【文章內(nèi)容簡介】 處理單元 CPU CPU 是 PLC 的核心，其主要作用如下。 ① 讀取用戶輸入的程序，并保存至程序存儲器； ② 讀取 I/O 送入的現(xiàn)場信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器； ③ 執(zhí)行用戶程序，完成各種邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，并輸出相應(yīng)的動作信號實(shí)現(xiàn)程序預(yù)先規(guī)定的動作； ④ 系統(tǒng)自診 斷，檢測 CPU 自身的運(yùn)行狀態(tài)。 （ 2） 存儲器 PLC 的存儲器用來存放 PLC 系統(tǒng)程序、用戶程序和實(shí)時數(shù)據(jù) 。 （ 3） 輸入輸出接口電路 輸入輸出接口是 PLC 與現(xiàn)場設(shè)備之間的連接端口。微機(jī)的 I/O 接口為弱電信號，工作電壓 5V，而 PLC 的輸入輸出口可以工作在強(qiáng)電，其輸出接口直接和大功率設(shè)備相連接，直接驅(qū)動大型設(shè)備工作。 小型 PLC 通常將 I/O 部分集成在 PLC 設(shè)備上，提供的端口也較少，而對于中、大型 PLC， I/O 部分通常做成專門的輸入輸出模塊，用戶可根據(jù)自己的需要選取不同功能、不同點(diǎn)數(shù)的 I/O 模塊來滿足系統(tǒng)的需要。 為便于檢查，每個 I/O 點(diǎn)都接有指示燈，某點(diǎn)接通時，相應(yīng)的指示燈發(fā)光指示。用戶可以方便地檢查各點(diǎn)的通斷狀態(tài)。 PLC 的輸出接口在工業(yè)過程中通?？梢詫?shí)現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動控制、過程控制以及數(shù)據(jù)處理等功能。 （ 4）功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 （ 5）其他設(shè)備 PLC 還可以配備錄音機(jī)、打印機(jī)、 EPROM 擦除器及顯示 屏等圖形監(jiān)控設(shè)備等。 設(shè)計(jì)目標(biāo)及任務(wù) 地鐵自動售票機(jī)應(yīng)用于地鐵站，它能利用現(xiàn)代智能化技術(shù)讓地鐵站有限的空間發(fā)揮出最大的潛能。地鐵自動售票機(jī)采用觸摸屏作為人機(jī)進(jìn)行信息傳遞的交互界面，并利用 PLC 作為內(nèi)部控制核心，對信息進(jìn)行集中處理。在人將信息經(jīng)觸摸屏輸入到 PLC，天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 以及 PLC 將信息通過觸摸屏進(jìn)行顯示的過程中，主要涉及到觸摸屏與 PLC 之間的通信問題以及 PLC 程序執(zhí)行等問題。在該論文中詳細(xì)的介紹以上問題，并將觸摸屏的分類、特點(diǎn)、工作原理及應(yīng)用場合等都做了詳盡的描述。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇西門子S7200 系列的 CPU226 型 PLC 作為地鐵售票機(jī)的主機(jī)，對由觸摸屏控制器輸入的信息進(jìn)行處理；觸摸屏選擇的是西門子 TP177B，可通過 RS485 接口與 PLC 進(jìn)行通信，它對應(yīng)的組態(tài)軟件是 WinCC flexible。在實(shí)現(xiàn)自動售票機(jī)的基本功能外，還采用自動封鎖技術(shù)，對取票托盤進(jìn)行了改進(jìn)，使整機(jī)更加以人為本。 在這個設(shè)計(jì)中，用到的硬件有西門子 S7200PLC、西門子 TP177B 觸摸屏和計(jì)算機(jī)。用到的軟件有 STEP7 MicroWIN、 WinCC flexible。 所選的觸摸屏是西門子 TP177B，它對應(yīng)的組態(tài)軟件是 WinCC flexible。觸摸屏是整個系統(tǒng)的輸入和輸出設(shè)備，其輸入和輸出是由觸摸屏控制器和 PLC 共同完成的。觸摸屏上的每一個按鈕對應(yīng)的是一個過程變量，該變量是在觸摸屏組態(tài)軟件中進(jìn)行設(shè)定的。 選擇的 PLC 是西門子 S7200 中的 CPU226。該 PLC 與 TP177B 觸摸屏可以通過 PPI通信協(xié)議直接進(jìn)行通訊。