輸入輸出擴展模塊及可編程控制器系統的製作方法
2023-09-21 19:28:10
專利名稱：輸入輸出擴展模塊及可編程控制器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及可編程邏輯控制器領域，尤其涉及一種用於輸入輸出擴展模塊 及可編程控制器系統。
背景技術：
可編程控制器(Programmable Controller, PC )作為 一種通用的電子控制方 案，具有可靠性高，靈活性好等優點，被空調設備廠商廣泛應用於空調設備產 品中。
目前，採用可編程控制器系統進行控制的空調設備普遍用到兩個溫度測量 通道和兩個電壓輸入通道，如圖1所示，所述可編程控制器系統包括中央處 理單元(Central Processing Unit, CPU)、溫度測量模塊11和電壓輸入模塊12。
其中，溫度測量模塊11有一個模數轉換器(Analog Digital Converter, ADC ), 通過多路開關或開關陣列連接多個溫度傳感器，ADC循環採樣每個通道的輸入 信號，採樣結果將會通過背板總線傳送給CPU。
電壓輸入模塊12有一個ADC,通過多路開關或者開關陣列連接多個傳感 器，ADC循環採樣每個通道的輸入信號，採樣結果會通過背板總線傳遞給CPU。
由上述可知，目前空調設備的可編程控制器系統採用兩個擴展模塊(溫度 測量模塊和電壓輸入模塊)，使得該系統佔用空間大，成本高。
發明內容
本發明實施例所要解決的技術問題在於，提供一種輸入輸出擴展模塊及可 編程控制器系統，實現了第一輸入通道和第二輸入通道的兩種信號在一個模塊 中輸入，有效地減小了空間面積的佔用，並降低了成本。
為了解決上述技術問題，本發明實施例的一種輸入輸出擴展模塊，其包括 通道選擇單元，用於選擇第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號； 主控單元，用於控制所述通道選擇單元工作，並將所述通道選擇單元輸入
的信號轉換為數位訊號；
總線接口，用於將所述主控單元處理後的結果輸出。 優選地，所述擴展^^塊還進一步包括
配置單元，用於配置所述擴展模塊的工作參數，所述工作參數包括輸入 類型、標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測。
其中，所述主控單元包括
模數轉換器，用於將所述通道選擇單元輸入的信號轉換為數位訊號； 控制單元，用於根據所述配置單元配置的工作參數對所述通道選擇單元以 及模數轉換器進行控制。 所述控制單元包括
參數檢測單元，用於檢測所述配置單元所配置的工作參數； 通道控制單元，用於根據所述工作參數控制通道選擇單元接通第一輸入通 道或者第二輸入通道；
參數調整單元，用於根據所述配置單元配置的工作參數調整模數轉換器的 參數；
採樣結果處理單元，用於對所述模數轉換器處理後的數據做進一步的處理 具體包括查表與線性插值、單位換算、過量程檢測、標記通道狀態、平滑濾 波、截取16位有效位並計算校驗值；
結果輸出單元，用於將所述採樣結果處理單元處理後的數據輸出到總線接口 。
較佳地，所述第一輸入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸 入通道；所述通道選擇單元為多路開關或開關陣列。
相應地，本發明還提供了一種可編程控制器系統，其包括CPU、第一傳 感器及第二傳感器，其中，所述系統還包括一用於將第一傳感器和第二傳感器 採集的第一信號和第二信號傳送給CPU的輸入輸出擴展模塊，其包括
通道選#^單元，通過第一輸入通道和第二輸入通道分別與第 一傳感器和第 二傳感器連接，用於選"^第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；
主控單元，用於控制所述通道選擇單元工作，並將所述通道選擇單元輸入 的信號轉換為數位訊號；
