CN104730951A - 基于智能平板的显控一体设备及其数据通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控装置的显示及控制终端，特别涉及一种基于智能平板的显控一体设备及其数据通信方法，包括智能平板主机(1)和安全电路模块(2)，智能平板主机(1)连接安全电路模块(2)的智能平板接口(11)，智能平板接口(11)连接安全电路模块(2)的处理芯片(12)，处理芯片(12)还连接数据指示灯(6)、执行按钮(3)和急停按钮(7)，安全电路模块(2)上设置有与被控设备主控器相连接的操作接口(5)，操作接口(5)连接处理芯片(12)。本发明设计简单，使用方便，能够使用触摸方式对数控系统进行控制及数据显示，便于二次开发升级，增强了触摸控制方式的鲁棒性和安全性，提高了系统中的数据传输效率。

Description

基于智能平板的显控一体设备及其数据通信方法

技术领域

本发明涉及一种数控装置的显示及控制终端，特别涉及一种基于智能平板的显控一体设备及其数据通信方法。

背景技术

在生产生活中，数控设备在促进工业生产、推动社会生产力、提高人民生活水平中起到了重要作用，数控设备的发展在某种意义上标志着国家工业的发展水平，同时以数字控制为基础的医疗设备的发展也将给人们带来更好的医疗条件，面对疾病也将有更有效的治疗方案。

现阶段数控设备的显示与操作过于复杂，人机交互不友好。通常数控系统包含操作面板、显示器面板和主控器。所有的操作需要在操作面板上进行，通过对操作面板的操作，实现对主控器相关寄存器数据的修改，从而实现对数控设备的参数设置和编辑，以及执行其他的相关操作。显示器面板主要用来显示设备运行状态、以及运动轨迹或运动参数信息等。现有技术中，采用硬件操作面板来控制设备运动以及各种开关动作，采用硬件键盘来设置参数、编辑和运行零件程序及PLC程序，采用硬件按钮来切换数控显示及设置菜单，通过数控系统的视频输出接口，将相应的显示界面输出到显示器进行显示。

用户在进行不同操作时所需的按键不同，但操作面板需要包含所有的功能按键，这样就导致了用户学习成本较高，容易错误输入，同时使用操作面板进行操作，由于常用按键经常使用，容易导致硬件故障、失灵，而操作面板的维修成本高。当产品需要进行升级维护时，需要对操控面板进行重新定制，而该过程相对复杂。这些都是数控设备向前发展的一大阻力。

专利号为CN101894279A的专利申请提出了一种完全基于触摸屏的数控操作界面，该发明提出由一个触摸显示器和一个计算机构成一种完全基于触摸屏的数控操作面板，触摸显示器中设置有显示装置、触摸信号输入屏和触摸信号输出接口，计算机中设置有处理器、输入输出接口、显示驱动接口和存储器，输入输出接口、显示驱动接口和存储器与处理器连接，显示驱动接口与显示装置连接，输入输出接口与触摸信号输出接口连接，存储器中设置有人机交互图形化界面数据，触摸显示器上设置有电源开关盒紧急停止按钮开关。人机交互图形化界面数据中包含有虚拟按键、虚拟旋钮、虚拟主控台、虚拟键盘、虚拟指示灯和数据或图形显示窗，显示装置显示虚拟按键、虚拟旋钮、虚拟主控台、虚拟键盘、虚拟指示灯，触摸信号输入屏检测虚拟按键、虚拟旋钮、虚拟主控台和虚拟键盘位置处的输入动作，并将动作信号通过触摸信号输出接口传递到计算机中的输入输出接口，计算机将虚拟按钮、虚拟旋钮、虚拟主控台、虚拟键盘和虚拟只是等的状态变化通过显示装置继续显示，同时将对应的控制信号送往被控电器，虚拟主控台永远驻留在人机交互图形化界面前台，并显示主要信息以及一键快速切换数控操作面板和人机交互图形化界面。但是该发明存在以下缺陷：

1)稳定性较差。该方案彻底摒弃了传统的开关操作面板，用于处理触摸屏接收到的用户操作和触摸屏实现的图形化界面的核心设备均为计算机主机，同时该主机还用于控制被控设备。整套系统的安全性取决于计算机主机的稳定性，当计算机主机出现故障，极易导致不可预见且不可逆错误。

2)无法快速响应突发状况。在数控系统的操作过程中，可能会发生突发情况，传统的操控方法都会留有急停按钮，快速传递急停信号给被控设备，并执行对应的急停操作。而该方案中，所有输入均由触摸屏接收，用户对触摸屏进行操作，再由主机控制被控设备，假若其中某个环节出现问题都将导致事故发生。