并且該 PLC 有 16 個輸出點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中已經(jīng)足夠。 西門子 S7200PLC 與 TP177B 觸摸屏之間的通訊用的 PPI 協(xié)議。在用計(jì)算機(jī)對 PLC和觸摸屏進(jìn)行編程時，用 PC/PPI 電纜，在 PLC 和觸摸屏之間進(jìn)行連接時可采 用網(wǎng)絡(luò)電纜。 在程序設(shè)計(jì)中，除完成地鐵自動售票機(jī)的正常購票外，還對取票托盤進(jìn)行了改進(jìn)，即增加了制票及找零動作未完成前封鎖取票托盤的控制。因?yàn)樵谌∑焙腿』亓沐X的過程中，很多人聽到票或找回的硬幣發(fā)出聲音后，便打開托盤去取票。其實(shí)，此時票或找回的硬幣還未到達(dá)取票口，只是在通往取票口的過程中，所以當(dāng)我們在票或找回的硬幣還未到達(dá)取票口前打開取票托盤的話，當(dāng)票或找回的硬幣到達(dá)取票口后便會沖出取票口，造成比較麻煩的后果。在設(shè)計(jì)中，增加了解決該問題的功能，使之更加完善。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 現(xiàn)代觸摸屏技術(shù) 觸摸屏概 述 我們在第一章已經(jīng)大致介紹了觸摸屏，本節(jié)我們主要介紹觸摸屏的分類。 從技術(shù)原理來區(qū)分觸摸屏 ,大致可以分為五個基本種類 :電阻技術(shù)觸摸屏、矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、電容觸技術(shù)觸摸屏和表面聲波觸摸屏。其中的電阻觸摸屏技術(shù)方向是準(zhǔn)確的 ,但它的價格比較高 ,并且易碎怕磨損 。矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已成為“文物” 。紅外線技術(shù)觸摸屏價格低廉 ,但外框脆弱 ,容易產(chǎn)生光干擾 ,曲面情況下失真 。電容觸摸屏的概念設(shè)計(jì)是合理的 ,但是圖像失真問題很難得到根本解決 。表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷 ,清晰而不容易被損壞 ,適于各種場合 ,缺點(diǎn)是如果屏幕表面有水滴和塵土?xí)褂|摸屏變得遲鈍 ,甚至無法工作。 按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要了解哪種觸摸屏適用于哪種場合，關(guān)鍵 的 就 是要 在于要懂得每一類 觸摸屏技術(shù) 的工作原理和特點(diǎn)。 表面聲波式觸摸屏 基本結(jié)構(gòu) 表面聲波觸摸屏的基本 結(jié)構(gòu)是：由強(qiáng)化玻璃和超聲波換能器組成，超聲波換能器安置在玻璃屏的邊角上 。 工作原理 以右下角的 X軸發(fā)射換能器為例：發(fā)射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號轉(zhuǎn)化為聲波能量向左方表面?zhèn)鬟f，然后由玻璃板下邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面?zhèn)鬟f，聲波能量經(jīng)過屏體表面，再由上邊的反射條紋聚成向右的線傳播給 X軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變?yōu)殡娦盘枴? 當(dāng)發(fā)射換能器發(fā)射一個窄 脈沖 后，聲波能量歷經(jīng)不同途徑到達(dá)接收換能器，走最右邊的最早到達(dá)，走最左邊的最晚到達(dá)，早到達(dá)的和晚到達(dá)的這些聲波能量疊加成一個較寬的波形信號，不難看出，接收信號集合了所有在 X 軸方向歷經(jīng)長短不同路徑回歸的聲波能量，它們在 Y 軸走過的路程是相同的，但在 X 軸上，最遠(yuǎn)的比最近的多走了兩倍 X 軸最大距離。因此這個波形信號的 時間軸 反映各原始波形疊加前的位置，也就 是 X 軸坐標(biāo)。 發(fā)射信號與接收信號波形在沒有觸摸的時候，接收信號的波形與參照波形完全一天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 樣。當(dāng)手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時， X 軸途經(jīng)手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應(yīng)在接收波形上即某一時刻位置上波形有一個衰減缺口。