一種通用多路繼電器控制系統的製作方法

2023-05-29 06:55:46

專利名稱：一種通用多路繼電器控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種繼電器控制器，尤其是一種通用多路繼電器控制系統。
背景技術：
目前以繼電器作為輸出的電子產品很多，但這些電子產品的功能都是特定 的，而且繼電器控制部分的電路只是整個電子產品電路的一部分。縱觀繼電器的 控制電路，大多都是相同的，只是決定它何時動作的決定條件千變萬化，有的是 溫度高低決定的，有的是人按下按鍵的時間決定的，有的是遠程傳輸指令決定等 等，千變萬化的條件就形成了千變萬化的電子電路，無法通用，為使用帶來不便， 且在設計硬體時需花費很多時間。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種節省設計時間、功能完整、使用 方便、應用範圍廣的通用多路繼電器控制系統。
本實用新型解決上述問題所採用的技術方案是該控制系統包括
處理單元及其外圍電路，用於進行信息的集中處理，是控制系統的核心部件， 其中外圍電路中設置有工廠用存儲器，用於存儲工廠參數；
繼電器控制電路，用於控制繼電器的吸合和釋放、繼電器的隔離輸出；
顯示輸出電路，用於控制數碼管和LED指示燈的顯示；
TTL信號輸出電路；
控制信號輸入電路，用於輸入外部信號，該電路包括CAN總線電路、RS232 總線電路、TTL信號輸入電路和按鍵；
解碼電路，用於選擇連通繼電器控制電路、顯示輸出電路、TTL信號輸出電 路或控制信號輸入電路中的任一 電路；
用戶用存儲器，用於存儲用戶設置的參數；
電源電路和濾波電路，用於提供電源和進行濾波；
TTL信號輸入電路的輸出端、TTL電平並口與TTL信號輸出電路的輸入端通 過數據線單向連接；
處理單元的輸入輸出端與TTL電平並口之間通過數據線雙向連接； 處理單元與CAN總線電路之間通過數據線雙向連接；處理單元與RS232總線電路之間通過數據線雙向連接； 處理單元與按鍵之間通過數據線單向連接；
處理單元的輸出端與繼電器控制電路的輸入端之間通過數據線單向連接； 處理單元的輸出端與顯示輸出電路的輸入端之間通過數據線單向連接。 本實用新型所述的RS232總線電路、用戶存儲器與處理單元之間連接有地址
線；所述的CAN總線電路、按鍵、TTL電平並口、繼電器控制電路、顯示輸出電
路通過解碼電路與處理單元之間連接有地址線。 本實用新型所述的TTL並口電路為8位。 本實用新型所述的按鍵為3個，用於鍵盤輸入。
本實用新型所述的用戶用存儲器不帶防寫開關的FRAM，工廠用存儲器為 帶防寫開關的E2R0M。
本實用新型與現有技術相比，具有以下有益效果1、結合了很多繼電器控 制產品的共同點，可作為通用件使用，以實現繼電器控制，簡化了設計時間；2、 功能強大完整，可以做為一個單獨的整機使用，也可以作為嵌入式的控制系統使 用；3、電路的各組成部分相對獨立，可以根據需要刪減，使用更靈活；4、輸出 繼電器多，可達到8組，且獨立使用，功率大(6A250VAC和6A30VDC)，使 用場合廣泛；5、控制方式靈活多樣，易於擴展使用；6、可以實現CAN總線和 RS232的協議轉換，作為協議轉換器使用。


圖l為本實用新型的功能框圖。
圖2為處理單元及其外圍電路中防寫電路的電路圖。
圖3為處理單元及其外圍電路中晶振電路的電路圖。
圖4為處理單元及其外圍電路中復位電路和工廠用存儲器的電路圖。
圖5為處理單元及其外圍電路中單片機的電路圖。
圖6為繼電器控制電路的電路圖。
