专利名称：多路状态监控编码装置的制作方法
技术领域：
"多路状态监控编码装置"是一种实时监控多路状态量的设备，在单片机
中对多路状态量进行编码，通过串口通信将采样数据发送给上位PLC，供PLC 决策。该装置可广泛应用于印刷环节中印刷机、折页机、装订机和配页机等印 刷设备中多路状态量的监控。
背景技术：
随着数字印刷技术的发展，印刷流程中的各个环节信息更加透明，同时信 息的集成度也越来越高。在监控室里，通过可视化技术可以将印前、印中和印 后设备的工作状态和工作细节实时汇总，这类技术需要实时获取印刷设备的状 态信息。监控印刷设备中的状态量便是其中的任务之一，如被测对象的位置监 控、自动上纸监控等等。对于状态监控装置，要求其可同时获取多路状态信息， 并对这些信息进行编码处理，通过串口、网口等通信载体发送给上位机，供上 位机进行决策。目前，在测控领域通常采用PLC监控状态量，当检测点的数量 较大时，PLC自身需要相应增加多个监控点，这在很大程度上提高了成本。如 果"监控状态"的任务分配给本地较低成本的监控装置，PLC仅作为上位监控 机汇总数据，PLC与本地监控装置之间采用串行通信，这会极大减少PLC监控 点的数量，降低系统成本，提高系统性能、灵活性和合理性。
发明内容
本实用新型的目的是解决数字印刷过程中状态量的监测问题，在单片机中 对多路状态量进行编码，通过串口将采样数据发送给上位PLC，供PLC决策， 根据现场需要，检测设备可外扩端口的数量。该装置可以替代传统的PLC工作 模式，但其成本要远远低于PLC的购买费用。本实用新型的技术方案如图1-图6所示，系统包括光隔电路、1/0扩展电 路、通信电路(RS485电路和RS232电路)、MCU外围辅助电路和存储器扩展电 路。光隔电路使用了 16个4路光耦芯片，监测外部64路24V的状态信号，并 把24V状态信号转化为5V逻辑的数字信号Sl-S64，同时对外界干扰进行隔离。 1/0扩展电路连接状态信号S1-S64，通过数据总线方式与单片机U8连接。通 信电路包括RS485电路和RS232电路，RS485电路和RS232电路实现本地装置 与上位PLC之间的数据通信，根据现场需求，可选择RS485电路或RS232电路 中的一种。MCU外围辅助电路包括单片机和复位、时钟电路，负责系统多路信 号的处理。存储器扩展电路用于数据的临时存储,作为缓存使用。单片机U8 每间隔一段时间，通过数据总线读取64路信号的状态，并编码为二进制格式 的数据，通过串口发送给PLC，供上位PLC决策。
所述的光隔电路采用16个通用4组光耦芯片，把外部24V状态量信号转 化为单片机U8能够使用的5V数字信号。每路状态信号连接1个发光二级管作 为信号指示灯，每路5V逻辑的数字信号均与I/O扩展芯片连接。
所述的I/O扩展电路使用了 3片通用输入/输出扩展芯片U4、 U5和U6， U4接收状态量信号SI-S24， U5接收状态量信号S5-S48， U6接收状态量信号 S49-S64。 U4、 U5和U6的片选信号通过地址锁存器芯片U7控制，Cl、 C2和 C3分别作为U4、 U5、 U6的片选信号。U4、 U5和U6内部寄存器地址的译码通 过U7的输出端CONJ)和C0N_1控制。
所述的通信电路包括RS485电路和RS232电路，电路中使用了通用的串口 电平转换芯片U2和U3。 RS485电路中芯片U3使用了单片机U8的串口 1， A、 B两端为串口输入，Z、 Y两端为串口输出。RS232电路使用了单片机的串口 0， RCD、 TCD分别为RS232电路的输入和输出。
所述的MCU外围辅助电路包括单片机U8、复位电路和时钟电路。Jl为IDC 封装的通用10针插头，用于单片机U8的仿真。单片机U8采用5V工作逻辑，其PA 口分配给数据总线使用，PG1、 PGO为数据总线中的读/写信号控制管脚， PG2为ALE功能管脚，PC 口用作存储器芯片U8_2的高8位地址线，PD7脚用 作存储器芯片U8_2的片选，以避免与输入/输出扩展芯片U4、 U5和U6的读写 冲突。单片机U8的串口 0和串口 1分配给RS232电路和RS485电路使用。
