CN101625556A

CN101625556A - 生产现场控制机应用程序精确监控装置及其电路

Info

Publication number: CN101625556A
Application number: CN200910115960A
Authority: CN
Inventors: 陈小成; 万吉平; 陈刚; 万旻佳; 王海文; 罗宗平; 李劲
Original assignee: China Banknote Printing and Minting Corp
Current assignee: China Banknote Printing and Minting Corp
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: CN101625556B

Abstract

本发明涉及一种生产现场控制机应用程序精确监控装置及其电路，可以实时、准确、可靠监测图像采集、传输过程中出现的系统断线、图像缺失、图像传送失败等应用程序异常。该监控装置至少包含“数据信息函数转换接口”、“标准信号传送接口”、“信号采集比对处理单元”、“闭环反馈单元”四个部分，其主要功能为：电路自诊断功能，时间检测功能，监测信息反馈功能。本发明主要包括MAX232芯片、U₃光电隔离元件、U₄光电隔离元件、C₅电容、C₆电容、ATMEGA₈单片机芯片等互相连接的元件。本发明可使应用程序得到实时的监控，直接地提高生产控制以及产品信息反馈的准确性从而实现企业智能化、准确化、有序化和高效化管理。

Description

生产现场控制机应用程序精确监控装置及其电路

技术领域

本发明涉及生产、制造等工业控制领域，特别是涉及生产现场控制机应用程序精确监控装置及其电路。该装置的电路可以对基于工控机平台所研发图像采集、图像传输等应用程序运行进程实时监测。

背景技术

随着视觉图像技术的发展，视觉图像识别技术在产品质量控制方面发挥着举足轻重的作用。目前，在传统行业中越来越多的企业采用在线监测、图像采集等视觉图像识别技术对产品实时控制进行监测和管理，在实际生产中该项技术的应用也始终贯穿产品生产的全过程。但在应用该项技术试验中，我们发现经由于应用程序的异常很容易出现系统断线，图像缺失、图像传送失败等问题，给生产过程中的数字管理和质量控制带来了极大的威胁，给基于工控机应用程序实时检测工艺的全面发展和推广埋下了隐患。

虽然目前生产现场工业控制机中大多自带监控看门狗定时器，但多数应用于非实时系统中且一般定时周期较长，这就意味者系统在较长时间内处在开环状态，无法保证系统的安全运行。由此看见我们必须依靠实时、可靠的外部设备对应用程序进行实时地监测。而生产现场控制机应用程序精确监控方法就是一种基于生产现场控制机应用程序进行实时、准确、可靠监测的技术，监测精度可达到毫秒级。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产现场控制机应用程序精确监控装置及其电路。

本发明可以实现在毫秒级时间内精确判断生产现场工控机应用程序运行状态，并在工控机系统发生异常时驱动报警并实施保护，使实时控制系统的运行更加安全。

本发明的技术方案为：

生产现场控制机应用程序精确监控装置，可以实时、准确、可靠监测图像采集、传输过程中出现的系统断线、图像缺失、图像传送失败等应用程序异常。该技术至少包含“数据信息函数转换接口”、“标准信号传送接口”、“信号采集比对处理单元”、“闭环反馈单元”四个部分，可对基于工控机的所有应用程序的监测与控制。通过开发工控机COM口或USB口初始化程序和图像数据转换接口函数，将其插入工控机在线视觉监控等应用程序中，这样，就可按要求输出相应实时传输信号。

上述技术方案的主要功能为：①、电路自诊断功能，为了有效地提高监测装置本身的稳定性和可靠性；②、时间检测功能，为了准确地检测出工控机应用程序段运行时间；③、监测信息反馈功能，为了能实时反映出程序运行的状态便于信息反馈，达到迅速处理的效果。

