ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КЛАВИАТУРА (ФК)

Полезная модель (ПМ) относится к вычислительной технике, а в частности к системам автоматизации управления технологическими крупных промышленных объектов и может быть использована при создании систем управления ответственными объектами для организации человеко-машинного интерфейса.
Аналогов не выявлено.
Задачей, на решение которой направлена ПМ, является устройство для организации человеко-машинного интерфейса и использования его в составе автоматизированных систем управления для информационной поддержки и приема команд от оператора, устойчивого к любому единичному отказу, с возможностью дублирования каналов связи.
Технический результат достигается тем, что ФК содержит в своем составе микроконтроллер, блок сканирования клавиатуры, формирователь управляющих сигналов, блок состояния индикации, два блока сопряжения с сетью Ethernet, блок временного хранения адреса, ОЗУ, два блока гальваноразвязки, клавиатуру, блок индикации, считыватель электронного ключа. Микроконтроллер через мультиплексированную шину данных подключен к блокам Ethernet, ОЗУ, формирователю управляющих сигналов и блоку временного хранения адреса. Последний блок демультиплексирует шину адрес/данные и шиной адреса подключается к контроллерам Ethernet и ОЗУ. Формирователь по адресу на шине адрес/данных распознает к какому блоку идет обращение и выдает управляющие команды на шину управления, которая подключена к блоку сканирования клавиатуры, блоку состояния индикации, блокам Ethernet и ОЗУ. Блок сканирования клавиатуры и блок
состояния индикации подключены к клавиатуре и блоку индикации соответственно. Помимо этого клавиатура так же напрямую подключена к микроконтроллеру. Подключение внешних линий Ethernet к блокам сопряжения с сетью №1 и №2 осуществляется через блоки гальваноразвязки первого и второго канала соответственно. Считыватель электронного ключа подключается непосредственно к микроконтроллеру.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где:
1) клавиатура;
2) блок индикации;
3) блок сканирования клавиатуры;
4) формирователь управляющих сигналов;
5) блок состояния индикации;
6) микроконтроллер;
7) считыватель электронного ключа;
8) блока сопряжения с сетью Ethernet №1;
9) блока сопряжения с сетью Ethernet №1;
10) блок временного хранения адреса;
11) ОЗУ;
12) блок гальваноразвязки №1;
13) блок гальваноразвязки №2;
14) Мультиплексированная шина адрес/данные;
15) Шина адреса;
16) Шина управления;
17) Шина сканирования клавиш;
18) Шина состояния клавиатуры;
19) Шина управления индикацией;
20) Линии чтения электронного ключа
Инициализация ФК начинается с самотестирования всех основных функциональных узлов 4, 8, 9, 11 входящих в состав ФК и настройки блоков сопряжения с сетью Ethernet на необходимый режим работы 8, 9. Далее
функционирование ФК зависит от текущего режима работы, в общем случае работу блоков можно условно разбить на 2 параллельных процесса:
- микроконтроллер 6 электронный ключ и через блок 3 сканирует клавиатуру 1;
- во втором, блоки сопряжения с сетью 8, 9 принимают пакеты по сети Ethernet 21, 22. Те пакеты, которые не предназначены ФК, игнорируются. Остальные пакеты обрабатываются.
Микроконтроллер 6 может приостановить сканирование клавиатуры 1 по двум причинам:
- нажата какая-то клавиша или введен электронный ключ;
- пришел пакет из сети Ethernet, предназначенный ФК.
В случае, когда одна из клавиш нажата, определяет номер нажатой клавиши и микроконтроллер 6 прекращает сканирование клавиатуры. Если введен электронный ключ, то он сохраняется в ОЗУ 11. Затем микроконтроллер 6 настраивает блоки сопряжения с сетью Ethernet 8, 9 на передачу, записывает в поле данных (буфер) команду, зависящую от номера нажатой клавиши, или сохраненный электронный ключ и продолжает сканирование клавиатуры 6. Параллельно происходит передача пакета блоками сопряжения с сетью Ethernet 8, 9.
