基于PC和STM32的物料管控系统的设计摘 要：随着现代工业的发展，工业4.0时代的到来，智能生产对于制造业工厂至关重要在液晶行业，物料这一生产所必须的原材料也进入到智能化管理的时代传统的制造业物料在设备上依靠人员手动记录、确认物料，这一方法存在很大的物料使用风险对于在工艺设备上使用的小型物料，人员可以依靠设备的控制器模块进行物料识别和管理，而对于较大的或有危险性的物料则需要进行单独管理本文根据工厂中大型物料的使用实际现状，提出了一种稳定、高效、低成本的物料管控系统选用了基于ARM内核的STM32芯片设计的物料管控系统，增加了以MODBUS协议为基础的RS485通信，使上位机系统对远程的设备管控成为可能，并在原协议的基础上提出了一种新的MODBUS协议，适用于现场多参数的系统管控 关键词：物料；上位机系统；MODBUS 1 系统整体方案与工作原理 整个系统群控14台设备，由PC上位机管控14台下位机，下位机由外部输入包括外部键盘、外部地址拨码盘和读码器输入，读码器通过RS232接口，将读取的数据传送到单片机，单片机经过内部处理将数据经由RS485接口传送到PC，PC接收后根据事先制定的规则对数据进行识别、判断，并反馈给单片机最终结果，单片机获取结果后对外部执行机构进行控制。
2 系统硬件设计 2.1 通信接口电路 核心控制器采用 STM32F103ECT6、STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M3 内核外围设备有：DMA、电机控制PWM、PDR、POR、PVD、PWM、温度传感器、WDT时钟频率72MHz，是目前32位市场上功耗最低的产品采用标准该数据转换接口，分别是标准RS-232接口和RS485接口 2.1.1 RS232接口 RS232采用SP3232芯片实现电平匹配，能够实现读码器获取的数据在工业环境下无损的传递，电路原理图如图1所示 2.1.2 RS485接口 RS485采用SP3485芯片实现RS485，通过MODBUS协议和上位机实现数据、人机交互等数据和信号的传送，主要用于多个控制器之间的通信，通过拨码开关为每个控制器进行编号，最多能识别256个控制器RS485通信采用一对一通信，先发送目的控制器的编号，其它控制器接受后与自己的编号进行比对，如相同则进行下一步操作，若不同则不予回应 2.2 人机接口电路 系统设计的初衷是为了物料防护，同时也更有利于人员的操作使用系统主要包含的人机接口电路有报警电路、LCD显示驱动电路、按键输入电路和设备地址代码设定电路。
按键输入根据实际所需按键数目可采用独立式键盘或行列式键盘，本设计中需要通过按键实现工作模式的转换和人员工号密码的输入，实际所需按键较多，采用矩阵键盘结构LCD显示驱动电路和其他接口均采用单片机I/O接口来实现 3 系统软件设计 3.1 协议选择 上位机和STM32微控制器之间采用RS-485通信接口连接，采用MODBUS协议完成与上位机之间通信【3】其中，地址位：地址码表明设置的从站的地址，每个从站都必须有唯一的地址码，从站接收主站发送的数据前和主站接收从站响应回复的数据前，只有地址码符合才能接收，否则丢弃方向位根据数据传送的方向使用代码来设定为读取或写入功能码：当报文由主站向从站发送时，从站执行的操作根据功能码来判断主站在收到从站的响应报文时，若主站接收到的功能码与从站之前接收的功能码相同，表明从站已响应主站请求并进行操作在本系统中包括数据传送、人员编号传送等数据位段为通过串口接收到的读码器数据，此部分数据为ASCII格式，采用此种方式相比传统的RTU模式而言，无需进行数据转换可以接收更多的数据，并且程序也更直观易懂CRC校验采用每位的ASCII字符拆分为16进制后再进行相加求和取反的方式，大大提高了数据传送的准备性。
3.2 程序设计 程序设计是在STM32常用的开发工具Keil MDK中完成的，keil提供了一个完整的开发方案，其中包含了一个有着强大功能的仿真调试器和C编译器、库管理、链接器、宏汇编程序开始时进行初始化，包括系统时钟、GPIO、串口通信、LCD显示等的初始化 SystemInit（）； GPIO_Configuration（）； USART1_Init（）； USART3_Init（）； LCDInit（）； InitSerialBuf（）； delay_ms（10）； 程序开始执行，执行人机交互动作，人员选择设备功能，输入密码，正确后进行设备扫码流程，然后根据已建立的数据库进行匹配，匹配成功，系统输出信号，驱动设备动作，同时将数据传送至PC，PC接收后反馈数据 3.3 PC上位机软件设计 上位机是采用Visual Studio 2010程序开发工具，在.NET的语言环境下开发的NET环境提供了的串行通信SerialPort类为上位机，与STM32下位机之间的通信提供了基础上位机提供了人机交互界面，在串口设置中可设置通信端口、波特率、数据位、停止位、校验位和设备地址。
在Monitor中可以看到当前所有设备的使用状态，并且可以追溯每个物料使用的历史记录在数据管理中人员将标准数据更新或追加后选择子站地址后，将数据下发到相应的子站中，子站接收后反馈信号给PC，PC接收到反馈信号数据更新成功，否则提示失败 4 结论 本文设计的物料管控系统，极大降低了设备改造成本，防止人员失误，并且提供了单片机人机交互和PC人机交互的系统功能，提高了设备使用的灵活性，系统的模块化设计也具有可移植性，并且在传统MODBUS协议的基础上提出了一种新的MODBUS协议，更有利于大数据和多数据的传送和程序的可读性 参考文献 【1】 . 北京： 清华大学出版社， 2010. 【2】 汪义旺，崔鸣，祁春清.RS-485/Modbus在FFU控制系统中的应用.自动化仪表，2010，31（6）：39-44.。