一、产品介绍

SUMAX2000系统是我公司力推的新型分散控制系统，其目标对象定位于中型火电站、轨道交通等工业领域，目前已经取得了项目并在现场应用。在硬件上采用WKS型操作员键盘进行控制，使得操作员能对系统的操作更加直观，操作方法更加简捷，降低对操作员的操作技能要求，进一步减少误操作的可能，从而提高整个生产线的自动化能力。另外WKS型操作员键盘配合系统需要，设置了专门配合2000系统组态和监控软件的特殊功能键，制作了这款SUPMAX2000专用的操作员键盘。

SUPMAX2000专用操作员键盘中，键盘区采集到按键信息，传输到cor-tex-m3芯片，由该芯片识别是否为特殊功能键或普通键，然后将其转换为对应的HID键码值，发送给上位机。操作员键盘还利用了Cypress的USB集线器芯片另外扩展了一个USB2.0的接插口，可以记挂一个标准键盘或者是低功耗的USB2.0设备，比如U盘等。

操作员键盘作为系统的配件，根据不同的使用环境会有细微的功能差比。因此我们也参照了国内外同类产品的功能做比较，具体功能性和性能特点如下表所列：

可以从上表中得出，在各类别产品的比较中，我们制作的SUPMAX2000专用操作员键盘均达到了国内外同类水平。

二、基本技术参数及正常工作条件

1、基本技术参数

常规的技术指标：

外部尺寸

（长×宽×高）：360mm x180mm×25mm

按键数量：88个

USB接口输出电压：5V DC+5%

USB接口输出电流：最大输出电流280mA

USB连接线：<1.5m

2、正常

工作条件

温度：5℃-40℃

相对湿度：20%～85%（无结露）

大气压力：( 86-106)kPa

上位机供电电压：5VDC+10%

上位机供电电流：≥500mA

键码包含了64个通用标准键和14个组合的特殊功能键，具体就不一一详细列出了。

三、工艺特点

1电子线路

操作员键盘另外增加一个USB2．0外接接口，以供标准PC键盘记挂。此用到的USB集线器芯片采用波峰焊工艺，确保BGA封装的芯片每个引脚焊接可 靠，不存在虚焊和短路现象．其他电子元器件均采用贴片机自动焊接，并人工复检，确保电子线路正确。

电路板采用了无铅化化金工艺制作的两层板，内添加了阻燃基布，中间绝缘材料为环氧树脂，绝缘性能良好。

2组装工艺

该产品电子部分主要有一块电子线路板，安装在机壳内部。于电路板上方采用金属防尘罩，保护电子线路板不进尘。防尘罩上面覆键盘薄膜面罩，保证按键手感和防水．机壳外部喷漆，内部金属面与USB连接线的屏蔽层相连，和电脑主机大地连接．内部预留铜柱接地端，必要时可以直接外部接地线路板大地与系统地之间连接3000V直流高压电容，确保2000V左右的静电干扰无效。

面板和外壳、后盖板之间的组装用普通螺丝即可装牢，后盖板上亦装有防静电放水塑料膜。

针对面板和外壳的缝隙结合部，采用防水乳胶灌入密闭数据连接线采用塑模外层，确保防水线和外壳的连接处加入橡皮环塞，同时用乳胶在内部密封。保证防水防尘的前提下外观美观。

在整个的开发、调试以及验收等过程都严格执行IS09001标准，每个步骤都有相应的程序文件。综上所述，本产品电子生产焊接方便，不需要特殊工艺：装配简易，加工零件少。生产完毕外形美观，功能完整。

四、经济效益

对SUPMAX2000专用操作员键盘的性能、质量及成本费用有重大影响的主要零部件有：

-STM32F103R8T6 Cortex核单片机芯片采用意法半导体STM32系列。

-CY7C65621 USB集线器芯片  采用赛普拉斯半导体。

-外壳：采用不锈钢压住外壳，外表喷漆。

-防水防尘面板：采用防水塑料薄膜覆在镂空的不锈钢上板面罩上组成。

-防静电高压电容

这些元器件或结构配件均是市面上普遍供有、方便采购的一般性元器件。其本身的价格也处于较低的水平。生产加工过程无特殊加工工艺，加工费用不高。所以对于操作员键盘而言都是理想的经济性器件。

再来比一下同类型的操作员键盘的售价，我们发现：MAX1000DCS操作员键盘售价在1000美元左右。美困福克斯波罗的P0903CW操作员键盘的国内售价为17000元。考虑到对应不同的DCS功能、不同的操作员键盘功能的独有性，简单的比较价格意义不大。操作员键盘由于其独特的运用环境和对象，其价格和对应的DCS具有一致性。

本产品为SUPMAX2000DCS对应的操作员键盘，同先前的SUPMAX800系列的操作员键盘相比，用STM32芯片取代了标准键盘芯片和FPGA两块芯片，大大的降低了成本。

