CN103601049B - 一种显示升降容器的位置状态的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示升降容器的位置状态的设备和方法，该设备包括系统电源，还包括：显示窗、总线通讯转换电路、单片机电路、数码管驱动电路、编码器接口电路、状态信号接口电路，总线通讯转换电路的两个通讯子板的输出端与所述单片机电路的输入端相连，编码器接口电路的输出端与所述单片机电路的输入端相连；数码管驱动电路的输入端与所述单片机电路的输出端相连，数码管驱动电路的输出端与所述显示窗电性连接并控制显示窗中LED进行显示；所述单片机电路的信号端与所述状态信号接口电路相连，所述系统电源向编码器接口电路、总线通讯转换电路和单片机电路供电。本发明保证了多条通讯线路通过不同的方式对升降容器进行监控定位，定位更为可靠，适应性更强。

Description

一种显示升降容器的位置状态的设备和方法

技术领域

本发明涉及升降设备领域，尤其涉及一种显示升降容器的位置状态的设备和方法。

背景技术

深度指示仪作为重要的显示仪表广泛应用于矿井提升行业，以前的矿井提升机深度指示仪的数据信号源通道（串口通讯或现场总线）相对单一，但随着矿山企业对安全生产提出更高的要求，提升机位置作为提升机运行重要的控制参考信号，单一信号源的深度指示将不能满足工艺要求，当通讯中断深度指示仪将不能正常工作。

发明内容

本发明提出了一种通过冗余通道实现数据通信的显示升降容器的位置状态的设备和方法。

为实现上述设计，本发明采用以下技术方案：

一方面采用一种显示升降容器的位置状态的设备，该设备包括系统电源，还包括：显示窗、总线通讯转换电路、单片机电路、数码管驱动电路、编码器接口电路、状态信号接口电路，所述总线通讯转换电路的两个通讯子板的输出端与所述单片机电路的输入端相连，所述编码器接口电路的输出端与所述单片机电路的输入端相连；所述数码管驱动电路的输入端与所述单片机电路的输出端相连，所述数码管驱动电路的输出端与所述显示窗电性连接并控制显示窗中LED进行显示；所述单片机电路的信号端与所述状态信号接口电路相连，所述系统电源向编码器接口电路、总线通讯转换电路和单片机电路供电。

另一方面采用一种显示升降容器的位置状态的方法，该方法包括：

a、单片机电路判断总线通讯转换电路的两个通讯子板是否均不正常工作，是则执行步骤b，否则执行步骤c；

b、切换到编码器接口电路获取容器位置，在显示窗显示容器的位置；

c、判断生命线是否正常，是则获取和显示上下行指令，获取和显示通讯子板传输的位置，显示容器的开关状态；否则提示出错，返回步骤a。

本发明的有益效果在于：通过采用基于冗余通道的设计方案，升降容器的位置状态可通过现场总线上的一个从站实现数据传输，同时，由于内置脉冲编码器芯片，本发明也可不依赖通讯主站，通过脉冲编码器芯片实现位置状态定位。本发明保证了多条通讯线路通过不同的方式对升降容器进行监控定位，定位更为可靠，适应性更强。

附图说明

图1是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的结构方框图。

图2是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的单片机电路的电路原理图。

图3是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的总线通讯转换电路的电路原理图。

图4是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的数码管驱动电路中的一个TA6932芯片的连接示意图。

图5A是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中的一个段码管的连接示意图。

图5B是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中的一个LED灯组的连接示意图。

图5C是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中的一个LED灯组的连接示意图。

图5D是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中的一个LED灯组的连接示意图。

图5E是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中的上下行指示的电路原理图。

图6A是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的编码器接口电路中HCTL-2032芯片和端子J2的连接示意图。

图6B是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的编码器接口电路中74F04芯片的连接示意图。

图7是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的电源电路的电路原理图。

图8A是一种矿井提升机深度指示仪的立体图。

图8B是一种矿井提升机深度指示仪的后视图。

图8C是一种矿井提升机深度指示仪的通讯连接图。

图9是本发明一种显示升降容器的位置状态的方法的第一实施例方法流程图。

图10是本发明一种显示升降容器的位置状态的方法的第二实施例方法流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其实本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的结构方框图，如图所示，该设备，包括系统电源，还包括：显示窗、总线通讯转换电路、单片机电路、数码管驱动电路、编码器接口电路、状态信号接口电路，所述总线通讯转换电路的两个通讯子板的输出端与所述单片机电路的输入端相连，所述编码器接口电路的输出端与所述单片机电路的输入端相连；所述数码管驱动电路的输入端与所述单片机电路的输出端相连，所述数码管驱动电路的输出端与所述显示窗电性连接并控制显示窗中LED进行显示；所述单片机电路的信号端与所述状态信号接口电路相连，所述系统电源向编码器接口电路、总线通讯转换电路和单片机电路供电。

