CN109445400A - 一种基于视频信号和usb通讯传输的示教器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，其技术特点在于：包括电源模块、电源电路模块、微控制器电路模块、微控制器通讯转换电路模块、PC模块、显示驱动模块、液晶屏、触控屏、触控屏通讯转换电路模块、声光提示模块和外部实体按键模块；所述PC模块的输出端通过显示驱动模块与液晶屏相连接；所述触控屏的输出端通过触控屏通讯转换电路模块与PC模块相连接；所述PC模块通过微控制器通讯转换电路模块与微控制器电路模块相连接；所述外部实体按键模块的输出端与微控制器电路模块相连接，该微控制器电路模块通过微控制器通讯转换模块与PC模块相连接。本发明电路结构简单且能够即插即用。
Description
技术领域
本发明属于工业控制示教器技术领域，尤其是一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器。
背景技术
传统的示教器在硬件方面需要基于可运行系统级的微控制器做信息处理核心，通过网口的通讯方式进行上位机和示教器之间的通讯，其硬件系统复杂，成本高，维护困难，使用时需要适配各个通讯协议的参数，这对上位机的通讯提出了一定的要求，用户在使用上无法达到即插即用。随着控制系统的小型化，其性能也在翻倍的增长，对于一个工业控制系统来说，一个控制系统即可对整个机电一体化系统进行控制，硬件结构也越来越简单，整个硬件系统也逐步集中在一个模块中，对于传统示教器来说，额外独立出一个控制系统进行信息展示和控制无疑是在浪费资源，造成控制系统的指令无法集中处理。随着电子控制系统发展趋势逐渐小型化；控制处理信息高度集中；用户体验也逐步转向即插即用方式，往使用便利的方向发展；传统示教器较难满足现代化的发展需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、电路结构简单且能够即插即用的基于视频信号和USB通讯传输的示教器。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，包括电源模块、电源电路模块、微控制器电路模块、微控制器通讯转换电路模块、PC模块、显示驱动模块、液晶屏、触控屏、触控屏通讯转换电路模块、声光提示模块和外部实体按键模块；
所述PC模块的输出端通过显示驱动模块与液晶屏相连接，用于将PC输出的VGA或HDMI视频信号转变为液晶屏所需的TTL信号后输出至液晶屏；
所述触控屏的输出端通过触控屏通讯转换电路模块与PC模块相连接，用于将触控屏的触控信息输出至触控屏通讯转换电路模块，该触控屏通讯转换电路模块将触控信息转变为PC可识别的信息后输出至PC模块；
所述PC模块通过微控制器通讯转换电路模块与微控制器电路模块相连接，该微控制器电路模块的输出端与声光提示模块相连接，用于根据用户的需要实时控制声光提示模块对用户进行声光提示；
所述外部实体按键模块的输出端与微控制器电路模块相连接，该微控制器电路模块通过微控制器通讯转换模块与PC模块相连接，用于实时监测外部开关量信息，并通过微控制器通讯转换电路模块输出至PC模块；
所述电源模块的输出端通过电源电路模块分别和微控制器电路模块、显示驱动模块和触控屏相连接并为其供电。
而且，所述电源电路模块用于将外部输入的直流24V电源转变为9V、5V、3.3V、1.8V和-5V的输出电压，为示教器内部各模块供电。
而且，所述声光提示模块为LED或蜂鸣器。
而且，所述微控制器通讯转换电路模块为串口转USB通讯转换电路，PC模块端接口为USB接口，通过串口转USB通讯电路转换为微控制器电路模块所需的TTL电平。
而且，所述触控屏通讯转换电路模块用于将触控屏通过IIC通讯方式输出的触控信息转变为PC可读的人体学输入设备通讯方式。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明直接将PC传来的视屏信息直接进行展现，省去了传统示教器需要通过系统级控制器处理信息的过程，因此信息展示的延迟时间降至最低，不存在系统奔溃导致视屏信息无法解析等一系列隐患，增强了工业系统的稳定性。
2、本发明中仅传输控制器的实时视频信号，所有处理信息在控制器的内存中交互处理，其方案达到最优化设计。克服了传统示教器多采用网络通讯，存在网络延迟，当设备运行时，按下示教器界面的控制按钮时，由于网络延迟的缘故，控制的实时性效果不好的缺陷。
3、本发明在硬件结构方面所涉及的电路模块较少，为满足示教器的使用功能，示教器电路结构达到最精简，因此示教器系统稳定性大大提升，在工业控制领域有不可比拟的优势。由于本发明所需电路模块较少，因此在电路工艺方面，电路板的体积相比于传统示教器减少，其机械特性的设计也可做出灵活改变，另示教器机械结构做到最精简、最优化设计，相比于传统示教器，其优势在于设备因为电路的灵活性增强，机械结构更加灵活，在机械设计过程中，可极大的适应用户使用习惯进行设计。