總線接口 ，用於將經過所述主控單元處理後的數據傳送到CPU進行處理。
其中，所述輸入輸出擴展模塊還包括一配置單元，用於配置所述擴展模塊
的工作參數，所述工作參數包括輸入類型、標定方向、測量單位、接線方式、
故障檢測。
其中，所述主控單元包括
模數轉換器，用於將所述通道選擇單元輸入的信號轉換為數位訊號； 控制單元，用於根據所述配置單元配置的工作參數對所述通道選擇單元以 及模數轉換器進行控制。
而所述控制單元包括
參數檢測單元，用於檢測配置單元所配置的工作參數；
通道控制單元，用於根據所述工作參數控制所述通道單元接通第一輸入通 道或者第二輸入通道；
參數調整單元，用於#4居所述配置單元配置的工作參數調整模數轉換器的 參數；
釆樣結果處理單元，用於對所述模數轉換器處理後的數據做進一步處理具 體包括查表與線性插值、單位換算、過量程檢測、標記通道狀態、平滑濾波、 截取16位有效位並計算校驗值；
結果輸出單元，用於將所述採樣結果處理單元處理後的數據輸出到總線接c 。
較佳地，所述第一傳感器為溫度傳感器、第二傳感器為壓力傳感器；所述 第一輸入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道。 所述通道選擇單元為多路開關或開關陣列。
綜上所述，本發明實施例的一種輸入輸出擴展模及可編程控制器系統的技 術放案通過在主控單元的控制下，通道選擇單元選擇輸入第一輸入通道或第二 輸入通道的信號，主控單元將所述信號轉換為數位訊號經由總線接口輸出到 CPU，從而使一個輸入輸出擴展模塊實現了現有技術的溫度測量模塊和電壓輸 入模塊兩個模塊的功能，有效地減小空間的佔用，並降低了成本，在操作維護 中只需對一個模塊進行操作，從而提高了系統的維護效率，提高了系統可靠性。
圖l是現有的可編程控制系統的結構圖2是本發明實施例的一種可編程控制器系統的結構示意圖； 圖3是本發明實施例的一種配置單元的結構示意圖； 圖4是本發明實施例的一種控制單元的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明實施例的 一種輸入輸出擴展模塊及可編程控制器系統通過在主控單 元的控制下，通道選擇單元選擇第一輸入通道或第二輸入通道的信號，主控單 元將所述信號轉換為數位訊號經由總線接口輸出到CPU處理，這樣一個所述擴 展模塊實現了第一輸入通道和第二輸入通道的兩種信號的輸入。
為了進一步闡述本發明實施例的技術方案，下面結合附圖進一步說明。
參考圖2，本發明實施例的一種可編程控制器系統的結構示意圖；根據本圖， 一種可編程控制器系統包括CPU1、輸入輸出擴展模塊2、第一傳感器(圖示 為溫度傳感器27)及第二傳感器(圖示為壓力傳感器28),其中，CPU 1通過 數據總線與輸入輸出擴展模塊2連接，而輸入輸出擴展;f莫塊2通過兩個第一輸 入通道(如圖2示，第一輸入通道為溫度輸入通道25)與兩個溫度傳感器27連 接，通過兩個第二輸入通道(如圖2所示，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道 26)與兩個壓力傳感器28 (具體可以為壓電式傳感器或壓力信號變送器)連接， 當然輸入輸出擴展模塊2通過數據總線還可以與其它模塊連接。
在所述系統中，用於將溫度傳感器27和壓力傳感器28採集的溫度信號(具 體可以用電壓或電流信號表示)和壓力信號(具體可以用電壓或電流信號表示) 傳送給CPU 1的輸入輸出擴展模塊2具體包括
通道選擇單元21,通過溫度輸入通道25和電壓/電流輸入通道26分別與溫 度傳感器27和壓力傳感器28連接，用於選擇溫度輸入通道25或者電壓/電流輸 入通道26,以輸入所述傳感器採集到的信號；
主控單元22,用於控制通道選糹奪單元21工作，並將所述通道選糹奪單元輸入 的信號轉換為數位訊號；
