CN203350691U - 一种基于Modbus协议的智能显示装置 - Google Patents

一种基于Modbus协议的智能显示装置 Download PDF

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王晨
宋波
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Abstract

一种基于Modbus协议的智能显示装置，该装置包括安装在工业现场的PLC、主控装置、总线驱动器、译码/转换驱动器、串并转换芯片、译码芯片、场效应芯片、LED显示板；PLC连接主控装置的输入端，PLC获取的工业现场的数据通过Modbus协议格式传输至主控装置的输入端，主控装置的输出端连接译码/转换驱动器的输入端，译码/转换驱动器的输出端分别连接串并转换芯片的输入端、译码芯片的输入端和场效应芯片的输入端，串并转换芯片的输出端、译码芯片的输出端和场效应芯片的输出端均连接至LED显示板；本实用新型使用工业上的MODBUS协议格式进行数据传输，能够调节显示亮度，根据实际需要显示多组数据，具有智能学习和判断报警功能。可以应用到各大厂矿实时的具有智能判断的数据显示。

Description

一种基于Modbus协议的智能显示装置
技术领域
本实用新型属于自动化检测与控制领域，具体涉及一种基于Modbus协议的智能显示装置。
背景技术
目前在强调从粗犷型到集约型发展的思想指导下，各个厂矿不断的提高生产技术的自动化，其中现场的一些数据要实时上传并显示，通常的显示方式是数据上传到工业服务器上，服务器连接显示屏显示现场的数据，这种显示方式需要网络布线，同时也需要工业服务器等相关设备，成本高，数据显示不灵活。另一种方式是使用数字显示表显示现场的数据，但数字显示表显示数据的亮度不够，显示不明显，显示数字组数少，不利于技术人员远距离观测，同时每组显示数据少，无法灵活调整显示内容和显示屏的大小，没有智能学习和判断功能。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种基于Modbus协议的智能显示装置橈
本实用新型的技术方案是：
一种基于Modbus协议的智能显示装置，包括安装在工业现场的PLC、主控装置、总线驱动器、译码/转换驱动器、串并转换芯片、译码芯片、场效应芯片、LED显示板；
所述PLC连接主控装置的输入端，PLC获取的工业现场的数据通过Modbus协议格式传输至主控装置的输入端，主控装置的输出端连接译码/转换驱动器的输入端，译码/转换驱动器的输出端分别连接串并转换芯片的输入端、译码芯片的输入端和场效应芯片的输入端，串并转换芯片的输出端、译码芯片的输出端和场效应芯片的输出端均连接至LED显示板；
所述主控装置连接有汉字字库芯片，用于进行汉字的点阵码查找。
所述主控装置连接有总线驱动器，用于完成总线的数据驱动。
所述主控装置分别连接拨码开关和无线模块，拨码开关用于选择通信方式，包括无线方式和有线方式，无线模块用于无线方式时主控装置与外部通信。
所述主控装置连接有串行232转485接口，用于进行485总线传输。
所述主控装置连接有JTAG下载座，JTAG下载座是用于完成将程序下载至主控装置的下载接口。
所述主控装置连接MAX转换芯片。
所述主控装置连接蜂鸣器，蜂鸣器是用于通过鸣叫来对异常数据进行报警的装置。
所述的基于MODBUS协议的智能显示装置按以下步骤进行智能显示：
步骤1：PLC采集工业现场的数据；
步骤2：PLC将工业现场的数据通过Modbus协议格式传输至主控装置；
步骤3：采用LRC校验来进行验证数据是否正确：是，则将数据按类存储为数据集，否，则返回步骤1；
步骤4：对按类存储的工业现场不同种类的数据建立基于粗糙集的决策关系；
步骤4.1：对每类数据集建立下近似集；
步骤4.1.1：计算该类数据集的数据平均值
Figure BDA00003275786400021
其中，xi为该类数据集中的数据，i=1······N，N为该类数据集中的数据的个数;
步骤4.1.2:计算该类数据集中的各数据xi与该类数据集的数据平均值
Figure BDA00003275786400023
之差的绝对值，得到最大绝对值 D = MAX | x i - Σ i = 1 N x i / N | ;
步骤4.1.3：以区间
Figure BDA00003275786400024
为该类数据集的下近似集；
步骤4.2：对该类数据集建立上近似集，即取区间
Figure BDA00003275786400025
或为该类数据集的上近似集；
步骤4.3：计算该数据集中的各个数据在上近似集中的概率和下近似集中的概率，各个数据在上近似集中数据的概率与在下近似集中数据的概率比为稳定系数；
步骤4.4：建立基于粗糙集的决策关系；若数据在上近似集区间外，则该数据为异常数据；若数据在上近似集与下近似集之间或在下近似集之内，则该数据为正常数据；
步骤5：根据建立的基于粗糙集的决策关系，对各类数据集中的数据进行决策：若数据为正常数据，则通过LED显示板进行数据显示；若数据为异常数据，则判断该数据的稳定系数是否持续大于1且超过10分钟，若是，则将数据不断的闪烁进行报警并显示报警画面，同时蜂鸣器鸣叫，否则通过LED显示板进行数据显示。
有益效果：
该装置使用工业上常用的MODBUS协议格式进行数据传输，能够调节显示亮度，根据实际需要显示多组数据，具有智能学习和判断报警功能。可以应用到各大厂矿实时的具有智能判断的数据显示。为了实现实用新型的内容，首先需要解决采用MODBUS协议进行的数据传输问题，如何调节显示亮度，如何实现智能学习和判断报警功能。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式的基于Modbus协议的智能显示装置结构框图；
图2是本实用新型具体实施方式的主控装置电路原理图；
