基于单片机和PLC的通用型工业无线遥控系统

基于单片机和PLC的通用型工业无线遥控系统

1 引言

工业无线遥控系统可以将操作者或者机器的控制指令进行数字化处理后，由发射系统传给远方的接收系统，再经解码转换为控制指令实现对各种机械设备的控制，同时要求在强磁场，强电场及无线电信号复杂环境下的工业环境抗干扰能力。工业无线电技术是现代数字通信技术与传统无线电通信相结合的综合技术系统。

在实际工业现场中尤其是移动型设备与成套装备，如果采用无线遥控系统，操作人员只需要携带轻巧的发射系统，自由走动并选择最佳(安全)视觉位置进行操作，消除了以往由于视线不清，环境恶劣或指挥不当等因素造成的事故隐患，保证了安全操作，各项操作可由一个人承担，无需他人指挥，节省了人力资源，操作人员独立判断，操作的准确性，连贯性比以往得到显著提高，从而大幅度提高了生产效率。

2 系统设计

无线遥控系统构成可分成发射系统和接受系统，我们把发射系统做成发射端，接收系统做成接收端，通过无线数传模块进行数据的传输通信。

把现场控制的各种按钮和摇杆设计在遥控系统的发射端上，这样远程操作发射端就可以控制现场设备的运行，按下

发射端控制面板上的操作按钮，单片机检测到后就启动相应串口发射程序，由无线数传模块发射数据，接收端控制现场设备运行，由无线数传模块，plc和现场设备组成，当无线数传模块接收到发射端传来的数据后，使用自由端口方式通信，就可以启动相应的plc控制程序，控制现场设备的运行动作。

2.1 单片机发射端设计

发射端总体设计我们采用如图1所示的结构。

图1 发射端硬件构成图

单片机模块采用的是xc164单片机，xc164单片机是英飞凌16位微控制器产品，其优异的结构，高效的指令集，以及不断扩充更新的产品线，使其广泛应用于汽车电子，工业控制和信息技术领域，该系列单片机具有丰富的接口模式，如14通道10位ad变换器，同步/异步串行通道usart,高速同步串行通道spi，can模块，79个io引脚等，并可与各种设备组成通讯网络。同时，该系列单片机适应于恶劣的工业环境，工业温度可在-40～125℃。针对我们的发射器的功能，同时，使该遥控器具有工作性能稳定和易于进行功能扩展的优点。考虑到工业应用的现场环境。

项目设计是采用如下方式：例如，当按下开关按钮(如启动，停止等，不同的控制系统有不同的功能按钮)时，单片机检测到其端口电位变化后，启动其相应的程序，然后通过串口向无线数传模块发送相应的数据。如单片机按钮输入程序处理编程可采用图2所示程序流程图。

图2 无线发射程序流程图

2.2 plc自由口接收端设计

接收端总体设计采用如下图3所示结构。

图3 接收端硬件构成图

现场运行设备采用plc控制，编写plc程序可以控制设备的各种运行方式，采用西门子的s7-200具有一个或两个

rs-485标准接口，因此可以直接采用无线数传模块与plc的rs-485接口连接，接收端模块接收到数据后，plc启动相应的中断程序，开始进行运行相应的控制程序。

s7-200系列plc的通讯端口支持多种通讯协议，此处可以采用的有两种。一种是西门子的ppi主-从协议，利用这种协议主站可以直接对从站，即控制系统中的plc，发出指令，控制从站的各端口及功能。这种方式plc的编程简单，不需要对原有从站程序进行修改。但是ppi协议不是一个公开的协议，在文献4中提到了一种通过串口侦听获取ppi协议从而利用主站编程控制从站的方式。另外一种通讯模式是自由口模式，利用自定义的plc程序控制s7-200 cpu的通讯端口，使用用户自己定义的通讯协议来实现与外界的通讯。这种模式支持ascii和二进制协议。自由口模式使用简单、灵活，但需要对plc进行专门的编程。因为无线遥控所需数据量不大，通过比较，选择了自由口通讯模式，以ascii码的形式在手持操作器和plc之间传递命令和反馈信息。在plc内编写了专门的无线控制程序，实现无线控制状态下的数据通信及对机械手的控制。我们采用s7-200的自由口通信，使用自由口通信用户可以自定义的通信协议与所用的智能设备通信。

采用自由口通信协议后，接收端接收到数据，通过无线数传模块传送到plc中，启动相应程序，其程序编制采用图4所示流程图。

图4 plc接收流程图

2.3 无线数传模块

(1) zf02系列无线数传模块：发射端和接收端使用无线数传模块进行数据通信，市场上的无线数传模块的种类很多，根据实际需要，我们直接采用上海兆富通信技术有限公司生产的zf02系列无线数传模块，其主要特点：载波频率：433mhz，450mhz，470mhz，868mhz；多种可选的通讯接口：rs-232，ttl，rs-485；传输速率：1200，2400，4800，9600，19200，38400bps；收发一体，半双工工作模式。zf02非常适用于项目设计的无线遥控系统。其外形如图5所示。

图5 接口与尺寸

(2) 无线数传模块三种通信接口模式：ttl电平的串行通信接口，可以直接与单片机芯片串行管脚相连；标准的rs232接口和标准的rs485接口，其中标准的rs232接口和标准的rs485接口通过跳线进行切换，西门子s7-200系列有一个或两个rs485标准接口，可以直接与无线数传模块的485接口连接。

3 结束语

本系统设计是通用性设计，针对具体设备可以具体设计，修改发射端相应的输入功能按钮或者摇杆，同时修改单片机系统和plc系统的软件程序，使其达到了符合现场设备的操作功能要求。

参考文献

[1] 程军. 亿恒(西门子)c166系列16位单片机原理与开

发[m]. 北京:北京航空航天大学出版社,2001,12.