4、本发明属于即插即用设备，无需对示教器本身进行参数设置，相比于传统示教器，用户无需对示教器本身进行开发设置，这为工业系统的组建节省下较多的时间。
5、本发明相对于传统示教器，省去系统级的微控制器系统和网络通讯接口，本身不涉及任何操作系统，故不受软件开发调试限制,其指令信息处理全部交由PC上位机进行处理判断，这使软件处理操作集中于一个控制系统内，达到了信息高度集成于一个控制系统内，其软件执行效率更高，软件维护更加集中，整体工业控制系统更加稳定，系统开发效率和系统灵活性有显著提升，节省了大量的人力开发资源。
附图说明
图1为本发明的电路框图；
图2为本发明的电源电路模块的电路框图；
图3为本发明的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，是一种实时播放上位机传来的视屏信息，并能够将屏幕触控信息和实体按键信息发送给上位机，为工业控制系统提供一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器。
一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，如图1所示，包括电源模块、电源电路模块、微控制器电路模块、微控制器通讯转换电路模块、PC模块、显示驱动模块、液晶屏、触控屏和触控屏通讯转换电路模块；
所述PC模块的输出端通过显示驱动模块与液晶屏相连接，用于将PC输出的VGA或HDMI视频信号转变为液晶屏所需的TTL信号；
所述触控屏的输出端通过触控屏通讯转换电路模块与PC模块相连接，用于将触控屏的触控信息输出至触控屏通讯转换电路模块，该触控屏通讯转换电路模块将触控信息转变为PC可识别的信息后输出至PC模块；
所述PC模块通过微控制器通讯转换电路模块与微控制器电路模块相连接，该微控制器电路模块的输出端与LED或蜂鸣器模块相连接，用于根据用户的需要实时控制LED或蜂鸣器对用户进行进行声光提示；
所述外部实体按键模块的输出端与微控制器电路模块相连接，该微控制器电路模块通过微控制器通讯转换模块与PC模块相连接，用于实时监测外部开关量信息，并通过微控制器通讯转换电路模块输出至PC中；
所述电源模块的输出端通过电源电路模块分别和微控制器电路模块、显示驱动模块和触控屏相连接并为其供电；
所述电源电路模块用于将外部输入的直流24V电源转变为9V、5V、3.3V、1.8V和-5V的输出电压，为示教器内部各模块供电；
所述微控制器通讯转换电路模块为串口转USB通讯转换电路，PC模块端接口为USB接口，通过串口转USB通讯电路转换为微控制器电路模块所需的TTL电平。
所述触控屏通讯转换电路模块用于将触控屏通过IIC通讯方式输出的触控信息转变为PC可读的人体学输入设备通讯方式。
在本实施例中，所述触控屏为和液晶屏显示界面同样大小的电阻式或电容式触控屏覆盖在液晶屏上，加以触控屏的通讯转换电路，当用户触摸屏幕时，触控信息传输到通讯转换电路中，通讯转换电路将触控信息转变为PC可识别的信息，以此作为人体学输入设备。
在本实施例中，所述电源电路模块可将外部输入的直流24V电源转变为示教器内部各个部分电路所需的额定电源，以此保障示教器内部各个电路的供电。
在本实施例中，采用LED或蜂鸣器电路作为声光提示输出设备，用户可根据所需，通过与微控制器电路所对应的微控制器通讯转换电路模块传输控制信息，以此达到实时控制LED或蜂鸣器电路，达到声光提示用户的目的。
在本实施例中，所述外部实体按键模块可接各类开关，如急停开关、开关按键、使能开关等具备开关量信息的器件，微控制器电路实时监测外部开关量信息，并对各个开关量信息进行编码，通过微控制器通讯转换电路模块发送至PC中，以此达到用户可通过外部实体开关对整个工业系统的控制。
在本实施例中，所述HDMI或VGA视频信号的数据线、24V电源线、触控数据线、微控制器通讯线全部集中在一根线缆中，线缆与PC的硬件对接采用航空插头的连接方式。
下面分别对本发明的各电路模块的组成和功能作进一步详细说明：
如图2和图3所示，电源电路，用于对外部供应的24V直流电源(12)进行降压，输出示教器内部其他电路所需的额定电源。首先采用LM2596(13)对24V电源进行降压到16V，然后通过TPS5430(14、16、18)降压芯片得到9V、5V、3.3V，1.8V电压由TPS5430(15)输出得到。在电路中还需要-5V电源，因此采用电荷泵LM2662(17)得到-5V电源。在示教器中，微控制器基于STM32，显示驱动基于RTD2660系列芯片，因此在电源分配中，3.3V对控制IO(22)、显示驱动(19)、液晶屏(18)进行供电，5V对串口转USB通讯FT232(23)、触控驱动(28)、进行供电。9V、16V、-5V对液晶屏(18)进行供电。