3)数据处理效率低。控制信号与数据信号均通过相同的数据线进行通信，当数控设备需要传输的状态数据过多，容易导致数据阻塞，控制数据无法及时传递到被控装置。

4)界面开发难度大。该方案的人机交互界面由计算机进行存储运算，判断触摸屏接收到的触摸信号，并反馈相应的界面变化。这样的人机界面开发方式不利于系统界面升级、二次开发。开发人员需要花费大量的时间处理不同的触摸信号，实现界面也需花费大量时间精力。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种设计简单，使用方便，能够使用触摸方式对数控系统进行控制及数据显示，便于二次开发升级，增强了触摸控制方式的鲁棒性和安全性，提高了系统中的数据传输效率的基于智能平板的显控一体设备及其数据通信方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的基于智能平板的显控一体设备，包括智能平板主机和安全电路模块，智能平板主机连接安全电路模块的智能平板接口，智能平板接口连接安全电路模块的处理芯片，处理芯片还连接数据指示灯、执行按钮和急停按钮，安全电路模块上设置有与被控设备主控器相连接的操作接口，操作接口连接处理芯片。

所述的基于智能平板的显控一体设备通过智能平板主机作为数控设备的显示操作装置，能够实时通过触摸屏对数控系统进行控制及数据显示，优化了人机交互界面，提高了系统中数据的传输效率，并且智能平板主机方便开发和二次升级，可以减低开发难度，降低开发成本，配合安全电路模块，在安全电路中设置有急停按钮，在系统出现故障时可以快速做出处理，提高了系统了安全性，保证了设备的正常运行，降低了设备的损坏率，降低了产品的维护费用，结构简单，使用方便。

进一步地优选，智能平板主机采用android操作系统或windows操作系统或linux操作系统，智能平板主机设置有与被控设备主控器相连接数值数据接口、与安全电路模块相连接的安全电路接口、触摸屏、人机交互模块、电源开关和电源指示灯。智能平板主机是该设备的主体，能够实时接收来自被控设备主控器的数据，并实时显示；操作人员通过与人机交互程序进行交互，编辑相应数据或执行相应操作。当用户编辑相应数据后，智能平板主机通过数值数据接口，按照可靠的数据通信规则，同步被控设备主控器的寄存器和存储器，进行数据显示和控制，该智能平板能够满足设备所需要的功能。

智能平板主机的系统，接收用户对触摸屏进行的相关操作，传递给人机交互程序，完成相应的操作，人机交互程序为定制的应用程序，通过调用数值数据接口获取被控设备实时状态，在平板上进行显示，并接收对应的用户操作，完成相应的处理。在不同的界面，用户可以执行的操作不同，对用户的相关操作，进行处理，分析用户将要执行的操作。当接收到对应的用户动作后，完成相应的数据交互、执行操作等。

当产品升级，如系统支持新的操作、添加新的配件参数时，可以通过更新应用程序进行升级，就可以实现对新的操作的支持，以及新配件参数的解析，无需像传统方案更换整个操作面板实体,升级成本较低，同时智能平板更易于二次开发，以形成更好的人机交互界面。

进一步地优选，安全电路模块的智能平板接口采用双向通信接口，操作接口采用串口RS-232或串口RS-285或网口，处理芯片采用型号为atmega 1280或atmega 2560或stm32的单片机模块。

智能平板接口与智能平板主机上的安全电路接口相连接，用于接收来自智能平板电脑的操作指令，以及反馈操作执行结果。智能平板接口采用近距离稳定有线的双向通信接口，例如usb、串口等，用于接收来自智能平板电脑的操作编码，操作编码为一个字节数据，用于标识将执行什么操作，当安全电路接收到操作编码之后，通过led显示灯显示对应操作码，同时反馈一个两字节的反馈信息用于告知智能平板接收到的数据。反馈数据第一个字节为十六进制0xaa，第二个字节为所接收到的操作编码，智能平板接口对应的与处理芯片的接口相连接。

操作接口用于和被控设备主控器进行通信，接口类型可以根据被控设备进行相应的变化，如串口RS-232、串口RS-285、网口等。

由于安全电路模块需要接收来自智能平板电脑的操作码信号，并根据操作码在指示灯上进行相应显示，当接收到执行按钮后，根据操作码通过操作接口，向被控设备发送数据进行相应操作。当接收到急停按钮被按下的信号时，中断当前操作，并发送急停指令给被控设备。当接收到被控设备执行反馈后，通过指示灯进行相应显示，同时通过智能平板接口，像智能平板发送反馈信息，告知操作执行结果。因此，为了满足以上功能，安全电路模块需要搭载处理芯片，处理芯片需要具备足够的接口，用于连接智能平板接口、操作接口、指示灯、执行按钮、急停按钮。

处理芯片可以控制8个LED指示灯进行显示当前所执行的操作，或将要执行的操作。其中，当接收到的操作指令为简单操作时，指示灯对应位常亮，标示正在执行操作；当接收到的操作为复杂操作指令时，指示灯对应位闪烁，标示等待用户确认将要执行的操作；当用户按下执行按钮，确认执行操作时，通过操作接口发送相关操作码，对应指示灯常亮，标示正在执行操作。