为了实现上述功能，所依靠的生产现场控制机应用程序精确监控装置的电路连接方式为：将J₁接口(POWER)8并联C₅电容15、C₆电容16接至J₅接口(RS-232)1的引脚40和ATMEGA₈单片机芯片17的Vcc引脚；J₅接口(RS-232)1的引脚41通过MAX₂₃₂芯片12的R2IN脚接至ATMEGA₈单片机芯片17的PD₀引脚；J₅接口(RS-232)1的引脚42通过MAX₂₃₂芯片12的T₂OUT脚接至ATMEGA₈单片机芯片17的PD₁引脚；PD₀、PD₁的接入从而实现ATMEGA₈单片机芯片17与工控机的通讯；MAX₂₃₂芯片12的VS-引脚串联C₁电容3后接地；MAX232芯片12的C₂-引脚通过串联C₂电容4与C₂+引脚相连；MAX₂₃₂芯片12的C₁-引脚通过串联C₃电容5与C₁+引脚相连；MAX₂₃₂芯片12的VS+引脚串联C₄电容9后接地；MAX₂₃₂芯片12的GND引脚直接接地；J₄接口2的引脚43通过串联R₈电阻6、D₇二极管10后，与J₄接口2的引脚44号引脚共同接至U₃光电隔离元件13的输入端，光电隔离元件13的输出端一端接至ATMEGA₈单片机芯片17的INT₀引脚，从而实现标准信号的输入，光电隔离元件13的另一端接至ATMEGA₈单片机芯片17的GND引脚；J₄接口2的引脚45通过串联R₉电阻7、D₈二极管11后，与J₄接口2的引脚46号引脚共同接至U₄光电隔离元件14的输入端，光电隔离元件14的输出端一端接至ATMEGA₈单片机芯片17的INT₁引脚，光电隔离元件14的另一端接ATMEGA₈单片机芯片17的GND引脚，从而实现应用程序实时信号的采集，ATMEGA₈单片机芯片17的两个GND引脚并联接地；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₅引脚串联D₆发光二极管24、R₂电阻30后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₄引脚串联D₅发光二极管25、R₃电阻31后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₃引脚串联D₄发光二极管26、R₄电阻32后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₂引脚串联D₃发光二极管27、R₅电阻33后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₁引脚串联D₂发光二极管28、R₆电阻34后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₀引脚串联D₁发光二极管29、R₇电阻35后接至+5V电源，通过发光二极管的动作，从而可以实时、直观地判断应用程序的运行状况；ATMEGA₈单片机芯片17的PB₃引脚接到J₂接口(ISP接口)20的MOSI引脚；ATMEGA₈单片机芯片17的PB₄引脚接到J₂接口(ISP接口)20的MISO引脚；ATMEGA₈单片机芯片17的PB₅引脚接到J₂接口(ISP接口)20的SCK引脚；ATMEGA8单片机芯片17的PC₆引脚接到J₂接口(ISP接口)20的RST引脚后，串联R₁电阻19后接至+5V；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₆引脚接到J₂接口(ISP接口)20的RST引脚后，串联C₇电容18后直接接地；J₂接口(ISP接口)20的电源侧一端接+5V，其他端口并联接地；+5V电源一路通过串联R₁₀电阻21后与ATMEGA₈单片机芯片17的PB₀引脚一起通过U₅光电隔离元件36形成信号输出进入J₃接口39，以供其他外设调用，光电隔离元件36并进行接地处理；+5V电源一路通过串联R₁₁电阻22后与ATMEGA₈单片机芯片17的PB₁引脚一起通过U₆光电隔离元件37形成信号输出进入J₃接口39，以供其他外设调用，光电隔离元件37并进行接地处理；+5V电源一路通过串联R₁₂电阻23后与ATMEGA₈单片机芯片17的PB₂引脚一起通过U₆光电隔离元件38形成信号输出进入J₃接口39，以供其他外设调用，光电隔离元件38并进行接地处理，通过输出信号的隔离输出，可以很方便的供其他外部分析、控制设备调用，进一步采取措施，从而实现了一个应用程序运行状态监测的闭环控制系统。

