專利名稱：智能操作盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于現(xiàn)場控制的單片機控制操作盤，特別適合于選用了遵循MODBUS協(xié)議(美國MODICON公司公開的一種通訊協(xié)議，下同)的可編程邏輯控制器(簡稱PLC)系列產(chǎn)品的自動化控制系統(tǒng)，尤其適用于較惡劣的工業(yè)環(huán)境。
在自動化控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備的運行由安裝在控制室里的按鈕或開關(guān)信號通過PLC的輸入模塊將命令送入計算機，再通過輸出模塊傳給現(xiàn)場的設(shè)備，同時將執(zhí)行情況返送回控制室控制相應(yīng)的指示燈。要求信號可靠，電纜接線方便?，F(xiàn)有的開關(guān)、按鈕體積大、防水防塵性能差、可靠性低，電纜接線量大，占用大量輸入輸出模塊，成本較高。
本發(fā)明的目的是提供一種智能化操作設(shè)備，以較低的成本、可靠的性能、簡單的接線方式完成現(xiàn)場操作控制。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括薄膜輕觸開關(guān)面板1、控制電路板2、電源3、外殼4和通訊電纜5及電源線6?？刂齐娐钒?和電源3安裝在外殼4內(nèi)，通訊電纜5和電源線6可通過外殼4上的電纜開口與現(xiàn)場連接。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的控制電路原理框圖如圖2所示。
智能操作盤的控制電路包括單片機、地址鎖存器、程序存儲器、可編程擴展并行I/O芯片、按鍵矩陣、發(fā)光二極管陣列、譯碼電路、復位電路和電平調(diào)整電路。下面分別進行說明(1)單片機是把微型計算機的主要部分集成在一塊芯片上，包括微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、I/O口、串行口、定時器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。
(2)地址鎖存器完成數(shù)據(jù)總線和地址低8位總線的分時復用功能。
(3)程序存儲器存儲所有的程序。
(4)可編程擴展并行I/O芯片可提供三組8位的并行I/O口，以解決單片機的I/O口線有限的矛盾。
(5)按鍵矩陣為本操作盤單片機識別按鍵所采用的方式，即操作盤的控制采用行列式編程掃描方式，用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上，例如8＊8的矩陣可提供64個按鍵。編程掃描方式是利用CPU調(diào)用鍵掃描子程序，來響應(yīng)鍵輸入要求。其行線、列線分別連接于擴展的2個并行口上，由程序控制給列線送入全掃描字、行線讀入行狀態(tài)來判斷操作盤中有無鍵按下。方法是給列線的8根I/O口線均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有鍵按下，相應(yīng)的一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為1。將行、列線按二進制順序排列，由行列數(shù)據(jù)組合成鍵值。
(6)發(fā)光二極管陣列為每個按鍵操作提供燈指示。
(7)譯碼電路利用若干個3-8譯碼器選通相應(yīng)的發(fā)光二極管。
(8)復位電路為單片機和可編程擴展并行I/O芯片的RESET引腳提供不小于10ms的高電平復位信號。
(9)電平調(diào)整電路完成RS-232C與TTL的電平轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的實施例為64鍵智能操作盤。現(xiàn)結(jié)合實施例說明如下我們用intel公司的51系列單片機和8255可編程擴展I/O芯片設(shè)計了64鍵智能操作盤樣機，圖4、圖5、圖6為其電原理圖。圖4中，U1為8031單片機，U2為74LS373地址鎖存器，U3為EPROM程序存貯器27××，U4為可編程擴展并行I/O芯片8255，U5為行線緩沖器，U6為反相器，U7、U8為RS-232收發(fā)器，圖5中，U9～U17為譯碼器。
8031的P0口線用作數(shù)據(jù)總線，通過地址鎖存后作低8位地址總線，P2口的P2.0～P2.5作高位地址線，P2.7線選通8255，P1口的P1.0～P1.6參與發(fā)光二極管陣列的譯碼，P1.7經(jīng)反相器后控制蜂鳴器，當有鍵按下時，蜂鳴器響，鍵釋放則蜂鳴器停;RXD和TXD通過電平調(diào)整與其它設(shè)備作RS-232C串行通訊;8255的PA口作按鍵陣列的行線輸入，PB口作列線輸出;在譯碼電路中，采用了3-8線譯碼器74LS138;在電平調(diào)整電路中，選用了MC1488和MC1489作RS-232C收發(fā)器;在復位電路中;提供上電和按鍵組合復位;利用上電或按鍵的瞬間;RC電路充電;使RESET端出現(xiàn)大于10ms的高電平，保證單片機有效的復位。
圖3為主程序流程圖，下面結(jié)合此圖詳細說明此操作盤的工作過程首先將操作與PLC設(shè)備聯(lián)好，然后上電。操作盤完成一次按鍵需以下幾個步驟，順序介紹如下(1)系統(tǒng)進行初始化，包括設(shè)置單片機定時器參數(shù)使單片機能夠按9600波特率進行串行通訊，設(shè)置并行擴展口方式控制字寄存器使之按方式0工作，置鍵值緩沖區(qū)字節(jié)各位全“1”，指示燈狀態(tài)緩沖區(qū)字節(jié)各位全“0”。
