专利名称：新型人机信息交换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种人机信息交换装置，更具体地说，涉及一种应用于高压大功率变频调速系统中的新型人机信息交换装置。
背景技术：
随着人们对交流变频调速技术的深入了解，目前，交流变频调速系统特别是高压大功率变频调速系统已广泛地应用于冶金、煤矿、给水等行业。
高压大功率变频调速系统(以下简称“调速系统”)主要由两大部分构成功率单元部分和控制单元部分。功率单元部分主要是将输入的固定电压、固定频率的交流电源转换成当前所需的电压幅值可变、频率可变的交流电源，对被控交流电机进行调速；控制单元部分则是按照用户的设定并结合调速系统自身的工作状态控制功率单元的运行。而控制单元部分又细分为两部分内核部分和外延部分。内核部分的主要功能是产生/关断PWM脉冲触发信号、检测与判断调速系统自身状态；外延部分的主要功能是完成调速系统与用户之间的信息交换、与系统内的其它控制设备间的通讯以及与用户现场设备间的通讯。
目前，高压大功率变频调速系统实现与用户之间的信息交换主要有两种方式一种是通过工业控制计算机(简称“工控机”)和液晶触摸屏进行人机信息交换；另一种方式是通过LED数码管和按键组合的简单信息交换装置进行人机信息交换。
由工业控制计算机和液晶触摸屏组成的人机信息交换装置包括分体和一体两种形式。分体式人机信息交换装置是采用独立的工控机外加液晶触摸屏组成人机信息交换装置，液晶屏作为显示器显示调速系统的相关信息和用户当前所做操作的反馈，一般在液晶屏表面会覆有触摸薄膜，可作为鼠标和键盘供用户进行各种操作。这种分体式人机信息交换装置的缺点是由于需要一个独立的工控机与液晶触摸屏配合实现人机信息交换，所以，使得整个调速系统的制造成本提高了，缺乏市场竞争力。一体式人机信息交换装置，其内部的工控机与大功率变频调速系统控制单元内核部分的工控机为同一工控机，该工控机除与触摸屏配合完成信息交换外，其主要任务是完成产生/关断PWM脉冲触发信号、检测与判断调速系统自身状态等功能，即控制单元的内核部分所要完成的任务，所以，这种一体式人机信息交换装置的缺点是在实现人机信息交换的时候，占用了工控机大量资源，影响了工控机产生/关断PWM脉冲触发信号、检测与判断调速系统自身状态的响应速度，并且故障率也相对较高。
由LED数码管和按键组合而成的简单人机信息交换装置是通过一个或多个LED数码管来显示调速系统的信息，由按键输入具有特定的较为单一的功能性操作，比如“启动、停机”等。这种人机信息交换装置弥补了上述“一体化工控机”在故障率和成本方面的不足。但是，使用LED数码管所显示的信息量极其有限，稍微复杂一点的或者多一点的数据显示起来相当困难，往往这些信息都是通过预先定义好的代码显示出来后，用户通过这些代码再查阅指定的说明书，查找相对应的信息。这种人机信息交换装置的缺点是显示的信息不够直观、按键功能单一、操作相对麻烦。
发明内容
为了解决上述两种人机信息交换装置存在的不足，本实用新型的目的是提供一种新型的应用于高压大功率变频调速系统中的人机信息交换装置，该人机信息交换装置具有成本低、操作简单、信息显示直观、功能实用以及故障率低的优点。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种应用于高压大功率变频调速系统中的新型人机信息交换装置，它主要由微处理器(简称“CPU”)、键盘、液晶显示屏、通讯扩展芯片、与通讯扩展芯片串行数据口相连的通讯接口芯片构成；微处理器的I/O口与键盘的数据口相连，接收用户输入的各种指令；微处理器的地址口通过地址总线、地址锁存器与通讯扩展芯片、液晶显示屏的地址口相连；微处理器的数据口通过数据总线与液晶显示屏的数据口和通讯扩展芯片的并行数据输入/输出口相连；所述通讯扩展芯片提供有一条以上的串行通讯链路，所述通讯扩展芯片的并行数据输入/输出口与微处理器的数据口相连，通讯扩展芯片的串行数据输入/输出口通过RS422通讯接口芯片、RS485通讯接口芯片和RS232通讯接口芯片与人机信息交换装置壳体上预留的各种不同通讯方式的通讯接口相连，实现与不同的通讯设备间的信息传输、通讯。
