一、產品介紹

SUMAX2000系統(tǒng)是我公司力推的新型分散控制系統(tǒng)，其目標對象定位于中型火電站、軌道交通等工業(yè)領域，目前已經取得了項目并在現場應用。在硬件上采用WKS型操作員鍵盤進行控制，使得操作員能對系統(tǒng)的操作更加直觀，操作方法更加簡捷，降低對操作員的操作技能要求，進一步減少誤操作的可能，從而提高整個生產線的自動化能力。另外WKS型操作員鍵盤配合系統(tǒng)需要，設置了專門配合2000系統(tǒng)組態(tài)和監(jiān)控軟件的特殊功能鍵，制作了這款SUPMAX2000專用的操作員鍵盤。

SUPMAX2000專用操作員鍵盤中，鍵盤區(qū)采集到按鍵信息，傳輸到cor-tex-m3芯片，由該芯片識別是否為特殊功能鍵或普通鍵，然后將其轉換為對應的HID鍵碼值，發(fā)送給上位機。操作員鍵盤還利用了Cypress的USB集線器芯片另外擴展了一個USB2.0的接插口，可以記掛一個標準鍵盤或者是低功耗的USB2.0設備，比如U盤等。

操作員鍵盤作為系統(tǒng)的配件，根據不同的使用環(huán)境會有細微的功能差比。因此我們也參照了國內外同類產品的功能做比較，具體功能性和性能特點如下表所列：

可以從上表中得出，在各類別產品的比較中，我們制作的SUPMAX2000專用操作員鍵盤均達到了國內外同類水平。

二、基本技術參數及正常工作條件

1、基本技術參數

常規(guī)的技術指標：

外部尺寸

（長×寬×高）：360mm x180mm×25mm

按鍵數量：88個

USB接口輸出電壓：5V DC+5%

USB接口輸出電流：最大輸出電流280mA

USB連接線：<1.5m

2、正常

工作條件

溫度：5℃-40℃

相對濕度：20%～85%（無結露）

大氣壓力：( 86-106)kPa

上位機供電電壓：5VDC+10%

上位機供電電流：≥500mA

鍵碼包含了64個通用標準鍵和14個組合的特殊功能鍵，具體就不一一詳細列出了。

三、工藝特點

1電子線路

操作員鍵盤另外增加一個USB2．0外接接口，以供標準PC鍵盤記掛。此用到的USB集線器芯片采用波峰焊工藝，確保BGA封裝的芯片每個引腳焊接可 靠，不存在虛焊和短路現象．其他電子元器件均采用貼片機自動焊接，并人工復檢，確保電子線路正確。

電路板采用了無鉛化化金工藝制作的兩層板，內添加了阻燃基布，中間絕緣材料為環(huán)氧樹脂，絕緣性能良好。

2組裝工藝

該產品電子部分主要有一塊電子線路板，安裝在機殼內部。于電路板上方采用金屬防塵罩，保護電子線路板不進塵。防塵罩上面覆鍵盤薄膜面罩，保證按鍵手感和防水．機殼外部噴漆，內部金屬面與USB連接線的屏蔽層相連，和電腦主機大地連接．內部預留銅柱接地端，必要時可以直接外部接地線路板大地與系統(tǒng)地之間連接3000V直流高壓電容，確保2000V左右的靜電干擾無效。

面板和外殼、后蓋板之間的組裝用普通螺絲即可裝牢，后蓋板上亦裝有防靜電放水塑料膜。

針對面板和外殼的縫隙結合部，采用防水乳膠灌入密閉數據連接線采用塑模外層，確保防水線和外殼的連接處加入橡皮環(huán)塞，同時用乳膠在內部密封。保證防水防塵的前提下外觀美觀。

在整個的開發(fā)、調試以及驗收等過程都嚴格執(zhí)行IS09001標準，每個步驟都有相應的程序文件。綜上所述，本產品電子生產焊接方便，不需要特殊工藝：裝配簡易，加工零件少。生產完畢外形美觀，功能完整。

四、經濟效益

對SUPMAX2000專用操作員鍵盤的性能、質量及成本費用有重大影響的主要零部件有：

-STM32F103R8T6 Cortex核單片機芯片采用意法半導體STM32系列。

-CY7C65621 USB集線器芯片  采用賽普拉斯半導體。

-外殼：采用不銹鋼壓住外殼，外表噴漆。

-防水防塵面板：采用防水塑料薄膜覆在鏤空的不銹鋼上板面罩上組成。

-防靜電高壓電容

這些元器件或結構配件均是市面上普遍供有、方便采購的一般性元器件。其本身的價格也處于較低的水平。生產加工過程無特殊加工工藝，加工費用不高。所以對于操作員鍵盤而言都是理想的經濟性器件。

再來比一下同類型的操作員鍵盤的售價，我們發(fā)現：MAX1000DCS操作員鍵盤售價在1000美元左右。美困?？怂共_的P0903CW操作員鍵盤的國內售價為17000元?？紤]到對應不同的DCS功能、不同的操作員鍵盤功能的獨有性，簡單的比較價格意義不大。操作員鍵盤由于其獨特的運用環(huán)境和對象，其價格和對應的DCS具有一致性。

本產品為SUPMAX2000DCS對應的操作員鍵盤，同先前的SUPMAX800系列的操作員鍵盤相比，用STM32芯片取代了標準鍵盤芯片和FPGA兩塊芯片，大大的降低了成本。