圖7為繼電器控制電路中所用繼電器的電路圖。
圖8為繼電器控制電路中所用繼電器連接埠的電路圖。
圖9為顯示輸出電路中數碼管部分的電路圖。
圖10為TTL信號輸出電路和TTL信號輸入電路的電路圖。
4圖11為CAN總線電路中電壓採樣電路的電路圖。 圖12為CAN總線電路中晶振電路的電路圖。 圖13為CAN總線電路中總線收發器的電路圖。 圖14為CAN總線電路中總線地處理的電路圖。 圖15為CAN總線電路中總線控制系統的電路圖。 圖16為CAN總線電路中總線匹配電阻的電路圖。 圖17為CAN總線電路中總線接口的電路圖。 圖18為RS232總線電路和按鍵部分的電路圖。 圖19為解碼電路和LED指示燈部分的電路圖。 圖20為用戶存儲器的電路圖。 圖21為按鍵和數碼管部分的電路圖。 圖22為電源電路的電路圖。 圖23為濾波電路的電路圖。
具體實施方式

參見圖1，本實施例包括
處理單元及其外圍電路，用於進行信息的集中處理，是整個控制系統的核心
部件，其中外圍電路中設置有工廠用存儲器，供工廠使用，是E2R0M的，用於存 儲工廠參數，帶防寫開關；
繼電器控制電路，用於控制繼電器的吸合和釋放、繼電器的隔離輸出；
顯示輸出電路，用於控制數碼管和LED指示燈的顯示；
TTL信號輸出電路；
控制信號輸入電路，用於輸入外部信號，該電路包括CAN總線電路、RS232 總線電路、8位TTL信號輸入電路和3個按鍵；
解碼電路，用於選擇連通繼電器控制電路、顯示輸出電路、TTL信號輸出電 路或控制信號輸入電路中的任一電路，決定由哪部分電路工作；
用戶用存儲器，供用戶使用，是FRM1的，用於存儲用戶設置的參數，不帶 防寫開關；
電源及濾波電路，用於提供電源和進行濾波。
TTL信號輸入電路的輸出端、TTL電平並口與TTL信號輸出電路的輸入端通過數據線單向連接；處理單元的輸入輸出端與TTL電平並口之間通過數據線雙向 連接；處理單元與CAN總線電路之間通過數據線雙向連接；處理單元與RS232 總線電路之間通過數據線雙向連接；處理單元與按鍵之間通過數據線雙向連接； 處理單元的輸出端與繼電器控制電路的輸入端之間通過數據線單向連接；處理單 元的輸出端與顯示輸出電路的輸入端之間通過數據線單向連接。
RS232總線電路、用戶存儲器與處理單元之間直接地連接有地址線；C緒總 線電路、按鍵、TTL電平並口、繼電器控制電路、顯示輸出電路通過解碼電路與 處理單元之間間接地連接有地址線。處理單元通過不同地址的尋址來訪問這些電 路。從地址線的走向來說，都是單向的，即從處理單元到其他各個模塊電路。
其工作原理為控制信號從C認總線電路、RS232總線電路、TTL信號輸入 電路、按鍵中的任一種輸入方式通過解碼電路選通傳達到處理單元，處理單元接 收這些信息並處理，然後通過解碼電路作出處理結果，處理結果可以是選通相應 的控制輸出(TTL信號輸出電路或繼電器控制電路)，也可以是顯示處理結果(顯 示輸出電路)，也可以是存儲數據，還可以是實現協議轉換(CAN總線電路和RS232 總線電路)。
參見圖2 圖5，在處理單元及其外圍電路中