本发明者可以采用基于多协议（PROFIBUS-DP或MODBUS）冗余通道（通讯数据或编码器数据）的设计方案，深度指示仪可作为PROFIBUS-DP或MODBUS现场总线上的一个从站实现数据传输，同时，由于系统内置脉冲编码器芯片，本发明也可不依赖通讯主站，独立完成数据显示的工作。采用单片机作为核心处理，使硬件电路数字化、软件化；支持PROFIBUS-DP或MODBUS等多协议通讯数据转换，扩大了指示仪设备的使用范围，提高了扩展空间。本发明保证了多条通讯线路通过不同的方式对升降容器进行监控定位，定位更为可靠，适应性更强。本发明所说的升降容器，可以是电梯、矿井、塔吊、水下探测器灯机械设备。

具体的，图2是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的单片机电路的电路原理图，如图所示，所述单片机电路包括STC15F2K40S2芯片U1、电容C1、电容C2、继电器JD、二极管D2、发光二极管D3、电阻R18、端子J3；拨码开关S1，所述芯片U1的引脚6、引脚7、引脚8、引脚9、引脚10、引脚13分别和拨码开关S1的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6相连；拨码开关S1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10、引脚11、引脚12均接信号地；芯片U1的引脚14和电源、电容C1的一端、电容C2的一端相连；芯片U1的引脚16和电容C1的另一端、电容C2的另一端、信号地相连；继电器JD的辅助开关的一端和端子J3的引脚1相连，所述辅助开关的另一端和端子J3的引脚2相连；继电器JD的线圈的一端和二极管D2的阳极、发光二极管D3的阴极相连，继电器JD的线圈的另一端和电源、二极管D2的阴极、电阻R18的一端相连；电阻R18的另一端和发光二极管D3的阳极相连；端子J3的引脚4、引脚5、引脚6分别和芯片U1的引脚11、芯片U1的引脚12、信号地相连。

在本发明中采用单片机(U1)STC15F2K40S2芯片作为核心处理器，STC15F2K40S2单片机是宏晶公司推出的一种超低功耗、超高性能的处理芯片，采用其第八代加密技术，加密型超强，指令码完全兼容传统的8051系列单片机，但响应速度相对传动单片机提高8-12倍。内部集成高精度R/C时钟（±0.3%）,内部始终范围从5MHz～35MHz可选，±1%温飘（-40℃～+85℃），常温下温飘±0.6%（-20℃～+65℃）。另外，芯片内部已集成了高可靠性的复位电路和内部晶振，这样就可以彻底省略掉外部复位电路和昂贵的外部晶振，简化了硬件电路的设计。此外，该芯片还具备以下特点:

1、STC15F2K40S2片内具有大容量静态随机存储器SRAM，2048个字节。

2、STC15F2K40S2片内自带的40K字节程序存储器（Flash）,以及21K字节电可擦可编程之都存储器，擦写次数在10万次以上。

3、STC15F2K40S2带有ISP/IAP通道，可直接在线进行编程和修改，无需另加下载器。

4、STC15F2K40S2具有8通道10位高速ADC，可作为A/D转换通道使用，速度高达30万次/秒，另有3路PWM通道，可复用为D/A通道使用。

5、STC15F2K40S2含有两组超高速异步串行通讯端口，可同时使用，也可在5组管脚之间切换，分时复用为5组串口，提高了芯片的通讯能力。

6、STC15F2K40S2带有1组高速异步串行通讯端口SPI,一旦I/O端口不够用，可外接74HC595芯片扩展I/O端口，以满足设计需要

7、STC15F2K40S2具有低速模式、空闲模式、掉电模式及停机模式4种低功耗模式，有效降低产品功耗。

8、STC15F2K40S2具有先进的指令集结构，兼容传统的8051指令集，有硬件乘除法指令。

本发明的单片机(U1)STC15F2K40S2电路共有44个端子，其电源输入端14接+5V电源，16端接地；I/O口1,2端分别与所有数码管驱动芯片(U2,U3,U4,U5,U6)TA6932的6，7端即数据端DIN、时钟端CLK连接；I/O口40～44端分别与所有数码管驱动芯片(U2,U3,U4,U5,U6)TA6932的8端即片选端连接；I/O口3、15端分别于上、下行指示的上行、下行指示灯联接，指示灯低有效；I/O口6，7，8，9，10，13端接6位拨码开关，用于设置深度指示仪的现场总线地址；I/O口11，12端接状态信号端子，用于PLC切换；I/O口17端接继电器线圈，输出干接点接到状态信号端子，用于输出故障信号；I/O口4,5、18,19分别与两个通讯子板插座连接，实现子板与单片机之间的信号交换；I/O口30～39端与编码器芯片HCTL-2032的7,10,20,21,22,29,30,31,32连接，用于接受码盘信号，计算位置数据。

