CN113626085A - 一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端。该终端包含硬件部分及软件部分。硬件部分包括主处理器模块以及与主处理器模块相连的外围电路，外围电路包括电源模块、存储模块、视频模块、RS232通信模块、RS485模块、USB模块、LAN通信模块、触摸功能模块和显示模块，其中存储模块包括DRAM、eMMC、SDCard，电源模块包括DC‑DC转换模块和电源管理模块。终端软件部分包括root系统、RTOS系统、RTS软件。本发明采用低功耗、高集成度的处理器，能够实现高低温、烟尘、潮湿等复杂环境下的人机交互使用，可以广泛应用于各种工业生产线、控制室的参数状态显示、视频监控和智能控制。
Description
技术领域
本发明涉及消费电子产品及工业自动化技术领域，特别是涉及工业控制中的人机交互终端设备。
背景技术
工业触摸屏HMI（Human Machine Interface）是系统与用户之间进行交互和信息交换的媒介，用来替代传统控制按钮和指示灯的智能化操作显示终端。通过设置参数，显示数据，交互信息等操作，以更丰富的形式为用户呈现自动化控制的过程。灵活的操控及丰富的图形界面，使得触摸屏广泛的应用在工业自动化控制领域，与控制主机一同构成工业控制系统的重要组成部分。
伊朗震网事件发生后，国家对工业产品的自主可控和国产化要求有了新的需求，但由于成本供应链等问题，市面上常见的HMI产品仍使用国外的CPU。随着近年来集成电路行业的发展，工业控制行业也面临着相关产品的国产化替代。
A40i是珠海全志科技有限公司开发的一款国产化工业级处理器，支持Android&Linux双系统，具有接口丰富、功耗低、系统集成度高的特点。目前，A40i是业内具有超高性价比的国产工业级嵌入式架构处理器，但是针对HMI产品的相关工业领域的应用还未见报道。基于以上原因，设计一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，既可以符合工业环境下用户的需求，又具有一定的国产化和自主可控特点，满足国内工业领域安全自主可控的需求。
发明内容
本发明提供一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，是对PLC进行实施检测控制的一种交互终端。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：
一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端包含硬件部分及软件部分。
硬件部分包括主处理器、电源模块、时间模块、存储模块、显示模块、触控模块、音频模块、LAN模块、串口模块及USB模块。其中，电源模块为其他模块提供电源，余下模块均与主处理器A40i相连，构成以CPU处理器为核心的星状结构。
主处理器选用全志A40i工业级CPU。
电源模块包括DC-DC模块，PMU模块。DC-DC模块选择LM8025芯片、PMU模块选择AXP211S芯片。电源模块输出电压一共七种12V、5V、3.3V、3.0V、1.8V、1.5V、1.1V。
时间模块包括3V电池、晶振和RTC芯片。RTC芯片搭配32.768KHz晶振，通过纽扣电池提供的3V电压，驱动RTC芯片正常工作，提供长期稳定的计时功能。
存储模块包括DRAM模块、EMMC模块、NOR FLASH模块，Dram模块配置2G内存，NORFLASH模块配置配置128Kb容量，SD card模块配置SD卡槽一个。
显示模块采用低功耗10.1寸LCD液晶屏。
触控模块选用工业级四线制电阻触摸屏。
音频模块中配置一组双通道音频扬声器模块和一个蜂鸣器模块。分别连接CPU的Audio接口与GPIO接口。
LAN模块选用两颗芯片AR8035芯片实现，配置千兆以太网1个，百兆以太网1个。
串口模块包括RS232接口一个，RS485接口一个。两个接口共用一个DB9接头。
软件系统包括ROOT系统、RTOS操作系统、RTS软件。ROOT系统在加载硬件存储模块的128K nor flash芯片内，ROOT系统内配有硬件故障检查程序，可通过CPU连接的音频模块中的蜂鸣器模块来发出提示音来判断不同硬件故障。
RTOS系统和RTS软件加载在EMMC芯片内，RTOS采用嵌入式LINUX系统，该系统在后台运行调度，无交互界面。开机后直接显示RTS软件界面，界面中可配置MAC地址，IP地址并实现触控校准、显示控制及启动交互软件的功能。
终端在启动时设计有电源开关，上电后需按动电源开关，设备才能启动，供电电压为24±10% VDC。
终端产品上电后的软硬件运行顺序如下：
1.打开电源开关，启动终端；
2.CPU启动；
3.ROOT系统运行，进行硬件自检功能；
4.ROOT系统结束，启动RTOS系统；
5.RTOS系统加载外设及接口驱动；
6.RTOS软件结束，RTS软件启动；
7.RTS软件配置应用环境；
8.进入应用程序。
与现有技术相比，本发明有如下显著优点：
(1)本发明采用全志A40i处理器作为HMI终端的主处理器，相比较全志其他处理器，该处理器具有更丰富的外设接口及片上模块，可以提供足够的计算能力和多应用的连接能力，并且支持LINUX和安卓双系统，为系统应用适配带来便利。
(2)本发明的设计采用国产化嵌入式处理器，配合国产化的DDR3，具有体积小、复杂度低和成本低等特点，更适用于自主化的嵌入式HMI终端，可以广泛应用于国产化的HMI终端设备领域。
(3)本发明添加了ROOT启动故障判断提示功能，通过添加蜂鸣器播报的声音可以对系统不同外设硬件进行故障进行判断，便于用户进行硬件问题排查。
(4)本发明添加上电逻辑开关，供电稳定后可以通过供电开关来开启HMI终端，降低长期供电使用造成的设备老化损耗。
附图说明
图1是本发明所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端的系统总体框架图；
图2是本发明所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端的电源模块供电框架图；
图3是本发明所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端的系统具体设计框架图；
