基于Memory-link協(xié)議的人機(jī)交互系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

在人機(jī)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(biāo)。這就要求系統(tǒng)在硬件上具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在軟件運(yùn)行上能夠有效的避免出現(xiàn)死機(jī)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(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟，具有很高的可靠性和抗干擾能力。但是PLC相對(duì)于普通微控制器來說存在成本高、體積大、實(shí)現(xiàn)功能單一等問題。為此，很多設(shè)計(jì)者采用微型控制器進(jìn)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(duì)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(jié)合硬件和軟件兩方面綜合考慮，介紹一種可靠的人機(jī)交互工控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
人機(jī)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(jī)界面，通過S3C44BOX芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和功能控制。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

2 硬件設(shè)計(jì)
在硬件方面，影響系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行的因素有3個(gè)方面：1)干擾源，能夠產(chǎn)生干擾信號(hào)的元件、設(shè)備或信號(hào)，比如雷電、電機(jī)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(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射；3)敏感器件，容易被干擾的對(duì)象，比如A／D、D／A變換器，通信線路，弱信號(hào)放大器等。
因此，要增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，就必須從抑制干擾源、切斷干擾信號(hào)傳播路徑、提高敏感器件的抗干擾性能這3個(gè)方面考慮。以下為該系統(tǒng)的硬件可靠性設(shè)計(jì)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(hào)，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(gè)功能模塊的電源相對(duì)獨(dú)立，也就阻斷了一個(gè)受干擾的模塊會(huì)通過電源去影響另一個(gè)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(nèi)部電源模塊和觸摸屏通信電源模塊分開獨(dú)立供電，減少各個(gè)模塊之間的干擾。
2)光耦隔離。為減少外部干擾信號(hào)對(duì)控制器的影響，利用光耦對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行隔離．并采用SN74HC245DW驅(qū)動(dòng)／緩沖器芯片在光耦的兩端，以增強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)能力。由于其較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力也降低了光耦對(duì)其外界干擾信號(hào)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(hào)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(dá)10Mb／s，傳輸距離長(zhǎng)2 000 m，綜合抗干擾能力比RS-232優(yōu)越，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。因此，該系統(tǒng)采用MAX488CSA芯片將RS-232通信電平轉(zhuǎn)換成RS-422通信電平后再進(jìn)行傳輸。圖3為RS-422電路。