本发明的实现方案为：

本发明以单片机程序开发为核心，辅以通讯接口技术运用，对基于工控机应用程序进行精确监控。其中应用程序可以是在Windows操作系统下应用程序，也可以是DOS或者Linux操作系统下的应用程序。

1、电路自诊断功能

为了有效地提高监测装置本身的稳定性和可靠性，电路本身具备自诊断功能。该功能实现的原理是当外部标准信号输入时，通过光电隔离元件、经单片机程序处理后，将标准信号输出到OUTO输出端，用于实时检测标准信号传输故障和电路本身故障，大大提高电路的可靠性。

2、时间检测功能

为了准确地检测出工控机指定程序段运行时间。本电子电路装置需要检测工控机信号脉冲宽度，单位为ms，也就是检测时间功能。当工控机信号上沿到来时，本装置开始计时，当工控机信号下沿到来时，本装置停止计时，并将所计时间参数通过单片机UART经串口转换以RS485输出，供其它设备如笔记本电脑等接收串口数据。

2、监测信息反馈功能

为了能实时反映出程序运行的状态便于信息反馈，达到迅速处理的效果。本电子电路装置最重要的功能就是将工控机应用程序信号与外部标准信号做实时比对，不同的情形通过对单片机编程，得出不同的结果，从而监测工控机应用程序的异常状态。具体输入输出逻辑关系(见下图)，其中，超前、滞后、无信号等均为异常。

当工控机信号的上沿早于外部标准信号的上沿时称为超前异常，这时电路的输出情况为：OUT1＝1，OUT2＝0；

当工控机信号的下沿迟于外部标准信号的下沿时称为滞后异常，这时电路的输出情况为：OUT1＝0，OUT2＝1；

当工控机信号的上沿早于外部标准信号的上沿而工控机信号的下沿又迟于外部标准信号的下沿时时称为超前滞后异常，这时电路的输出情况为：OUT1＝1，OUT2＝1，该类异常还包括工控机信号一直保持高电平；

当外部标准信号存在而无工控机信号时称为无信号异常，这时电路的输出情况为：OUT1＝1，OUT2＝1，表明工控机出现死机或程序停止运行等故障；

只有当工控机信号全部落于外部标准信号内部时，电路的输出情况为：OUT1＝0，OUT2＝0，表明工控机应用程序需要监测的部分运行正常。

本发明的最优方案为：通过开发工控机COM口或USB口初始化程序和图像数据转换接口函数，将其嵌入基于Windows操作系开发的在线视觉监控等应用程序中，这样，就可按要求输出相应实时传输信号。当外部标准信号输入时，通过光电隔离元件、经单片机程序处理后，将标准信号输出到OUTO输出端，检测标准信号是否发出和传输的完整性，由此来判断电子电路在软硬件上是否存在故障；当工控机信号上沿到来时，本装置开始计时，当工控机信号下沿到来时，本装置停止计时，并将所计时间参数通过单片机UART经串口转换以RS485输出，供其它设备如笔记本电脑等接收串口数据；然后将工控机信号与外部标准信号做实时比对，不同的情形通过对单片机编程，得出不同的结果，从而监测工控机应用程序的异常状态。实现实时、准确监测工控机应用程序的目的。

本发明的优点在于：由于工控机中，Windows操作系统相对而言具备更人性化、易操作性的特点，较容易为广大使用者接受。因此，基于该操作系统下的应用软件的开发和运用程度相对较高。该方案中基于Windows操作系统应用程序的监测也就凸显出良好的可推广性和实用性，能有效地减少应用程序异常带来的严重威胁，特别是质量控制、产量信息丢失带来的威胁为实现企业智能化、准确化、有序化和高效化管理提供了良好的基础，同时也达到了本发明的目的。