В случае же когда пришел пакет из сети Ethernet 21, 22, предназначенный ФК, он распознается одним из блоков сопряжения с сетью Ethernet 8 или 9, в зависимости от того, в каком канале он был получен. Далее микроконтроллер 6 читает состояние блоков сопряжения с сетью 8, 9, после чего прекращает сканирование клавиатуры 1 и обрабатывает полученный пакет. Возможны три случая обработки:
- пакет может быть предназначен для записи в ОЗУ 11. Тогда формирователем управляющих сигналов 4 выбирается ОЗУ 11, и микроконтроллер 6 сохраняет полученные данные;
- пакет может быть предназначен для отображения новой информации на блоке индикации 2. Формирователем управляющих сигналов выбирается
блок состояния индикации 5, в который микроконтроллер 6 вносит полученные изменения. После завершения всех этих операций, микроконтроллер возвращается к сканированию клавиатуры 1 (через блок 3);
- пакет может содержать информацию для передачи в другой канал. Формирователем управляющих сигналов выбирается блок сопряжения с сетью Ethernet (8 или 9), в который необходимо передать пакет, настраивает его на передачу и записывает в поле данных информацию для передачи.
Клавиатура 1 представляет собой матрицу из клавиш. Сканирование клавиатуры осуществляется посредством записи логического «нуля» в блок сканирования клавиатуры 3 по шине управления 16. Для передачи сканирующего сигнала с блока сканирования клавиатуры 3 непосредственно на клавиатуру 1, служит шина сканирования клавиш 17. Выставленный сканирующий код определяет номер строки в которой ведется сканирование. Чтение данных с шины состояния клавиатуры позволяет определить номер столбца с нажатой клавишей.
Режим работы ФК и текущее ее состояние отображается с помощью блока индикации 2. Управление индикаторами осуществляет блок управления индикацией 5 по шине управления индикацией 19.
Блок управления индикацией 5 представляет собой набор запоминающих элементов, хранящих состояние каждого индикатора. Запись обновленных данных о состоянии ФК осуществляется микроконтроллером 6 мультиплексированной шине адрес/данные 14, а управление - формирователем управляющих сигналов по шине управления 16.
Формирователь управляющих сигналов 4 вырабатывает управляющие сигналы для блока сканирования клавиатуры 3, блока состояния индикации 5, ОЗУ 11 и двух блоков сопряжения с сетью 8, 9. Выработка соответствующих сигналов управления (16) осуществляется путем анализа состояния шины адреса 15.
Считыватель электронного ключа 7 служит для ввода специального кода. Он содержит непосредственно считыватель электронного ключа и
двухцветный индикатор, сигнализирующий о корректности введенного электронного ключа. Чтение электронного ключа осуществляется по линиям 20.
Блок временного хранения адреса 10 используется для хранения младших разрядов адреса при обращении к блокам сопряжения с сетью 8, 9 и ОЗУ 11, т.к. шина адрес/данные 14 микроконтроллера 6 мультиплексированная. Этот блок представляет собой запоминающий элемент, запись информации в который осуществляется по линиям 14, а выдача адреса по линиям 15.
ОЗУ 11 предназначено для временного хранения информации, изменяемой в ходе выполнения программы микроконтроллера 6. При записи или чтении ОЗУ 11, младшие разряды адреса по линиям 14 запоминаются сначала в блоке временного хранения адреса, затем по линиям 15 устанавливаются на ОЗУ. Старшие разряды адреса берутся непосредственно с микроконтроллера 6. Данные, также как и старшие разряды адреса, устанавливаются непосредственно с микроконтроллера по линиям 14.
Блоки сопряжения с сетью 8, 9 служат для связи ФК с двумя независимыми сетевыми каналами Ethernet 21, 22. Начальная инициализация и настройка на передачу пакета осуществляется микроконтроллером 6. Блоки сопряжения с сетью 8, 99 отвечают за оформление кадра Ethernet, передачу его в сеть, отслеживание коллизий, прием и фильтрацию получаемых пакетов. Микроконтроллер 6 устанавливает содержимое поля данных кадра и адреса приемника. Связь микроконтроллера и блоков сопряжения с сетью происходит так же, как и связь с ОЗУ. Для защиты блоков сопряжения с сетью на их выходах и входах используется гальваноразвязка 12, 13.