优选的，图3是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的总线通讯转换电路的电路原理图，如图所示，所述总线通讯转换电路包括DP/MODBUS通讯子板BUS1和DP/MODBUS通讯子板BUS2，所述通讯子板BUS1的引脚1接电源，引脚5和芯片U1的引脚18相连，引脚15接+5V，引脚2和引脚4接信号地，引脚8与芯片U1的引脚19相连，引脚14和引脚16接电源地；所述通讯子板BUS2的引脚1接电源，引脚5和芯片U1的引脚4相连，引脚15接+5V，引脚2和引脚4接信号地，引脚8与芯片U1的引脚5相连，引脚14和引脚16接电源地。

在本发明中的现场总线通讯转换电路由两个通讯子板通过子板插座与单片机构成。两个通讯子板既可以使用相同的通讯协议，也可以使用不同的协议与单片机进行数据传输交换。在电路板硬件设计中，单片机的通讯管脚与通讯子板插座连接，实现其之间的数据发送和读取功能。电源与隔离电源直接连接到子板插座上，为通讯子板提供工作电源。通讯子板根据通讯协议的要求，可配以不同的硬件电路，单片机程序则根据不同的协议进行编写。这个设计，大大提高了本发明的适应性，只需更换相应的通讯子板，即可完成单片机以任何通讯协议进行数据交换。

优选的，图4是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的数码管驱动电路中的一个TA6932芯片的连接示意图，图5A是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中的一个段码管的连接示意图，图5B到图5D是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中三个LED灯组的连接示意图。每个TA6932芯片、每个段码管、每组对应的LED灯组的布局和连接方式类似，故不另行提供连接示意图。如图所示，所述数码管驱动电路包括TA6932芯片U2、TA6932芯片U3、TA6932芯片U4、TA6932芯片U5、TA6932芯片U6、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17；所述显示窗上包括DPY_7-SEG段码管DS1、DPY_7-SEG段码管DS2、DPY_7-SEG段码管DS3、DPY_7-SEG段码管DS4、DPY_7-SEG段码管DS5、DPY_7-SEG段码管DS6、DPY_7-SEG段码管DS7、DPY_7-SEG段码管DS8、DPY_7-SEG段码管DS9、DPY_7-SEG段码管DS10、DPY_7-SEG段码管DS11、DPY_7-SEG段码管DS12、LED灯组LED1、LED灯组LED2、LED灯组UP1、LED灯组UP2、LED灯组DOWN1、LED灯组DOWN2；芯片U2的引脚6与电阻R3的一端、电容C3的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U2的引脚7与电阻R4的一端、电容C4的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U2的引脚8与电阻R5的一端、电容C5的一端、芯片U1的引脚40相连；电阻R3的另一端、电阻R4的另一端、电阻R5的另一端均接电源；电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端均接信号地；芯片U3的引脚6与电阻R6的一端、电容C6的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U3的引脚7与电阻R7的一端、电容C7的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U3的引脚8与电阻R8的一端、电容C8的一端、芯片U1的引脚41相连；电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、电阻R8的另一端均接电源；电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均接信号地；芯片U4的引脚6与电阻R9的一端、电容C9的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U4的引脚7与电阻R10的一端、电容C10的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U4的引脚8与电阻R11的一端、电容C11的一端、芯片U1的引脚42相连；电阻R9的另一端、电阻R10的另一端、电阻R11的另一端均接电源；电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端均接信号地；芯片U5的引脚6与电阻R12的一端、电容C12的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U5的引脚7与电阻R13的一端、电容C13的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U5的引脚8与电阻R14的一端、电容C14的一端、芯片U1的引脚43相连；电阻R12的另一端、电阻R13的另一端、电阻R14的另一端均接电源；电容C12的另一端、电容C13的另一端、电容C14的另一端均接信号地；芯片U6的引脚6与电阻R15的一端、电容C15的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U6的引脚7与电阻R16的一端、电容C16的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U6的引脚8与电阻R17的一端、电容C17的一端、芯片U1的引脚44相连；电阻R15的另一端、电阻R16的另一端、电阻R17的另一端均接电源；电容C15的另一端、电容C16的另一端、电容C17的另一端均接信号地；5个TA6932芯片的引脚5均接信号地，引脚18均接电源；12个段码管的引脚1、引脚6、引脚4、引脚2、引脚1、引脚9、引脚10、引脚5均分别与芯片U2的引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚17相连；段码管DS1的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚20相连；段码管DS2的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚21相连；段码管DS3的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚22相连；段码管DS4的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚23相连；段码管DS5的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚24相连；段码管DS6的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚25相连；段码管DS7的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚26相连；段码管DS8的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚27相连；段码管DS9的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚29相连；段码管DS10的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚30相连；段码管DS11的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚31相连；段码管DS12的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚32相连；所述LED灯组LED1包括25个8灯小组，其中第1到第16个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U3的引脚10到引脚17一一对应相连；第9到第25个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U4的引脚10到引脚17一一对应相连；LED灯组LED1的每个8灯小组内的LED灯的阴极均连到同一连接端，其中第1到第16个8灯小组分别连接到芯片U3的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29、引脚30、引脚31、引脚32、引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，第17到25个8灯小组分别连接到芯片U4的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29；所述LED灯组LED2包括25个8灯小组，其中第1到第16个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U5的引脚10到引脚17一一对应相连；第9到第25个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U6的引脚10到引脚17一一对应相连；LED灯组LED2的每个8灯小组内的LED灯的阴极均连到同一连接端，其中第1到第16个8灯小组分别连接到芯片U5的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29、引脚30、引脚31、引脚32、引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，第17到25个8灯小组分别连接到芯片U6的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29；LED灯组UP1和LED灯组DOWN1的LED灯的阳极与芯片U4的段选信号引脚相连，阴极与芯片U4的位选信号相连；LED灯组UP2和LED灯组DOWN2的LED灯的阳极与芯片U6的段选信号引脚相连，阴极与芯片U6的位选信号相连。进一步地，图5E是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的显示窗中的上下行指示的电路原理图。

