具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統的製作方法
2023-06-02 19:03:11
專利名稱：具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及自動化與計算機技術的技術領域。
背景技術：
地下防護工程在戰爭期間有三種通風方式清潔、濾毒和隔絕。相關的電氣設計規範明確規定，應在每個口部第一道防護門外側，防化值班室，柴油電站機房等主要位置設置通風方式轉換報警信號箱(三防信號箱)。
目前，地下防護工程所使用的三防信號箱多數由一組彩色白熾燈和一個小型擴音器組成，可顯示當前工程的通風方式，並在轉換通風方式時進行聲音報警。但這種三防信號箱沒有經過特殊設計，不具有防水、防潮、防高濃度鹽霧腐蝕等能力，工作壽命有限且不可靠，提示及報警信息不醒目。另一方面，地下工程一般內部溼度較高，海防工程還有鹽霧汙染問題，但這些工程的特殊地位要求工程使用的三防信號箱長期工作、穩定可靠、報警及時、信息醒目。
現有的三防信號箱所能顯示的信息內容單一，一般只有「清潔」、「濾毒」和「隔絕」的指示，而另一方面，現代戰爭對防護工程的保障系統提出了更可靠高效的要求，需要在三防信號箱上顯示更多的報警及工程狀況信息。
發明內容
本實用新型的目的為了解決上述問題，提供一種能增加不間斷工作時間，增加網絡接口，提高系統的可靠性，補充並完善了相應的功能的具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到一種具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統，它包括有由型號可為8031的單片機CPU1及其存儲器M1、可編程邏輯陣列集成電路M2組成的單片機系統，單片機系統的輸出通過驅動電路T接顯示器X，其特徵在於它還接有主單片機CPU2，主單片機CPU2的輸入輸出口接收發器S的對應輸入輸出端，收發器S的另一輸入輸出端與LonWorks控制網絡相連，CPU2的串行輸入輸出口接單片機CPU1的對應串行輸入輸出口。
所述主單片機CPU2上接有數據程序存儲器M3和時序及看門狗電路G1；單片機CPU1上接有時序及看門狗電路G2。
「智能三防信息顯示屏」是一個具有自診斷能力的智能顯示設備，通過LonWorks現場總線接口與上位計算機通信。它採用了LED數字顯示技術、現場總線技術，使用高可靠的工業級晶片，並按照軍工產品標準設計、製造，採取防水、防潮、防鹽霧及抗電磁脈衝幹擾的措施，能滿足國防工程的惡劣環境下長期可靠工作的要求。通過計算機編程，實現各種信息的顯示和調度，顯示內容豐富靈活。
本實用新型的有益效果是(1)長期穩定可靠運行從晶片選擇到軟體設計，充分考慮智能三防屏的持續工作能力，不間斷運行時間可達1萬小時。而普通白熾燈製作的三防燈箱典型值是幾千小時。
(2)滿足地下工程的惡劣環境應用需求通過充分的軟體和硬體設計，該三防屏具有了防水防潮及防鹽霧的特點，可應用於高溼度、高鹽霧濃度的地下工程。
(3)顯示信息多樣化包括核、生、化威脅及汙染指數報警信息、防化設備運行故障信息、工程內部空氣品質報警信息、人員進出允許/禁止指示、火災報警指示及疏散信息。彌補了以往的三防信號箱顯示內容單一的不足。
(4)警示作用明顯採用LED作為顯示器件，有特殊的優勢。其亮度比白熾燈等顯示器件高，顯示內容醒目突出。LED綠色環保，工作電壓低、功耗小、壽命長、尺寸小、易於集成、驅動簡單、發光密度均勻、耐衝擊且性能穩定，已日趨在顯示應用中佔主導地位。
(5)管理維護方便智能三防顯示屏本身是一個智能設備，具有自診斷、故障自恢復功能。提供LonWorks網絡接口，利用上位機通過現場總線網絡對其進行遠程維護。可遠程修改設定，傳送信息，豐富顯示內容，大大增加了顯示的靈活性。
圖1是本實用新型的系統結構框圖。
圖2是本實用新型的主單片機CPU2運行邏輯框圖。
圖3是本實用新型的單片機CPU1運行邏輯框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