所述的存储器扩展电路采用数据总线方式，芯片U8j为通用地址锁存芯 片，U8—2为通用8位存储器芯片。单片机的PA 口设置为数据口， PC口设置为 高8位地址总线A8-A15。单片机U8的PD7脚作为存储器芯片U8_2的片选控 制管脚。
本实用新型的I/O管脚可以根据现场需要进一步扩展，不仅可监控64路 状态量，还可扩展128路I/O脚，同时监控128路状态量，资源扩展方便灵活。
本实用新型可以替代传统PLC监控方式，但该装置的加工成本要远低于 PLC的市场价格，降低了印刷设备的出厂成本。
本实用新型采用高速单片机处理数据，可自由编程，根据用户的需求定制 监控模式，操作更为简便。
图l本实用新型电路结构框图2本实用新型单个光耦4路光隔电路的原理图3本实用新型RS485电路的原理图4本实用新型RS232电路的原理图5本实用新型MCU及存储器扩展电路的原理图6本实用新型I/O扩展电路的原理图；具体实施方式
结合图1-图6对本实用新型做进一步说明
多路状态监控编码装置，系统包括光隔电路、I/O扩展电路、通信电路
(RS485电路和RS232电路)、MCU外围辅助电路和存储器扩展电路。光隔电路把24V状态量信号转化为5V逻辑的数字电路能够接收的信号Sl-S64，同时对 外界干扰进行隔离。1/0扩展电路接收状态信号S1-S64，通过数据总线方式与 单片机U8连接。通信电路包括RS485电路和RS232电路，实现本地装置与上 位PLC之间的数据通信。MCU外围辅助电路包括单片机和复位、时钟电路，负
责系统信号的处理。存储器扩展电路用于数据的临时存储，作为缓存使用。单 片机U8每间隔一段时间，通过数据总线读取64路信号的状态，并在其内部编 码为二进制格式的数据，通过串口发送给PLC，供上位PLC决策。
光隔电路采用16个通用4组光耦芯片，芯片型号为TLP521-4，每个光耦 芯片的2、 4、 6、 8脚均接1个下拉电阻，1、 3、 5、 7脚各连接1个发光二极 管，通过发光二极管再于外部24V状态量信号连接。发光二极管作为信号指示 灯使用，输入信号为24V高电平时，发光二极管亮，输入信号为低电平时，发 光二极管灭。每个光耦芯片的IO、 12、 14、 16脚接5V电源，9、 11、 13、 15 接下拉电阻，并作为5V数字电路的信号输入端。信号输入端Sl-S8连接U4 的PA 口 PAO-PA7， S9-S16连接U4的PB 口 PBO-PB7， S17-S24连接U4的PC 口 PCO-PC7， S25-S32连接U5的PA 口 PA0-PA7， S33-S40连接U5的PB 口 PB0-PB7， S41-S48连接U5的PC 口 PC0-PC7， S49-S56连接U6的PA 口 PA0-PA7， S57-S64连接U6的PB 口 PB0-PB7。
1/0扩展电路中，输入/输出扩展芯片U4-U6的型号为8255A，地址锁存器 芯片U7的型号为SN74HC573。 U4-U7的数据口管脚DO-D7连接单片机U8的PA 口 PAO-PA7， U4禾Q U5的PA 口 、 PB 口 、 PC 口 ， U6的PA 口 、 PB 口分配给输入 信号端S1-S64使用，U6的PC口未用。U4-U6的35脚作为复位管脚，第6脚 作为片选，分别与U7的Q6、 Q7、 Q5管脚连接，U7的输出端QO、 Ql作为U4-U6 内部寄存器的选址控制。
通信电路中RS485电路中芯片U3的型号为MAX488，其第2、 3脚分别与 单片机U8的PD2、 PD3脚连接，其第7、 8脚作为串口输入端，第5、 6脚作为串口输出端。RS232电路中芯片U2的型号为MAX232CPE，其1、 3、 4、 5、 2、 6脚接外部电解电容，14、 13脚分别作为输入和输出信号管脚，其12、 11脚 与单片机U8的PE0、 PE1连接。
