基于触摸屏与plc的八路抢答器设计

基于触摸屏与plc的八路抢答器设计内容摘要：

算过程复杂。 由于没有原点，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。 电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层 ITO，不管是伤及夹层 ITO 还是安装运输过程中伤及内表面 ITO 层，电容屏就不能正常工作了。 4．表面声波触摸屏 表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在 CRT、 LED、 LCD 或是等离子显示器屏幕的前面。 这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖 层。 玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。 玻璃屏的四个周边则刻有 45176。 角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。 发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给 X轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。 当发射换能器发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达接收换能器，走最右边 的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有在 X 轴方向历经长四川理工学院毕业设计 (论文 ) 11 短不同路径回归的声波能量，它们在 Y 轴走过的路程是相同的，但在 X 轴上，最远的比最近的多走了两倍 X 轴最大距离。 因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是 X 轴坐标。 发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。 当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时， X 轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波 形有一个衰减缺口。 接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定 X 坐标。 之后 Y 轴同样的过程判定出触摸点的 Y 坐标。 除了一般触摸屏都能响应的 X、 Y坐标外，表面声波触摸屏还响应第三轴 Z 轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。 其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。 三轴一旦确定，控制器就把它们传给主机。 表面声波触摸屏一个特点是抗暴，因为表面声波触摸屏的工作面是一层看不见、打不坏的声波能量，触摸屏的基层玻璃没有任何夹层和结构应力（表面声波触摸屏可 以发展到直接做在 CRT 表面从而没有任何 屏幕 ），因此非常抗暴力使用，适合公共场所。 表面声波第二个特点反应速度快，是所有触摸屏中反应速度最快的，使用时感觉很顺畅。 表面声波第三个特点是性能稳定，因为表面声波技术原理稳定，而表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，所以表面声波触摸屏非常稳定，精度也非常高，目前表面声波技术触摸屏的精度通常是40964096256 级力度。 表面声波触摸屏的第四个特点是控制卡能知道什么是尘土和水滴，什么是手指，有多少在触摸。 因为：我们的手指触摸在 40964096256 级力度的精度下，每秒 48 次的触摸数据不可能是纹丝不变的，而尘土或水滴就一点都不变，控制器发现一个 触摸 出现后纹丝不变超过三秒钟即自动识别为干扰物。 表面声波触摸屏第五个特点是它具有第三轴 Z 轴，也就是压力轴响应，这是因为用户触摸屏幕的力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深。 目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能，有了这个功能，每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态，而是成为能感知力的一第 4章 系统硬件设计 12 个模拟量值的开关了。 这个功能非常有用，比如在多媒体信息查询软件 中，一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度。 表面声波触摸屏的缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递，虽然聪明的控制卡能分辨出来，但尘土积累到一定程度，信号也就衰减得非常厉害，此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作，因此，表面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏，一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏。 5．近场成像触摸屏 近场成像 (NFI, Near Field Imaging)触摸屏的传感机构是中间有一层透明金属氧化物导电涂层的两块层压玻璃。 在导电涂层上施加一个交流信号，从而在屏幕表面形成一个静电场。 当 有手指（带不带手套均可）或其他导体接触到传感器的时候，静电场就会受到干扰。 而与之配套的影像处理控制器可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标参数传给操作系统。 近场成像触摸屏非常耐用，灵敏度很好，可以在要求非常苛刻的环境中使用，也比较适用于无人值守的公众场合，但其不足之处是价格比较贵。 触摸屏的特点 触摸屏用专用的画面制作软件生成画面。 画面的生成是可视化的，不需要用户编程。 在画面中用文字或图形动态地显示 PLC 中开关量状态和数字量的数值，还可以实现某些动画功能。 通过各种输入方式，将操作人员 的开关量命令和数字传送到 PLC。 触摸屏的按键在屏幕上的画面中。 每个画面可以设置不同大小和个数的按键，每个按键均可以设置明确的意义的文字或图形提示。 用触摸屏上软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省 PLC 的输入点和输出点。 触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库。 使用图库中的元件，可以方便地生成各种画面。 为了实现触摸屏与计算机或 PLC 之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序。 在生成的画面时将图形对象与控制器中的存储器地址联系起来，就可以实现 PLC 与触摸屏之间的通信 [12]。 触摸屏的选型及画面设计 四川理工学院毕 业设计 (论文 ) 13 触摸屏选用 西门子 OP77B 6AV66410CA010AX0 型触摸屏 图形操作终端 ,它是基于 PLC 的软硬一体人机界面 ,能以图形界面方式实现各种工作状态的显示 ,并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与 PLC可进行良好通信的功能。 