本實用新型是一種具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統，它包括有由單片機CPU1(型號可為8031)及其存儲器M1(型號可為62256)、可編程邏輯陣列集成電路M2(型號可為16v8)組成的單片機系統，單片機系統的輸出通過驅動電路T(型號可為7447)接顯示器X，顯示器X可選用發光二極體陣列LED構成，該系統它還接有主單片機CPU2(型號可為Neuron 3150)，主單片機CPU2的輸入輸出口接收發器S(型號可為FTT10)對應輸入輸出端，收發器S的另一輸入輸出端與LonWorks控制網絡相連，CPU2的串行輸入輸出口(RS232接口)接單片機CPU1的對應串行輸入輸出口。主單片機CPU2上接有數據程序存儲器M3(型號可為62256和27128)和時序及看門狗電路G1(型號可為MAX3012)；單片機CPU1上亦接有時序及看門狗電路G2(型號可為MAX3012)。
本實用新型的設計原理是(1)智能三防屏的硬體設計如圖1所示主單片機CPU2通過LonWorks接口電路連接到LonWorks控制網絡，可接來自上位機的參數設置、數據顯示等命令，還可以將三防屏的相關信息回傳給上位機。主單片機CPU2還承擔智能三防屏節點的自診斷功能。主單片機CPU2通過CPU2的串行輸入輸出口即RS232接口與單片機CPU1通信。單片機CPU1承擔發光二極體陣列LED構成的顯示器X顯示及驅動任務。單片機CPU1的存儲器中儲存了大量的字庫信息，當需要顯示某一字符時，單片機CPU1找到具體的字庫編碼，然後通過可編程邏輯陣列將編碼信息轉變成具體的時序邏輯，通過驅動電路T驅動由發光二極體陣列LED構成的顯示器X進行顯示。顯示信息的命令一般由主單片機CPU2發出，單片機CPU1響應。
(2)智能三防屏的軟體設計主單片機CPU2和單片機CPU1的軟體邏輯結構清晰，採用結構化模塊設計，減少可能的故障影響範圍，且利於查找並排除故障。
主單片機CPU2中的「翻譯命令並執行程序塊」，其功能是翻譯來自上位機的參數設置命令、信息顯示命令等。如果是關於信息顯示的命令則將命令再次發送到單片機CPU1上。主單片機CPU2的初始化程序主要完成上電自檢、撥碼地址讀取並設置、初始化與單片機CPU1的通信參數等工作。自診斷程序實時進行數據程序存儲器M3的對比檢查，防止地址存取錯誤；判斷與單片機CPU1的通信性能，及時發現通信故障。另外還增加了時序及看門狗電路G1，在程序的循環中調用看門狗電路G1，當發生程序溢出或死機情況，看門狗電路G1復位，主單片機CPU2軟體重新開始運行。
單片機CPU1的初始化程序主要完成上電自檢、通信參數設置任務，初始化完成後驅動LED顯示屏顯示初始化完畢的字符。單片機CPU1的「翻譯並執行程序塊」，翻譯來自主單片機CPU2的命令，然後具體驅動發光二極體陣列LED構成的顯示器X。包含如下邊功能顯示信息接收、顯示命令接收、清除命令接收、顯示方式設置(字符移動方式、字符停留時間、字符顯示顏色)。單片機CPU1的自診斷程序，完成單片機CPU1的數據程序存儲器M3的存儲信息檢查，可編程邏輯陣列狀態檢查等。單片機CPU1與主單片機CPU2的通信過程通過軟中斷實現。
(3)智能三防屏的設計要點本實用新型的「智能三防信息顯示系統」是一個具有自診斷能力的智能顯示設備，通過LonWorks現場總線接口與上位計算機通信。
現場總線是一種工業數據總線，是連接智能現場設備和自動化系統的高可靠的數字式/雙向傳輸多分支結構的通信網絡，是自動化領域中計算機通信體系中最低層的低成本網絡。LonWorks現場總線是目前世界上使用最廣泛的現場總線之一，是非常有前途的總線技術。智能三防屏在LonWorks網絡上，作為一個獨立的智能站工作，可通過網絡接口將其狀態信息、診斷信息傳送到上位機，以便及時發現問題，及時處理故障。從設計的結果來看，接口電路可靠穩定，通信的信號波形非常理想。
(3)系統軟體研究上位機管理軟體，如顯示內容設定、顯示方式設定等；系統可靠性軟體，如系統自診斷技術研究，系統故障自動恢復研究；iFix組態軟體實時資料庫的接口技術研究應用。