进一步地优选，安全电路接口采用双向通信接口，数值数据接口采用串口或网口或USB，触摸屏采用电容触摸屏或电阻触摸屏。智能平板主机需要通过搭载安全电路接口来使用安全电路，实现相应控制数据的传输，以数控机床为例，自动执行PLC程序等就是复杂操作。能够提高稳定性，本发明中通过安全电路传输复杂操作的控制指令，从而实现对复杂操作的控制执行。

其中，安全电路接口为近距离稳定有线的双向通信接口，例如usb、串口等。用于发送操作编码，操作编码为一字节的数据，用于标识将执行什么操作，当智能平板主机接收到用户操作后，通过安全电路接口发送操作编码到安全电路模块，同时接收安全电路向智能平板发送反馈数据，反馈数据为两个字节的数据。第一个字节为十六进制数0xaa，第二个字节为所接收到的操作编码，安全电路接口一端与智能平板对应接口连接，另一端与安全电路的智能平板接口连接。

当安全电路接收到操作码后，判断操作码是简单操作还是复杂操作，如果为简单操作，对应的指示灯常亮，标示被控设备正在执行的操作。如果为复杂操作，对应的指示灯闪烁，标示即将进行的操作，等待用户按下执行按钮，当用户按下执行按钮后，安全电路发送的执行指令到被控设备主控器，同时对应指示灯常亮，标示被控设备正在执行的操作。

数值数据接口用于与被控设备主控器间进行数据交互，接收来自被控主机主控器的数据包括被控设备实时状态、运动轨迹、相关参数等。以数控机床为例，数据包括：刀具种类、刀具运动轨迹、存储器中的程序代码、电器参数等，这些数据由被控设备主控器实时发送。发送至被控主机主控器的数据包括用户通过智能平板主机进行的参数设置和操作指令，同样以数控机床为例，数据包括：PLC程序、更换刀具、设置被控设备状态等。为了能够快速稳定的传输以上数据，智能平板电脑所搭载的通信接口可以为串口、网口、USB等可以实现近距离稳定传输数据的接口。触摸屏用于接收用户操作，以及显示相关数据。

所述的基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，包括数值数据通信方法和操作数据通信方法；智能平板主机与被控设备主控器通过数值数据通信接口进行数据通信，完成被控设备与智能平板之间相应的存储器、寄存器中的数据同步，使得智能平板主机可以实时显示当前被控设备的运行状态，同时确保用户通过智能平板主机输入的相关参数、代码、设置等能够准确传输至被控设备，保证了数值数据通信快速、准确、安全。同时，为了确保智能平板对被控设备的控制安全、准确、可靠，通过安全电路模块使用操作数据通信方法进行操作数据的传输。

数值数据通信方法包括实时数据通信方法和控制参数数据通信方法；

其中，实时数据通信方法能够实现数据实时变化，实时传输，均由被控设备发送至智能平板主机，当其中一条数据发送错误时，很快后续又有新的数据发送过来，少数数据错误不会导致系统故障，也不会影响用户使用。所述的实时数据通信方法包括以下步骤：

1)数据的产生：通过被控设备实时产生数据，并通过数值数据接口定时发送；

2)数据的接收：智能平板主机接收到数据后，根据数据的格式对数据进行识别、确定数据的类型、进行校验和解析，若接收完成且正确，智能平板主机通过触摸屏进行相应的显示；

3)错误的处理：智能平板主机接收到数据后，根据数据的格式对数据进行识别、确定数据的类型、进行校验，若校验发生错误则丢弃改组数据，若校验正确则对数据种类进行解析，解析发生错误则丢弃该组数据，若数据没有被丢弃，则对数据进行显示，并接受下一组数据；

控制参数数据通信方法是由智能平板电脑接收用户操作产生，发送至被控设备主机，包括相关参数、代码、设置等，该类数据在系统运行过程中传输次数较少，传输不得有误。所述的控制参数数据通信方法包括以下步骤：

1)数据的产生：用户通过智能平板主机对相应参数进行修改产生；如用户进入参数设置界面，对其中的参数进行相应的更改，或配置PLC程序等，当编辑完成或点击相关按钮时，即产生控制参数数据。

2)数据的传输：用户对于修改的数据进行保存上传，开始进行数据传输；

3)数据的接收：被控设备主机接收到来自智能平板主机的数据，根据数据的格式对数据进行识别、确定数据的类型、进行校验，若校验若发生错误则丢弃该组数据，若校验正确则根据相应的数据种类对数据进行解析，若解析发生错误则丢弃该组数据，当被控设备主机连续接收到三次相同的正确数据则数据传输成功，若智能平板主机传输10次数据没有传输成功，则反馈用户传输失败，连接有误。