接收波形對應(yīng)手指擋住部位信號衰減了一個缺口，計(jì)算缺口位置即得觸摸坐標(biāo) 控制器分析到接收信號的衰減并由缺口的位置判定 X 坐標(biāo)。之后 Y 軸同樣的過程判定出觸摸點(diǎn)的 Y 坐標(biāo)。除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的 X、 Y 坐標(biāo)外，表面聲波觸摸屏還響應(yīng)第三軸 Z 軸坐標(biāo)，也就是能感知用戶觸摸壓力大小值。其原理是 由接收信號衰減處的衰減量計(jì)算得到。三軸一旦確定，控制器就把它們傳給主機(jī)。 主要優(yōu)缺點(diǎn) 清晰度較高，透光率好。高度耐久，抗刮傷性良好 (相對于電阻、電容等有表面度膜 )。反應(yīng)靈敏。不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率高，壽命長（維護(hù)良好情況下 5000 萬次）；透光率高（ 92%），能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒有漂移，只需安裝時一次校正；有第三軸（即壓力軸）響應(yīng)，目前在公共場所使用較多。表面聲波屏需要經(jīng)常維護(hù)，因?yàn)榛覊m，油污甚至飲料的液體沾污在屏的表面，都會阻塞觸摸屏表面的導(dǎo)波槽，使波不能正常發(fā)射，或使波形改 變而控制器無法正常識別，從而影響觸摸屏的正常使用，用戶需嚴(yán)格注意環(huán)境衛(wèi)生。必須經(jīng)常擦抹屏的表面以保持屏面的光潔，并定期作一次全面徹底擦除。 電阻式觸摸屏 基本結(jié)構(gòu) 上、下兩層玻璃屏為基板，在基板的工作面上均勻的鍍上一層透明導(dǎo)電薄膜，兩個透明導(dǎo)電薄膜中間用均勻分布的絕緣的透明小球隔開 。 工作原理 電阻 觸摸屏的工作原理主要是通過壓力感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)對屏幕內(nèi)容的 操作和控制的，這種觸摸屏屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層 復(fù)合薄膜 ，其中第一層為玻璃或有機(jī)玻璃底層，第二層為隔層，第三層為多元樹脂表層，表面還涂有一層透明的 導(dǎo)電 層，上面再蓋有一層外表面經(jīng) 硬化 處理、光滑防刮的塑料層。在多元脂表層表面的傳導(dǎo)層及玻璃層 感應(yīng)器 是被許多微小的隔層所分隔 電流 通過表層，輕觸表層壓下時，接觸到底層， 控制器 同時從四個角讀出相稱的電流及計(jì)算手指位置的距離。這種觸摸屏利用兩層高透明的導(dǎo)電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為 微米。當(dāng)手指觸摸 屏幕 時，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點(diǎn)位置有了一個接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通 Y 軸方向的 5V 均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 偵測到這個接通后，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與 5V 相比，即可得觸摸點(diǎn)的Y 軸坐標(biāo)，同理得出 X 軸的坐標(biāo)，這就是所有 電阻 技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理 。 主要優(yōu)缺點(diǎn) 電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜，反應(yīng)靈敏度很好，而且不管是四線 電阻觸摸屏 還是五線電阻觸摸屏，它們都是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。它可以用任何物體來觸摸，穩(wěn)定性能較好。缺點(diǎn)是電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導(dǎo)致觸摸屏不可用， 多層結(jié)構(gòu) 會導(dǎo)致很大的光損失，對于手持設(shè)備通常需要加大背光源來彌補(bǔ)透光性不好的問題，但這樣也會增加電池的消耗。 