CN109823952A - 一种车站电扶梯导向控制板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了交通设备技术领域的一种车站电扶梯导向控制板，包括驱动电路、基础电路、语音功能模块、MAX485芯片U2、RS485芯片P1和遥控器，采用C51单片机作为控制板的处理核心，负责整个控制板的逻辑控制；使用与既有线BAS系统一致的MODBUS‑RTU通讯协议，使控制板完全匹配现有车站BAS控制系统，采用该控制板替换现阶段正线出现故障的控制板，从而改变现阶段这类问题过度依赖厂家备件的现状，提高故障的处理时效，方便制定一整套的维修检测手段与方法，大幅度提高导向控制板的使用寿命与元器件使用率，大幅度降低车站使用导向控制板的维修成本。
Description
技术领域
本发明涉及交通设备技术领域，具体为一种车站电扶梯导向控制板。
背景技术
车站电扶梯导向一直存在着故障率较高的问题，而扶梯导向的故障原因主要出现在控制板上，而目前检查人员在对扶梯导向的故障处理问题上的主要手段是检查线路是否接线牢固，而对控制板内部出现的问题无有效处理手段，基本上是靠厂家更换电路板解决，这也是导致扶梯导向故障工单处理不及时的原因。此外，首通段扶梯导向也已经过保，除了在更换维修费用上是一笔很大的支出外，厂家备件也时常不到位，导致维修效率的下降。并且，由于电子产品更新换代快，淘汰率高，并不能保证在今后的运营中厂商还会继续提供相同型号的导向控制板，所以也面临着备件是否能持续供应的风险，为了能够最大限度地解决这个问题，亟需设计一种新型的导向用控制板，基于此，本发明设计了一种车站电扶梯导向控制板，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车站电扶梯导向控制板，以解决上述背景技术中提出的亟需设计一种新型的导向用控制板的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种车站电扶梯导向控制板，包括驱动电路、基础电路、语音功能模块、MAX485芯片U2、RS485芯片P1和遥控器，所述基础电路分别与驱动电路、语音功能模块、MAX485芯片U2、RS485芯片P1和遥控器信号连接，所述语音功能模块包括语音播放系统和功率放大器。
优选的，所述基础电路包括STC12C5A60S2芯片U1、所述STC12C5A60S2 芯片U1的XTAL1端口并接有晶振X1和电容C1，所述电容C1的另一极板并联有地线、电容C2和电阻R1，所述电容C2的另一极板并联有晶振X1和 STC12C5A60S2芯片U1的XTAL2端口，所述电阻R1的另一端并联有 STC12C5A60S2芯片U1的RST端口和电容C3，所述电容C3的另一极板并联有STC12C5A60S2芯片U1的EA端口和地线。
优选的，所述驱动电路包括继电器RL1，所述继电器RL1的输入端接入 5V电源，所述继电器RL1的输出端串接三极管Q1集电极，所述三极管Q1 的发射极接地，所述三极管Q1的基极串联电阻R2，所述电阻R2的另一端与STC12C5A60S2芯片U1的P1.0端口连接。
优选的，所述语音播放系统包括WT588D语音芯片、W25Q32 SPI-NOR FLASH存储器、控制键K1-K4、电阻R1、R2、R3、R6和电容C1、 C2、C3、C4和C6。
优选的，所述功率放大器包括PAM8403功放芯片、两组扬声器、电阻Ri 和电容Ci。
优选的，所述语音功能模块的电子器件采用插针式安装。
优选的，所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.0端口串接有电阻R2、所述电阻R2的另一端串接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极串接继电器RL1的输入端，所述继电器RL1的输出端接地，所述继电器RL1的控制端串接红色发光二极管D1，所述红色发光二极管D1的另一端串接电阻R3，所述电阻R3的另一端接地，所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.1端口串接有电阻R4、所述电阻R4的另一端串接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极串接继电器RL2的输入端，所述继电器RL2的输出端接地，所述继电器 RL2的控制端串接红色发光二极管D2，所述红色发光二极管D2的另一端串接电阻R5，所述电阻R5的另一端接地，所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.2端口串接有电阻R6、所述电阻R6的另一端串接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极串接继电器RL3的输入端，所述继电器RL3的输出端接地，所述继电器RL3的控制端串接红色发光二极管D3，所述红色发光二极管D3的另一端串接电阻R7，所述电阻R7的另一端接地，所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.3端口串接有电阻R8、所述电阻 R8的另一端串接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极接地，所述三极管Q4的集电极串接继电器RL4的输入端，所述继电器RL4的输出端接地，所述继电器RL4的控制端串接红色发光二极管D4，所述红色发光二极管D4 的另一端串接电阻R9，所述电阻R9的另一端接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用C51单片机作为控制板的处理核心，负责整个控制板的逻辑控制；使用与既有线BAS系统一致的MODBUS-RTU通讯协议，使控制板完全匹配现有车站BAS控制系统，采用该控制板替换现阶段正线出现故障的控制板，从而改变现阶段这类问题过度依赖厂家备件的现状，提高故障的处理时效，方便制定一整套的维修检测手段与方法，大幅度提高导向控制板的使用寿命与元器件使用率，大幅度降低车站使用导向控制板的维修成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基础电路原理图；