其中，控制参数数据可以为将要执行复杂操作的相关参数、或为简单操作的相关参数。若为复杂操作的相关参数，被控设备主控器等待安全电路发送相关复杂操作操作码执行相关动作，以数控设备为例：控制参数数据为将要执行的PLC代码；若为简单操作的相关参数，被控设备主控器根据相关参数进行操作，以数控设备为例：控制参数数据可以为刀具在X轴方向移动1毫米。

操作数据通信方法包括简单操作数据通信方法和复杂操作数据通信方法；

所述的简单操作数据通信方法包括以下步骤：

1)将要进行简单操作的控制参数数据，依据数值数据通信方法，通过数值数据接口从智能平板主机发送至被控设备主控器，被控设备主控器接收到控制参数数据后开始相应的简单操作；

2)在向被控设备主控器发送控制参数的同时，智能平板主机通过安全电路接口向安全电路发送相应的简单操作的操作码，安全电路模块接收到相应的操作码后控制对应的指示灯常亮，并通过安全电路模块的智能平板接口发送操作反馈数据；

所述的复杂操作数据通信方法包括以下步骤：

1)将要进行复杂操作的控制参数数据，依据数值数据通信方法，通过数值数据接口从智能平板主机发送至被控设备主控器；

2)在向被控设备主控器发送控制参数的同时，智能平板主机通过安全电路接口向安全电路发送相应的复杂操作的操作码，安全电路模块接收到相应的操作码后控制对应的指示灯闪烁；

3)按下执行按钮，安全电路模块根据操作类型通过操作接口发送控制指令至被控设备，被控设备开始执行相关操作，同时对应的指示灯常亮。

为了确保数据准确安全，数值数据通信方法包含特定的数据格式，每条数据包含5个部分：

起始位，标示数据段的开始，为一个字节，确保起始位的唯一性；

标志位，标示该数据段的数据类型；

数据位，标示相应的数据；

校验位，数据的校验和，为两个字节；

结束位，标示数据段的结束，为一个字节，要确保结束位的唯一性。

所述的被控设备发生意外时，按下安全电路模块的急停按钮，安全电路模块立即发送急停指令到被控设备主控器，被控设备主控器执行急停。

智能平板主机接收到数据时，根据对应的起始位识别数据的开始，接收到结束位后结束，根据数据的格式将数据分为标志位、数据位和校验位，根据校验位对数据进行校验；被控设备主控器接收到智能平板主机的起始位后开始接收数据，接收到结束位后结束，根据数据的格式将数据分为标志位、数据位和校验位，根据校验位对数据进行校验。

本发明所具有的有益效果是：

1、本发明优化了人机交互界面。通过使用智能平板，实现了使用触摸屏作为数控系统的显示操作面板，取代了传统的开关操作面板，优化了人机交互界面，且易于人机交互界面更新换代。

2、本发明实现了更安全的控制。通过安全电路的设计，以及安全的数据通信规则和安全的操作信号通信规则确保了操作的准确可靠。

3、本发明提高了使用触摸屏作为数控系统的显示操作面板时发生突发情况的处理能力。通过在安全电路中的急停按钮，在系统出现故障的时候可以快速响应急停事件。

4、本发明实现了更高效的控制。通过使用智能平板，以及安全电路的设计，实现了用户交互与控制被控设备的分离，使得系统效率更高。

5、本发明降低了产品二次开发的成本。该提案通过使用智能平板电脑、安全电路，将功能进行分离，对产品进行二次开发时，相应人员对对应的模块进行开发，可以减低开发难度，降低开发成本。

6、本发明降低了设备硬件故障率以及维修费用。通过使用触摸屏，避免了传统按键多次使用导致的按键故障，从而降低了产品维护费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明安全电路结构示意图；

图3为本发明的实时数据通信流程图；

图4为本发明的控制参数数据流程图；

图中，1、智能平板主机；2、安全电路模块；3、执行按钮；4、数值数据接口；5、操作接口；6、数据指示灯；7、急停按钮；9、电源指示灯；10、电源开关；11、智能平板接口；12、处理芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1、图2所示，本发明所述的基于智能平板的显控一体设备，包括智能平板主机1和安全电路模块2，智能平板主机1通过安全电路接口连接安全电路模块2的智能平板接口11，智能平板接口11连接安全电路模块2的处理芯片12，处理芯片12还连接数据指示灯6、执行按钮3和急停按钮7，安全电路模块2上设置有与被控设备主控器相连接的操作接口5，操作接口5连接处理芯片12，智能平板主机1采用android操作系统或windows操作系统或linux操作系统，智能平板主机1设置有与被控设备主控器相连接数值数据接口4、与安全电路模块相连接的安全电路接口、触摸屏8、人机交互模块、电源开关10和电源指示灯9。

其中，安全电路模块2的智能平板接口11采用双向通信接口(USB接口、串口等)，操作接口5采用串口RS-232或串口RS-285或网口，处理芯片12采用atmega 1280或atmega 2560或stm32，安全电路接口采用双向通信接口(USB接口、串口等)，数值数据接口4采用串口或网口或USB，触摸屏8采用电容触摸屏或电阻触摸屏。

