小型触摸式可编程终端的开发

　　近年来,人机界面(Human Machine Interface,简称HMI)产品,尤其是触摸屏在自动化领域里的应用比例大幅度提高,无论从深度还是广度都有了显著的提升。随着国内企业在中低端HMI市场的崛起,HMI产品愈发趋向/平民化0,刺激了国内用户需求增长,HMI用户的绝对数量迅速上升。市场需求为成本低、性能可靠的小型触摸式可编程终端的开发与推广提供了重要契机。本文所述的小型触摸式可编程终端(PT),开发成本低,性能可靠,可用于传统工业技术改造以及小型工控产品升级换代。

　　1 系统组成

　　1.1 系统总体框架

　　触摸式可编程终端系统的构成如图1所示。触摸式可编程终端本体主要由触摸屏、液晶屏、电路板组成。触摸屏采集操作者的输入信息,液晶屏显示输出信息,电路板电路通过分析处理输入输出信号,控制系统运行。上位软件SmallPT用来创建工程以及画面,自动生成可执行代码并下载到PT中,它能为开发人员节省大量的底层设计。

　　1.2 双MCU模式

　　触摸式可编程终端系统基于双MCU结构,其硬件组成如图2所示。主MCU芯片使用宏晶STC公司生产STC12C5A60S2[1],它是增强型8051单片机,主要完成与从芯片通讯、IO口检测、触摸屏程序解析、MODBUS协议解析、画面解析与管理等。从MCU选用STC公司的IAP11F60XE,主要完成画面数据、图元数据的保存以及画面收发,除此之外,扩展了数字量的IO接口以及时钟日历功能。此外上位软件SmallPT通过MAX232或MAX485与主芯片进行串口通信。同时系统还内置了USB总线转换芯片CH341,方便编程。

　　2 触摸屏与接口芯片电路

　　2.1 四线电阻式触摸屏

　　本系统采用四线电阻式触摸屏,它的精确度高,抗能力强干扰,适用于各种场合。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏,这是一种多层的复合薄膜。它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层,表面涂有一层透明氧化金属导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层,它的内表面也涂有一层涂层。两层导电层之间被许多细小的透明隔离点隔开,相互绝缘[2]。触摸屏利用压力感应进行控制。当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后送触摸屏控制器。控制器根据输入信号通过分析计算出(X,Y)的位置。

　　2.2 ADS7843控制芯片

　　触摸屏控制器为四线电阻式触摸屏常用的ADS7843控制芯片,如图3所示。ADS7843芯片是一款12位精度的AD转换器,具有同步串行数据接口;内置低阻抗的开关,适合触摸屏信号的采样。当供电电源为直流2.7 V时,在125 kHz的采样速率下,它的典型功耗只有750LW,在省电模式下功耗仅为0.5LW ;它的参考电压范围可以从1V到VCC,另有2路辅助模拟信号输入通道,并且可以选择8位精度和12位精度两种模式[3]。