图3是本实用新型具体实施方式的LED显示板的电路原理图；
图4是本实用新型具体实施方式的基于Modbus协议的智能显示流程图；
图5是本实用新型的一个实施例的MATLAB报警仿真效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细说明。
如图1所示，基于Modbus协议的智能显示装置，包括安装在工业现场的PLC、主控装置、总线驱动器、译码/转换驱动器、串并转换芯片、译码芯片、场效应芯片、LED显示板；
安装在工业现场的PLC连接主控装置的输入端，PLC获取的工业现场的数据通过Modbus协议格式传输至主控装置的输入端，主控装置的输出端连接译码/转换驱动器的输入端，译码/转换驱动器的输出端分别连接串并转换芯片的输入端、译码芯片的输入端和场效应芯片的输入端，串并转换芯片的输出端、译码芯片的输出端和场效应芯片的输出端均连接至LED显示板；
主控装置连接有型号为GT21L12S2W的汉字字库芯片，用于进行汉字的点阵码查找。
主控装置连接有型号为74HC245的总线驱动器，用于完成总线的数据驱动。
主控装置分别连接拨码开关BM和无线模块WXMK，拨码开关BM用于选择通信方式，包括无线方式和有线方式，无线模块WXMK用于无线方式时主控装置与外部通信。
主控装置连接有串行232转485接口，用于进行485总线传输。
方控装置连接有JTAG下载座（JTAG Download下载座），JTAG下载座是用于完成将程序下载至主控装置的下载接口，该JTAG下载座是根据JTAG接口的电气特性与功能特性自行设计的下载接口，其体积小，下载灵活方便，通过该下载座将程序下载到单片机的ROM中。
主控装置连接型号为MAX491的MAX转换芯片。
主控装置连接蜂鸣器，蜂鸣器是用于通过鸣叫来对异常数据进行报警的装置。
如图2所示，主控装置采用型号为C8051F020的单片机，总线驱动器、译码/转换驱动器型号均为74HC245，串并转换芯片型号为74HC595，译码芯片型号为74HC138，场效应芯片型号为ST4953，单片机C8051F020的1、2、3、4号管脚分别与JTAG Download下载座的6、5、4、3号脚相连，单片机的5号脚是复位管脚与复位芯片809S的复位输出端2号脚相连，完成上电复位工作。单片机26、27号脚与11.0592M晶振和22P瓷片电容相连，完成芯片的时钟震荡。单片机的30～34号管脚链接到总线驱动器74HC245的14～18号管脚，完成总线的数据驱动。单片机的42～49号管脚分别与译码/转换驱动器74HC245的18～11号脚相连，完成对74HC595串并转换芯片和74HC138译码芯片的驱动。单片机的51～54号脚分别与汉字字库芯片GT21L12S2W的1、2、5、6号脚相连来完成汉字的点阵码查找。单片机的60～62号管脚与转换芯片MAX491的2、4、5号脚相连，完成485总线的传输。单片机的61和62号管脚连接到拨码开关BM与无线模块WXMK上。
LED显示板采用LED-SZ411588K共阳极点阵，如图3所示，多片译码/转换驱动器74HC595对列显示进行控制，74HC138译码芯片及场效应芯片ST4953对行显示进行控制，驱动LED-SZ411588K共阳极点阵进行显示。根据实际需要进行组装进行多组显示和自由的扩大显示面积。
本实施方式是利用分类数据建立基于粗糙集的决策关系及上近似集与下近似集，将各个分类视为属性，取不同属性的均值作为属性中心值点，以离中心最远点与中心值点的距离为半径构成的封闭区间为上近似集，以离中心最远点与中心值点的距离的一半为半径构成的封闭区间为下近似集，如果采集的数据在到下近似集范围内则认为是正常数据，如果采集数据落到上近似集和下近似集之间认为是波动数据（正常数据），如果采集数据落到上近似集之外，则认为是异常数据进行报警处理。
上述基于MODBUS协议的智能显示装置按以下步骤进行智能显示：
步骤1：PLC采集工业现场的数据，包括温度、压力和流量；
步骤2：PLC将工业现场的数据通过Modbus协议格式传输至主控装置；
步骤3：采用LRC校验来进行验证数据是否正确：是，则将数据按类存储为数据集，否，则返回步骤1；
步骤4：对按类存储的工业现场不同种类的数据建立基于粗糙集的决策关系；
步骤4.1：对每类数据集建立下近似集；
步骤4.1.1：计算该类数据集的数据平均值
Figure BDA00003275786400041
其中，xi为该类数据集中的数据，i=1······N，N为该类数据集中的数据的个数；
步骤4.1.2：计算该类数据集中的各数据xi与该类数据集的数据平均值之差的绝对值，得到最大绝对值
Figure BDA00003275786400042
步骤4.1.3：以区间
Figure BDA00003275786400043
为该类数据集的下近似集；
步骤4.2：对该类数据集建立上近似集，即取区间
Figure BDA00003275786400044
或为该类数据集的上近似集；
步骤4.3：计算该数据集中的各个数据在上近似集中的概率和下近似集中的概率，各个数据在上近似集中数据的概率与在下近似集中数据的概率比为稳定系数；
步骤4.4：建立基于粗糙集的决策关系：若数据在上近似集区间外，则该数据为异常数据；若数据在上近似集与下近似集之间或在下近似集之内，则该数据为正常数据；
步骤5：根据建立的基于粗糙集的决策关系，对各类数据集中的数据进行决策：若数据为正常数据，则通过LED显示板进行数据显示；若数据为异常数据，则判断该数据的稳定系数是否持续大于1且超过10分钟，若是，则将数据不断的闪烁进行报警并显示报警画面，同时蜂鸣器鸣叫，否则通过LED显示板进行数据显示。
本实用新型的一个实施例是对某工业现场数据执行上述步骤，其中压力数据共1000条，取前500条数据建立基于粗糙集的决策关系，得到的报警仿真效果如图5所示，其中的“o”形的数据点为异常数据，经判断判断得到这些数据的稳定系数持续大于1且超过10分钟，均需要报警处理。