以矿井中所用的升降容器为例对本方案进行进一步说明，在本发明中数字显示及深度指示分别使用共阴数码管和LED(发光二极管)显示的方式。数码管从其原理上来看，也是由LED构成的，所以产品的显示驱动部分采用了天微公司的TA6932芯片作为驱动芯片。TA6932是天微公司推出的一款专门用来驱动共阴或共阳八段数码管的显示驱动芯片，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动。性能优良，质量可靠，主要用于多段位显示屏驱动。每一片最多可以驱动8段×16位数码管，即128个发光二极管。对于本发明来说，用于显示位置数据的共阴数码管共有12个，6个为一组分别显示主箕斗（或罐笼）、副箕斗（或罐笼）的位置，即96个发光二极管；用于深度指示的发光二极管共有400个；用于井筒开关显示的发光二极管共有116个；所有发光二极管总数为612个，所以只需要5片TA6932芯片即可完成全部的显示工作。所有TA6932芯片的6,7管脚，即数据端DIN、时钟端CLK都与单片机（U1）的1,2管脚连接；8管脚，即片选信号STB分别和单片机（U1）的40,41,42,43,44连接，通过高低电平控制芯片工作，实现显示功能。连接在DIN、CLK、STB三个端口上的电容，可以有效的降低对通讯口的干扰。当TA6932芯片控制共阴8段数码管时，段选信号（SEG1-8）分别于数码管控制段显示的管脚连接，位选信号（GRID1-12）分别与数码管的公共端连接，单片机通过对段选信号和位选信号的控制，去实现指定数码管的发光二极管的通断，从而实现位置数据显示。当TA6932控制发光二极管时，芯片的段选信号管脚（SEG1-8）与发光二极管的阳极连接，位选信号管脚（GRID1-16）与发光二极管的阴极连接，通过控制段选信号和位选信号的高低电平，点亮发光二级光，每个位选信号可控制8个发光二极管（SEG1-8）。

进一步的，图6A是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的编码器接口电路中HCTL-2032芯片和端子J2的连接示意图，图6B是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的编码器接口电路中74F04芯片的连接示意图。如图所示，所述编码器接口电路包括HCTL-2032芯片U7、74F04芯片U8、二极管D1、电容C20、电容C21、电阻R19、电阻R20、晶振CRYSTAL、端子J2，芯片U7的引脚5、引脚7、引脚32、引脚4、引脚29、引脚30、引脚31、引脚22、引脚21、引脚20、引脚10分别与芯片U1的引脚2、引脚38、引脚39、引脚30、引脚31、引脚32、引脚33、引脚34、引脚35、引脚36、引脚37相连；芯片U7的引脚1和电容C20的一端、二极管D1的阴极相连；电容C20的另一端接信号地；二极管D1的阳极和电源、芯片U7的引脚2相连；芯片U7的引脚3、引脚17、引脚18均接信号地；芯片U8的引脚1和引脚4均与电阻R19的一端、晶振CRYSTAL的一端相连；芯片U8的引脚2和芯片U1的引脚2相连；芯片U8的引脚3和电阻R19的另一端，电容C21的一端相连；芯片U8的引脚5和电阻R20的一端、晶振CRYSTAL的另一端相连；芯片U8的引脚6和电阻R20的另一端、电容C21的另一端相连；芯片U8的引脚7和引脚14分别接信号地和电源；端子J2的引脚1、引脚2、引脚4、引脚5、引脚7、引脚8分别和芯片U7的引脚12、引脚11、引脚15、引脚14、引脚16、引脚13相连，端子J2的引脚3、引脚6、引脚9均接信号地。