總線接口 23,用於將經過主控單元22處理後的數據傳送到CPU進行處理。 優選地，輸入輸出擴展模塊2進一步包括一個配置單元24 (如配置開關 或撥碼開關)，用於配置所述擴展模塊的工作參數(如輸入類型、標定方向、 測量單位、接線方式、故障檢測等)。如圖3所示，配置單元24包括用於輸
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入需要配置的所述工作參數的參數輸入單元241和用於存儲所述工作參數的參
數存儲單元242。
其中，主控單元22至少包括
模數轉換器222,用於將通道選擇單元21輸入的信號轉換為數位訊號，在 具體實現時，模數轉換器222可以採用增量累加(Z-A)型ADC,以保證採樣精 度和抗幹擾能力；
控制單元221 ，用於根據配置單元24配置的工作參數對通道選擇單元21以 及模數轉換器222進行控制。
其中，結合圖4，控制單元221具體包括
參數;險測單元41，用於檢測配置單元24所配置的工作參數(如輸入類型、 標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測等)；
通道控制單元42,用於根據所述工作參數控制通道選^^單元21接通溫度輸 入通道25或者電壓/電流輸入通道26，其中，電壓/電流通道26選通的頻率是溫 度輸入通道25的2~3倍；
參數調整單元43,用於根據所述配置單元24配置的工作參數調整模數轉換 器222的參數，所述模數轉換器222的參數包括參考源選擇、調製器工作頻 率、下採樣頻率、緩衝器選擇、增益選擇及數字濾波器選擇等；
採樣結果處理單元44，用於對模數轉換器222處理後的數據做進一步處理， 具體包括查表與線性插值、單位換算、過量程檢測、標記通道狀態、平滑濾 波、截取16位有效位並計算校驗值等處理；
線接口 23。
優選地，在本發明實施例中，控制單元221可以採用一個8位的微控制器 (Micro Controller Unit ， MCU)實現；
通道選擇單元21可以用多路開關或開關陣列實現；
溫度傳感器27可以是電阻型溫度傳感器，包括負溫度係數(Negative Temperature Coefficient，NTC )熱壽文電阻禾口熱電阻(Resistive Temperature Detector, RTD );
在溫度輸入通道25和電壓/電流輸入通道26中均設有無源抗混迭濾波電路， 2個溫度輸入通道的抗混迭濾波電路的截止頻率與2個電壓/電流輸入通道不同，
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以適應不同信號帶寬；
在電壓/電流輸入通道26中還可設置
內置採樣電阻，可把電流輸入信號轉換為ADC輸入範圍內的電壓信號； 電阻分壓網絡，用於把不同量程的電壓輸入信號轉換為ADC輸入範圍內的 電壓信號。
結合圖2、圖3、圖4,詳細闡述本發明實施例的技術方案。 在具體實現時，在每一個循環，測量2個電壓/電流輸入通道，具體為 控制單元221的參數檢測單元41檢測配置單元24的參數存儲單元242中 配置的工作參數(如輸入類型、標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測 等)，利用參數調整單元43調整模數轉換器222的參數，包括選擇內部參考， 打開緩衝器，選擇增益，設定調製器工作頻率和下採樣頻率，選擇數字濾波器， 自校準；
控制單元221的通道控制單元42根據配置單元24的參數存儲單元242中 配置的工作參數，控制通道選擇單元21接通電壓/電流輸入通道26;模數轉換 器222對電壓/電流輸入通道的信號採樣4次，取最後1個採樣值；
控制單元221的釆樣結果處理單元44對模數轉換器222處理後的數據計算 電壓/電流值，並進行過量程檢測、標記通道狀態、計算校驗值等處理，然後通 過結果輸出單元45將處理後的數據輸出到總線接口 23,最後總線接口 23通過 數據總線將所述數據傳送到CPU 1。
每隔一個循環，測量l個溫度輸入通道，具體為