本发明的优选方案还有：

本发明在于提供一种在毫秒级时间内精确判断生产现场工控机应用程序运行状态，并在工控机系统发生异常时驱动报警并实施保护，使实时控制系统的运行更加安全的毫秒级实时工控机应用程序监控技术。其中所述最优方案中基于Windows操作系开发的在线视觉监控等应用程序改用基于DOS操作系开发的在线视觉监控等应用程序，通过开发工控机COM口或USB口初始化程序和图像数据转换接口函数，将其嵌入基于DOS操作系开发的在线视觉监控等应用程序中，这样，就可按要求输出相应实时传输信号。当外部标准信号输入时，通过光电隔离元件、经单片机程序处理后，将标准信号输出到OUT0输出端，检测标准信号是否发出和传输的完整性，由此来判断电子电路在软硬件上是否存在故障；通过OUT1、OUT2的字来进行校验，实现实时准确对基于DOS操作系统下的应用程序进行监测。

本发明在于提供一种在毫秒级时间内精确判断生产现场工控机应用程序运行状态，并在工控机系统发生异常时驱动报警并实施保护，使实时控制系统的运行更加安全的毫秒级实时工控机应用程序监控技术。其中所述最优方案中基于Windows操作系开发的在线视觉监控等应用程序改用基于Linux操作系开发的在线视觉监控等应用程序，通过开发工控机COM口或USB口初始化程序和图像数据转换接口函数，将其嵌入基于Linux操作系开发的在线视觉监控等应用程序中，这样，就可按要求输出相应实时传输信号。当外部标准信号输入时，通过光电隔离元件、经单片机程序处理后，将标准信号输出到OUT0输出端，检测标准信号是否发出和传输的完整性，由此来判断电子电路在软硬件上是否存在故障；通过OUT1、OUT2的字来进行校验，实现实时准确对基于Linux操作系统下的应用程序进行监测。

附图说明

图1为本发明的通讯连接单元电路原理图。

图2为本发明的输入单元电路原理图。

图3为本发明的LED报警显示电路原理图。

图4为本发明的ISP下载单元电路原理图。

图5为本发明的反馈单元电路原理图。

附图标记：J₅接口(RS-232)1、J₄接口2、C₁电容3、C₂电容4、C₃电容5、R₈电阻6、R₉电阻7、J₁接口(POWER)8、C₄电容9、D₇二极管10、D₈二极管11、MAX232芯片12、U₃光电隔离元件13、U₄光电隔离元件14、C₅电容15、C₆电容16、ATMEGA8单片机芯片17、C₇电容18、R₁电阻19、J₂接口(ISP接口)20、R₁₀电阻21、R₁₁电阻22、R₁₂电阻23、D₆发光二极管24、D₅发光二极管25、D₄发光二极管26、D₃发光二极管27、D₂发光二极管28、D₁发光二极管29、R₂电阻30、R₃电阻31、R₄电阻32、R₅电阻33、R₆电阻34、R₇电阻35、U₅光电隔离元件36、U₆光电隔离元件37、U₇光电隔离元件38、J₃接口39、J₅接口的引脚40、J₅接口的引脚41、J₅接口的引脚42、J₄接口的引脚43、J₄接口的引脚44、J₄接口的引脚45、J₄接口的引脚46。