当通讯网络1和网络2同时发生故障时，系统可切换到编码器芯片用于显示，实现应急显示功能，编码器计数芯片采用Agilent公司的HCTL-2032芯片。将主、副箕斗（或罐笼）的停车到位信号接到状态信号端子J2-1和J2-2，通过产品内部电路，与HCTL-2032的11、12管脚连接，用于计数清零，下一周期运行开始后，自动重新计数。外部脉冲编码器通道接到状态信号端子J2-4、5、7、8，通过内部电路，与HCTL-2032的13、14、15、16管脚连接，形成两路脉冲信号通道，通过程序计算，得到位置数据。HCTL-2032芯片的5管脚需接外部时钟信号，外部时钟电路由74F04芯片和一个8M的晶振构成。在通讯网络正常时，将接收数据控制权交由通讯完成，通过通讯的数据显示箕斗（或罐笼）的实际位置、相对位置以及各种提升状态。此时编码器芯片通过外部编码器脉冲信号计算位置，经过一定的时间周期与通讯传输的位置值进行比较。比较数值结果相同或接近时，输出信号给单片机寄存器。比较结果超出设定阀值时，输出不同的信号给单片机。一旦通讯网络发生故障时，系统根据上一时间周期内编码器芯片计算的数值与通讯传来的数值比较的结果，判断显示编码器芯片计算得到的数值或显示ERRO.

更进一步的，图7是本发明一种显示升降容器的位置状态的设备的电源电路的电路原理图。所述系统电源的电源电路包括端子J1、DC-DC电源模块U9、DC-DC电源模块U10、极性电容C18、极性电容C19；所述极性电容C18的负极和信号地、电源模块U9的引脚3相连；极性电容C18的正极和电源、电源模块U9的引脚4相连；电源模块U9的引脚1和极性电容C19的负极、端子J1的引脚1相连；电源模块U9的引脚2和极性电容C19的正极、端子J1的引脚2相连；电源模块U10的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4分别和电源、信号地、电源地、+5V相连。

因工业现场一般不具备直接的直流5V电源，为了符合工业现场的情况，使本发明能够比较方便的用到工业现场中，所以在电源输入端使用一个接线端子J1和一个电源DC/DC电源模块(U9),直流24V电源为现场标准电源，电源模块把现场24V电源接入转换为5V的工作电源，在电源棋块输入输出端都用了滤波电容，提高了电源的抗干扰能力。此外，由于通讯子板另需隔离的直流5V电源进行供电，所以在DC/DC电源模块（U9）的输出端接入了另一个DC/DC电源模块（U10），此模块的功能为，将电源模块（U9）输出的直流5V作为其输入电源，经过其内部转换，产生新的稳定的隔离直流5V。

本升降容器具体用于矿井中，作为矿井提升机深度指示仪时，其显示窗可以如图8A至图8C进行布局，在壳体1的正面视图上方设有第一显示窗101,第一显示窗101是两组六位数码管显示。(a)当选择网络1或网络2后，通讯正常时，第一显示窗101上显示提升过程中其斗在井中的实际位置，显示格式，如:+123.45m；(b)当硬件选择不同通讯子板对应的网络后，系统对通讯生命线进行判断。当生命线中断时，现场总线通讯故障，第一显示窗101显示ERRO，报出通讯故障；故障排除后，第一显示窗101显示自动恢复正常；(c)在网络1或网络2通讯正常时，系统将对网络传输来的位置数据与编码器芯片计算所得的位置数据进行比较，如两组数据差异大于设定阀值，处理器将输出故障信号。在壳体1的正面视图左侧和右侧分别设有第二显示窗102，第二显示窗102分别是一个有一列200个LED粗针显示，第二显示窗102显示提升过程中箕斗在井中的相对位置。第一个LED指示灯表示井口位置，最后一个LED指示灯表示井底位里。例如:一个1000m深的矿井，当设定第一个LED表示井口+O.Om，那最后一个LED表示井底+1000.0m，每一个LED代表的位置间隔为(1000.0-0.0)/200=5m。如果此时箕斗实际在井中的位且是+500.0m，那么第二显示窗102中LED从上往下数在第100个LED灯处亮，第二显示窗102有效地显示出箕斗当前在井中的相对位置。在壳体1的正面视图中部上方设有第三显示窗103,第三显示窗103分别是一个有一列28个LED井筒开关显示，第三显示窗103显示提升过程中上井筒开关的状态，井筒开关和实际位置相对应，在PLC(可编辑控制器)驱动程序标准功能块中可设置每个井筒开关对应的井筒开关LED指示灯。在壳体1的正面视图中部下方设有第四显示窗104，第四显示窗104分别是一个有一列28个LED井筒开关显示，第四显示窗104显示提升过程中下井筒开关的状态，和上井筒开关类似，井筒开关和实际位置相对应，在PLC驱动程序标准功能块中可设置每个井筒开关对应的井筒开关LED指示灯；在壳体1的正面视图中心线位置设有上、下行状态显示窗105，上、下行状态显示窗105显示提升过程中箕斗的运行方向。在壳体1的后视图上部设有拨码开关106，拨码开关106用来给指示仪设置现场总线PROFIBUS-DP或MODBUS上的站号。在壳体1的后视图中部设有电源开关107,电源开关107实现深度指示仪系统供电。在壳体1的后视图下部设有两个9针串口插座108，串口插座108用来连接现场总线。在壳体1的仰视图上设有电源接线端子109和状态信号端子110，其中电源接线端子109用来连接现场24V电源，状态信号端子110用来连接现场编码器信号和控制及状态信号。在本实施例中，冗余通道深度指示仪采用悬挂式安装在司机操作台上。

