专利名称：多塔空帖状态监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种多塔空帖状态监控装置，是一种在线检测书帖是否存在 的设备，在外部接近开关提供的同步信号控制下，使用光电开关检测印刷设备 塔台上是否己放置书帖，该装置可广泛满足折页机、配页机和装订机等印后设 备塔台空帖的在线检测需求。
背景技术：
对于折页机、配页机和装订机等印后设备，为了提高其工作的自动化程度，
通常需要在线检测其塔台上是否存在书帖，并将检测结果上传给上位PLC进行 处理和判断，与其它操作过程同步或协同。折页机通常只有一个塔台，配页机 和装订机具有多个塔台， 一般多于6个。在空帖检测过程中，采用接近开关配 合印刷设备的辊轮转动提供同步检测信号，该信号来临时进行检测，使用光电 开关判断塔台上是否存在书帖。MCU监控接近信号产生的中断，读取光电开关 信号的状态，上传给上位PLC。目前，在测控领域通常采用PLC监控空帖状态， 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。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了检测印刷设备多个塔上是否存在书帖的问题，在 外部接近开关提供的同步信号控制下，使用光电开关检测印刷设备塔台上是否 已放置书帖，该装置可广泛满足折页机、配页机和装订机空帖的实时检测。
本实用新型的技术方案如图1-图7所示，系统包括光隔电路(第1路光隔 电路-第8路光隔电路)、通信电路(RS485电路和RS232电路)、MCU电路(MCU、外围辅助电路和键盘电路)和CPLD逻辑电路。光隔电路使用了 8个2路光耦， 共16路输入信号，光隔电路将外部24V的接近开关信号、光电开关信号转化 为5V逻辑的数字信号，16路5V逻辑的数字信号在CPLD逻辑电路中组合后提 供给单片机处理。通信电路包括RS485电路和RS232电路，RS485电路实现本 地装置与上位PLC之间的数据通信，实时上传本地数据，RS232电路实现本地 装置与串口液晶屏之间的数据通信，显示本地数据。MCU电路包括单片机U4、 外围辅助电路和键盘电路，外围辅助电路含单片机正常工作用的复位电路和时 钟电路，键盘电路为外扩的9键键盘，用来设置串口通信格式，光电信号、位 置信号的通路等。CPLD逻辑电路中使用了通用的CPLD逻辑器件，在CPLD内 部对8路位置信号取"或"，然后与单片机的中断0连接，通过总线方式读取 中断标志位和光电信号状态。在外部信号到来时，单片机产生中断响应，通过 数据总线读取中断寄存器，判断哪几路同步信号产生了中断，然后读取光电信 号状态，综合处理后进行数据上传和显示。
所述的光隔电路采用通用光耦Ul—1-U1—8进行光电隔离，把外部24V接近 开关信号和光电信号转化为单片机U4能够使用的5V逻辑。P0S1-P0S8对应外 部8路24V接近开关信号，0PT1-0PT8对应外部8路24V光电开关信号，PS1-PS8 对应8路5V接近开关信号，0P1-0P8对应8路5V光电开关信号。PS1-PS8和 0P1-0P8提供给CPLD器件U5，在其内部进行逻辑组合，采用下降沿触发中断。
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，RS485电路中芯片U3使用了单片机U4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U4的串口0， RCD、 TCD分别为RS232电路的输入和输出。
所述的MCU电路中U4为单片机，Jl为IDC封装的通用10针插头，用于 单片机U4仿真时使用。U4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。PB 口和PD1脚分配给键盘电路使用。单片机Ul的串口 0和串口 1分配给RS232电路 和RS485电路，INTO作为接近开关信号中断使用。Ul的PD4-PD7分配给电平 转换芯片U5—1和U5一2使用，控制其输入输出方向。复位电路采用RC复位方 式，时钟电路采用通用12M外部晶振。键盘电路采用两态按键，k1-k9共9键。 单片机产生中断0后，通过数据总线读取接近开关信号和光电开关信号。