本发明所述的基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，包括数值数据通信方法和操作数据通信方法，数值数据通信方法包括实时数据通信方法和控制参数数据通信方法；操作数据通信方法包括简单操作数据通信方法和复杂操作数据通信方法；

为了确保数据准确安全，数值数据通信方法包含特定的数据格式。每条数据包含5个部分：

1)起始位，标示数据段的开始。为一个字节，要确保起始位的唯一性。

2)标志位，标示该数据段的数据类型。

3)数据位，标示相应的数据。

4)校验位，数据的校验和。为数据的校验和，为两个字节。

5)结束位，标示数据段的结束。为一个字节，要确保结束位的唯一性。

如图3所示，实时数据通信方法包括以下步骤：

1)数据产生：该类数据由被控设备实时产生，定时发送。

2)数据接收：智能平板接收到相应的数据之后，根据对应的起始位，识别数据开始，根据标志位确定数据类型，对数据位进行相应解析，最后校验校验和。假如接收完成且正确，智能平板进行相应的显示。

3)错误处理：接收到结束位后，将所接收到的数据分为标志位、数据位和校验位，对数据进行校验，若校验发生错误则丢弃该组数据，若校验正确则根据相应的数据种类对数据进行解析，若解析发生错误则丢弃该组数据。假如数据没有被丢弃，则对数据进行相应显示，开始接收下一组数据。

如图4所示，控制参数数据通信方法包括以下步骤：

1)数据产生：该类数据由用户通过智能平板电脑，对相应参数进行修改后产生。如用户进入参数设置界面，对其中的参数进行相应的更改，或配置PLC程序等，当编辑完成或点击相关按钮时，即产生控制参数数据。

2)数据传输：当用户对修改进行保存上传之后，开始进行数据传输。

3)数据接收：被控设备主机接收到来自智能平板电脑的起始位后开始接收数据。当接收到结束位后，将接收到的数据分为标志位、数据位和校验位。根据校验位对数据进行相应校验。若校验若发生错误则丢弃该组数据，若校验正确则根据相应的数据种类对数据进行解析，若解析发生错误则丢弃该组数据。当被控设备主机连续接收到三次相同的正确数据则数据传输成功。若智能平板设备传输10次数据没有传输成功，则反馈用户传输失败，连接有误。

简单操作数据通信方法：操作人员通过与人机交互程序进行交互，确定将要进行简单操作的相关参数、和具体操作类型。依据数值数据通信方法，通过数值数据接口，从智能平板发送控制参数数据值至被控设备主控器，被控设备主控器接收到控制参数数据，即开始相应的简单操作。在发送控制参数数据的同时，智能平板通过安全电路接口发送相应的简单操作的操作码，为一字节数据。安全电路接收到相应的操作码，判断为简单操作时，控制对应的指示灯常亮，并通过安全电路上的智能平板接口发送操作反馈数据，告知智能平板操作正在执行。

复杂操作数据通信方法：操作人员通过与人际交互程序进行交互，确定将要进行复杂操作的相关参数、和具体操作类型。依据数值数据通信方法，通过数值数据接口，从智能平板发送控制参数数据值被控设备主控器。同时发送相应的操作码至安全电路，安全电路接收到相应的操作码，判断操作码为复杂操作，控制相应的指示灯闪烁，等待用户按下执行按钮。当用户按下执行按钮时，安全电路根据操作类型，通过操作接口发送控制指令至被控设备主控器，被控设备开始执行相关操作，同时对应的指示灯常亮，标示正在执行操作。

其中，简单操作是指平板电脑主机发出一个指令，被控主机执行一个操作；复杂操作是指平板电脑主机发出一个指令，被控主机需要执行多个操作。

本发明的使用原理：

1)将被控设备以及显控一体设备通电开启。显控一体设备开机之后进入人机交互程序，并开始根据实时数据通信方法开始接收来自被控设备的实时数据，并进行显示。

2)用户通过人机交互程序，进入参数设置界面，对其中的参数进行相应的更改，或配置PLC程序，当编辑完成后，在人机交互程序中，进行保存，根据控制参数数据通信方法向被控主机发送对应的控制参数数据，当传输完成则提示成功，若传输失败则显示连接错误。

3)用户通过人机交互程序，进入相应的简单操作界面，如更换刀具、指定方向移动等，用户通过人机交互程序中的界面、按钮、输入框等，输入将要执行的操作。人机交互程序通过解析用户的操作。发送对应的控制参数数据至被控主机，当被控主机接收完成，被控主机通过解析对应的控制参数数据，开始执行相应的操作，同时智能平板发送对应的操作码至安全电路，安全电路解析操作码，确定操作码为简单操作的操作码，对应的将操作码通过指示灯常亮显示。当操作完成，被控主机发送操作完成指令至安全电路，以及智能平板，安全电路熄灭指示灯。

