专利名称：集成plc功能和can总线通讯能力的人机界面的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及人机界面，特别涉及一种集成PLC功能和CAN总线通讯能力的人机界面。
背景技术：
人机界面HMI (Human-Machine Interface)可以连接变频器、直流调速器、变送器、传 感器、可编程序控制器(PLC)、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元(如 触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备， 大量应用于工业自动化控制机械等场合，作为工业现场显示终端和中小型自动化机器上的显 示/控制一体化终端。
可程式逻辑控制器PLC (Programmable Logic Controller)是一种专为在工业环境应用而 设计的控制系统。它包含中央处理器CPU，通过读取指令、解释指令以及执行指令，去控制 执行有关的控制电路。
而CAN总线，即控制器局部网(CAN—CONTROLLERAREANETWORK)是一种多主 机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现B广泛应用于工业自动化、多种控制 设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。
传统HMI几乎不具备任何控制能力，然而当今工控技术的飞速发展，在某些场合对控制 要求不是很高的情况下，向HMI提出了控制要求，使用这种HMI能够显著的减少成本。采 用CAN总线来扩展I/O点数，所以I/O点数理论上是没有约束的；采用通用开放的通讯协议， 因此对I/O模块的采购不必局限于某几个厂家，可以是数字量，也可以是模拟量，也可以在 总线上接执行机构。但是，市场上还未发现有集成PLC功能和CAN总线通讯能力的人机界 面。
发明内容
为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案， 一种集成PLC功能和CAN总线 通讯能力的人机界面HMI，包括，处理器单元，显示单元，输入单元，存储单元，通讯接口， 其中，显示单元和输入单元，构成外设的人机界面HMI，向用户提供操作、信息显示；
处理器单元，主要通过显示单元、输入单元与用户做人机交互，得到的控制参数、反映
3控制过程；通过通讯接口获取输入量，经处理后并通过通讯接口输出来控制相连的各类工业 设备；
存储单元，用于提供系统运行所需要的存储空间，并向用户提供保存数据的空间； 通讯接口，用于连接处理器单元与各类工业设备，并传递数据； 其不同之处在于，通讯接口中包括CAN总线接口，以连接各类现场总线设备。 为进一步实现上述技术目的，所述处理器单元采用marvell公司生产的NHPXA270C5处 理器；该处理器包括以太网接口、音频接口、串行接口、 CAN总线接口；所述显示单元采用 液晶显示器LCD;所述输入单元采用触摸屏；所述存储单元采用64M内存，32M快闪存储 器Flash。
为进一步实现上述技术目的，所述CAN总线接口控制器采用飞利浦生产的SJAIOOO。 为进一步实现上述技术目的，在NHPXA270C5处理器与SJA1000之间设有一个转换电 路。因为SJA1000的地址线与数据线是复用的，而NHPXA270C5处理器的地址线、数据线 是独立使用的，所以需要额外一个电路来适配。SJA1000的地址端口为14000008H，数据端 口的地址为1400004H,来自NHPXA270C5处理器的片选信号nCS5，数据线MD0"MD7，地 址线MA2-MA3，读信号nOE，写信号nWE,经过逻辑电路处理，产生SJA1000所需的功 能信号。
在本实用新型中，触摸屏和液晶显示器LCD构成HM的接口，向用户提供操作、信息 显示的接口。 CAN总线接口主要用于连接各种工业模块，如I/O模块，伺服模块等。 NHPXA270C5处理器的USB host可以接键盘，鼠标，U盘，或其他USB设备。USB Client 主要用于WindowsCE与PC机之间的数据同步，即相互传输文件。以太网接口可用于连接 INTERNET。音频接口提供声音输出、输入。SD卡扩展接口，用于外接SD卡。
相比传统HMI，本方案的功能和价格有极大的优势PXA270主频520MHz，能满足大 绝多数数据计算任务，并拥有丰富的外设USBHOST、 USBCLIENT、音频、100M以太网， SD卡扩展等，使得HMI有良好的可扩展性，并提供SoftPLC的控制功能。此外本方案的硬 件设计中加入大量的保护电路，使其抗干扰能力更一步加强。因此采用这种结构的HMI能给 用户广阔的应用空间。在拥有良好的性能的情况下，其价格相比与传统HMI拥有更大的竞争 力。
图1是本实用新型的结构模块图图2是本实用新型优选实施例的结构模块图。
图3是本实用新型的使用示意图。
图4是本实用新型优选实施例的线路转换电路图。
图5是本实用新型优选实施例的线路转换电路图。
图6是本实用新型优选实施例的触摸、音频接口扩展电路。
图7是本实用新型优选实施例的以太网接口扩展电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的解释和阐述。
图1所示，本实用新型集成PLC功能和CAN总线通讯能力的人机界面HMI，包括处理 器单元，显示单元，输入单元，存储单元，通讯接口，通讯接口中还包括CAN总线接口，可 以连接各类现场总线设备。
图2是本实用新型优选实施例的结构模块图。中间部分为处理器单元100与存储单元200， 外设有多种接口。处理器单元100采用基于ARMV5TE内核的NHPXA270C5处理器；该处 理器包括USBhostlOl、 USB Clientl02、以太网接口 103、音频接口 105、 SD扩展接口 106、; USBhostlOl可以接键盘，鼠标，U盘，USB打印机等；USB Clientl02主要用于WindowsCE 与PC机之间的数据同步，即相互传输文件；以太网接口 103可用于通过INTERNET和ERP 系统连接；音频接口 105提供声音输出、输入。存储单元200采用64MB内存SDRAM201, 32MNORFLASH202，通过SD卡扩展接口 106可以扩展2G SD卡。触摸屏300和液晶显示 器LCD400构成外设的HMI，向用户提供操作、信息显示的接口。 CAN总线接口 104主要用 于连接各种现场总线设备，如I/0模块，伺服模块等。串行接口107，用于连接各类非总线类 现场设备。