控制單元221的參數檢測單元41檢測配置單元24 (如配置開關或撥碼開 關)的參數存儲單元242中配置的工作參數(如輸入類型、標定方向、測量 單位、接線方式、故障檢測等)，利用參數調整單元43調整模數轉換器222的 參數，包括選擇外部參考，打開緩衝器，選擇增益，設定調製器工作頻率和 下採樣頻率，選擇數字濾波器，自校準；
控制單元221的通道控制單元42根據配置單元24 (如配置開關或撥碼開 關)的參數存儲單元242中配置的工作參數，控制通道選擇單元21接通溫度輸 入通道25;模數轉換器222對電壓/電流輸入通道的信號採樣4次，取最後1個 採樣值；
控制單元221的採樣結果處理單元44對模數轉換器222處理後的數據計算
電阻值，並進行查表、插值，計算溫度值，過量程檢測、標記通道狀態、單位
換算，計算校驗值等處理；然後通過結果輸出單元45將處理後的數據輸出到總 線接口 23,最後總線接口 23通過數據總線將所述數據傳送到CPU 1。
在上述實施例中，每個循環都要檢測配置單元的配置狀態，即檢測其配置 的工作參數；每4個循環檢測1個溫度輸入通道是否斷線，如果配置為3線接 法，則每8個循環檢測1個溫度輸入通道的導線電阻，以消除其對測量結果的 影響。
上述是本發明的實施例而已，本發明不限於此，還可以將本發明實施例中 所述的擴展^f莫塊集成到CPU;f莫塊中，利用CPU實現本發明實施例的控制單元的 功能，同樣可以實現本發明的技術方案，亦在本發明的保護範圍之內。
由上述實施例可知，本發明實施例的一種輸入輸出擴展模及可編程控制器 系統的技術放案通過在主控單元的控制下，通道選擇單元選擇輸入溫度輸入通 道或電壓/電流通道的信號，主控單元將所述信號轉換為數位訊號經由總線接口 輸出到CPU,從而使一個所述的輸入輸出擴展^^莫塊實現了現有技術的溫度測量 模塊和電壓輸入模塊兩個模塊的功能，有效地減小空間的佔用，並降低了成本， 在操作維護中只需對一個模塊進行操作，從而提高了系統的維護效率，提高了
系統可靠性，另外，本發明的實施例使用增量累加(Z-A)型ADC,保證了採 樣精度，提高了抗千擾能力。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這 些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種輸入輸出擴展模塊，其特徵在於，包括通道選擇單元，用於選擇第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；主控單元，用於控制所述通道選擇單元工作，並將所述通道選擇單元輸入的信號轉換為數位訊號；總線接口，用於將所述主控單元處理後的結果輸出。
2、 如權利要求1所述的擴展模塊，其特徵在於，還包括 配置單元，用於配置所述擴展模塊的工作參數。
3、 如權利要求2所述的擴展模塊，其特徵在於，所述工作參數包括輸入 類型、標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測。
4、 如權利要求2所述的擴展模塊，其特徵在於，所述主控單元包括 模數轉換器，用於將所述通道選擇單元輸入的信號轉換為數位訊號； 控制單元，用於根據所述配置單元配置的工作參數對所述通道選擇單元以及;^莫數轉換器進行控制。
5、 如權利要求4所述的擴展模塊，其特徵在於，所述控制單元包括 參數檢測單元，用於檢測所述配置單元所配置的工作參數； 通道控制單元，用於根據所述工作參數控制所述通道選擇單元接通第 一輸入通道或者第二輸入通道；參數調整單元，用於根據所述配置單元配置的工作參數調整所述模數轉換 器的參數；採樣結果處理單元，用於對所述模數轉換器處理後的數據做進一步的處理； 結果輸出單元，用於將所述採樣結果處理單元處理後的數據輸出到總線接
6、如權利要求5所述的擴展模塊，其特徵在於，所述採樣結果處理單元對 模數轉換器處理後數據做進一步處理具體包括查表與線性插值、單位換算、 過量程糹企測、標記通道狀態、平滑濾波、截取16位有效位並計算校驗值。