4)用户通过人机交互程序，进入相应的操作界面，如编辑PLC程序，当编辑完成之后，用户通过人机交互程序进行保存，之后开始进行控制参数数据的传输流程，通过数值数据接口进行相应发送，发送成功后，智能平板发送相应的操作码至安全电路，安全电路解析操作码，发现操作操作码为复杂操作的操作码，则通过指示灯闪烁显示。用户确认所要执行的操作是需要进行的操作，以及操作参数正确，按下执行按钮，安全电路通过操作接口，发送对应的操作指令到被控主机，被控主机开始执行相应的操作。同时安全电路的指示灯由闪烁变为常亮。

5)当被控设备发生意外情况时，用户通过按下安全电路上的急停按钮，安全电路立即发送急停指令到被控主机，被控主机执行急停事件。

实施例1：

本例中，使用基于android的可靠的显控一体设备控制放疗仪器，设备包含android平板电脑主机、安全电路模块。

android平板电脑是该设备的主体，实时接收来自被控设备主控器的数据，并实时显示；操作人员通过与人机交互程序进行交互，编辑相应数据或执行相应操作。当用户编辑相应数据后，android平板电脑通过数值数据接口，按照可靠的数据通信规则，同步被控设备主控器的寄存器和存储器；当数据中包含简单的用户操作时，主控设备正确接收到参数后反馈给android平板电脑，便开始执行相应的操作，同时，android平板发送相应的操作码给安全电路，安全电路获取操作码，确认其为简单的用户操作后，对应的指示灯常亮，表示该操作正在执行；当用户需要执行复杂操作时，android平板电脑通过调用安全电路接口，向安全电路发送具体操作码，安全电路接收到操作码后，安全电路指示灯对应的操作码闪烁，当用户确认执行操作后，按下执行按钮，安全电路发送对应的操作执行指令到被控主机，同时指示灯对应的操作码常亮；android平板通过安全电路接口的执行反馈，告知用户操作执行情况。

为了满足上述功能，本实施例中android平板电脑使用ARM11芯片，7寸电阻屏、数值数据接口、安全电路接口、搭载人机交互程序。

其中，数值数据接口为一个RS-232串口接口，用于传输放疗设备实时状态,如：患者姓名、处方、Y向照射野、X向照射野、上钨门Y1位置、上钨门Y2位置、下钨门X1位置、下钨门X2位置、治疗头角度、机架角度、治疗床横向位置、治疗床纵向位置、治疗床公转位置、治疗床垂直位置、射线类型、计量等。

安全电路接口为串口RS-232接口，当android平板接收到用户操作后，通过安全电路接口发送操作编码到安全电路，操作编码为一字节；同时接收安全电路发回的反馈数据，反馈数据为两字节。第一字节为十六进制0xa，第二字节为所接收到的操作编码。安全电路接口一端与android平板对应接口连接，另一端与安全电路的智能平板接口连接。

人机交互程序通过实时监控数值数据接口，接收来自被控放疗设备的运行状态，并实时显示。同时接收用户的操作，对相应参数进行修改，通过调用数值数据接口，将修改后的设定值发送至被控放疗设备。

本实施例中安全电路模块包括android接口、操作接口、处理芯片和指示灯。

android接口为串口RS-232。用于接收来自android平板电脑的操作编码，操作编码为一个字节，用于标示将执行什么操作，当安全电路接收到操作编码之后，通过led指示，显示编码，同时反馈一个两字节的反馈信息用于告知android平板接收到的数据。反馈数据第一字节为十六进制0xaa，第二字节为所接收到的操作编码。android接口对应的与处理芯片的接口相连接。

操作接口为RS-485串口接口，便于与放疗仪通信。

处理芯片采用atmega2560芯片，能够同时处理android接口、操作接口、指示灯显示以及接收用户按键操作。

指示灯由8个led灯组成,指示操作码。指示灯用于显示当前所执行的操作，或将要执行的操作。当接收到的操作指令为简单操作时，指示灯对应位常亮，标示正在执行操作；当接收到的操作为复杂操作指令时，指示灯对应位闪烁，标示等待用户确认将要执行的操作；当用户按下执行按钮，确认执行操作时，通过操作接口发送相关操作码，对应指示灯常亮，标示正在执行操作。当接收到的操作码为十六进制数0x01，为简单操作，则对应的第1位led灯点亮，其余指示灯不亮，标示为操作码为0x01的操作正在执行。

本实施例的数据通信方法：

为了确保数据准确安全，数据通信方法包含特定的数据格式。每条数据包含5个部分：

1)起始位，标示数据段的开始，使用十六进制0xC1

2)标志位，标示该数据段的数据类型。

3)数据位，标识相应的数据位。对数据进行相应的操作，将每一个字节的数据进行整除100操作，获得的数据作为低位字节，将该数据进行模100求余操作，余数作为高位字节，从而将一个字节数据作为两个字节传输，同时避免与起始位、结束位相重复。