图4是本发明所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端的开机启动的软硬件工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明进行详细说明。
所述一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其系统总体框架图如图1所示。包括：主处理器、电源模块、时间模块、存储模块、显示模块、触控模块、音频模块、LAN模块、串口模块及USB模块。
电源模块框架图如图2所示。整个电源模块包括DC-DC模块和PMU模块。DC-DC电路来模块负责将输入的24V电压转换为12V和5V，其中12V电压用作显示模块的背光驱动，5V电压用作触控模块和音频模块的电源驱动，另外，DC-DC电路另外分出一路5V电压，驱动PMU模块。PMU模块输出5V、3.3V、3.0V、1.8V、1.5V、1.1V。3.3V是外设接口的基本电压，供给显示模块、LAN模块、USB模块、串口模块和存储模块。CPU主要供电电压1.1V，IO供电电压为3.3V，模拟电压3.0V。存储模块需要DRAM供电1.5V，FLASH供电1.8V。
一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端的系统具体设计框架如图3所示。
主处理器模块选择全志A40i来实现。
时间模块包括3.3V电池、晶振和RTC芯片。电池给晶振和RTC芯片提供电流，让晶振驱动RTC芯片正常工作，提供稳定的计时功能。
存储模块包括DRAM模块、EMMC模块、NOR FLASH模块和SD Card模块。其中，DRAM模块选择紫光国芯生产的HXB15H2G160AF，配置内存为2G。EMMC使用三星KLM8G1WEPD配置容量为8G，NOR FLASH选用128Kb的S25FS128芯片，SD Card直接安装卡槽，用以后续扩容。
显示模块选择台湾友达生产的10.1寸LED显示屏，型号为G101STN01，整体功耗约为3W，可实现低功耗要求。
触控模块选用10.1寸四线制电阻触摸屏实现。
LAN模块选用两颗芯片AR8035芯片实现，搭配并排RJ45双接口。两个网口配置千兆以太网1个，百兆以太网1个；
串口模块分别选择MAX3232和MAX3485芯片实现RS232和RS485接口，其中，RS485接口配置接口隔离器件。两个接口共用一个DB9接头。
USB模块选择双排USB2.0接口实现。
软件部分包括ROOT系统，RTOS系统，RTS软件。其中，ROOT系统安装在128K NORFLASH中，上电开启后，CPU从FLASH中读取ROOT程序，执行硬件自检程序。RTOS系统及RTS软件均安装在EMMC芯片内，RTOS加载完成后直接显示RTS软件界面，界面包括MAC地址，IP地址配置及触控校准、显示控制功能，RTS软件上设置交互软件启动的开关，引导交互程序开启。
终端设置电源开关按钮，结合图4开机启动的软硬件工作流程图，描述终端使用具体流程：
1.检查24V电源供电及3V纽扣电池供电是否无误；
2.打开电源开关，启动终端；
3.CPU启动，从NOR Flash中加载ROOT程序；
4.ROOT系统运行，进行接口初始化配置，并同时进行硬件自检功能；
5.ROOT系统结束，启动RTOS系统；
6.RTOS系统根据初始化配置加载外设及接口驱动；
7.RTOS软件结束，RTS软件启动；
8.通过RTS软件进行屏幕校准及MAC地址和IP地址配置；
9.进入应用程序。
Claims (10)
1.一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：包括硬件系统和软件系统，
所述的硬件系统包括CPU处理器、电源模块、时间模块、存储模块、显示模块、触控模块、音频模块、LAN模块、串口模块、USB模块，其中，电源模块为其他模块提供电源，余下模块均与A40i处理器相连，构成以CPU处理器为核心的星状结构，所述软件系统包括ROOT系统，RTOS操作系统，RTS软件，RTS软件内设有软件启动接口，可以通过该接口直接映射到终端所需承载的应用软件上，实现应用软件开机自启动。
2.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：所述HMI终端在使用方式上设计有电源开关，上电后需按动电源开关，设备才能启动，供电电压为24±10% VDC。
3.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：所述CPU模块选用全志A40i工业级CPU。
4.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的 工业HMI终端，其特征在于：所述电源模块包括DC-DC模块，PMU模块，PMU模块选择AXP211S芯片。
5.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：所述存储模块包括DRAM模块、EMMC模块、NOR FLASH模块和SD Card模块，DRAM模块采用国产DRAM实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：所述时间模块包括3V电池、晶振和RTC芯片，电池给晶振和RTC芯片提供电流，让晶振驱动RTC芯片正常工作，提供稳定的计时功能。
7.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：音频模块中包括speaker扬声器模块和蜂鸣器模块。
8.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：所述LAN模块选用两颗AR8035芯片实现，配置千兆以太网1个，百兆以太网1个。
9.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：所述串口模块包括RS232接口一个，RS485接口一个，RS485接口搭配隔离电路。
10.根据权利要求1所述的一种基于全志A40i处理器的工业HMI终端，其特征在于：所述软件ROOT系统内添加硬件判断功能，通过外设蜂鸣器提示用户进行故障排查。
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