西门子 OP77B 6AV66410CA010AX0 型触摸屏含有两个通信接口：RS232 接口； RS422接口，与 PLC通信（通过画面实时监控 PLC 的运行）。 本文中的触摸屏操作画画 是用 西门子 公司专用的画面制作软件 制作的。 为了达到用触摸屏操作画面实时监控 PLC 的运行的目的，必须将操作画面中的图形对象与 PLC 中编程软件联系起来。 触摸屏操作画面如图 41所示。 由于缺乏触摸屏，本文采用组态王软件进行仿真。 打开组态王软件，新建项目，见图 41。 图 41 新建项目 新建项目完成后，进入组态 王软件设置界面，见图 42。 图 42 组态王软件界面 第 4 章 系统硬件设计 14 然后进行参数设置，双击图 42 中的 COM2,将波特率改为 19200。 见图 43。 图 43 参数设置 设置完参数后，进行设备配置设置。 双击图 42 中新建图标，便出现下图44。 图 44 设备配置设置界面 四川理工学院毕 业设计 (论文 ) 15 选中图 44中的 PLC，然后选择西门子中的 S7200，选择 PPI。 见 图 45。 图 45 设备配置设置 设置完 后，见图 46。 图 46 设备配置设置完成 第 4 章 系统硬件设计 16 设备配置设置完成后，进行变量设置。 双击图 42 中的数据词典，出现下图 47，逐一设置各参数 图 47 变量设置 变量设置完成后，见下图 48。 图 48 变量设置完成 四川理工学院毕 业设计 (论文 ) 17 变量设置完成后，便可以进行画面制作。 双击图 42中的画面，新建一个抢答器画面，见图 49。 图 49 新建画 面 然后进行画面制作，打开图库，找出相应的元件进行布局，添加文字注释，便可完成画面制作，见图 410。 图 410 触摸屏操作画面 第 4 章 系统硬件设计 18 操作画面中的 2...8分别为八个抢答组的标签指示器，开始、复位和限时则为触摸键。 完成画面制作后，还需要在元件中添加对应的变量名。 双击对应的元件，出现下图 411所示对话框，点变量名 后的。 找出对应的变量名。 图 411 添加变量名 触摸屏操作画面制作完成后，再通过计算机的 RS232C 串行通信口将操作画面下载到触摸屏中。 PLC 的 选型及设计 现代社会要求制造业对市场要求作出迅速的反应，生产小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生 产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性， PLC正是顺应这一要求出现，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。 PLC 慨述 （ 1） PLC 的基本结构 PLC 主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成。 PLC 的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。 CPU 模块：主要由微处理器（ CPU 芯片）和存储器组成。 在 PLC 控制系统中， CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信息，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。 I/O 模块：输入模块和输出模块简称为 I/O 模块，它相当于人的眼、耳、四川理工学院毕 业设计 (论文 ) 19 手、脚，是联系外部现场设备和 CPU 模块的桥梁。 编程器：用来生成用户程序，并用来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。 电源： PLC 使用 AC220V 电源或 DC24V 电源 [1]。 （ 2） PLC 的特点与应用领域 一、 PLC 的特点 编程方法简单易学 梯形图是使用最多的 PLC 的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 功能强，性能 价格比高 一台小型 PLC 内有成千上万个可供用户使用的的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。 与相同功能的继电器控制系统相比，具有很高的性能价格比。 PLC 可以通过通信联网，实现分散控制、集中管理。 硬件配套齐全，用户使用方便，适用性强 PLC 产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 可靠性高，抗干扰能力强 传统的的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。 由于触点接触不良，容易出现故障。 PLC用软件代替大量的中间继电器、时间继电器，外部仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，因触点接触不良造成的故障大为减少。 系统的设计、安装、调试工作量少 PLC 用软件功能编程使工作柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比、继电器少得多。 维修工作量小，维修方便 PLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。 维修工作量小，维修方便 小型的 PLC 的体积仅相当于几个继电器的大小，而且配线少得很，故可以节第 4 章 系统硬件设计 20 省大量的配线和附件，减少大量 的安装接线工时，加上体积的缩小，可以节省大量的费用。 二、 PLC 的应用领域 数字量逻辑控制 PLC 用“与”、“或”、“非”等逻辑控制指令来实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制。 数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动化生产线。 运动控制 PLC 使用专用的运动控制模块，对直线运动和圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可以实现单轴、双轴和多轴位置控制，是运动控制与顺序控制有机地结合在一起。 闭环过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量 的闭环控制。 数据处理 现代的 PLC 具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、为操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。 通信联网 PLC 的通信包括主机与远程 I/O 之间的通信、多台 PLC之间的通信、 PLC 与其他智能控制设备之间的通信。 PLC 与其他智能控制设备一起可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统 [1]。 PLC 的功能指令 (1) 梯形图中的网络与指令 在梯形图中，程序被划分为网络 (Network)的独立的段，一个网络中只能有一块独立电路。 如果一个网络中有两块独立电路，在 编译时将会显示“无效网络或网络太复杂无法编译”。 梯形图编辑器自动给出了网络的编号，能流只能从左到往右流动，网络中不能有断路、开路和反方向的能流。 允许以网络为单位给梯形图程序加注释。 STL程序可以不使用网络，但是。