所述键盘为矩阵键盘。
本实用新型的工作原理是本实用新型上电后，各芯片统一硬件复位；微处理器开始执行存储在ROM芯片的控制程序，给各个芯片写初始化控制字，并从时钟芯片读取当前的时间；随后，微处理器定时扫描与键盘相连的I/O口，检查是否有键盘操作，如有按键被按下，微处理器立即执行相关命令；微处理器通过通讯扩展芯片、与通讯扩展芯片相连的通讯接口芯片与调速系统或各设备进行通讯，发送读取相关数据的指令，并接收来自各设备返回的数据和信息；通过液晶显示器显示各设备返回的数据和信息，同时，将人机信息交换程序运行过程中的变量及各种数据存储在RAM芯片中。
由于本实用新型是通过微处理器及其外围电路、矩阵键盘、液晶显示屏和通讯扩展芯片及其通讯接口芯片这四大部分组成的人机信息交换装置完成人机信息交换的，而不是象传统的人机信息交换装置那样使用单独的工控机或使用调速系统控制单元的工控机、触摸显示屏完成人机信息交换的，所以，本实用新型成本低、功能实用、故障率低、信息显示直观、操作简单，其生产成本、复杂程度特别适宜高压大功率变频调速系统。
图1为本实用新型的原理框图图2为本实用新型具体实施例原理框图图3为图2的具体电路图具体实施方式
如图1所示，本实用新型公开的应用于高压大功率变频调速系统中的人机信息交换装置主要由微处理器、矩阵键盘、液晶显示屏、时钟芯片、通讯扩展芯片、各种不同通讯方式的通讯接口芯片和RAM、ROM存储器芯片构成。
微处理器的I/O口与矩阵键盘的数据口相连，接收用户输入的各种指令。微处理器的地址口通过地址总线、地址锁存器分别与时钟芯片、通讯扩展芯片、RAM芯片、ROM芯片和液晶显示屏的地址口相连；微处理器的数据输入/输出口通过数据总线分别与时钟芯片、RAM芯片、ROM芯片、液晶显示屏的数据口和通讯扩展芯片的并行数据输入/输出口相连；通讯扩展芯片的串行数据口分别通过不同通讯方式的通讯接口芯片与人机信息交换装置壳体上预留的各种不同通讯方式的通讯接口相连，实现以不同的通讯方式与不同的通讯设备间的信息传输。
本实用新型的核心部分是单片机，它通过矩阵键盘接收用户输入的各种指令，如查询调速系统的运行状态、功率单元的工作电流值、显示故障原因等；它通过液晶显示屏显示各种信息；它通过通讯扩展芯片和各种不同通讯方式的通讯接口芯片以不同的通讯方式与不同的通讯设备进行数据的传输；它将人机信息交换过程中的各种数据和变量存储在RAM芯片中，将单片机运行的程序存储在ROM芯片中；它用时钟芯片定时返回的数据显示时间，并将其作为调速系统重要事件的发生时间一并存储。
图2为本实用新型具体实施例的原理框图。如图所示，本实用新型选用的是32位的微处理器即CPU(型号80C196)作为核心组件。微处理器的10个I/O口即P0.0-P0.4、P1.0-P1.4与5×5＝25矩阵键盘的数据口相连，接收用户输入的各种指令。微处理器的低8位地址/数据输入/输出口AD0-AD7通过地址锁存器U1(型号74HC573)以地址/数据总线的方式分别与时钟芯片U2(型号DS12C887)、通讯扩展芯片U3(型号TL16C554)、RAM U4(型号DS1220)、ROM U5(型号AM29F010)和液晶显示屏U6(型号DMF50174)的低8位地址/数据口AD0-AD7相连；微处理器的高8位地址口A8-A15通过地址总线分别与通讯扩展芯片U3、RAM U4和ROMU5存储器的地址口相连，同时，微处理器的A13、A14、A15地址线还分别与地址译码器U7(型号74HC138)的输入端相连，地址译码器U7的输出端分别与时钟芯片U2、通讯扩展芯片U3、RAM U4、ROMU5的片选端相连。
时钟芯片U2的控制信号端ALE与微处理器的控制信号端ALE相连，同时，微处理器的RD、WE控制信号端分别与时钟芯片U2、通讯扩展芯片U3、RAM U4、ROMU5和液晶显示屏U6的RD、WE控制信号端相连。