作为整个现场总线上的一个从站，必须要有自己的驱动程序，供PLC对其识别、组态。驱动文件必须完全符合所选现场总线通讯协议标准，包含其名称、版本号、支持的通讯波特率、同/异步传输、通讯字节数等信息。最关键的是所支持通讯字节数信息，在本发明中共占用了25个字节的输出地址，因此在GSD文件中定义出了一个25个字节的输出。

拥有了驱动文件后，仅使PLC能够识别出深度指示仪设备，此外，PLC还需编写与其配套的程序，来进行简单的数据处理及数据传输，提供所要通讯数据输入、输出接口。上、下井筒开关状态，再根据井口、井底值、及当前箕斗实际位置值，转化为相对应的粗针显示数值。在PLC程序中，需要提供与驱动文件定义的格式、长度、内容规范相符合的通讯输出接口。

以下是本发明一种显示升降容器的位置状态的方法的实施例，其实对上述装置的使用原理的阐述，与上述设备属于同一构思，方法实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述设备实施例。

请参考图9，其是本发明实施例提供的方法第一个实施例的方法流程图。如图所示，该方法包括：

步骤901、单片机电路判断总线通讯转换电路的两个通讯子板是否均不正常工作，是则执行步骤902，否则执行步骤903。

步骤902、切换到编码器接口电路获取容器位置，在显示窗显示容器的位置。

步骤903、判断生命线是否正常，是则获取和显示上下行指令，获取和显示通讯子板传输的位置，显示容器的开关状态；否则提示出错，返回步骤901。

通过采用基于冗余通道的设计方案，升降容器的位置状态可通过现场总线上的一个从站实现数据传输，同时，由于内置脉冲编码器芯片，本发明也可不依赖通讯主站，通过脉冲编码器芯片实现位置状态定位。本发明保证了多条通讯线路通过不同的方式对升降容器进行监控定位，定位更为可靠，适应性更强。

请参考图10，其是本发明实施例提供的方法第二个实施例的方法流程图。如图所示，该方法包括：

101、设备清零和初始化。

102、单片机电路判断总线通讯转换电路的两个通讯子板是否均不正常工作，是则执行步骤103，否则执行步骤104。

103、切换到编码器接口电路获取容器位置，在显示窗显示容器的位置。

104、判断生命线是否正常，是则获取和显示上下行指令，获取和显示通讯子板传输的位置，显示容器的开关状态；否则提示出错，返回步骤102。

105、当编码器接口电路计算获取的容器位置与通讯子板传输的位置的差值大于阈值时，输出设备故障信号。

单片机电路采用CRC校验检测通讯数据，进行错误累加，当达到一定次数后修改通讯故障标志位，如果CRC检测到通讯正确，把错误累加清零，清空通讯故障标志位。

综上所述，通过采用基于冗余通道的设计方案，升降容器的位置状态可通过现场总线上的一个从站实现数据传输，同时，由于内置脉冲编码器芯片，本发明也可不依赖通讯主站，通过脉冲编码器芯片实现位置状态定位。本发明保证了多条通讯线路通过不同的方式对升降容器进行监控定位，定位更为可靠，适应性更强。同时对获取的数据的正确与否进行判断，并对运行过程进行检测。进一步提高了安全性能。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种显示升降容器的位置状态的设备，包括系统电源，其特征在于，还包括：显示窗、总线通讯转换电路、单片机电路、数码管驱动电路、编码器接口电路、状态信号接口电路，所述总线通讯转换电路的两个通讯子板的输出端与所述单片机电路的输入端相连，所述编码器接口电路的输出端与所述单片机电路的输入端相连；所述数码管驱动电路的输入端与所述单片机电路的输出端相连，所述数码管驱动电路的输出端与所述显示窗电性连接并控制显示窗中LED进行显示；所述单片机电路的信号端与所述状态信号接口电路相连，所述系统电源向编码器接口电路、总线通讯转换电路和单片机电路供电；

