基于單片機(jī)對生產(chǎn)管理看板的設(shè)計(jì)

魏東林，王澤層，安 逸

(華北理工大學(xué)，河北 唐山063000)

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要方式是大規(guī)模的生產(chǎn)流水線作業(yè)，精益生產(chǎn)(Lean Production，簡稱LP)的工作方式就成了現(xiàn)代化生產(chǎn)的目標(biāo)。它是由美國麻省理工學(xué)院在一項(xiàng)名為“國際汽車計(jì)劃”的研究項(xiàng)目中提出來的。精益生產(chǎn)方式的宗旨用一句話來概括，即:Just In Time(JIT)，旨在需要的時候，按需要的量，生產(chǎn)所需的產(chǎn)品，而生產(chǎn)管理看板在其中起到了舉足輕重的作用。

生產(chǎn)現(xiàn)場的管理看板是生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行可視化管理的重要手段，是一種能有效輔助進(jìn)行現(xiàn)場管理的不可或缺的工具。管理看板可以對生產(chǎn)目標(biāo)、生產(chǎn)計(jì)劃量、生產(chǎn)實(shí)際量、現(xiàn)場各工位狀態(tài)、管理成果等狀況一目了然地表現(xiàn)出來。然而生產(chǎn)管理看板上的內(nèi)容并不是相同的，而是根據(jù)各單位各部門的具體情況，制定不同內(nèi)容的生產(chǎn)管理看板。

于是怎樣設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)管理看板才能更好的實(shí)現(xiàn)其合理性、即時性、可視性、全局性從而有效達(dá)到調(diào)節(jié)生產(chǎn)總體平衡，生產(chǎn)及運(yùn)送工作指令，防止過量生產(chǎn)和過量運(yùn)送，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)瓶頸等目的成為了關(guān)鍵。我們希望結(jié)合現(xiàn)在生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例，基于單片機(jī)對生產(chǎn)管理看板進(jìn)行設(shè)計(jì)，明確其工作目的，研究其工作原理，驗(yàn)證其工作作用。以此為開發(fā)新型生產(chǎn)管理看板，彌補(bǔ)現(xiàn)有的缺陷，進(jìn)一步發(fā)掘生產(chǎn)看板功能，優(yōu)化其整體性能，使其更能適應(yīng)社會的發(fā)展，更好的起到促進(jìn)生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 生產(chǎn)實(shí)例要求

某齒輪廠一流水線，有21個工位，每個工位有三種工作狀況，分別為:欠件，故障，通過。該生產(chǎn)管理控制面板需滿足能顯示時間、日期、生產(chǎn)的計(jì)劃數(shù)、基準(zhǔn)數(shù)、實(shí)際數(shù)及各個工位的工作狀況。其中計(jì)劃數(shù)由人工設(shè)定，基準(zhǔn)數(shù)是在理想狀態(tài)下截止當(dāng)天某一時間所應(yīng)該完成的工作量，實(shí)際數(shù)是指截止當(dāng)天某一時間所完成的工作量。系統(tǒng)功能框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

1.2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為核心控制器件，外圍主要有液晶顯示LCD1602、數(shù)碼管、獨(dú)立按鍵、LED、紅外遙控器和蜂鳴器，均為串行通信器件，使得系統(tǒng)線路簡單可靠性高。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2.1 單片機(jī)主控模塊

STC89C52是 STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8 k可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，同時做了很多技術(shù)上的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。它主要負(fù)責(zé)各個模塊的初始化工作;設(shè)置定時器、寄存器的初值;讀取并處理來自紅外遙控的信號;處理按鍵響應(yīng);控制液晶數(shù)碼管實(shí)時顯示;蜂鳴器響應(yīng)等。

1.2.2 輸入模塊

系統(tǒng)主要有兩種輸入方式，一種是代表各個工位按鈕的矩陣鍵盤，一種是用來設(shè)定計(jì)劃數(shù)的紅外遙控。其中紅外遙控的接收部分采用的是1838紅外接收頭。其接線圖如圖3所示。

圖3 1838紅外接收頭

1.2.3 輸出模塊

系統(tǒng)中采用LCD1602作為主要顯示器件輸出信息。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個字符，具有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/W、E三個控制端口，工作電壓為5 V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光設(shè)置。

系統(tǒng)采用蜂鳴器作為提示音的輸出，蜂鳴器的電路連接圖如圖4所示。

圖4 蜂鳴器

電路中采用PNP管8550做為信號功率放大來驅(qū)動喇叭鬧鈴，由圖4可以看出PNP管8550的集電極接電源正5 V。過溫時從STC89C52的P2.3腳輸出頻率約為低頻的方波信號使蜂鳴器報(bào)警。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求確定系統(tǒng)程序的完整結(jié)構(gòu)，盡可能采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，將任務(wù)劃分為相對獨(dú)立的功能模塊，明確各模塊的功能、時間順序和相互關(guān)系，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以分為幾個部分，首先是各個模塊的底層驅(qū)動程序編寫，而后是系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，編寫上層系統(tǒng)程序。

本系統(tǒng)軟件程序主要包括:液晶LCD1602的底層驅(qū)動模塊、按鍵掃描模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊等。

1.3.1 主程序

主程序如圖5所示。系統(tǒng)開始進(jìn)行對液晶顯示等進(jìn)行初始化，等待中斷響應(yīng)，(掃描鍵盤，讀取鍵值)，實(shí)時的將工位上的信息反映出來。

圖5 主程序MAIN流程框圖

1.3.2 子程序

系統(tǒng)在初始化后，收到中斷指令，接收來自紅外遙控的信號，并對信號進(jìn)行判斷，將合理的結(jié)果送液晶屏顯示。如圖6所示。

圖6 紅外輸入子程序

2 總結(jié)

該系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)例的要求，基于單片機(jī)STC89C52RC對生產(chǎn)管理看板的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線上各個工位工作情況，任務(wù)完成情況的實(shí)時監(jiān)查，進(jìn)一步完善了生產(chǎn)流水線的監(jiān)管體系，同時很大程度上提高了生產(chǎn)效率。為開發(fā)新型生產(chǎn)管理看板，彌補(bǔ)現(xiàn)有的缺陷，進(jìn)一步發(fā)掘生產(chǎn)看板功能，優(yōu)化其整體性能，使其更能適應(yīng)社會的發(fā)展，更好地起到促進(jìn)生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。