为了使本实用新型在进行人机信息交换的同时，可以与调速系统内的其它控制设备以及用户现场内的其他设备之间进行通讯、数据传输，如图1、2所示，本实用新型通过通讯扩展芯片U3将微处理器输出的并行数据转换为多路串行数据，并将通讯扩展芯片U3的四个串行数据输入/输出口分别与RS422通讯接口芯片U8(型号MAX488)、RS485通讯接口芯片U9、U10(型号MAX485)、RS232通讯接口芯片U11(型号MAX232)相连，使得本实用新型可以与不同的通讯设备进行通讯。
图3为本实用新型实施例的具体电路图。如图所示，微处理器(型号80C196)的P0.0-P0.4、P1.0-P1.4通过键盘接口插座XS1与5×5＝25矩阵键盘的数据口相连。微处理器的低8位地址/数据输入/输出口AD0-AD7通过地址锁存器U1(型号74HC573)以地址/数据总线的方式分别与时钟芯片U2(型号DS12C887)、通讯扩展芯片U3(型号TL16C554)、RAM U4(型号DS1220)、ROM U5(型号AM29F010)、与液晶显示屏相连的插座XS2的地址/数据口AD0-AD7相连；微处理器的高8位地址口A8-A10与RAM芯片U4的地址口A8-A10相连，微处理器的高8位地址口A8-A12与ROM芯片U5的地址口A8-A12相连；同时，微处理器的A13、A14、A15地址线还分别与地址译码器U7(型号74HC138)的输入端A、B、C相连，地址译码器U7的输出端Y0-Y7分别与ROM芯片的片选端CE、RAM芯片的片选端CE、时钟芯片的片选端CE、通讯扩展芯片U3的片选端CSA、CSB、CSC、CSD、以及液晶显示屏的片选端相连。
时钟芯片U2的控制信号端ALE与微处理器的控制信号端ALE相连，同时，微处理器的RD、WE控制信号端分别与时钟芯片U2、通讯扩展芯片U3、RAM U4、ROMU5和液晶显示屏U6的RD、WE控制信号端相连。
为了使本实用新型在进行人机信息交换的同时，可以与调速系统内的其它控制设备以及用户现场内的其他设备之间进行通讯、数据传输，如图3所示，通讯扩展芯片U3的串行数据输入/输出口RXA、TXA与RS422通讯接口芯片U8(型号MAX488)的RO、DI口相连，通讯扩展芯片U3的串行数据输入/输出口RXB、TXB与RS485通讯接口芯片U9(型号MAX485)的RO、DI口相连，通讯扩展芯片U3的串行数据输入/输出口RXC、TXC与RS485通讯接口芯片U9(型号MAX485)的RO、DI口相连，通讯扩展芯片U3的串行数据输入/输出口RXD、TXD与RS232通讯接口芯片U11(型号MAX232)的R1OUT、T1IN口相连。
如图3所示，由于本实用新型微处理器、液晶显示屏、时钟芯片、通讯扩展芯片和RAM、ROM存储器芯片的复位端RESET都是相连的，所以，在本实用新型上电时，各个芯片就统一硬件复位。微处理器开始执行存储在ROM芯片的控制程序，给各个芯片写初始化控制字，并从时钟芯片读取当前的时间。随后，微处理器定时扫描与键盘相连的I/O口，检查是否有键盘操作，如有有按键被按下，微处理器立即执行相关命令；微处理器通过通讯扩展芯片、与通讯扩展芯片相连的通讯接口芯片与调速系统或各设备进行通讯，发送读取相关数据的指令，并接收来自各设备返回的数据和信息；通过液晶显示器显示各设备返回的数据和信息，同时，将人机信息交换程序运行过程中的变量及各种数据存储在RAM芯片中。
图2、图3所示的人机信息交换装置仅仅是本实用新型的一个具体实施例，本实用新型并不局限于此。
构成本实用新型的微处理器可以是8位或8位以上的CPU，为使其结构更简单、功能更强大，最好选用支持CISC以及RISC指令集的中小型CPU。
构成本实用新型的矩阵键盘包括一个以及一个以上的键位数，它可以是通过单片机的I/O端口直接生成矩阵键盘，也可以是通过单片机的数据总线连接具有I/O扩展功能的集成电路生成矩阵键盘。
构成本实用新型的时钟芯片可以是一个独立的时钟集成电路芯片，也可以是由单片机自带的时钟功能完成。
构成本实用新型的通讯扩展芯片应具有将并行数据转换为串行数据的功能，它应能提供一条以及一条以上的串行通讯链路。