具体实施方式

实施例1、生产现场控制机应用程序精确监控装置，包含“数据信息函数转换接口”、“标准信号传送接口”、“信号采集比对处理单元”、“闭环反馈单元”四个部分。

实施例2、生产现场控制机应用程序精确监控装置的电路，包括通讯连接单元电路、输入单元电路、LED报警显示电路、ISP下载单元电路、反馈单元电路。

实施例3、生产现场控制机应用程序精确监控装置的电路，其连接方式为：将J₁接口(POWER)8并联C₅电容15、C₆电容16接至J₅接口(RS-232)1的引脚40和ATMEGA₈单片机芯片17的Vcc引脚；J₅接口(RS-232)1的引脚41通过MAX₂₃₂芯片12的R2IN脚接至ATMEGA₈单片机芯片17的PD₀引脚；J₅接口(RS-232)1的引脚42通过MAX₂₃₂芯片12的T₂OUT脚接至ATMEGA₈单片机芯片17的PD₁引脚；PD₀、PD₁的接入从而实现ATMEGA₈单片机芯片17与工控机的通讯；MAX₂₃₂芯片12的VS-引脚串联C₁电容3后接地；MAX232芯片12的C₂-引脚通过串联C₂电容4与C₂+引脚相连；MAX₂₃₂芯片12的C₁-引脚通过串联C₃电容5与C₁+引脚相连；MAX₂₃₂芯片12的VS+引脚串联C₄电容9后接地；MAX₂₃₂芯片12的GND引脚直接接地；J₄接口2的引脚43通过串联R₈电阻6、D₇二极管10后，与J₄接口2的引脚44号引脚共同接至U₃光电隔离元件13的输入端，光电隔离元件13的输出端一端接至ATMEGA₈单片机芯片17的INT₀引脚，从而实现标准信号的输入，光电隔离元件13的另一端接至ATMEGA₈单片机芯片17的GND引脚；J₄接口2的引脚45通过串联R₉电阻7、D₈二极管11后，与J₄接口2的引脚46号引脚共同接至U₄光电隔离元件14的输入端，光电隔离元件14的输出端一端接至ATMEGA₈单片机芯片17的INT₁引脚，光电隔离元件14的另一端接ATMEGA₈单片机芯片17的GND引脚，从而实现应用程序实时信号的采集，ATMEGA₈单片机芯片17的两个GND引脚并联接地；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₅引脚串联D₆发光二极管24、R₂电阻30后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₄引脚串联D₅发光二极管25、R₃电阻31后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₃引脚串联D₄发光二极管26、R₄电阻32后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₂引脚串联D₃发光二极管27、R₅电阻33后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₁引脚串联D₂发光二极管28、R₆电阻34后接至+5V电源；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₀引脚串联D₁发光二极管29、R₇电阻35后接至+5V电源，通过发光二极管的动作，从而可以实时、直观地判断应用程序的运行状况；ATMEGA₈单片机芯片17的PB₃引脚接到J₂接口(ISP接口)20的MOSI引脚；ATMEGA₈单片机芯片17的PB₄引脚接到J₂接口(ISP接口)20的MISO引脚；ATMEGA₈单片机芯片17的PB₅引脚接到J₂接口(ISP接口)20的SCK引脚；ATMEGA8单片机芯片17的PC₆引脚接到J₂接口(ISP接口)20的RST引脚后，串联R₁电阻19后接至+5V；ATMEGA₈单片机芯片17的PC₆引脚接到J₂接口(ISP接口)20的RST引脚后，串联C₇电容18后直接接地；J₂接口(ISP接口)20的电源侧一端接+5V，其他端口并联接地；+5V电源一路通过串联R₁₀电阻21后与ATMEGA₈单片机芯片17的PB₀引脚一起通过U₅光电隔离元件36形成信号输出进入J₃接口39，以供其他外设调用，光电隔离元件36并进行接地处理；+5V电源一路通过串联R₁₁电阻22后与ATMEGA₈单片机芯片17的PB₁引脚一起通过U₆光电隔离元件37形成信号输出进入J₃接口39，以供其他外设调用，光电隔离元件37并进行接地处理；+5V电源一路通过串联R₁₂电阻23后与ATMEGA₈单片机芯片17的PB₂引脚一起通过U₆光电隔离元件38形成信号输出进入J₃接口39，以供其他外设调用，光电隔离元件38并进行接地处理，通过输出信号的隔离输出，可以很方便的供其他外部分析、控制设备调用，进一步采取措施，从而实现了一个应用程序运行状态监测的闭环控制系统。