其中，所述单片机电路包括STC15F2K40S2芯片U1、电容C1、电容C2、继电器JD、二极管D2、发光二极管D3、电阻R18、端子J3；拨码开关S1，所述芯片U1的引脚6、引脚7、引脚8、引脚9、引脚10、引脚13分别和拨码开关S1的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6相连；拨码开关S1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10、引脚11、引脚12均接信号地；芯片U1的引脚14和电源、电容C1的一端、电容C2的一端相连；芯片U1的引脚16和电容C1的另一端、电容C2的另一端、信号地相连；继电器JD的辅助开关的一端和端子J3的引脚1相连，所述辅助开关的另一端和端子J3的引脚2相连；继电器JD的线圈的一端和二极管D2的阳极、发光二极管D3的阴极相连，继电器JD的线圈的另一端和电源、二极管D2的阴极、电阻R18的一端相连；电阻R18的另一端和发光二极管D3的阳极相连；端子J3的引脚4、引脚5、引脚6分别和芯片U1的引脚11、芯片U1的引脚12、信号地相连。

2.根据权利要求1所述的一种显示升降容器的位置状态的设备，其特征在于，所述总线通讯转换电路包括DP/MODBUS通讯子板BUS1和DP/MODBUS通讯子板BUS2，所述通讯子板BUS1的引脚1接电源，引脚5和芯片U1的引脚18相连，引脚15接+5V，引脚2和引脚4接信号地，引脚8与芯片U1的引脚19相连，引脚14和引脚16接电源地；所述通讯子板BUS2的引脚1接电源，引脚5和芯片U1的引脚4相连，引脚15接+5V，引脚2和引脚4接信号地，引脚8与芯片U1的引脚5相连，引脚14和引脚16接电源地。

3.根据权利要求1所述的一种显示升降容器的位置状态的设备，其特征在于，所述数码管驱动电路包括TA6932芯片U2、TA6932芯片U3、TA6932芯片U4、TA6932芯片U5、TA6932芯片U6、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17；所述显示窗上包括DPY_7-SEG段码管DS1、DPY_7-SEG段码管DS2、DPY_7-SEG段码管DS3、DPY_7-SEG段码管DS4、DPY_7-SEG段码管DS5、DPY_7-SEG段码管DS6、DPY_7-SEG段码管DS7、DPY_7-SEG段码管DS8、DPY_7-SEG段码管DS9、DPY_7-SEG段码管DS10、DPY_7-SEG段码管DS11、DPY_7-SEG段码管DS12、LED灯组LED1、LED灯组LED2、LED灯组UP1、LED灯组UP2、LED灯组DOWN1、LED灯组DOWN2；芯片U2的引脚6与电阻R3的一端、电容C3的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U2的引脚7与电阻R4的一端、电容C4的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U2的引脚8与电阻R5的一端、电容C5的一端、芯片U1的引脚40相连；电阻R3的另一端、电阻R4的另一端、电阻R5的另一端均接电源；电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端均接信号地；芯片U3的引脚6与电阻R6的一端、电容C6的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U3的引脚7与电阻R7的一端、电容C7的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U3的引脚8与电阻R8的一端、电容C8的一端、芯片U1的引脚41相连；电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、电阻R8的另一端均接电源；电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均接信号地；芯片U4的引脚6与电阻R9的一端、电容C9的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U4的引脚7与电阻R10的一端、电容C10的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U4的引脚8与电阻R11的一端、电容C11的一端、芯片U1的引脚42相连；电阻R9的另一端、电阻R10的另一端、电阻R11的另一端均接电源；电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端均接信号地；芯片U5的引脚6与电阻R12的一端、电容C12的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U5的引脚7与电阻R13的一端、电容C13的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U5的引脚8与电阻R14的一端、电容C14的一端、芯片U1的引脚43相连；电阻R12的另一端、电阻R13的另一端、电阻R14的另一端均接电源；电容C12的另一端、电容C13的另一端、电容C14的另一端均接信号地；芯片U6的引脚6与电阻R15的一端、电容C15的一端、芯片U1的引脚1相连；芯片U6的引脚7与电阻R16的一端、电容C16的一端、芯片U1的引脚2相连；芯片U6的引脚8与电阻R17的一端、电容C17的一端、芯片U1的引脚44相连；电阻R15的另一端、电阻R16的另一端、电阻R17的另一端均接电源；电容C15的另一端、电容C16的另一端、电容C17的另一端均接信号地；5个TA6932芯片的引脚5均接信号地，引脚18均接电源；12个段码管的引脚1、引脚6、引脚4、引脚2、引脚1、引脚9、引脚10、引脚5均分别与芯片U2的引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚17相连；段码管DS1的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚20相连；段码管DS2的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚21相连；段码管DS3的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚22相连；段码管DS4的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚23相连；段码管DS5的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚24相连；段码管DS6的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚25相连；段码管DS7的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚26相连；段码管DS8的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚27相连；段码管DS9的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚29相连；段码管DS10的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚30相连；段码管DS11的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚31相连；段码管DS12的引脚3、引脚8与芯片U2的引脚32相连；所述LED灯组LED1包括25个8灯小组，其中第1到第16个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U3的引脚10到引脚17一一对应相连；第9到第25个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U4的引脚10到引脚17一一对应相连；LED灯组LED1的每个8灯小组内的LED灯的阴极均连到同一连接端，其中第1到第16个8灯小组分别连接到芯片U3的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29、引脚30、引脚31、引脚32、引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，第17到25个8灯小组分别连接到芯片U4的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29；所述LED灯组LED2包括25个8灯小组，其中第1到第16个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U5的引脚10到引脚17一一对应相连；第9到第25个8灯小组中各小组的LED灯的阳极与芯片U6的引脚10到引脚17一一对应相连；LED灯组LED2的每个8灯小组内的LED灯的阴极均连到同一连接端，其中第1到第16个8灯小组分别连接到芯片U5的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29、引脚30、引脚31、引脚32、引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，第17到25个8灯小组分别连接到芯片U6的引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚29；LED灯组UP1和LED灯组DOWN1的LED灯的阳极与芯片U4的段选信号引脚相连，阴极与芯片U4的位选信号相连；LED灯组UP2和LED灯组DOWN2的LED灯的阳极与芯片U6的段选信号引脚相连，阴极与芯片U6的位选信号相连。