4)校验位，为数据的校验和。为数据位与标志位的数据和的最低位字节，经过与数据位同样的操作得到的两位字节。

5)结束位，标示数据段的结束，使用十六进制0xC2。

实时数据通信时，实时数据包括患者姓名、处方、Y向照射野、X向照射野、上钨门Y1位置、上钨门Y2位置、下钨门X1位置、下钨门X2位置、治疗头角度、机架角度、治疗床横向位置、治疗床纵向位置、治疗床公转位置、治疗床垂直位置、射线类型、计量等。

实时数据通信的具体步骤如下：

a)数据产生：由放疗仪实时产生，每200ms发送一次。

b)数据接收：android平板接收到相应的数据之后，根据对应的起始位，识别数据开始，根据标志位确定数据类型，对数据位进行相应解析，最后校验校验和。假如接收完成且正确，android平板进行相应的显示。

c)错误处理：接收到结束位后，将所接收到的数据分为标志位、数据位和校验位，对数据进行校验，若校验发生错误则丢弃该组数据，若校验正确则根据相应的数据种类对数据进行解析，若解析发生错误则丢弃该组数据。假如数据没有被丢弃，则对数据进行相应显示，开始接收下一组数据。

控制参数数据时，控制参数数据包括控制模式设置、x向照射野、y想照射野、上钨门Y1位置、上钨门Y2位置、下钨门X1位置、下钨门X2位置、治疗头角度、机架角度、治疗床横向位置、治疗床纵向位置、治疗床公转位置、治疗床垂直位置、射线类型、计量等。该类数据由android平板电脑接收用户操作产生，发送至被控设备主机，用于告知放疗设备，将要进行的操作，以及对应操作的相关参数。该类数据在系统运行过程中传输次数较少，传输不得有误。控制参数数据通信方法的具体步骤如下：

a)数据产生：该类数据由用户通过android平板电脑，对相应参数进行修改后产生。

b)数据传输：当用户对修改进行保存上传之后，开始进行数据传输。

c)数据接收：被控设备主机接收到来自android平板电脑的起始位后开始接收数据。当接收到结束位后，将接收到的数据分为标志位、数据位和校验位。根据校验位对数据进行相应校验。若校验若发生错误则丢弃该组数据，若校验正确则根据相应的数据种类对数据进行解析，若解析发生错误则丢弃该组数据。当被控设备主机连续接收到三次相同的正确数据则数据传输成功。若android设备传输10次数据没有传输成功，则反馈用户传输失败，连接有误。

简单操作数据通信方法：在本实施例中，操作人员通过与人机交互程序进行交互，进入手动操作界面，选择将要进行操作，如移动上钨门Y1、上钨门Y2、下钨门X1、下钨门X2、治疗头角度、机架角度、治疗床的相关角度及位置等，点击相应的按键，生成相应的控制参数数据，将具体要进行的操作，及相应的方向传递给被控放疗仪，放疗仪接收到相应的控制参数数据，确认操作为简单操作，并执行相应的操作。同时android平板通过安全电路接口发送相应的操作码至安全电路，安全电路解析到相应的操作码为简单操作后，对应的指示灯常亮。

复杂操作数据通信方法：本实施例中，操作人员通过与人机交互程序进行交互，进入自动操作界面，设置上钨门Y1、上钨门Y2、下钨门X1、下钨门X2、治疗头角度、机架角度、治疗床的相关角度及位置等，点击保存之后，生成相应的控制参数数据，用过数值数据接口，发送至被控设备主控器，主控器修改相应寄存器，等待接收操作指令。同时android平板发送对应的自动操作码至安全电路，安全电路接收到操作码，判断为复杂操作后，控制对应的指示灯闪烁。操作员通过查看指示灯，确定操作为自动控制，按下执行按钮，安全电路发送相应的操作指令至被控放疗仪主控器。被控放疗仪接收到相应的操作指令后，根据相应的控制参数，控制被控设备。

本发明通过使用智能平板，实现了使用触摸屏作为数控系统的显示操作面板，取代了传统的开关操作面板，优化了人机交互界面，且易于人机交互界面更新换代，并通过安全电路的设计，以及安全的数据通信规则和安全的操作信号通信规则确保了操作的准确可靠，并且在安全电路中的急停按钮，在系统出现故障的时候可以快速响应急停事件。通过使用智能平板主机和安全电路的设计，实现了用户交互与控制被控设备的分离，提高了系统效率，降低了产品二次开发的成本和设备硬件故障率以及维修费用。

Claims (10)

1.一种基于智能平板的显控一体设备，其特征在于：包括智能平板主机(1)和安全电路模块(2)，智能平板主机(1)连接安全电路模块(2)的智能平板接口(11)，智能平板接口(11)连接安全电路模块(2)的处理芯片(12)，处理芯片(12)还连接数据指示灯(6)、执行按钮(3)和急停按钮(7)，安全电路模块(2)上设置有与被控设备主控器相连接的操作接口(5)，操作接口(5)连接处理芯片(12)。

