基于Memory-link協(xié)議的人機交互系統(tǒng)的可靠性設計

在人機交互的工業(yè)控制系統(tǒng)中，通信是必不可少的部分，而穩(wěn)定可靠性是通信的基本指標。這就要求系統(tǒng)在硬件上具有較強的抗干擾能力，在軟件運行上能夠有效的避免出現(xiàn)死機等現(xiàn)象。在傳統(tǒng)工控系統(tǒng)中，一般是采用PLC作為控制器，其應用廣泛、技術成熟，具有很高的可靠性和抗干擾能力。但是PLC相對于普通微控制器來說存在成本高、體積大、實現(xiàn)功能單一等問題。為此，很多設計者采用微型控制器進行自主開發(fā)工控系統(tǒng)，但是其在惡劣環(huán)境中的可靠性和抗干擾方面相對要弱，致使其工控系統(tǒng)總體性能較差。
為此，文中采用S3C44BOX作為控制芯片，結合硬件和軟件兩方面綜合考慮，介紹一種可靠的人機交互工控系統(tǒng)的設計方案。

1 系統(tǒng)總體設計
人機交互系統(tǒng)主要是觸摸屏和主控芯片的通信，觸摸屏能夠正確發(fā)送和接收顯示數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的基本功能。該系統(tǒng)采用日本的proface30 00系列的觸摸屏作為人機界面，通過S3C44BOX芯片進行數(shù)據(jù)轉換和功能控制。圖1為系統(tǒng)結構框圖。

2 硬件設計
在硬件方面，影響系統(tǒng)可靠安全運行的因素有3個方面：1)干擾源，能夠產生干擾信號的元件、設備或信號，比如雷電、電機等；2)傳播路徑，從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介，典型的干擾傳播路徑是導線的傳導和空間的輻射；3)敏感器件，容易被干擾的對象，比如A／D、D／A變換器，通信線路，弱信號放大器等。
因此，要增強系統(tǒng)的抗干擾能力，就必須從抑制干擾源、切斷干擾信號傳播路徑、提高敏感器件的抗干擾性能這3個方面考慮。以下為該系統(tǒng)的硬件可靠性設計方法。
2．1 抑制干擾源
為了給系統(tǒng)提供穩(wěn)定干凈的電源，電源模塊采用安規(guī)電容抑制差／共模干擾，并加入磁環(huán)抑制高頻干擾信號，提高電源的穩(wěn)定性。
2．2 切斷傳播路徑
1)電源模塊隔離。各個功能模塊的電源相對獨立，也就阻斷了一個受干擾的模塊會通過電源去影響另一個模塊正常工作的傳播路徑。由系統(tǒng)框圖可知，該系統(tǒng)的內部電源模塊和觸摸屏通信電源模塊分開獨立供電，減少各個模塊之間的干擾。
2)光耦隔離。為減少外部干擾信號對控制器的影響，利用光耦對外部信號進行隔離．并采用SN74HC245DW驅動／緩沖器芯片在光耦的兩端，以增強其驅動能力。由于其較強的驅動能力也降低了光耦對其外界干擾信號的敏感性，提高了抗干擾能力。圖2為光耦隔離電路。

3)在該系統(tǒng)中，通信線使用帶屏蔽層的雙絞線，并將其屏蔽層可靠接地。這樣可以有效的阻斷其外部電磁干擾信號通過通訊線干擾系統(tǒng)正常的傳播路徑。
2．3 提高線路的抗干擾性能
由于RS-422采用了差模傳輸方式，傳輸速率高達10Mb／s，傳輸距離長2 000 m，綜合抗干擾能力比RS-232優(yōu)越，已廣泛應用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡、機電一體化產品等諸多領域。因此，該系統(tǒng)采用MAX488CSA芯片將RS-232通信電平轉換成RS-422通信電平后再進行傳輸。圖3為RS-422電路。