4.根据权利要求1所述的一种显示升降容器的位置状态的设备，其特征在于，所述编码器接口电路包括HCTL-2032芯片U7、74F04芯片U8、二极管D1、电容C20、电容C21、电阻R19、电阻R20、晶振CRYSTAL、端子J2，芯片U7的引脚5、引脚7、引脚32、引脚4、引脚29、引脚30、引脚31、引脚22、引脚21、引脚20、引脚10分别与芯片U1的引脚2、引脚38、引脚39、引脚30、引脚31、引脚32、引脚33、引脚34、引脚35、引脚36、引脚37相连；芯片U7的引脚1和电容C20的一端、二极管D1的阴极相连；电容C20的另一端接信号地；二极管D1的阳极和电源、芯片U7的引脚2相连；芯片U7的引脚3、引脚17、引脚18均接信号地；芯片U8的引脚1和引脚4均与电阻R19的一端、晶振CRYSTAL的一端相连；芯片U8的引脚2和芯片U1的引脚2相连；芯片U8的引脚3和电阻R19的另一端，电容C21的一端相连；芯片U8的引脚5和电阻R20的一端、晶振CRYSTAL的另一端相连；芯片U8的引脚6和电阻R20的另一端、电容C21的另一端相连；芯片U8的引脚7和引脚14分别接信号地和电源；端子J2的引脚1、引脚2、引脚4、引脚5、引脚7、引脚8分别和芯片U7的引脚12、引脚11、引脚15、引脚14、引脚16、引脚13相连，端子J2的引脚3、引脚6、引脚9均接信号地。

5.根据权利要求1所述的一种显示升降容器的位置状态的设备，其特征在于，所述系统电源的电源电路包括端子J1、DC-DC电源模块U9、DC-DC电源模块U10、极性电容C18、极性电容C19；所述极性电容C18的负极和信号地、电源模块U9的引脚3相连；极性电容C18的正极和电源、电源模块U9的引脚4相连；电源模块U9的引脚1和极性电容C19的负极、端子J1的引脚1相连；电源模块U9的引脚2和极性电容C19的正极、端子J1的引脚2相连；电源模块U10的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4分别和电源、信号地、电源地、+5V相连。

6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的设备显示升降容器的位置状态的方法，其特征在于，包括：

a、单片机电路判断总线通讯转换电路的两个通讯子板是否均不正常工作，是则执行步骤b，否则执行步骤c；

b、切换到编码器接口电路获取容器位置，在显示窗显示容器的位置；

c、判断生命线是否正常，是则获取和显示上下行指令，获取和显示通讯子板传输的位置，显示容器的开关状态；否则提示出错，返回步骤a。

7.根据权利要求6所述的一种显示升降容器的位置状态的方法，其特征在于，所述步骤a之前还包括：

a0、设备清零和初始化。

8.根据权利要求6所述的一种显示升降容器的位置状态的方法，其特征在于，还包括：

当编码器接口电路计算获取的容器位置与通讯子板传输的位置的差值大于阈值时，输出设备故障信号。

9.根据权利要求6所述的一种显示升降容器的位置状态的方法，其特征在于，还包括：

单片机电路采用CRC校验检测通讯数据，进行错误累加，当达到一定次数后修改通讯故障标志位，如果CRC检测到通讯正确，把错误累加清零，清空通讯故障标志位。