處理單元採用MCS-51系列的單片機，只要是和標準MCS-51的40腳雙列直 插封裝兼容的單片機均可使用，本實施例選用的是AT89C52。單片機是整個控制 系統的核心，所有的信息處理和決策均在這裡進行，單片機需要編寫程序並用編 程器寫入，編寫的程序決定了它所工作的內容。單片機必備的外圍電路有晶振電 路C1、 C2和Y1，具體的參數可根據需要選擇，如使用RS232串口通信， 一般Cl 和C2為22 33皮法的電容，Yl為11. 0592M赫茲的晶振。單片機必備的外圍電 路還有復位電路，復位電路在要求不高的場合可以用電阻電容的組合來實現，但 也有產品化的復位晶片。本實施例使用高性能晶片CAT1021， CAT1021集成了人 工復位輸入、高低雙點平復位信號輸出(復位信號電平可選，考慮到MCS-51單 片機是5V復位的，選用4.5V的復位電平)、帶防寫的It接口的128位元組的 E2R0M、 1.6秒看門狗信號(SDA腳兼)的多種功能。
圖4中Sl為人工復位按鍵，按下它將引起晶片CAT1021輸出一次復位信號， 電阻R7和Rl確保復位信號的正確。其中高電平復位的RESET腳供MCS-51單片
6機使用，低電平復位的/RESET腳供獨立CAN總線控制系統SJA1000使用。SDA 和SCL腳是lt總線的通信線，電阻R8、 R9確保通信正常。由於一般的MCS-51 單片機沒有專門的I2C總線接口，因此I2C總線一般靠軟體模擬來實現。I2C總線 是晶片CAT1021中128位元組的E2R0M的通訊口，通過I2C總線就可以實現E2R0M 的讀寫操作。E力OM的防寫腳是WP腳，它在高電平時，E力0M是禁止寫入的， 因此特地設計了晶片CAT1021防寫電路來實現E2R0M的防寫功能。把一位撥 位開關SW1的腳2和3連通，就實現防寫，把一位撥位開關SW1的腳2和1 連通，E力0M就可以寫入。晶片CAT1021中的E力OM之所以要這樣設計防寫， 是因為晶片CAT1021中E2R0M是設計用來存放重要的工廠參數的，要防止誤修改， 使用時可以用軟體來檢測防寫是否加上。另外，晶片CAT1021還帶有不可屏蔽 的看門狗功能，用來監視單片機是否死機，餵狗的腳是SDA。如果在1.6秒之內， SDA沒有電平變化(高電平到低電平或者低電平到高電平)，那麼晶片CAT1021 就將輸出一次復位信號。實際使用時，單片機要在1.6秒之內刷新SDA腳。 參見圖6 圖8，在繼電器控制電路中
繼電器控制電路由兩個晶片組成74HC245和ULN2803。晶片74HC245的作 用為增強驅動能力和實現繼電器控制的尋址。晶片ULN2803是8路達林頓管電路， 可以驅動比較大的電流，用於控制繼電器的線包供電。晶片ULN2803輸入端 (IN1 IN7)為高電平時，達林頓管導通，對應輸出腳(0UT1 0UT8)接近於地， 此時繼電器線包一端為電源電壓+Vpower， 一端為地，線包工作，繼電器吸合。 晶片74HC245的使能是受控的，要通過解碼電路來選通， 一旦晶片74HC245被選 通，則A 口的TTL電平就通過B 口輸出後驅動ULN2803，如果晶片74HC245未被 選中，則晶片74HC245的輸出為高阻狀態，A 口和B 口隔離，晶片ULN2803輸入 的電平被電阻R45、 R47、 R49 R53、 R55下拉至低電平，達林頓管不導通，進而 繼電器線包不工作，繼電器不吸合。繼電器控制要被尋址基於以下考慮MCS-51 復位後，程序開始執行，這之間雖然時間很短，但所有的I/O 口輸出均為高電平， 如果把I/0口直接連接晶片ULN2803，即使第一條程序就關閉繼電器，但仍有可 能導致晶片ULN2803全部被導通，繼而繼電器全部吸合，這在控制上是不允許也 是不合理的。加上晶片74HC245的尋址，單片機要在特定的地址才能控制繼電器， 這時單片機己經工作，可以安全、合理地控制繼電器工作了。繼電器的輸出全部是獨立的，和通用控制系統的供電沒有任何關係，這樣可以實現220V交流設備 的控制。繼電器選用HF41F系列，該繼電器體積小，功率大(6A、 250VAC和6A、 30VDC)，可以減小線路板的面積。繼電器的連接埠採用的是6芯的3腳*2排 5.08毫米間距連接器，採用螺絲、螺紋結合，易於安裝，且安裝牢固。
