基于PLC的電子顯示屏設(shè)計文獻綜述

1、石河子大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計文獻綜述課題名稱：基于PLC的電子顯示屏設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 號：學(xué) 院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)年級：電子信息工程09級（2）班指導(dǎo)教師：職 稱：副教授完成日期：二一三年一月九日 文 獻 綜 述一、前言 可編程控制器(PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)的、綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。由于其具有抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、系統(tǒng)安裝簡單、維修方便等特點，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，可編程控制器在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。三菱PLC作為占國內(nèi)市場份額較高的PLC之一，在工業(yè)自動化控制中起著重要的作用。自動施肥控制系統(tǒng)是基于PLC

2、控制實現(xiàn)的。滴灌變量施肥是通過施肥裝置將溶解好的肥液注入到灌溉系統(tǒng)中，使肥料隨灌溉水一起輸送到田間的一種先進施肥方式，是精準(zhǔn)施肥與精準(zhǔn)灌溉相結(jié)合的產(chǎn)物。滴灌施肥的主要優(yōu)點是施肥均勻、準(zhǔn)確，可以穩(wěn)定且高精度地控制灌水量、施肥量、施肥時間等參數(shù)，從而提高了水和肥的利用效率，有效地減輕了土壤和環(huán)境污染。在一些發(fā)達國家，如以色列、美國、 加拿大等，自動化控制技術(shù)發(fā)展比較成熟，已開發(fā)了智能化程度和控制精度較高的智能灌溉施肥系統(tǒng)，而且得到了廣泛的應(yīng)用。我國與發(fā)達國家相比還有一定差距，一些研究所和高校進行了自動施肥控制系統(tǒng)的研究、開發(fā)，但大都局限在實驗室研究階段，還未開發(fā)出可以適用于大田的高精度自動施肥控制

3、系統(tǒng)。自動施肥控制系統(tǒng)具有提高施肥均勻度和肥料利用率，便于控制施肥量，降低勞動強度等優(yōu)點，對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)持續(xù)、高效、集約發(fā)展具有重要的意義，有著廣闊的應(yīng)用前景。本項目的研究意義和必要性及效益主要表現(xiàn)為 2個方面：（1）減少投入，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。在作物田塊內(nèi)，依據(jù)特定小區(qū)的作物生產(chǎn)潛力而投入不同水平的管理（變量播種、施肥、噴藥等）， 通過提高化肥的有效利用率來降低農(nóng)用成本，同時降低作物中有毒物質(zhì)的殘留量, 提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。（2）保護環(huán)境。減少因農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)的濫用造成環(huán)境污染的風(fēng)險。由于未被利用的氮生成有害氣體向大氣揮發(fā)，形成大氣污染源；另一部分未被利用的氮、磷向水體淋溶, 形成水體富營養(yǎng)

4、化的“面源”污染源。LED電子顯示屏是由幾萬幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。LED電子顯示屏采用了低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠、防水、規(guī)格品種多等優(yōu)點，可以滿足各種不同應(yīng)用場景的需求，發(fā)展前景非常廣闊，被公認為最具增長潛力也是發(fā)展最快的LED應(yīng)用市場。而在未來各項大型運動賽事等新增需求，都將促使LED顯示屏的大規(guī)模發(fā)展。此外，已架設(shè)的大型LED顯示屏幕每10年將歷經(jīng)一次換機潮，隨著人們生活水平的提高，戶外LED顯

5、示屏將逐漸應(yīng)用于各個行業(yè)。二、正文2.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀精準(zhǔn)變量施肥技術(shù)是一個重要的領(lǐng)域。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，水肥科學(xué)控制關(guān)系到農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量，一直以來都是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)經(jīng)營者、種植者和研究機構(gòu)關(guān)注的焦點。國外對水肥控制技術(shù)研究的起步較早。以色列、美國、荷蘭、法國等國家在這方面都有很多成果。以色列是個水資源短缺的國家，研發(fā)了很多先進的節(jié)水技術(shù)。其中，先進的微灌技術(shù)應(yīng)用帶動了以色列水肥灌溉的興起，該技術(shù)在溫室的優(yōu)勢更為明顯，其基于精準(zhǔn)變量控制的溫室水肥灌溉系統(tǒng)對水的最高利用率可以達到95%。AMIAD公司、NETAFIM公司等是以色列知名的水肥精準(zhǔn)變量控制技術(shù)設(shè)備供應(yīng)商?；诘貜V人稀的自然特

6、點和勞動力昂貴的社會現(xiàn)實，美國也大量應(yīng)用自動化灌溉技術(shù)。目前，美國是世界上微灌面積推廣最大的國家。在微灌技術(shù)的基礎(chǔ)上，美國大力發(fā)展了精準(zhǔn)變量施肥技術(shù)，開發(fā)并大量應(yīng)用了化肥農(nóng)藥注入泵、文丘里化肥注入系統(tǒng)、40站電磁閥控制器等先進的施肥控制器。目前，美國在精準(zhǔn)變量施肥領(lǐng)域處于先進水平。荷蘭的花卉產(chǎn)業(yè)發(fā)達，相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展均較快。荷蘭花卉溫室大量應(yīng)用了先進的灌溉施肥設(shè)備。荷蘭PRIVA公司是世界最大的溫室計算機自動控制公司之一，其已經(jīng)成功開發(fā)并應(yīng)用了多款先進的用于溫室生產(chǎn)的自動控制施肥機，能夠完全滿足實際生產(chǎn)中的水、肥精準(zhǔn)變量控制。法國在肥料農(nóng)藥混合器方面的研究也處于國際先進水平，相關(guān)的溫室園藝使

