固定货柜库位状态信息采集系统的设计

张金波

摘要：AVR单片机是一款高性能的单片机，本文对于固定的货柜库位状态采集这一课题进行了探索分析，基于AVR为控制核心，开发了货柜状态实时采集与监控的系统。综合来看，本系统包含了货柜的库位状态采集、网络数据传输、ModBus通信等组成部分，系统设计具备结构稳定、成本低廉、系统开发难度低等优势，值得应用推广。

关键词：AVR;状态检测;ModBus通信

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0130-02

1 研究背景

伴随着信息社会的高速发展，数据处理与信息传递间的高效和实时性越来越受到人们的重视。目前主流的针对货柜库位的信息采集技术，应用较为广泛的是采取将多传感器采集的模块直接进行数据传递进单片机的形式。但伴随着越来越大体量的数据采集与传递、存储需求的日益增长，这种模式已越来越难适应档案数据管理的需求。由此，设计一种结构稳定、成本低廉、系统开发难度低的固定货柜库位状态信息采集系统则显得迫在眉睫。

2 系统总体设计

在本系统中，针对密集文件柜的状态采取红外传感器进行检测，通过AVR单片机对文件柜状态的采集后，以RS485总线传输对应数据，过程中对于某单一文件柜来说，当有档案放置的时候，對应的LED状态指示灯显示为绿色，而没有档案放置的时候，对应的LED指示灯显示为红色。系统包含了货柜的库位状态采集、网络数据传输、ModBus通信等组成部分，系统设计具备结构稳定、成本低廉、系统开发难度低等优势。

3 系统的硬件设计

3.1 最小系统板的设计

Atmega128单片机反应速度快，内部资源丰富，最高数速率达1MIPS/Mh，满足系统的设计要求。

3.2 采集电路的设计

本系统的设计思路选用的是矩阵扫描电路采集，因此可以在仅进行16位输入同16位输出的状态下（合计32个IO数据接口）即能实现针对256个状态的数据采集工作。

3.3 光电隔离电路设计

实际工程应用过程中，各种干扰对系统的正常稳定运行影响较大，尤其是在医院、工厂、学校附近，各类噪音等的干扰会导致系统所使用的单片机运行状态难以稳定。针对此种情况，本系统设计通过32路IO输入和输出端口中全部采用光电耦合方式进行光电隔离，这一措施使得数据采集的准确性大为提升。此外，本系统设计中还将个s8550三极管增加进IO输出端的光耦后，电路输出端的驱动性也明显得到了提升[1]。光电隔离电路图1所示。

4 系统的软件设计

4.1 单片机主程序设计

当AVR单片机在通电初始化结束后，将会跟进循环式完成对16行的扫描后，进入协议解析函数。然后在解析函数中会完成主机命令的解析、从机命令的回应、上传采集数据等工作[2]。

4.2 ModBus通信协议

4.2.1 通讯协议

（1）通讯传送方式：通讯传送分为独立的信息头，和发送的编码数据。初始结构=≥4字节的时间，地址码=1字节，功能码=1字节，数据区=N字节，错误校检=16位CRC码，结束结构=≥4字节的时间。（2）通讯规约：当通讯命令发送至仪器时，符合相应地址码的设备接通讯命令，并除去地址码，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务;然后把执行结果返送给发送者。

4.2.2 信息帧结构

地址码：表1所示地址码是信息帧的第一字节（8位），从0到255。每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送。

功能码：主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。表2所示列出的功能码都有具体的含义及操作。

5 结语

本文基于档案馆文件的实际管理经验总结，对于固定的货柜库位状态采集这一课题进行了探索分析，基于AVR为控制核心，开发了货柜状态实时采集与监控的系统，有效提升了文件查找过程中的工作效率，对于管理成本的控制效果也相对明显。实际工程应用过程中，各种干扰对系统的正常稳定运行影响较大，尤其是在医院、工厂、学校附近，各类噪音等的干扰会导致系统所使用的单片机运行状态难以稳定。针对此种情况，本系统设计通过32路IO输入和输出端口中全部采用光电耦合方式进行光电隔离，这一措施使得数据采集的准确性大为提升。此外，本系统设计中还将个s8550三极管增加进IO输出端的光耦后，电路输出端的驱动性也明显得到了提升。综合来看，本系统包含了货柜的库位状态采集、网络数据传输、ModBus通信等组成部分，系统设计具备结构稳定、成本低廉、系统开发难度低等优势，值得应用推广。

参考文献

[1]段晓曼.固定货柜库位状态信息采集系统的设计[J].电子技术与软件工程，2016，（5）：64.

[2]陈银清.宏程序编程在数控加工中的应用研究[J].机床与液压，2009，（5）：42-45.

Design of Information Acquisition System for Fixed Container Level Status

ZHANG Jin-bo

（Liaoyang Vocational College of Technology Department of Information Engineering， Liaoyang Liaoning  111000）

Abstract：AVR microcontroller is a high-performance single-chip microcomputer， This paper explores and analyses the subject of collecting the status of fixed container warehouse， based on AVR as the control core， a real-time collecting and monitoring system of container status is developed. on the whole， the system includes container storage status acquisition， network data transmission， ModBus communication and other components， The system design has the advantages of stable structure， low cost and low difficulty in system development， which is worthy of application and promotion.

Key words：AVR; state detection; ModBus communication