从市场角度来分析，SUPMAX2000分散控制系统，目前已经取得了项目并在现场应用．每套SUPMAX2000系统根据不同的需求将搭配5-10块操作员键盘以每年销售20SUPMAX2000DCS系统估算，将有l00~200块操作员键盘的需求量．操作员键盘生产元器件普通，加工零件简易。配套生产搭售操作员键盘很具经济效益。

根据同类产品的价格范围以及实际起到的功能作用，建议售价：7000元

五、技术特点

我们在设计操作员键盘之初参考了各种同类产品，比较它们的功能及性能。考虑到键盘的通用性，我们保留了大部分普通键盘的键码。又为了增强键盘的一般功能，我们增加了USB2.0接口的扩展。对于配合控制系统组态和监控的特殊功能键，则是我们设计中最主要的部分．这里硬件主控制体采用了STM32系列的cortex芯片。Cortex芯片可靠性高，实际功耗小，价格低廉，十分适合此款操作员键盘的设计。而键盘所用的按钮为欧姆的4055F系列按键重复可敲打超过10万次，保证了键盘按钮的牢固和使用寿命。

从原理图上可以看出核心器件Cortex输出了11组扫描信号，并且接收反馈的8组信号。这些扫描反馈信号线交织铺设在键盘矩阵当中，当按键按下时扫描线发出的脉冲将与反馈回来的脉冲完全吻合，由此cortex得知该键被按下，并送出相应的键盘码值，通过USB通讯协议送到上位机：反之则说明此键未被按下，不做处理。

随后我们又考虑到实际现场操作中，可能需要用到的鼠标功能，一并集成到了键盘当中。但是由于操作员键盘的尺寸和功耗限制，集成一个鼠标不现实，因此我们增加了6个特殊功能键（上移，下移，左移，右移，鼠标左键，鼠标右键）来实现这个功能，通过和上位机软件相结合，约定特殊键值实现鼠标的移动和点击功能，这个方法经济有效，在原有的框架下通过简单的修改软件就完成了这个功能。

程序编写中，我们遇到了Shift键作为单键实现长按连发功能和作为组合键（上档键）实现中的特殊问题。Shift键单按时有两种含义，或是单键形式，或是处于实现组合键时的等待阶段．由于实现机理不同，有别于一般单键形式以及两个普通单键(非Shift)同时按下或先后按下的情况．基于我们整体设计方案中状态转移分析法和定时器每10ms中断的设计，针对以上难点，我们设计了区别于其他单键、多键和组合键及特殊功能键经过按键扫描、消抖处理、按键确认、释放处理4个状态转移处理的实现原理。而将Shift单键形式在经过第一次扫描并消抖确认后，返回全按键扫描阶段，单独处理发送且状态不转移。由于主程序每l0ms的中断调用，则实现长按连发功能。又由于处在扫描状态中，兼顺实现了处于实现组合键时的等待阶段．该思路很好的解决了难题。最后程序完好实现需要的功能。

在现场DCS的调试过程中，需要多台工程师站同时调试，而实际项目一般只有1-2台工程师站，其他的操作员使用操作员键盘不能完成上程师站的所有功能，因此我们在设计中增加了USB、HUB转接口，可以外接标准104键盘，键盘利用USB HUB芯片转接一路标准USB1.1接口的数据差分线出来，作为外接键盘的接口。但是USB HUB功能的增加同时增加了键盘本身的功耗，由于键盘全部需要计算机的USB供电，因此在一些商用机USB口输出功率不是很标准的情况下，键盘的功能受到了影响，为此我们尽量选用低功耗的芯片、去除FPGA、严格规定输出线的长度，最终解决了功耗的问题。

在实现键盘的USB2．()扩展接口的时候我们选取了cypress的USB集线器芯片．如上图，它有效的将单端输入输出的USB数据线线分成了2路，一路被上拉到USB1.1，符合键盘的通讯要求；另一路则符合USB2.0，作为一个外接接口对外通讯。

六、样机照片

由正面视图可见SUPMAX2000专用操作员键盘为外壳黑色喷漆、带彩色薄膜标识的普通键盘样式。外形大方雅观。由背面可以见操作员键盘配以螺钉装配，机壳牢蚓坚实。配有橡皮垫脚，安放轻巧，不易损坏和被损坏外表面。

七、检测报告

 我们对SUPMAX2000专用操作员键盘进行了包括EMC试验在内的测试，具体包括的项目如下：

1、基本功能

2、与影响量有关的试验

3、静电放电抗扰度试验

4、USB输出电压、电流

5、抗运输环境

6、外观

7、外壳防护

按照上海自动化仪表股份有限公司WKS型操作员键盘企业标准规定的WKS型操作员键盘的基本参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装及贮存，已在本公司测试中心以及上海电器设备检测所进行型式试验，全部通过。