(2)CPU通過串行口發(fā)送“讀取輸出狀態(tài)”報文查詢當前線圈的工作狀態(tài)，報文格式如下站址 功能碼 數(shù)據(jù)起始 數(shù)據(jù)起始 數(shù)據(jù)線圈數(shù)據(jù)線圈 CRC校驗結(jié)果地址高位 地址低位 數(shù)高位 數(shù)低位01 05 00 00 00 3F根據(jù)應(yīng)答報文中指示燈狀態(tài)字節(jié)各位的值設(shè)置指示燈狀態(tài)“1”表示亮，“0”表示滅。
(3)讀并行擴展口A的值判斷是否有鍵按下，若為零表示無鍵按下，返回步驟2;若非零表示有鍵按下，循環(huán)掃描行、列線，計算出鍵值送鍵值緩沖區(qū)，并按MODBUS協(xié)議格式形成“強置單線圈”置“ON”狀態(tài)的報文，報文格式如下站址 功能碼 線圈高位 線圈低位 線圈狀態(tài) CRC校驗結(jié)果01 05 00 00～3f FF00(4)將此報文通過串行口發(fā)送出去，并接收應(yīng)答報文。通過比較接收到的應(yīng)答報文和發(fā)送的報文是否一致來判斷是否有通訊錯誤，若有錯誤，返回步驟4重新發(fā)送;若無錯誤則發(fā)送報文查詢當前線圈的狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)答報文通過譯碼電路設(shè)置指示燈狀態(tài)，進行盤掃描，判斷此鍵是否已抬起(釋放)，若釋放則按MODBUS協(xié)議格式形成“強置單線圈”置“OFF”狀態(tài)的報文，報文格式如下站址 功能碼 線圈高位 線圈低位 線圈狀態(tài) CRC校驗結(jié)果01 05 00 00～3f 0000(5)將此報文通過串行口發(fā)送出去，并接收應(yīng)答報文。通過比較接收到的應(yīng)答報文和發(fā)送的報文是否一致來判斷是否有通訊錯誤，若有錯誤，返回本步驟開始重新發(fā)送;若無錯誤則完成一次鍵操作的全過程，清空鍵值緩沖區(qū)準備接受下一次按鍵，返回步驟2執(zhí)行。
與傳統(tǒng)的控制開關(guān)、按鈕方式相比，本發(fā)明具有以下幾方面的優(yōu)點1.采用了薄膜輕觸開關(guān)面板新型材料，具有防塵、防水、防腐蝕、可靠性高等優(yōu)點，按鍵壽命大于一百萬次;
2.將大量信號電纜簡化為一根三芯電纜，以64鍵操作盤為例，使用本發(fā)明后，可由至少130根信號電纜減少為1根三芯電纜，既大大地減少了施工接線的工作量，又提高了信號的可靠性;
3.通過網(wǎng)絡(luò)線通訊把主控室對現(xiàn)場的控制信號傳送給PLC，節(jié)省了大量輸入/輸出模塊，降低了工程成本。


圖1智能操作盤結(jié)構(gòu)圖，圖中，1為薄膜輕觸開關(guān)面板，2為控制電路板，3為電源，4為外殼，5為通訊電纜，6為電源線;
圖2智能操作盤原理框圖;
圖3智能操作盤主程序流程圖;
圖464鍵智能操作盤的單片機控制電路;
圖5發(fā)光二極管陣列;
圖6為按鍵矩陣。
權(quán)利要求
1.一種智能操作盤，特別適用于采用遵循MODBUS協(xié)議的PLC產(chǎn)品的自動化控制系統(tǒng)，包括薄膜輕觸開關(guān)面板、控制電路板、電源、外殼和通訊電纜及電源線。控制電路板和電源安裝在外殼內(nèi)，通訊電纜和電源線可通過外殼上的電纜開口與現(xiàn)場連接，其特征在于a.按鍵設(shè)置在按鍵矩陣的行列交點上，b.按鍵矩陣的行線、列線分別連接于2個并行口上，c.單片機調(diào)用按鍵掃描程序識別按鍵的狀態(tài)，d.譯碼電路按單片機識別的線圈狀態(tài)選通指示線圈狀態(tài)的發(fā)光二極管陣列中相應(yīng)的發(fā)光二極管。
2.按照權(quán)利1所述的智能操作盤，其特征在于操作盤的描述程序為a.初始化單片機按9600波特率進行串行通訊，并行擴展口按方式0工作，鍵值緩沖區(qū)字節(jié)各位全“1”，指示燈狀態(tài)緩沖區(qū)字節(jié)各位全“0”，b.發(fā)送“讀取輸出狀態(tài)”報文，根據(jù)應(yīng)答報文設(shè)置指示燈狀態(tài)，c.讀并行擴展口的值判斷是否有鍵按下，無鍵按下則返回，有鍵按下，循環(huán)掃描行、列線，計算出鍵值并按MODBUS協(xié)議格式形成“強置單線圈”置“ON”狀態(tài)的報文并發(fā)出，比較應(yīng)答報文和發(fā)送的報文是否一致，若有錯誤，返回重新發(fā)送;無錯誤則查詢當前線圈的狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)答報文通過譯碼電路設(shè)置指示燈狀態(tài)，d.進行鍵盤掃描，判斷此鍵是否抬起，若抬起則發(fā)送“強置單線圈”置“OFF”狀態(tài)的報文，判斷應(yīng)答報文和發(fā)送的報文是否一致，有錯誤則返回重新發(fā)送;無錯誤則完成一次鍵操作的全過程。
全文摘要
本發(fā)明是一種能控制工業(yè)現(xiàn)場操作的鍵盤式單片機控制設(shè)備，可通過通訊電纜將主控室的操作命令傳送給PLC，并將現(xiàn)場的執(zhí)行情況返回主控室點亮或熄滅操作盤上相應(yīng)的指示燈。與傳統(tǒng)控制方式相比，可減少大量施工接線時間，提高可靠性，節(jié)省PLC的輸入、輸出模塊費用，降低工程成本。
文檔編號G05B15/02GK1104780SQ9312124
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日
發(fā)明者張林吼, 邵燕, 于濤, 謝軍 申請人:首鋼總公司