图2为本发明驱动电路原理图；
图3为本发明语音播放系统原理图；
图4为本发明语音处理原理图；
图5为本发明功率放大器原理图；
图6为本发明系统工作流程图；
图7为本发明总电路原理图；
图8为本发明解码流程图；
图9为本发明遥控器码值示意图。
图10为本发明命令侦测操作界面；
图11为本发明模拟数据反馈操作界面；
图12为本发明系统操作板界面；
图13为本发明NEC编码时序及数据格式图；
图14为本发明遥控器数据码图；
图15为本发明引导码时序图；
图16为本发明单个按键控制波形图；
图17为本发明持续控制波形图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种车站电扶梯导向控制板，包括驱动电路、基础电路、语音功能模块、MAX485芯片U2、RS485芯片P1 和遥控器，基础电路分别与驱动电路、语音功能模块、MAX485芯片U2、RS485 芯片P1和遥控器信号连接，语音功能模块包括语音播放系统和功率放大器。
其中，基础电路包括STC12C5A60S2芯片U1、STC12C5A60S2芯片U1的 XTAL1端口并接有晶振X1和电容C1，电容C1的另一极板并联有地线、电容 C2和电阻R1，电容C2的另一极板并联有晶振X1和STC12C5A60S2芯片U1 的XTAL2端口，电阻R1的另一端并联有STC12C5A60S2芯片U1的RST端口和电容C3，电容C3的另一极板并联有STC12C5A60S2芯片U1的EA端口和地线；
驱动电路包括继电器RL1，继电器RL1的输入端接入5V电源，继电器 RL1的输出端串接三极管Q1集电极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1 的基极串联电阻R2，电阻R2的另一端与STC12C5A60S2芯片U1的P1.0端口连接；
语音播放系统包括WT588D语音芯片、W25Q32SPI-NOR FLASH存储器、控制键K1-K4、电阻R1、R2、R3、R6和电容C1、C2、C3、C4和C6；功率放大器包括PAM8403功放芯片、两组扬声器、电阻Ri和电容Ci；语音功能模块的电子器件采用插针式安装；
STC12C5A60S2芯片U1的P1.0端口串接有电阻R2、电阻R2的另一端串接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极串接继电器RL1的输入端，继电器RL1的输出端接地，继电器RL1的控制端串接红色发光二极管D1，红色发光二极管D1的另一端串接电阻R3，电阻R3的另一端接地，STC12C5A60S2芯片U1的P1.1端口串接有电阻R4、电阻R4的另一端串接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极串接继电器RL2的输入端，继电器RL2的输出端接地，继电器RL2的控制端串接红色发光二极管D2，红色发光二极管D2的另一端串接电阻R5，电阻 R5的另一端接地，STC12C5A60S2芯片U1的P1.2端口串接有电阻R6、电阻 R6的另一端串接三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极串接继电器RL3的输入端，继电器RL3的输出端接地，继电器RL3的控制端串接红色发光二极管D3，红色发光二极管D3的另一端串接电阻R7，电阻R7的另一端接地，STC12C5A60S2芯片U1的P1.3端口串接有电阻R8、电阻R8的另一端串接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管 Q4的集电极串接继电器RL4的输入端，继电器RL4的输出端接地，继电器 RL4的控制端串接红色发光二极管D4，红色发光二极管D4的另一端串接电阻R9，电阻R9的另一端接地。现有电扶梯导向的功能需求如下接口测试表1所示：
表1
如表1所示，现有电扶梯导向拥有4个控制点功能和5个反馈功能。
本控制板和现有BAS系统进行数据传输所采用的电气接口协议与既有线完全一致，如如下表2所示：
| 接口协议 | 类别 |
| 串行接口 | RS485 |
| 波特率 | 19200bit/s |
| 数据位 | 8位 |
| 校验位 | 偶校验 |
| 停止位 | 1位 |
表2
Modbus_RTU功能码
现有地铁自动化BAS系统对电扶梯导向读写数据采用了两个功能码 0x03和0x10，根据上述功能需求读状态的数据个数以及写控制的数据个数都为1，所以可以得出上位BAS系统读取数据与下发控制数据的命令帧格式如下表3和4所示：
0x03命令帧：