7、 如權利要求1至6任意一項所述的擴展模塊，其特徵在於，所述第一輸 入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道。
8、 如權利要求1至6任意一項所述的擴展模塊，其特徵在於，所述通道選 擇單元為多路開關或開關陣列。
9、 一種可編程控制器系統，其包括CPU、第一傳感器及第二傳感器，其 特徵在於，所述系統還包括一用於將第 一傳感器和第二傳感器採集的第 一信號 和第二信號傳送給CPU的輸入輸出擴展模塊，該輸入輸出擴展模塊包括通道選擇單元，通過第一輸入通道和第二輸入通道分別與第 一傳感器和第 二傳感器連接，用於選^^第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；主控單元，用於控制所述通道選擇單元工作，並將所述通道選擇單元輸入 的信號轉換為數位訊號；總線接口 ，用於將經過所述主控單元處理後的數據傳送到CPU進行處理。
10、 如權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述輸入輸出擴展模塊還包括配置單元，用於配置所述擴展模塊的工作參數。
11、 如權利要求IO所述的系統，其特徵在於，所述工作參數包括輸入類 型、標定方向、測量單位、接線方式、故障;險測。
12、 如權利要求IO所述的系統，其特徵在於，所述主控單元包括 模數轉換器，用於將所述通道選擇單元輸入的信號轉換為數位訊號；控制單元，用於根據所述配置單元配置的工作參數對所述通道選擇單元以及模數轉換器進行控制。
13、 如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述控制單元包括 參數檢測單元，用於檢測所述配置單元所配置的工作參數；通道控制單元，用於根據所述工作參數控制通道單元接通第一輸入通道或 者第二輸入通道；參數調整單元，用於根據所述配置單元配置的工作參數調整所述模數轉換器的參數；採樣結果處理單元，用於對所述模數轉換器處理後的數據做進一步處理； 結果輸出單元，用於將所述採樣結果處理單元處理後的數據輸出到總線接C 。
14、 如權利要求13所述的系統，其特徵在於，所述採樣結果處理單元對模 數轉換器處理後數據做進一步處理具體包括查表與線性插值、單位換算、過 量程檢測、標記通道狀態、平滑濾波、截取16位有效位並計算校驗值。
15、 如權利要求9至14任意一項所述的系統，其特徵在於，所述第 一傳感器為用於檢測溫度的溫度傳感器、第二傳感器為用於檢測壓 力的壓力傳感器；所述第一輸入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道。
16、 如權利要求9至14任意一項所述的系統，其特徵在於，所述通道選擇 單元為多路開關或開關陣列。
全文摘要
本發明公開了一種輸入輸出擴展模塊及可編程控制器系統，所述系統包括CPU、第一傳感器及第二傳感器和輸入輸出擴展模塊，其中輸入輸出擴展模塊包括通道選擇單元，通過第一輸入通道和第二輸入通道分別與第一傳感器和第二傳感器連接，用於選擇第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；主控單元，用於控制所述通道選擇單元工作，並將所述通道選擇單元輸入的信號轉換為數位訊號；總線接口，用於將經過主控單元處理後的數據傳送到CPU進行處理。本發明通過利用一個所述擴展模塊實現了第一輸入通道和第二輸入通道的兩種信號的輸入，有效地減小了空間面積的佔用，並降低了成本。
文檔編號F24F11/00GK101105691SQ200710028149
公開日2008年1月16日 申請日期2007年5月23日 優先權日2007年5月23日
發明者周雲宇, 戎思吉, 郭偉強, 陳海峰 申請人:深圳市合信自動化技術有限公司