所述的CPLD逻辑电路中，U5为CPLD逻辑器件，工作时使用3. 3V逻辑， J2为IDC封装的通用10针插头，用于CPLD器件U5烧写程序时使用，U5—1 和U5一2为电平转换芯片，将单片机U4的5V逻辑转化为CPLD器件U5使用的 3.3V逻辑。在CPLD器件U5内部，扩展了寄存器，使用8选1的或门0R1对8 路位置开关信号取"或"，并作为中断信号，通过芯片U5J的电平转换，提 供给单片机U4的中断0。 U6、 U7和U8为地址锁存器器件，U6使用数据总线 和单片机U4的写信号/WR产生片选信号，分别控制U7和U8的关断，U6的输 出Q7与单片机U4的读信号/RD进行"或"后控制8路位置信号输出到数据总 线上，U6的输出Q8与单片机U4的读信号/RD进行"或"后控制8路光电信号 输出到数据总线上。
本实用新型采用串口与PLC上位机连接，可以接收来自PLC的配置，同时， 本地设备也具有键盘和液晶显示，控制方式更加方便灵活。
本实用新型可在线监控多塔空帖状态，而且可以根据现场需要，进一步扩 大监控书塔的数目，集成度更高。
本实用新型替代了PLC监控，其成本远低于PLC的购买费用，降低了印刷 设备的出厂成本。
图l本实用新型电路结构框图2本实用新型光隔电路的原理图3本实用新型RS232电路的原理图；图4本实用新型RS485电路的原理图； 图5本实用新型MCU电路的原理图； 图6本实用新型CPLD逻辑电路的原理图； 图7本实用新型CPLD逻辑器件内部逻辑的原理图；具体实施方式
结合图1-图7对本实用新型做进一步说明
多塔空帖状态监控装置，系统包括光隔电路、通信电路(RS485电路和 RS232电路)、MCU电路(MCU、外围辅助电路和键盘电路)、CPLD逻辑电路。光 隔电路将16路外部24V的信号转化为单片机U4能够使用的5V逻辑电平，同 时对外部干扰进行隔离，通信电路实现本地装置与上位PLC的通信，接收PLC 的配置并上传检测结果，同时可与本地串口液晶屏通信，在本地显示检测结果， MCU电路为中央处理器，负责数据的获取和控制，CPLD逻辑电路实现16路外 部信号的逻辑整理。在外部接近开关信号到来时，单片机U4产生中断响应， 通过数据总线读取CPLD逻辑器件U5的中断寄存器，判断产生中断的同步信号， 然后读取光电开关信号的状态，综合处理后进行数据上传和显示。
光隔电路采用通用光耦芯片，光耦芯片U1_1-U1—8的型号为TLP521-2， 每个光耦芯片的l、 3脚均接上拉电阻，与24V电源连接，2、 4脚分别接位置 开关和光电开关的输出，同时与作为指示灯的发光二极管连接。每个光耦芯片 的6、 8脚均接5V电源，5、 7脚接下拉电阻。PS1-PS8分别接CPLD逻辑电路 中电平转换芯片U5—1的1A1-1A8脚，0P卜0P8分别接CPLD逻辑电路中电平转 换芯片U5—1的2A1-2A8脚。
通信电路中RS485电路采用的芯片型号是MAX488，其第2、 3脚分别与单 片机U4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电路采用的芯片型号是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U4的PE0、 PE1脚连接。
MCU电路中单片机U4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、 1脚连接。 单片机U4的20脚为复位管脚，24、 23脚为时钟的输入输出端。单片机U4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，10-17、 26为键盘状态监控管脚，与2 态按键kl-k9连接，键盘状态监控管脚默认状态为高电平，按键按下时变为低 电平，U4通过监控管脚电平的变化判断按键是否按下。
CPLD逻辑电路中，CPLD逻辑器件U5的型号为EPM7128AET，电平转换芯 片U5—1和U5—2的型号为ALVC164245，地址锁存芯片U6-U8的型号为74373。 U5的1、2、5—10、12-14、16、17、19—21脚分别与电平转换芯片U5」的1B1-1B8、 2B1-2B8连接，U5的22-25、27-33、35脚分别与电平转换芯片U5—2的2B1-2B8、 1B1-1B4连接，U5的4、 15、 62、 73脚分配给JTAG 口仿真使用。电平转换芯 片U5一l和U5_2的输入输出控制和方向控制管脚CS1-CS4分别与单片机U4的 29-32脚连接。