Claims (8)

1.一种基于Modbus协议的智能显示装置，包括安装在工业现场的PLC，其特征在于：还包括主控装置、总线驱动器、译码/转换驱动器、串并转换芯片、译码芯片、场效应芯片、LED显示板；
所述PLC连接主控装置的输入端，PLC获取的工业现场的数据通过Modbus协议格式传输至主控装置的输入端，主控装置的输出端连接译码/转换驱动器的输入端， 译码/转换驱动器的输出端分别连接串并转换芯片的输入端、译码芯片的输入端和场效应芯片的输入端，串并转换芯片的输出端、译码芯片的输出端和场效应芯片的输出端均连接至LED显示板。
2.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的智能显示装置，其特征在于：所述主控装置连接有汉字字库芯片。
3.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的智能显示装置，其特征在于：所述主控装置连接有总线驱动器。
4.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的智能显示装置，其特征在于：所述主控装置分别连接拨码开关和无线模块。
5.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的智能显示装置，其特征在于：所述主控装置连接有串行232转485接口。
6.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的智能显示装置，其特征在于：所述主控装置连接有JTAG下载座。
7.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的智能显示装置，其特征在于：所述主控装置连接MAX转换芯片。
8.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的智能显示装置，其特征在于：所述主控装置连接蜂鸣器。
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