開(kāi)始從傳統(tǒng)的模擬生產(chǎn)轉(zhuǎn)向數(shù)字化生產(chǎn)，墨斗作為膠印機(jī)的核心著色裝置，其控制精度對(duì)膠印機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和自動(dòng)化水平起著非常重要的作用。傳統(tǒng)的墨斗采用手動(dòng)調(diào)整的方式，使得膠印機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量較差，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。一種由墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)組成的墨斗控制系統(tǒng)在國(guó)外印刷行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，這種新的墨斗控制系統(tǒng)能大大提高墨斗的控制精度，并縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、降低生產(chǎn)成本。本文所描述的墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)就是在跟蹤國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)符合國(guó)內(nèi)行情的產(chǎn)品，對(duì)提高國(guó)產(chǎn)膠印機(jī)的印刷質(zhì)量和自動(dòng)化水平有著重要意義。

　　1 墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)介紹

　　一臺(tái)膠印機(jī)的墨斗系統(tǒng)通常由 2～4個(gè)墨斗（一個(gè)墨斗稱為一單元）、一個(gè)操作臺(tái)和一臺(tái)上位機(jī)組成，每個(gè)墨斗有一定數(shù)量的用于調(diào)節(jié)墨量的墨鍵，本系統(tǒng)中每個(gè)墨斗的墨鍵個(gè)數(shù)為 21。墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)是整個(gè)墨斗控制系統(tǒng)中的一部分，是人和機(jī)器交互的接口，操作人員通過(guò)墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)對(duì)墨斗的各個(gè)墨鍵進(jìn)行控制，同時(shí)墨斗操作臺(tái)將墨斗各個(gè)墨鍵的位置信息、通訊狀態(tài)信息和各種故障信息顯示出來(lái)，墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。顯示驅(qū)動(dòng)與鍵盤掃描模塊由顯示驅(qū)動(dòng)與鍵盤掃描電路和三組按鍵與顯示單元組成。每個(gè)墨鍵對(duì)應(yīng)一組按鍵與顯示單元，如圖 2所示，下調(diào)按鍵用于調(diào)節(jié)墨鍵向墨量減少的方向移動(dòng)，上調(diào)按鍵用于調(diào)節(jié)墨鍵向墨量增加的方向移動(dòng)，鎖定按鍵用于鎖定墨鍵的位置，鎖定指示燈用于指示當(dāng)前的鎖定狀態(tài)，數(shù)碼管和光柱用于指示當(dāng)前墨鍵的位置（墨鍵的位置可為 0～99）。

　　系統(tǒng)中數(shù)碼管為 7段數(shù)碼管，光柱由 20個(gè) LED燈組成。整個(gè)操作臺(tái)有 21組按鍵與顯示單元，加上一些其它的總體控制按鍵，本系統(tǒng)需要控制 796個(gè) LED（每個(gè)數(shù)碼管相當(dāng)于 8個(gè) LED）和 70個(gè)按鍵。

　　2按鍵與顯示單元墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)工作時(shí)，需要與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)配合才能調(diào)節(jié)各個(gè)墨鍵的位置，墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間通過(guò) CAN總線進(jìn)行通訊。

　　2 墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1 主控制芯片

　　墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)采用微芯（Microchip）公司生產(chǎn)的 PIC18F8680單片機(jī)作為主控制芯片，PIC單片機(jī)采用哈佛總線結(jié)構(gòu)和精簡(jiǎn)指令集（RISC），其代碼壓縮率高、運(yùn)行速度快、品種豐富，有高達(dá) 2MB的程序存儲(chǔ)器和 4KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高達(dá) 10MIPS的執(zhí)行速度，帶優(yōu)先級(jí)的中斷和 8×8單周期硬件乘法器 。其中的 PIC18F8680單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：

　　1 ）內(nèi)部資源高度集成。PIC18F8680芯片內(nèi)部集成了許多外圍模塊，SPI（串行外圍接口）通訊模塊，I2C（內(nèi)部集成電路總線接口）模塊，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO CAN的CAN模塊等，這些功能大大簡(jiǎn)化了墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

　　2 ）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。最大拉電流/灌電流可達(dá) 25mA。

　　3 ）PIC18F8680芯片具有上電復(fù)位電路（POR）、上電延時(shí)定時(shí)器（PWRT）和看門狗電路（WDT）。這些電路大大提高了墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中的可靠性和穩(wěn)定性。

　　4 ）PIC18F8680芯片有 80個(gè)管腳，其中用戶 I/O口為 64個(gè)，這么多的用戶 I/O口便于主控制模塊控制大量的顯示驅(qū)動(dòng)與鍵盤掃描模塊，從而方便墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)以后的升級(jí)和擴(kuò)展。

　　2.2 CAN總線通訊電路

　　CAN總線是控制器局域網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，主要用于過(guò)程檢測(cè)和控制，最早是在 20世紀(jì) 80年代提出，CAN總線是目前國(guó)際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，目前已在汽車、航空，工業(yè)控制，測(cè)控系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　CAN 總線采用多主站工作方式，根據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問(wèn)仲裁。 CAN總線信號(hào)傳輸為 廣播式，所有節(jié)點(diǎn)都可以*到總線上的信號(hào)，信號(hào)內(nèi)部包含傳輸?shù)刂?，即?biāo)識(shí)符(Identifier)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)借助接收濾波器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接收本節(jié)點(diǎn)的信息。錯(cuò)誤檢測(cè)和自動(dòng)隔離性能確保了總線正常工作。CAN總線傳輸數(shù)度快，可以達(dá)到 1M的波特率 。

　　墨斗操作臺(tái)控制系統(tǒng)的 CAN通訊電路由 PIC18F8680單片機(jī)內(nèi)部集成的 CAN總線控制器、CAN總線驅(qū)動(dòng)器 PCA82C250和高速光電耦合器 6N137構(gòu)成，在 CAN總線控制器和總線驅(qū)動(dòng)芯片之間加入高速光電耦合，可以提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。

　　CAN驅(qū)動(dòng)電路如圖 3所示，圖中標(biāo)號(hào)為 CANTX和 CANRX的線分別與 PIC單片機(jī)的 CANTX管腳和 CANRX管腳相連。