权利要求1、多塔空帖状态监控装置，其特征在于包括有MCU电路和与MCU电路相连接的通信电路、外围辅助电路、键盘电路、CPLD逻辑电路和光隔电路；其中，通讯电路还与上位机PLC相连接；光隔电路将16路外部24V的信号转化为MCU能够使用的5V逻辑电平，同时对外部干扰进行隔离；所述的通讯电路包括有RS485电路和RS232电路，RS485电路实现MCU与上位PLC的通信，接收PLC的配置并向PLC上传检测结果；RS232电路与液晶屏相连，用于显示检测结果；MCU电路为中央处理器，负责数据的获取和控制，CPLD逻辑电路实现16路外部信号的逻辑整理，在外部接近开关信号到来时，MCU电路产生中断响应，通过数据总线读取CPLD逻辑器件的中断寄存器，判断产生中断的同步信号，然后读取光电开关信号的状态，综合处理后进行数据上传和显示。
2、 根据权利要求1所述的多塔空帖状态监控装置，其特征在于所述的光隔 电路采用光耦Ul_l-Ul_8进行光电隔离，P0S1-P0S8连接应外部8路24V接近 开关信号，0PT1-0PT8连接外部8路24V光电开关信号，PS1-PS8连接8路5V 接近开关信号，0P1-0P8连接8路5V光电开关信号；PS1-PS8和0P1-0P8提 供给CPLD器件U5，在其内部进行逻辑组合，采用下降沿触发中断。
3、 根据权利要求1所述的多塔空帖状态监控装置，其特征在于所述的MCU 电路包括有单片机U4和用于单片机U4仿真时使用的、IDC封装的通用10针 插头J1;单片机U4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，PB 口和PD1 脚与键盘电路相连接，单片机U4的串口 0和串口 1分配与RS232电路和RS485 电路相连接，INTO作为接近开关信号中断使用；单片机U4的PD4-PD7与电平 转换芯片U5一1和U5一2相连接，控制其输入输出方向；复位电路采用RC复位 方式，时钟电路采用通用12M外部晶振，键盘电路采用两态按键，k1-k9共9 键，单片机产生中断0后，通过数据总线读取接近开关信号和光电开关信号。
4、 根据权利要求3所述的多塔空帖状态监控装置，其特征在于所述的RS485 电路与单片机U4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电路与单片机U4的串口 0相连接，RCD、 TCD分别为RS232电路 的输入和输出。
5、 根据权利要求l所述的多塔空帖状态监控装置，其特征在于所述的CPLD 逻辑电路包括有CPLD逻辑器件U5、用于CPLD器件U5烧写程序时使用IDC封 装的通用10针插头J2; CPLD逻辑器件U5工作时使用3. 3V逻辑，U5—1和 U5—2为电平转换芯片，将单片机U4的5V逻辑转化为CPLD器件U5使用的3. 3V 逻辑；在CPLD器件U5内部，扩展了寄存器，使用8选1的或门0R1对8路 位置开关信号取"或"，并作为中断信号，通过芯片U5—1的电平转换，提供 给单片机U4的中断0;地址锁存器器件U6、 U7和U8，地址锁存器器件U6使 用数据总线和单片机U4的写信号/WR产生片选信号，分别控制地址锁存器器 件U7和地址锁存器器件U8的关断，地址锁存器器件U6的输出Q7与单片机 U4的读信号/RD进行"或"后控制8路位置信号输出到数据总线上，地址锁 存器器件U6的输出Q8与单片机U4的读信号/RD进行"或"后控制8路光电 信号输出到数据总线上。
专利摘要多塔空帖状态监控装置是一种在线检测书帖是否存在的设备，在外部接近开关提供的同步信号控制下，使用光电开关检测印刷设备塔台上是否已放置书帖，该装置可广泛满足折页机、配页机和装订机等印后设备塔台空帖的在线检测需求。系统包括光隔电路、通信电路、MCU电路和CPLD逻辑电路。该装置采用串口通信与PLC上位机连接，可以接收来自PLC的配置，控制方式灵活，在线监控多塔空帖状态，可根据现场需要，扩展监控书塔的数目。
文档编号G05B19/418GK201145856SQ20082007872
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