构成本实用新型的RAM芯片可以是DRAM、SDRAM、SRAM、非易失的SRAM存储芯片，也可以是单片机自带的RAM存储部分。
构成本实用新型的ROM芯片可以是EPROM、flashROM、EEPROM、OTPROM芯片，也可以是单片机自带的ROM存储部分。
构成本实用新型的通讯接口芯片应包括遵循RS-232、RS-485、RS-422、等串行通讯协议的通讯接口芯片。
由于本实用新型是通过微处理器及其附属电路、矩阵键盘、液晶显示屏和通讯扩展芯片及其通讯接口芯片这四大部分组成的人机信息交换装置完成人机信息交换的，而不像传统的人机信息交换装置那样使用单独的工控机或使用调速系统控制单元的工控机、触摸显示屏完成人机信息交换的，所以，本实用新型成本低、功能实用、故障率低、信息显示直观、操作简单，其生产成本、复杂程度特别适宣高压大功率变频调速系统。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此。任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种新型人机信息交换装置，其特征在于它主要由微处理器、键盘、液晶显示屏、通讯扩展芯片、与通讯扩展芯片串行数据口相连的通讯接口芯片构成；微处理器的I/O口与键盘的数据口相连，接收用户输入的各种指令；微处理器的地址口通过地址总线、地址锁存器与通讯扩展芯片、液晶显示屏的地址口相连；微处理器的数据口通过数据总线与液晶显示屏的数据口和通讯扩展芯片的并行数据输入/输出口相连；所述通讯扩展芯片提供有一条以上的串行通讯链路，所述通讯扩展芯片的并行数据输入/输出口与微处理器的数据口相连，通讯扩展芯片的串行数据输入/输出口通过不同的通讯接口芯片与人机信息交换装置壳体上预留的各种不同通讯方式的通讯接口相连，与不同的通讯设备间的信息传输。
2.根据权利要求1所述的新型人机信息交换装置，其特征在于所述通讯接口芯片包括RS422通讯接口芯片、RS485通讯接口芯片和RS232通讯接口芯片，它们分别与所述通讯扩展芯片的串行数据输入/输出口相连。
3.根据权利要求1或2所述的新型人机信息交换装置，其特征在于该人机信息交换装置还包括有时钟芯片和RAM、ROM存储器芯片；所述微处理器的地址口通过地址总线、地址锁存器分别与时钟芯片、RAM芯片、ROM芯片的地址口相连；微处理器的数据口通过数据总线分别与时钟芯片、RAM芯片、ROM芯片、的数据口相连。
4.根据权利要求3所述的新型人机信息交换装置，其特征在于该人机信息交换装置还包括有一地址译码器，所述微处理器的A13、A14、A15地址线分别与地址译码器的输入端相连，地址译码器的输出端分别与所述时钟芯片、通讯扩展芯片、RAM芯片、ROM芯片和液晶显示器的片选端相连；所述时钟芯片的控制信号端ALE与微处理器的控制信号端ALE相连；微处理器的RD、WE控制信号端分别与时钟芯片、通讯扩展芯片、RAM芯片、ROM芯片和液晶显示屏的RD、WE控制信号端相连。
5.根据权利要求1或2或4所述的新型人机信息交换装置，其特征在于所述键盘为矩阵键盘。
专利摘要本实用新型公开了一种应用于高压大功率变频调速系统中的新型人机信息交换装置，它由微处理器、矩阵键盘、液晶显示屏、通讯扩展芯片、通讯接口芯片构成。微处理器的I/O口与矩阵键盘的数据口相连，接收用户输入的各种指令；微处理器的地址口通过地址总线与通讯扩展芯片、液晶显示屏的地址口相连；微处理器的数据口通过数据总线与液晶显示屏的数据口和通讯扩展芯片的并行数据输入/输出口相连；通讯扩展芯片提供有一条以上的串行通讯链路，其串行数据输入/输出口通过RS422通讯接口芯片、RS485通讯接口芯片和RS232通讯接口芯片与壳体上预留的各种不同通讯方式的通讯接口相连，实现与不同的通讯设备间的通讯。本实用新型成本低、功能实用、信息显示直观。
文档编号G06F3/00GK2750371SQ200420115439
公开日2006年1月4日 申请日期2004年11月24日 优先权日2004年11月24日
发明者戚永意 申请人:北京利德华福电气技术有限公司