| 地址 | 0x03 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x01 | CRC |
| 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 2字节 |
表3
0x10命令帧
表4
基于以上BAS系统下发的命令帧和Modbus_RTU协议，在导向控制板中需要反馈的命令帧格式如下：
0x03反馈帧：
表5
0x10反馈帧：
| 地址 | 0x10 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x01 | CRC |
| 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 2字节 |
表6
C51单片机端口P1.0～P1.3作为控制功能使用，其各个端口控制相应的功能如下表7所示：
表7
控制板需要使用P1.0～P1.3控制相应的继电器以达到控制导向板进行相应的动作，但是C51单片机端口驱动能力弱，其输出电压不足以驱动本系统所使用的5V继电器，为此必须加入相应的驱动电路以达到相应的功能，本方案使用的驱动元件为s8050三极管，其电路如图2所示，继电器线圈一端直接接5V电源，另一端接s8050集电极，s8050的基级接C51单片机P1.0 口，发射极接公共地，当C51单片机进行启动控制P1.0有电压输出时，s8050 会导通，5V继电器会闭合，就达到了通过C51单片机控制导向进行相关动作的功能。
C51单片机使用了三个系统中断，具体如下表8所示：
表8
中断优先级为：外部中断>串口中断、T2中断
串口中断
本中断功能是接收BAS下发的数据，当端口P3.0检测到有数据传输时，会触发C51单片机中断4，当C51单片机接收完一个数据完毕时将数据存入相应的数组中并打开定时器T2中断，并开始准备接收下一个数据，当经过判断接收时间间隔达到3T时，进入下一帧命令的接收。
T2中断
当C51单片机判断接收到BAS下发的一帧完整的命令数据后，会解析这一帧命令是否是发给自己的以及校验这一帧命令数据的正确性，如果校验正确，检测其中的功能码，如果是0x03则将需要反馈的数据装入反馈命令帧反馈给BAS系统；如果是0x10则进行相应的命令操作，控制导向进行动作，并将控制结果反馈给BAS系统。
外部中断
外部中断主要是用于导向板的就地/远程切换、就地操作以及《导向语音优化》。
采用WT588D语音芯片作为整个语音播放的核心，辅以W25Q32 SPI-NOR FLASH存储器，构成整个语音播放系统，其电路如图3所示。
语音功能模块运行流程为：由单片机分析上位机所发送的或红外遥控所控制的语音序号，使用K1-K4的信号分别控制，WT588D语音芯片在接收到 K1-K4的信号后，通过读取预先烧录在W25Q32SPI-NOR FLASH芯片内的语音内容，即会播放内部所储存的不同语音，W25Q32SPI-NOR FLASH芯片内的内置语音亦可通过使用烧写器连接PC的方式进行重新烧写，如图4所示。
语音芯片所播放的声音较小，为了在较为嘈杂的地铁站内环境使用，必须增设功率放大器，为此语音系统使用PAM8403作为功放芯片，其电路如图5所示。
《导向语音优化》采用人工就地手动遥控选择播放方式操作，为此在功能上线后，车站工作人员可以根据实际语音需求手持遥控器行至导向板就地将语音切换至需要播放的语音。
《导向语音优化》采用NFC编码的红外遥控器进行导向牌的就地/远程、语音播放序号更改等功能的控制，红外遥控器发出的信号，通过HX1838红外接收头之后，发送中断信号给单片机，单片机通过识别不同的时序，来实现遥控器按键信号的解码。
由于现有地铁既有线导向中控制板和语音模块是分开的，即控制板和语音功能模块都是独立的功能系统，但是由控制板对语音模块进行控制，为了现有系统语音模块的功能利用和兼容《导向语音优化》的语音模块，本系统针对外部中断进行了相应的功能划分，如下表9所示：
表9
C51的Modbus_RTU校验功能
本方案Modbus_RTU使用的命令帧校验方法是循环冗余校验CRC16，为了提升C51单片机的执行效率，使用了查表法。如下所示：
static unsigned char code auchCRCHi[]＝{256个16进制数组}；//CRC高位
static unsigned char code auchCRCLo[]＝{256个16进制数组}；//CRC低位
//CRC校验
unsigned int CRC16(unsigned char*puchMsg,unsigned int usDataLen)
{
unsigned char uchCRCHi＝0xFF；//高CRC字节初始化
unsigned char uchCRCLo＝0xFF；//低CRC字节初始化
unsigned uIndex；//CRC循环中的索引
while(usDataLen--)//传输消息缓冲区
{
uIndex＝uchCRCHi^*puchMsg++；//计算CRC
uchCRCHi＝uchCRCLo^auchCRCHi[uIndex]；
uchCRCLo＝auchCRCLo[uIndex]；
}
return(uchCRCHi<<8|uchCRCLo)；
}
本校验方法虽然占据了C51单片机的较大内存，但是可以获得最快的代码执行效率。
导向控制版C51系统代码程序：
上端程序
}下端程序
}命令侦测软件代码程序：
模拟数据反馈软件代码程序：
系统测试软件代码程序：
遥控器按键信号解码过程