發光二極體陣列LED構成的顯示器X目前已廣泛應用於信息顯示領域，從其使用效果來看，亮度高、壽命長、功耗小、可靠性穩定，因此選擇其作為智能三防信息顯示屏的顯示部件。本設計採用一塊單片機(單片機CPU1)專門進行發光二極體陣列LED構成的顯示器X顯示部分處理，包括字模存儲的編譯解碼、字模的讀取、顯示的驅動等。使用LED顯示技術，顯示內容醒目突出，不間斷工作時間大大提高。
主單片機CPU2採用Neuron CPU，在其基礎上較容易構建LonWorks接口。而且該CPU採用Neuron晶片。
C語言編程，這種語言是一種類似ANSIC的語言，開發簡單且高效。單片機CPU1的軟體實現全部採用C語言，降低了開發難度，加快了開發進度。主電路與顯示部分電路的接口可以採用雙口RAM形式，或者採用並口或者串口，本方案中採用串行的RS232接口形式。因為該接口形式相對成熟穩定，開發簡單，且一般的單片機本身就有UART(通用異步收發器)，通信可靠，相比較並口或雙口RAM方式可節省大量口線(數據線+地址線+讀寫線+片選線+握手線，而串行通信一般只有3根線)，另外雙口RAM的價格一般較高。
軟體方面，為提高系統可靠性，做了較深入地研究。節點的上電自檢POST程序(PowerOn Self-Test)可對程序存儲區和參數存儲區檢測，診斷EEPROM及Flash Memory的故障，以及所保存程序和數據的完整性。另外主單片機CPU2的Neuron晶片提供完善的網絡通訊診斷功能，在線檢測網絡通訊，可報告信息包丟失、信息包不完整、CRC錯誤等二十幾種通訊故障，為網絡調試和維護提供了依據。設置軟體看門狗，當軟體異常時恢復節點功能。上位機管理軟體功能豐富，可搜索所有在線的(在同一個LonWorks網絡上且是運行狀態)智能三防屏模塊，可以設置三防屏的顯示方式(自動和手動)。手動方式下可發送顯示內容、顯示命令、清除命令等，自動方式下，系統自動以某個時間間隔從上位機的監控軟體iFix資料庫中，通過EDA接口，取出溫溼度、設備報警等信息發送到三防屏並顯示。智能三防屏上的字符顯示模式也可以設置如設置移動方式(左移、右移等)，設置停留時間(1秒、2秒等)，設置字符顏色(綠色、紅色或黃色)。選擇EDA接口，作為與iFix組態軟體實時資料庫的接口主要由以下考慮，簡單資料庫訪問EDA(Easy Database Access)是iFIX提供的訪問iFIX實時資料庫的一種高效快捷方案，通過安裝iFIX EDA開發工具包(生成vdba.dll文件)，EDA提供多達55個API函數，利用這些EDA函數可以靈活地對iFIX實時資料庫進行讀寫操作。
權利要求1.一種具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統，它包括有由單片機CPU1及其存儲器M1、可編程邏輯陣列集成電路M2組成的單片機系統，單片機系統的輸出通過驅動電路T接顯示器X，其特徵在於它還接有主單片機CPU2，主單片機CPU2的輸入輸出口接收發器S對應輸入輸出端，收發器S的另一輸入輸出端與LonWorks控制網絡相連，CPU2的串行輸入輸出口接單片機CPU1的對應串行輸入輸出口。
2.根據權利要求1所述的具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統，其特徵在於所述主單片機CPU2上接有數據程序存儲器M3和時序及看門狗電路G1；單片機CPU1上接有時序及看門狗電路G2。
專利摘要本實用新型為一種具有LonWorks接口的智能三防信息顯示系統，它包括有由單片機CPU1及其存儲器M1、可編程邏輯陣列集成電路M2組成的單片機系統，單片機系統的輸出通過驅動電路T接顯示器X，其特徵在於它還接有主單片機CPU2，主單片機CPU2的輸入輸出口接收發器S對應輸入輸出端，收發器S的另一輸入輸出端與LonWorks控制網絡相連，CPU2的串行輸入輸出口接單片機CPU1的對應串行輸入輸出口。
文檔編號G05B19/418GK2836066SQ200620070820
公開日2006年11月8日 申請日期2006年3月30日 優先權日2006年3月30日
發明者邢建春, 王平, 王雙慶, 楊啟亮, 方忠華, 劉廣 申請人:邢建春, 王平, 王雙慶, 楊啟亮, 方忠華, 劉廣