本实用新型是一种集成PLC功能和CAN总线通讯能力的人机界面HMI，需要软件的支 持方能实现其基本功能。图3是本实用新型的使用示意图。前面描述的基本上是硬件组成， 软件主要由WindowsCE操作系统、HMI系统。本实用新型优选实施例采用WindowsCE5.0 操作系统，只需要将BSP(板级支持包)对本方案的硬件做相关的移植工作，操作系统即能正 常工作，关于BSP的移植不在本文的讨论范围内，不再介绍。而HMI软件则可采用国外成 熟的HMI软件，该系统由编程系统和运行系统构成。编程系统用来完成HMI的组太，并编 写PLC控制程序，运行系统负责对整个系统的管理和对应用程序的执行。HMI组态软件可以提供传统HMI的常见功能，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线、数据、文字输入操作，打 印输出、生产配方存储、设备生产数据记录、简单的逻辑和数值运算、可连接多种工业控制 设备组网。HMI软件，同时具有SoftPLC的功能。
在本实用新型优选实施例中，CAN总线接口控制器采用飞利浦生产的SJAIOOO，因为 SJA1000的地址线与数据线是复用的，而NHPXA270C5处理器的地址线、数据线是独立使用 的，所以需要额外一个电路来适配。在NHPXA270C5处理器与SJAIOOO之间设有一个转换 电路。图4、图5是本实用新型优选实施例的线路转换电路图SJA1000的地址端口为 14000008H,数据端口的地址为1400004H,来自NHPXA270C5处理器的片选信号nCS5， 数据线MD0-MD7， 地址线MA2-MA3， 读信号nOE， 写信号nWE，经过逻辑电路处理， 产生SJA1000所需的功能信号。对SJA1000的读写是分两次I/O操作完成的，第一次往地 址端口 14000008H送入地址值作为SJA1000的单元地址。此时，片选CS没有选通，数据锁 存在AD0-AD7总线上。第二次访问数据端口 14000004H时，SJA1000被选中，在ALE信 号下降沿作用下将第一次的地址值写入SJAIOOO， CPU对SJAIOOO进行读/写操作。
在本实用新型的优选实施例中，PXA270有很高的集成度，CPU自身集成很多外设，如 USB HOST、 USB CLIENT, SD卡扩展等，因此外围的扩展电路不是很多，只需扩展以太网接 口，触摸、音频接口， CAN总线接口。
图6是本实用新型优选实施例的触摸、音频接口扩展电路。本接口包含触摸、音频输出 驱动电路UCB1400是飞利浦的一款音频编解码芯片，并集成了触摸屏驱动模块，与CPU之 间的连接采用AC' 97 Rev.2.1接口，音频输出通过C110，C114隔直后，直接输出；四线式触 摸板通过RW2、 R103、 R104、 R105、 C119、 C120、 C121、 C122构成的RC虑波器滤波后输入 到UCB1400，经UCB1400进行模数转化后，得到X、 Y两个方向的坐标值，通过触摸驱动的计 算便得到象素坐标。
图7是本实用新型优选实施例的以太网接口扩展电路DM9000是DAVICOM的一款以太网 控制器，CPU的MD0 MD15连接DM9000的16根数据线上，MA2连接到DM9000的CMD。对DM9000 寄存器的读写是分两次I/0操作完成的，第一次往地址端口 04000000送入地址值，第二次访 问数据端口 04000004时，CMD为1，便对DM9000进行读/写操作。
以上为本实用新型的最佳实施方式，依据本实用新型公开的内容，本领域的普通技术人 员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种集成PLC功能和CAN总线通讯能力的人机界面，包括处理器单元，显示单元，输入单元，存储单元，通讯接口；其中，显示单元和输入单元，构成外设的人机界面HMI，向用户提供操作、信息显示；处理器单元，主要通过显示单元、输入单元与用户做人机交互，得到控制参数、反映控制过程；通过通讯接口获取输入量，经处理后通过通讯接口输出来控制与之相连的各类工业设备；存储单元，用于提供系统运行所需要的存储空间，并向用户提供保存数据的空间；通讯接口，用于连接处理器单元与各类工业设备，并传递数据；其特征在于，通讯接口中包括CAN总线接口，以连接各类现场总线设备。
2、 根据权利要求1所述的人机界面，其特征在于，所述处理器单元采用marvell公司的 NHPXA270C5处理器；该处理器扩展有以太网接口、音频接口、 SD接口、 CAN总线接口； 所述显示单元采用液晶显示器；所述输入单元采用触摸屏；所述存储单元采用64MB内存， 32M快闪存储器FLASH。
3、 根据权利要求2所述的人机界面，其特征在于，CAN总线接口控制器采用飞利浦的 SJAIOOO。
4、 根据权利要求3所述的人机界面，其特征在于，在NHPXA270C5处理器与SJAIOOO之间设有转换电路。
专利摘要本实用新型涉及人机界面，特别涉及一种集成PLC功能和CAN总线通讯能力的人机界面，包括处理器单元，显示单元，输入单元，存储单元，通讯接口，其不同之处在于，通讯接口中还包括CAN总线接口，用于连接各类现场总线设备。使得人机界面HMI有良好的可扩展性，并提供SoftPLC的控制功能。采用这种结构的人机界面HMI能给用户广阔的应用空间，在拥有良好的性能的情况下，其价格相比与传统人机界面HMI拥有更大的竞争力。
文档编号G05B19/05GK201340537SQ20082020686
公开日2009年11月4日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者杰 付, 波 宁, 池家武, 马学童 申请人:上海步科电气有限公司