2.根据权利要求1所述的基于智能平板的显控一体设备，其特征在于：所述的智能平板主机(1)采用android操作系统或windows操作系统或linux操作系统，智能平板主机(1)设置有与被控设备主控器相连接数值数据接口(4)、与安全电路模块相连接的安全电路接口、触摸屏(8)、人机交互模块、电源开关(10)和电源指示灯(9)。

3.根据权利要求1所述的基于智能平板的显控一体设备，其特征在于：所述的安全电路模块(2)的智能平板接口(11)采用双向通信接口，操作接口(5)采用串口RS-232或串口RS-285或网口，处理芯片(12)采用型号为atmega 1280或atmega 2560或stm32的单片机模块。

4.根据权利要求2所述的基于智能平板的显控一体设备，其特征在于：所述的安全电路接口采用双向通信接口，数值数据接口(4)采用串口或网口或USB，触摸屏(8)采用电容触摸屏或电阻触摸屏。

5.一种基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，其特征在于：包括数值数据通信方法和操作数据通信方法。

6.根据权利要求5所述的基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，其特征在于：所述的数值数据通信方法包括实时数据通信方法和控制参数数据通信方法；

所述的实时数据通信方法包括以下步骤：

1)数据的产生：通过被控设备实时产生数据，并通过数值数据接口定时发送；

2)数据的接收：智能平板主机接收到数据后，根据数据的格式对数据进行识别、确定数据的类型、进行校验和解析，若接收完成且正确，智能平板主机通过触摸屏进行相应的显示；

3)错误的处理：智能平板主机接收到数据后，根据数据的格式对数据进行识别、确定数据的类型、进行校验，若校验发生错误则丢弃改组数据，若校验正确则对数据种类进行解析，解析发生错误则丢弃该组数据，若数据没有被丢弃，则对数据进行显示，并接受下一组数据；

所述的控制参数数据通信方法包括以下步骤：

1)数据的产生：用户通过智能平板主机对相应参数进行修改产生；

2)数据的传输：用户对于修改的数据进行保存上传，开始进行数据传输；

3)数据的接收：被控设备主机接收到来自智能平板主机的数据，根据数据的格式对数据进行识别、确定数据的类型、进行校验，若校验若发生错误则丢弃该组数据，若校验正确则根据相应的数据种类对数据进行解析，若解析发生错误则丢弃该组数据，当被控设备主机连续接收到三次相同的正确数据则数据传输成功，若智能平板主机传输10次数据没有传输成功，则反馈用户传输失败，连接有误。

7.根据权利要求5所述的基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，其特征在于：所述的操作数据通信方法包括简单操作数据通信方法和复杂操作数据通信方法；

所述的简单操作数据通信方法包括以下步骤：

1)将要进行简单操作的控制参数数据，依据数值数据通信方法，通过数值数据接口从智能平板主机发送至被控设备主控器，被控设备主控器接收到控制参数数据后开始相应的简单操作；

2)在向被控设备主控器发送控制参数的同时，智能平板主机通过安全电路接口向安全电路发送相应的简单操作的操作码，安全电路模块接收到相应的操作码后控制对应的指示灯常亮，并通过安全电路模块的智能平板接口发送操作反馈数据；

所述的复杂操作数据通信方法包括以下步骤：

1)将要进行复杂操作的控制参数数据，依据数值数据通信方法，通过数值数据接口从智能平板主机发送至被控设备主控器；

2)在向被控设备主控器发送控制参数的同时，智能平板主机通过安全电路接口向安全电路发送相应的复杂操作的操作码，安全电路模块接收到相应的操作码后控制对应的指示灯闪烁；

3)按下执行按钮，安全电路模块根据操作类型通过操作接口发送控制指令至被控设备，被控设备开始执行相关操作，同时对应的指示灯常亮。

8.根据权利要求7所述的基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，其特征在于：数据的格式为：

起始位，标示数据段的开始，为一个字节，确保起始位的唯一性；

标志位，标示该数据段的数据类型；

数据位，标示相应的数据；

校验位，数据的校验和，为两个字节；

结束位，标示数据段的结束，为一个字节，要确保结束位的唯一性。

9.根据权利要求7所述的基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，其特征在于：被控设备发生意外时，按下安全电路模块的急停按钮，安全电路模块立即发送急停指令到被控设备主控器，被控设备主控器执行急停。

10.根据权利要求7所述的基于智能平板的显控一体设备的数据通信方法，其特征在于：智能平板主机接收到数据时，根据对应的起始位识别数据的开始，接收到结束位后结束，根据数据的格式将数据分为标志位、数据位和校验位，根据校验位对数据进行校验；被控设备主控器接收到智能平板主机的起始位后开始接收数据，接收到结束位后结束，根据数据的格式将数据分为标志位、数据位和校验位，根据校验位对数据进行校验。