從市場角度來分析，SUPMAX2000分散控制系統(tǒng)，目前已經取得了項目并在現場應用．每套SUPMAX2000系統(tǒng)根據不同的需求將搭配5-10塊操作員鍵盤以每年銷售20SUPMAX2000DCS系統(tǒng)估算，將有l00~200塊操作員鍵盤的需求量．操作員鍵盤生產元器件普通，加工零件簡易。配套生產搭售操作員鍵盤很具經濟效益。

根據同類產品的價格范圍以及實際起到的功能作用，建議售價：7000元

五、技術特點

我們在設計操作員鍵盤之初參考了各種同類產品，比較它們的功能及性能?？紤]到鍵盤的通用性，我們保留了大部分普通鍵盤的鍵碼。又為了增強鍵盤的一般功能，我們增加了USB2.0接口的擴展。對于配合控制系統(tǒng)組態(tài)和監(jiān)控的特殊功能鍵，則是我們設計中最主要的部分．這里硬件主控制體采用了STM32系列的cortex芯片。Cortex芯片可靠性高，實際功耗小，價格低廉，十分適合此款操作員鍵盤的設計。而鍵盤所用的按鈕為歐姆的4055F系列按鍵重復可敲打超過10萬次，保證了鍵盤按鈕的牢固和使用壽命。

從原理圖上可以看出核心器件Cortex輸出了11組掃描信號，并且接收反饋的8組信號。這些掃描反饋信號線交織鋪設在鍵盤矩陣當中，當按鍵按下時掃描線發(fā)出的脈沖將與反饋回來的脈沖完全吻合，由此cortex得知該鍵被按下，并送出相應的鍵盤碼值，通過USB通訊協(xié)議送到上位機：反之則說明此鍵未被按下，不做處理。

隨后我們又考慮到實際現場操作中，可能需要用到的鼠標功能，一并集成到了鍵盤當中。但是由于操作員鍵盤的尺寸和功耗限制，集成一個鼠標不現實，因此我們增加了6個特殊功能鍵（上移，下移，左移，右移，鼠標左鍵，鼠標右鍵）來實現這個功能，通過和上位機軟件相結合，約定特殊鍵值實現鼠標的移動和點擊功能，這個方法經濟有效，在原有的框架下通過簡單的修改軟件就完成了這個功能。

程序編寫中，我們遇到了Shift鍵作為單鍵實現長按連發(fā)功能和作為組合鍵（上檔鍵）實現中的特殊問題。Shift鍵單按時有兩種含義，或是單鍵形式，或是處于實現組合鍵時的等待階段．由于實現機理不同，有別于一般單鍵形式以及兩個普通單鍵(非Shift)同時按下或先后按下的情況．基于我們整體設計方案中狀態(tài)轉移分析法和定時器每10ms中斷的設計，針對以上難點，我們設計了區(qū)別于其他單鍵、多鍵和組合鍵及特殊功能鍵經過按鍵掃描、消抖處理、按鍵確認、釋放處理4個狀態(tài)轉移處理的實現原理。而將Shift單鍵形式在經過第一次掃描并消抖確認后，返回全按鍵掃描階段，單獨處理發(fā)送且狀態(tài)不轉移。由于主程序每l0ms的中斷調用，則實現長按連發(fā)功能。又由于處在掃描狀態(tài)中，兼順實現了處于實現組合鍵時的等待階段．該思路很好的解決了難題。最后程序完好實現需要的功能。

在現場DCS的調試過程中，需要多臺工程師站同時調試，而實際項目一般只有1-2臺工程師站，其他的操作員使用操作員鍵盤不能完成上程師站的所有功能，因此我們在設計中增加了USB、HUB轉接口，可以外接標準104鍵盤，鍵盤利用USB HUB芯片轉接一路標準USB1.1接口的數據差分線出來，作為外接鍵盤的接口。但是USB HUB功能的增加同時增加了鍵盤本身的功耗，由于鍵盤全部需要計算機的USB供電，因此在一些商用機USB口輸出功率不是很標準的情況下，鍵盤的功能受到了影響，為此我們盡量選用低功耗的芯片、去除FPGA、嚴格規(guī)定輸出線的長度，最終解決了功耗的問題。

在實現鍵盤的USB2．()擴展接口的時候我們選取了cypress的USB集線器芯片．如上圖，它有效的將單端輸入輸出的USB數據線線分成了2路，一路被上拉到USB1.1，符合鍵盤的通訊要求；另一路則符合USB2.0，作為一個外接接口對外通訊。

六、樣機照片

由正面視圖可見SUPMAX2000專用操作員鍵盤為外殼黑色噴漆、帶彩色薄膜標識的普通鍵盤樣式。外形大方雅觀。由背面可以見操作員鍵盤配以螺釘裝配，機殼牢蚓堅實。配有橡皮墊腳，安放輕巧，不易損壞和被損壞外表面。

七、檢測報告

 我們對SUPMAX2000專用操作員鍵盤進行了包括EMC試驗在內的測試，具體包括的項目如下：

1、基本功能

2、與影響量有關的試驗

3、靜電放電抗擾度試驗

4、USB輸出電壓、電流

5、抗運輸環(huán)境

6、外觀

7、外殼防護

按照上海自動化儀表股份有限公司WKS型操作員鍵盤企業(yè)標準規(guī)定的WKS型操作員鍵盤的基本參數、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝及貯存，已在本公司測試中心以及上海電器設備檢測所進行型式試驗，全部通過。