7、用的精準(zhǔn)變量施肥產(chǎn)品應(yīng)用得也非常普遍。在20 世紀(jì)70 年代初，開始應(yīng)用低流量的文丘里施肥器，主要應(yīng)用于苗圃和盆栽溫室。它的應(yīng)用解決了早期肥料泵的一個主要缺點，即在低流量時的不精確性。在有電的地方，主要在溫室內(nèi)，電驅(qū)動的肥料泵可以對肥料溶液進行精確供應(yīng)。20 世紀(jì)90 年代初，用于精確施用低中流量肥料溶液的新型肥料泵得到發(fā)展，引入全電腦控制的現(xiàn)代灌溉施肥技術(shù)設(shè)備后，養(yǎng)分分布的均勻度得到顯著提高。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。1980年美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）正式將其命名為編程序控制器（Progr

8、ammable Controller），簡稱 PC。國際電工委員會（IEC）于 1982年11月和 1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計1。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展待點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上

9、來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車和輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國早在20世紀(jì)70年代末和20世紀(jì)80年代初開始引進PLC，當(dāng)時隨成套設(shè)備，專用設(shè)備引進了不少國外PLC。如在寶鋼工程中，引進了十幾種機型達200多臺PLC。到80年代中期，PLC已廣泛地應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)各大鋼廠。PLC控制技術(shù)由于它與傳統(tǒng)機械良好的結(jié)合功能，在鋼鐵工業(yè)中常常作為獨立控制主機或其他控制系統(tǒng)的上位機部分

10、，能夠進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，和實時過程的順序控制，在鋼鐵生產(chǎn)各階段發(fā)揮重要的作用。他不盡提高了生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品的質(zhì)量，而且取得了顯著的經(jīng)濟效益和成果。國內(nèi)現(xiàn)狀1>關(guān)于PLC控制技術(shù)目前,PLC在國內(nèi)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。資料顯示 ,2008年的國內(nèi)市場銷售達到約60億元 ,其中進口約60%左右,國內(nèi)產(chǎn)品的年均需求增長率約為15% ,以滿足石油、化工、電力及市政等行業(yè)技改的需要。現(xiàn)僅以紡織和冶金行業(yè)為例說明PLC的應(yīng)用情況。PLC在紡織行業(yè)的應(yīng)用。近年來各種可編程控制器在紡織業(yè)中的應(yīng)用面越來越廣 ,在紡織生產(chǎn)中的清

11、花、梳棉、并條、精梳、粗紗、絡(luò)筒、并紗、捻線、整經(jīng)、漿紗、織布等幾乎所有工序都已采用了PLC。常用的PLC設(shè)備主要來自歐洲、日本和韓國。PLC在冶金行業(yè)的應(yīng)用。冶金行業(yè)的自動控制系統(tǒng)基本上以可編程邏輯控制器（PLC）和集散控制系統(tǒng)(DCS)為主。PLC一般應(yīng)用在以開關(guān)量為主的順序控制系統(tǒng)中,其較典型的應(yīng)用是高爐的上料系統(tǒng)、在控制規(guī)模較小情況下,該系統(tǒng)的所有開關(guān)量信號均通過開關(guān)量輸人輸出模板直接連接到控制器。隨著控制規(guī)模的擴大,逐漸出現(xiàn)了利用總線技術(shù)的遠程I/O及分布式I/O的形式,更進一步的是各個相對獨立的PLC系統(tǒng)間利用總線技術(shù)通訊,連接在總線上的各PLC作為總線上的子站完成相應(yīng)的功能。由以

12、上分析可見，PLC 在工業(yè)自動化中居有核心地位的原因在于PLC的技術(shù)具有長期的穩(wěn)定性 ,又能適時地推進技術(shù)的發(fā)展?？梢哉f,當(dāng)今工業(yè)控制所要求的性能 ,PLC可以滿足85%-90%,其中不足部分也可以用其他辦法補充?，F(xiàn)代科技發(fā)展迅速 ,PLC誕生至今,已經(jīng)遠遠的超出了最初的 “可編程邏輯控制器”可以涵蓋的范圍,其未來的發(fā)展與應(yīng)用必將滲透到經(jīng)濟社會的各個領(lǐng)域。但是應(yīng)該看到 ,國際上PLC的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用 ,而我國則是從成套設(shè)備引進、PLC引進應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛應(yīng)用。對我國PLC生產(chǎn)廠家來說,如何生產(chǎn)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的PLC產(chǎn)品,并形成規(guī)?；a(chǎn),打造中國自己的PLC品