显示驱动电路，PC(24)通过VGA接口或HDMI接口输出的视频信号给显示驱动(19)，显示驱动对视频信号进行解析，输出为液晶屏(18)所需的TTL通讯所用信号。由此完成PC发送的视屏信息到示教器中的实际显示信息。
控制IO电路，PC(24)通过串口通信的方式给示教器发送信息，PC端接口为USB接口，因此通过串口转USB通讯(23)电路转换为控制IO(22)所需的TTL电平，由此进行数据收发。在控制IO电路中，连接有LED蜂鸣器(21)，可通过此电路完成声光提示功能，外部连接有模拟量/开关量转换电路，可对外部特殊按键进行电平转换，使STM32可实时监测开关量信息。同时控制IO(22)可给予显示驱动(19)控制信号，进行相关的开屏熄屏等操作。
所述触控电路采用USB通讯接口，且PC可装各类操作系统，因此触控电路输出信号为人体学输入设备的信号，在触控驱动(28)中，将触控屏通过IIC通讯方式发送来的触控信息转变为PC可读的通讯方式。
所述显示驱动(19)采用RTD2660H，兼容HDMI接口和VGA接口，本实施例中优先使用RTD2660H。
所述控制IO(22)采用STM32F103，此单片机控制IO数量满足示教器所需，扫描检测开关速率远大于系统响应速率，同时可扩展性强。通讯转换电路采用FT232芯片，此芯片可适配Linux系统、windows系统、Android系统，极大的适应上位机操作系统，使示教器使用范围更加广泛。
本发明的工作原理是：
本发明通过PC通过有线传输的方式，将视频信号传输到示教器，示教器实时播放PC传来的画面，根据画面信息，可对示教器进行触控操作，触控信号通过示教器处理为人体学输入设备信号发给PC，PC可对触控信号做出相应的分析处理。示教器集成微控制器控制系统，加装有实体开关量按键或模拟量开关按键，当外部触发相关按键后，微控制器对示教器的LED或蜂鸣器做出提示反应，并将处理信息发送给PC端，PC可根据微控制器发送的指令做出相应的分析处理。视频信息直接投影在示教器，可做到实时的画面传输播放。其信息展现的时效性更高，反应速度更快，符合工业环境下对设备的使用要求和习惯。示教器可通过VGA或HDMI接口传输视频信号，可按照视频通讯标准决定示教器使用长度范围。信号有线传输接口采用航空插接口，保障信号在复杂的环境中稳定传输。此设计可广泛适用于工业控制领域，尤其适用于机器人控制、机械设备控制等方面。
本发明可广泛适用于工业控制领域，尤其适用于机器人控制、机械设备控制等方面。且所选用的液晶屏分辨率为800*600其大小满足用户对示教器大小的需求，触控屏采用工业用电容触控屏，可带手套操作，广泛的适应应用场景。
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，其特征在于：包括电源模块、电源电路模块、微控制器电路模块、微控制器通讯转换电路模块、PC模块、显示驱动模块、液晶屏、触控屏、触控屏通讯转换电路模块、声光提示模块和外部实体按键模块；
所述PC模块的输出端通过显示驱动模块与液晶屏相连接，用于将PC输出的VGA或HDMI视频信号转变为液晶屏所需的TTL信号后输出至液晶屏；
所述触控屏的输出端通过触控屏通讯转换电路模块与PC模块相连接，用于将触控屏的触控信息输出至触控屏通讯转换电路模块，该触控屏通讯转换电路模块将触控信息转变为PC可识别的信息后输出至PC模块；
所述PC模块通过微控制器通讯转换电路模块与微控制器电路模块相连接，该微控制器电路模块的输出端与声光提示模块相连接，用于根据用户的需要实时控制声光提示模块对用户进行声光提示；
所述外部实体按键模块的输出端与微控制器电路模块相连接，该微控制器电路模块通过微控制器通讯转换模块与PC模块相连接，用于实时监测外部开关量信息，并通过微控制器通讯转换电路模块输出至PC模块；
所述电源模块的输出端通过电源电路模块分别和微控制器电路模块、显示驱动模块和触控屏相连接并为其供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，其特征在于：所述电源电路模块用于将外部输入的直流24V电源转变为9V、5V、3.3V、1.8V和-5V的输出电压，为示教器内部各模块供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，其特征在于：所述声光提示模块为LED或蜂鸣器。
4.根据权利要求1所述的一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，其特征在于：所述微控制器通讯转换电路模块为串口转USB通讯转换电路，PC模块端接口为USB接口，通过串口转USB通讯电路转换为微控制器电路模块所需的TTL电平。
5.根据权利要求1所述的一种基于视频信号和USB通讯传输的示教器，其特征在于：所述触控屏通讯转换电路模块用于将触控屏通过IIC通讯方式输出的触控信息转变为PC可读的人体学输入设备通讯方式。
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