基于BC7281的墨斗操作臺系統(tǒng)設(shè)計

　　引言

　　隨著科技的發(fā)展，印刷行業(yè)開始從傳統(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，其控制精度對膠印機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和自動化水平起著非常重要的作用。傳統(tǒng)的墨斗采用手動調(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)備時間長，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。一種由墨斗操作臺控制系統(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)備時間、降低生產(chǎn)成本。本文所描述的墨斗操作臺控制系統(tǒng)就是在跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計符合國內(nèi)行情的產(chǎn)品，對提高國產(chǎn)膠印機(jī)的印刷質(zhì)量和自動化水平有著重要意義。

　　1 墨斗操作臺控制系統(tǒng)介紹

　　一臺膠印機(jī)的墨斗系統(tǒng)通常由 2～4個墨斗（一個墨斗稱為一單元）、一個操作臺和一臺上位機(jī)組成，每個墨斗有一定數(shù)量的用于調(diào)節(jié)墨量的墨鍵，本系統(tǒng)中每個墨斗的墨鍵個數(shù)為 21。墨斗操作臺控制系統(tǒng)是整個墨斗控制系統(tǒng)中的一部分，是人和機(jī)器交互的接口，操作人員通過墨斗操作臺控制系統(tǒng)對墨斗的各個墨鍵進(jìn)行控制，同時墨斗操作臺將墨斗各個墨鍵的位置信息、通訊狀態(tài)信息和各種故障信息顯示出來，墨斗操作臺控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。顯示驅(qū)動與鍵盤掃描模塊由顯示驅(qū)動與鍵盤掃描電路和三組按鍵與顯示單元組成。每個墨鍵對應(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，上調(diào)按鍵用于調(diào)節(jié)墨鍵向墨量增加的方向移動，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 LED燈組成。整個操作臺有 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 LED（每個數(shù)碼管相當(dāng)于 8個 LED）和 70個按鍵。

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

　　2 墨斗操作臺控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1 主控制芯片

　　墨斗操作臺控制系統(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的程序存儲器和 4KB的數(shù)據(jù)存儲器，高達(dá) 10MIPS的執(zhí)行速度，帶優(yōu)先級的中斷和 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，符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO CAN的CAN模塊等，這些功能大大簡化了墨斗操作臺控制系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計和軟件設(shè)計。

　　2 ）驅(qū)動能力強(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）、上電延時定時器（PWRT）和看門狗電路（WDT）。這些電路大大提高了墨斗操作臺控制系統(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個管腳，其中用戶 I/O口為 64個，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)動與鍵盤掃描模塊，從而方便墨斗操作臺控制系統(tǒng)以后的升級和擴(kuò)展。

　　2.2 CAN總線通訊電路

　　CAN總線是控制器局域網(wǎng)的簡稱，主要用于過程檢測和控制，最早是在 20世紀(jì) 80年代提出，CAN總線是目前國際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一，目前已在汽車、航空，工業(yè)控制，測控系統(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)行總線訪問仲裁。 CAN總線信號傳輸為 廣播式，所有節(jié)點(diǎn)都可以*到總線上的信號，信號內(nèi)部包含傳輸?shù)刂?，即?biāo)識符(Identifier)，各個節(jié)點(diǎn)借助接收濾波器可以實(shí)現(xiàn)自動接收本節(jié)點(diǎn)的信息。錯誤檢測和自動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)動電路如圖 3所示，圖中標(biāo)號為 CANTX和 CANRX的線分別與 PIC單片機(jī)的 CANTX管腳和 CANRX管腳相連。