13、牌是當(dāng)前面臨的一大課題。2>滴灌施肥控制系統(tǒng)我國的灌溉施肥技術(shù)相對比較落后，水的利用率只有40%（馬學(xué)良，1999），農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用精準(zhǔn)變量技術(shù)起步較晚。20世紀(jì)90年代以后， 國家對節(jié)水灌溉施肥更加重視，各地從發(fā)達國家引進了相關(guān)的灌溉施肥設(shè)備，使得國內(nèi)溫室大棚等保護地生產(chǎn)的灌溉施肥技術(shù)有了較大發(fā)展。我國在滴灌施肥研究與開發(fā)方面，多集中在設(shè)施農(nóng)業(yè)的溫室大棚的自動化滴灌系統(tǒng)研制，研制開發(fā)了基于智能化管理和控制的灌溉施肥系統(tǒng)，并且得到了的應(yīng)用。徐飛鵬（2005）提出了適用于溫室大棚的分層分布式計算機控制灌溉施肥系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動控制、定時控制、周期控制、手動控制四種不同灌溉控制方式為一體的自動

14、控制灌溉與施肥系統(tǒng)；郭克珺（2005）研制開發(fā)了2YTF6型灌溉液體施肥施藥自動控制系統(tǒng)，可用于林業(yè)工廠化育苗、花卉、蔬菜和食用菌等設(shè)施灌溉施肥生產(chǎn)管理；楊萬龍（2004）研制開發(fā)了溫室滴灌施肥智能化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動與人工干預(yù)選擇型滴灌與施肥控制系統(tǒng)；國內(nèi)學(xué)者利用單片機技術(shù)開發(fā)了自動灌溉施肥控制系統(tǒng)，通過硬件和軟件的優(yōu)化組合，實現(xiàn)了滴灌系統(tǒng)中灌溉與施肥的精確控制和同步運行，并且適合我國農(nóng)業(yè)溫室自動灌溉及施肥管理，但是并沒有關(guān)于滴灌大田變量控制精準(zhǔn)施肥智能化控制技術(shù)的相關(guān)研究，本項目在分析國內(nèi)外該領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合兵團滴灌大田實際生產(chǎn)需要進行整個控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。2.2 相關(guān)技術(shù)

15、介紹 關(guān)于PLC控制技術(shù)PLC英文全稱Programmable Logic Controller中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。               可編程序控制器是六十年代末在美國首先出現(xiàn)的，目的是用來取代繼電器，

16、以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能，由此日本稱它為順序控制器。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。當(dāng)時，根據(jù)汽車制造業(yè)生產(chǎn)線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制盤，以減少汽車改型時，重新設(shè)計制造繼電器控制盤的成本和時間。隨著半導(dǎo)體技術(shù)尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)展， 到七十年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件和外圍電路也都采用了中大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的“PLC”已不再是僅有邏輯判斷功能了，同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通訊功能。美國電氣制造商協(xié)會NEMA從1976年開始，經(jīng)過四年的調(diào)查，于1980年把它正式命名為

17、可編程序控制器，簡稱“PLC”。可編程序控制器硬件由六部分構(gòu)成:中央處理器：它是可編程序控制器的心臟部分。CPU由微處理器存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數(shù)據(jù)、變量的數(shù)據(jù)儲器構(gòu)成。電源：給中央處理器提供必需的工作電源。輸入組件：輸入組件的功能是將操作開關(guān)和現(xiàn)場信號送給中央處理器?，F(xiàn)場信號可能是開關(guān)量、模擬量或針對某一特定目的使用的特殊變量。 輸出組件：輸出組件接收CPU的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成電壓或電流等現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)所能接收的信號后，傳送控制命令給現(xiàn)場設(shè)備的執(zhí)行器。  輸入輸出（簡稱I/O）是可編程序控制器的“手”和“腳”或者叫作系統(tǒng)的“眼睛”和“視覺”。輸入信

18、號包括按扭開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關(guān)和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機啟動等直流和交流設(shè)備。               編程器：在正常情況下，編程器用于系統(tǒng)初始狀態(tài)的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對系統(tǒng)操作。編程器也可用于控制程序的調(diào)試和控制系統(tǒng)故障時作為檢查故障的有效工具。PLC控制器主要有CPU、存儲器及I/O端口組成，現(xiàn)在比較習(xí)慣的PLC分類是按I/O點數(shù)分。一般PLC分為三類

19、:小型PLC，小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。 中型PLC，中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在2561024點之間。 大型PLC ，一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能 關(guān)于LED電子顯示屏技術(shù)LED數(shù)碼管顯示屏（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃、公共電極。led數(shù)碼管顯示屏常用段數(shù)一般為7段有的另

20、加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。了解LED的這些特性，對編程是很重要的。因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。LED數(shù)碼管顯示屏要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 A、靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O埠進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進位*器*進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，

21、顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多。B、動態(tài)顯示驅(qū)動 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路。位元選通由各自獨立的I/O線控制。當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼。但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制。所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。三、結(jié)論本論文介紹的是基于PLC的施肥量等數(shù)值發(fā)送至灌變量控制施肥顯示系統(tǒng)與動畫演示應(yīng)用研究技術(shù)，目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。使用情況大致可歸納為如下