MCU外围辅助电路包括单片机U8、复位电路和时钟电路；Jl为IDC封装的 通用10针插头，用于单片机U8的仿真；单片机U8采用5V工作逻辑，其PA 口分配给数据总线使用，PG1、 PG0为数据总线中的读/写信号控制管脚，PG2 为ALE功能管脚，PC 口用作存储器芯片U8一2的高8位地址线，PD7脚用作存 储器芯片U8_2的片选；单片机U8的串口 0和串口 1分配给RS232电路和RS485 电路使用。MCU外围辅助电路中单片机U8的型号为ATmegal28， Ml为通用12M 晶振，采用5V工作逻辑，其54-57脚为JTAG 口仿真使用，分别与Jl的9、 3、 5、 l脚连接。单片机U8的20脚为复位管脚，24、 23脚为时钟的输入输出端。 单片机U8的44-51脚为数据总线管脚，33、 34、 43为数据总线读写时序控制 管脚。单片机U4的2、 3、 27、 28为串口控制管脚。
存储器扩展电路采用数据总线方式，芯片U8J为通用地址锁存芯片，U8_2 为通用8位存储器芯片；单片机的PA口设置为数据口， PC口设置为高8位地 址总线A8-A15;单片机U8的PD7脚作为存储器芯片U8—2的片选控制管脚。
存储器扩展电路中芯片U8—1的型号为SN74HC573， U8—2的型号为 IS61C512，,单片机U8的PA 口作为数据口，分别与U8—1和U8_2的数据口连接， 单片机U8的PC 口作为高8位地址线与U8—2的高8位地址线连接，U8一l的输 出脚12-19作为U8—2的低8位地址线管脚。单片机U8的PD7作为U15的片选 信号控制管脚，U8的PG1、 PGO脚作为U15的读写信号控制管脚，U8的PG2 脚作为ALE功能与U8_l的第11脚连接。
权利要求1、多路状态监控编码装置，其特征在于包括有光隔电路、MCU和与MCU相连接的I/O扩展电路、通信电路、外围辅助电路和存储器扩展电路；其中，通讯电路与上位机PLC相连接；光隔电路使用了16个4路光耦芯片，监测外部64路24V的状态信号，并把24V状态信号转化为5V逻辑的数字信号S1-S64，同时对外界干扰进行隔离；I/O扩展电路的一端连接状态信号S1-S64，另一端通过数据总线方式与MCU相连接；所述的通信电路包括有RS485电路和RS232电路，RS485电路和RS232电路实现MCU与上位PLC之间的数据通信，根据现场需求，可选择RS485电路或RS232电路中的一种；MCU及外围辅助电路包括单片机和复位、时钟电路，负责系统多路信号的处理；存储器扩展电路用于数据的临时存储，作为缓存使用；单片机每间隔一段时间，通过数据总线读取64路信号的状态，并编码为二进制格式的数据，通过串口发送给PLC。
2、 根据权利要求1所述的多路状态监控编码装置，其特征在于所述的光隔 电路中的64路状态信号中的每路状态信号连接1个发光二级管作为信号指示 灯。
3、 根据权利要求1所述的多路状态监控编码装置，其特征在于所述的I/O 扩展电路使用了 3片通用输入/输出扩展芯片U4、 U5和U6， U4接收状态量信 号S1-S24， U5接收状态量信号S5-S48， U6接收状态量信号S49-S64; U4、 U5 和U6的片选信号通过地址锁存器芯片U7控制；U4、 U5和U6内部寄存器地址 的译码通过地址锁存器芯片U7的输出端CON—0和C0N_1控制。
4、 根据权利要求1所述的多路状态监控编码装置，其特征在于所述的RS485 电路中的串口电平转换芯片U3与单片机U8的串口 l相连接，A、 B两端为串 口输入，Z、 Y两端为串口输出；RS232电路使与单片机的串口 0相连接，RCD、 TCD分别为RS232电路的输入和输出。
专利摘要多路状态监控编码装置是一种实时监控多路状态量的设备，在单片机中对多路状态量进行编码，通过串口通信将采样数据发送给上位PLC，供PLC决策。该装置可广泛应用于印刷环节中印刷机、折页机、装订机和配页机等印刷设备中多路状态量的监控。系统包括光隔电路、I/O扩展电路、通信电路、MCU外围辅助电路和存储器扩展电路。该装置的I/O管脚根据现场需要扩展，可替代传统PLC监控模式，但成本要远低于PLC的市场价格，而且监控方式更为灵活。
文档编号G05B19/418GK201145854SQ200820078719
公开日2008年11月5日 申请日期2008年1月25日 优先权日2008年1月25日
发明者王跃宗 申请人:北京工业大学