本系统采用红外遥控器进行导向牌的就地/远程、语音播放序号更改等功能的控制，红外遥控器发出的信号，通过HX1838红外接收头之后，发送中断信号给单片机，单片机通过识别不同的时序，来实现遥控器按键信号的解码。
现有的遥控器编码格式常见有两种：NEC格式和RC5格式。本系统采用NEC编码，其时序图及数据格式如如图13所示：
从时序图可知，遥控器发送的数据码由“引导码、8位地址码、8位地址码补码、8位数据码、8位数据码补码”这几部分组成，如图14所示，其中地址码补码以及数据码补码的存在大大加强了红外数据传输的可靠性。
引导码及数据的定义如下：一个引导码由9ms低电平和4.5ms高电平组成；一个引导码(重复)由9ms低电平和2.25ms高电平组成；一个数据1由 0.56ma低电平和2.25ms高电平组成；一个数据0由0.56ma低电平和1.12ms 高电平组成。当一直按住一个按钮的时候，变会隔110ms左右发一次引导码 (重复)，并不带任何数据，其时序图如图15所示，
按下单个按钮的波形如图16所示，
持续按住某个按钮时的波形如图17所示。
故单片机在收到中断信号之后对对应的管脚所收到的高低电平进行判断并计时，记录管脚变化的时间从而得到持续时间内的管脚电平变化状况，最终得到地址码和数据码，并根据数据内容进行相应的操作，其解码流程图如图8所示，对应遥控器的码值如图9所示。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种车站电扶梯导向控制板，包括驱动电路、基础电路、语音功能模块、MAX485芯片U2、RS485芯片P1和遥控器，其特征在于：所述基础电路分别与驱动电路、语音功能模块、MAX485芯片U2、RS485芯片P1和遥控器信号连接，所述语音功能模块包括语音播放系统和功率放大器。
2.根据权利要求1所述的一种车站电扶梯导向控制板，其特征在于：所述基础电路包括STC12C5A60S2芯片U1、所述STC12C5A60S2芯片U1的XTAL1端口并接有晶振X1和电容C1，所述电容C1的另一极板并联有地线、电容C2和电阻R1，所述电容C2的另一极板并联有晶振X1和STC12C5A60S2芯片U1的XTAL2端口，所述电阻R1的另一端并联有STC12C5A60S2芯片U1的RST端口和电容C3，所述电容C3的另一极板并联有STC12C5A60S2芯片U1的EA端口和地线。
3.根据权利要求1所述的一种车站电扶梯导向控制板，其特征在于：所述驱动电路包括继电器RL1，所述继电器RL1的输入端接入5V电源，所述继电器RL1的输出端串接三极管Q1集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极串联电阻R2，所述电阻R2的另一端与STC12C5A60S2芯片U1的P1.0端口连接。
4.根据权利要求1所述的一种车站电扶梯导向控制板，其特征在于：所述语音播放系统包括WT588D语音芯片、W25Q32SPI-NOR FLASH存储器、控制键K1-K4、电阻R1、R2、R3、R6和电容C1、C2、C3、C4和C6。
5.根据权利要求1所述的一种车站电扶梯导向控制板，其特征在于：所述功率放大器包括PAM8403功放芯片、两组扬声器、电阻Ri和电容Ci。
6.根据权利要求1所述的一种车站电扶梯导向控制板，其特征在于：所述语音功能模块的电子器件采用插针式安装。
7.根据权利要求1所述的一种车站电扶梯导向控制板，其特征在于：所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.0端口串接有电阻R2、所述电阻R2的另一端串接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极串接继电器RL1的输入端，所述继电器RL1的输出端接地，所述继电器RL1的控制端串接红色发光二极管D1，所述红色发光二极管D1的另一端串接电阻R3，所述电阻R3的另一端接地，所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.1端口串接有电阻R4、所述电阻R4的另一端串接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极串接继电器RL2的输入端，所述继电器RL2的输出端接地，所述继电器RL2的控制端串接红色发光二极管D2，所述红色发光二极管D2的另一端串接电阻R5，所述电阻R5的另一端接地，所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.2端口串接有电阻R6、所述电阻R6的另一端串接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极串接继电器RL3的输入端，所述继电器RL3的输出端接地，所述继电器RL3的控制端串接红色发光二极管D3，所述红色发光二极管D3的另一端串接电阻R7，所述电阻R7的另一端接地，所述STC12C5A60S2芯片U1的P1.3端口串接有电阻R8、所述电阻R8的另一端串接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极接地，所述三极管Q4的集电极串接继电器RL4的输入端，所述继电器RL4的输出端接地，所述继电器RL4的控制端串接红色发光二极管D4，所述红色发光二极管D4的另一端串接电阻R9，所述电阻R9的另一端接地。
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