電阻式觸摸屏的優(yōu)缺點(diǎn)可以歸類為： 高，可到像素點(diǎn)的級別，適用的最大分辨率可達(dá)4096x4096。 2. 屏幕不受灰塵、水汽和油污的影響，可以在較低或較高溫度的環(huán)境下使用。 3. 電阻式觸控屏使用的是壓力感應(yīng)，可以用任何物體來觸摸，即便是帶著手套也可以操作，并可以用來進(jìn)行手寫識別。 4. 電阻式觸控屏由于成熟的技術(shù)和較低的門檻，成本較為廉價。 5. 電阻式觸控屏能夠設(shè)計(jì)成多點(diǎn)觸控，但當(dāng)兩點(diǎn)同時受壓時，屏幕的壓力變得不平衡，導(dǎo)致觸控出現(xiàn)誤差，因而多點(diǎn)觸控的實(shí)現(xiàn)程度較難。 6. 電阻式觸控屏較易因?yàn)閯潅葘?dǎo)致屏幕觸控部分受損。 電容式觸摸屏 基本結(jié)構(gòu) 電容觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)是：一個單層玻璃為基板，在玻璃屏的內(nèi)外表面上均勻的鍍上 一層透明導(dǎo)電薄膜，在外表面的透明導(dǎo)電薄膜的四個角上安置四個電極 。 工作原理 電容式觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的。 電容式觸摸屏的感應(yīng)屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層導(dǎo)電層，最外層是一薄層矽土玻璃保護(hù)層。當(dāng)我們用手指觸摸在感應(yīng)屏上的時候，人體的電場讓手指和和觸摸屏表面形成一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個很小的電流。這個電流分從觸 摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 主要優(yōu)缺點(diǎn) 電容式觸摸屏的優(yōu)勢主要有以下幾個方面： 。電容式觸摸屏支持多點(diǎn)觸控，操作更加直觀、更具趣味性。 。由于電容式觸摸屏需要感應(yīng)到人體的電流，只有人體才能對其進(jìn)行操作，用其他物體觸碰時并不會有所相應(yīng)，所以基本避免了誤觸的可能。 。比起電阻式觸摸屏，電容式觸摸屏在防塵、防水、耐磨等方面有更好的表現(xiàn)。 作為目前正當(dāng)紅的觸摸屏技術(shù)，電容式觸摸屏雖然具有界面華麗、多點(diǎn)觸控、只對人體感應(yīng)等優(yōu)勢，但與此同時，它也有以下幾個缺點(diǎn)： 。由于技術(shù)原因，電容式觸摸屏的精度比起電阻式觸摸屏還有所欠缺。而且只能使用手指進(jìn)行輸入，在小屏幕上還很難實(shí)現(xiàn)辨識比較復(fù)雜的手寫輸入。 。溫度和濕度等環(huán)境因素發(fā)生改變時，也會引起電容式觸摸屏的不穩(wěn)定甚至漂移。例如用戶在使用的同時將身體靠近屏幕就可能引起漂移，甚至在擁擠的人群中操作也會引起漂移。這主要是由于電容式觸摸屏技術(shù)的 工作原理所致，雖然用戶的手指距離屏幕更近，但屏幕附近還有很多體積遠(yuǎn)大于手指的電場同時作用，這樣就會影響到觸摸位置的判斷。 。此外，當(dāng)前電容式觸控屏在觸控板貼附到 LCD 面板的步驟中還存在一定的技術(shù)困難，良品率并不高，所以無形中也增加了電容式觸控屏的成本。 紅外線觸摸屏 基本結(jié)構(gòu) 紅外線觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)是：紅外線發(fā)射器和紅外線接收器是觸摸屏的核心部分，分別安裝在紅外線觸摸屏的橫向和縱向的邊框上。 工作原理 紅外觸摸屏是利用 X， Y 方向上密布的紅外線 矩陣 來檢測并定位用戶的觸摸。紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布 紅外線發(fā)射管和紅外接收管，一一對應(yīng)成橫豎交叉的紅外矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。外觸摸屏，是高度集成的電 子線路整合產(chǎn)品。紅外觸摸屏包含一個完整的整合控制電路，和一組高精度、抗干擾紅外發(fā)射管和一組紅外接收管，交叉安裝在高度集成的電路板上的兩個相對的方向，形成一個不可見的紅外線光柵。內(nèi)嵌在控制電路中的 智能控制系統(tǒng) 持續(xù)地對二極管發(fā)出脈沖形成紅外線偏震光束格柵。當(dāng)觸摸物體如手指等進(jìn)入光柵時，便天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)