Claims

1、生产现场控制机应用程序精确监控装置，其特征在于：包含“数据信息函数转换接口”、“标准信号传送接口”、“信号采集比对处理单元”、“闭环反馈单元”四个部分。

2、生产现场控制机应用程序精确监控装置的电路，其特征在于：包括通讯连接单元电路、输入单元电路、LED报警显示电路、ISP下载单元电路、反馈单元电路。

3、生产现场控制机应用程序精确监控装置的电路，其特征在于：其连接方式为：将J₁接口(8)并联C₅电容(15)、C₆电容(16)接至J₅接口(1)的引脚(40)和ATMEGA8单片机芯片(17)的Vcc引脚；J5接口(1)的引脚(41)通过MAX(23)2芯片(12)的R2IN脚接至ATMEGA8单片机芯片(17)的PD₀引脚；J5接口(1)的引脚(42)通过MAX(23)2芯片(12)的T₂OUT脚接至ATMEGA8单片机芯片(17)的PD₁引脚；MAX(23)2芯片(12)的VS-引脚串联C1电容(3)后接地；MAX(23)2芯片(12)的C₂-引脚通过串联C2电容(4)与C₂+引脚相连；MAX(23)2芯片(12)的C₁-引脚通过串联C3电容(5)与C₁+引脚相连；MAX(23)2芯片(12)的VS+引脚串联C4电容(9)后接地；MAX(23)2芯片(12)的GND引脚直接接地；J4接口(2)的引脚(43)通过串联R8电阻(6)、D7二极管(10)后，与J4接口(2)的引脚(44)号引脚共同接至U3光电隔离元件(13)的输入端，光电隔离元件13的输出端一端接至ATMEGA8单片机芯片(17)的INT₀引脚，光电隔离元件13的另一端接至ATMEGA8单片机芯片(17)的GND引脚；J4接口(2)的引脚(45)通过串联R9电阻(7)、D8极管(11)后，与J4接口(2)的引脚(46)号引脚共同接至U4光电隔离元件(14)的输入端，光电隔离元件14的输出端一端接至ATMEGA8单片机芯片(17)的INT₁引脚，光电隔离元件14的另一端接ATMEGA8单片机芯片(17)的GND引脚，ATMEGA8单片机芯片(17)的两个GND引脚并联接地；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₅引脚串联D₆发光二极管(24)、R₂电阻(30)后接至+5V电源；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₄引脚串联D₅发光二极管(25)、R₃电阻(31)后接至+5V电源；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₃引脚串联D₄发光二极管(26)、R₄电阻(32)后接至+5V电源；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₂引脚串联D₃发光二极管(27)、R₅电阻(33)后接至+5V电源；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₁引脚串联D₂发光二极管(28)、R₆电阻(34)后接至+5V电源；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₀引脚串联D₁发光二极管(29)、R₇电阻(35)后接至+5V电源；ATMEGA8单片机芯片(17)的PB₃引脚接到J₂接口(20)的MOSI引脚；ATMEGA8单片机芯片(17)的PB₄引脚接到J₂接口(20)的MISO引脚；ATMEGA8单片机芯片(17)的PB₅引脚接到J₂接口(20)的SCK引脚；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₆引脚接到J₂接口(20)的RST引脚后，串联R₁电阻(19)后接至+5V；ATMEGA8单片机芯片(17)的PC₆引脚接到J₂接口(20)的RST引脚后，串联C₇电容(18)后直接接地；J₂接口(20)的电源侧一端接+5V，其他端口并联接地；+5V电源一路通过串联R₁₀电阻(21)后与ATMEGA8单片机芯片(17)的PB₀引脚一起通过U₅光电隔离元件(36)形成信号输出进入J₃接口(39)，光电隔离元件(36)并进行接地处理+5V电源一路通过串联R₁₁电阻(22)后与ATMEGA8单片机芯片(17)的PB₁引脚一起通过U₆光电隔离元件(37)形成信号输出进入J₃接口(39)，光电隔离元件(37)并进行接地处理；+5V电源一路通过串联R₁₂电阻(23)后与ATMEGA8单片机芯片(17)的PB₂引脚一起通过U₆光电隔离元件(38)形成信号输出进入J₃接口(39)，光电隔离元件(38)并进行接地处理。