參見圖9，本實施例採用了靜態的顯示方法，所用晶片是四片74HC595串聯 的方式，這樣的好處是節省控制線的數量，數碼管用的是共陽級。也可採用其他 顯示輸出電路來進行數碼管顯示。
參見圖IO，在TTL信號輸入電路和TTL信號輸出電路中 TTL電平信號通過一個晶片74HC245來實現，晶片74HC245的選通也是要尋 址的，此外它的第l腳的電平根據需要來確定，當第l腳是高電平，TTL信號從 A口輸出到B口；當第l腳是低電平，TTL信號從B 口輸入到A 口；而A口和單 片機的Pl 口相連。這樣單片機只要選通晶片74HC245,由晶片74HC245的第1 腳來決定是利用它來讀取數據(第1腳為低電平)還是輸出信號(第1腳為高電 平)。晶片74HC245的B 口直接和一個9針RS-232串口 DB9的母座相連，這樣主 要是考慮DB9座和頭易採購，而且安裝牢固。使用時，只要用DB9公頭的線和母 座相連即可。另夕卜，DB9母座的第9腳還可以提供一個VCC (5V)的電源，而DB9 母座的外殼就是，這樣和它相連的控制系統可以不用另外再接VCC (5V)電源， 非常方便。
參見圖11 圖17，在CAN總線電路及其接口電路中
CAN總線電路採用的是晶片SJA1000作為控制系統，晶片CTM8251T作為收 發器，在晶片SJA1000中，第17腳的復位信號由晶片CAT1021提供，而不是單 片機，晶片SJA100第4腳受單片機的控制，晶片第16腳負責向單片機提供中斷 信號。
C緒總線接口和電源接口共用一個10芯的5腳+2排的5. 08毫米間距連接器， 採用螺絲、螺紋結合，易於安裝，且安裝牢固。C屈總線共設置了兩組接口，功 用一樣，設置兩組的目的是可以讓控制系統方便地成為CAN節點的中間節點而不 需要額外的從CAN總線中分線出來。
參見圖18，在RS232總線電路和按鍵電路中RS232選用的晶片是MAX232， 連接口是DB9的公座。由於按鍵是和晶片74HC244相連的，，而晶片74HC244是內部下拉的，因此，上拉電阻必不可少。
參見圖19，在解碼電路和LED指示燈電路中，由於解碼通過晶片74HC138 來實現，可以選通SJA1000(/C/SCAN)、TTL電平輸入輸出的74HC245(/C/SEXP1)、 控制繼電器工作的74HC245 (/C/SKC)、按鍵輸入(/C/SKEY)，四位數碼管顯示
(/C/SLED)以及三個LED信號燈。上述的8個通道在一個時間只能選通一個， 默認是第7通道選通(第7腳)。三個LED指示燈的作用是IDEL (空閒，默認的 選通，常亮)、BUSY (忙)以及ERR (錯誤)。
參見圖20，在用戶用存儲器中，用戶存儲器是I2C總線接口的FRAMFM24C04， 容量是256位元組，FRAM數據是非易失性的，無寫次數的限制，不使用防寫功 能(晶片帶這個功能，但不使用)；還可以當作系統的數據存儲器用。第2、 3 地址腳均接高電平，這樣在I2C總線尋址上可以和CAT1021中的E2R0M區分開來。
參見圖21，在按鍵、數碼管顯示的尋址電路中，由於數碼管是靜態的，始 終能夠顯示，而且是只輸出的，而鍵盤按鍵一般又都是掃描的方式來是識別的， 是只輸入的，因此在口線較少的情況下，利用晶片74HC244就可以用3個口線來 實現數碼管顯示和按鍵識別。晶片74HC244含獨立的兩個4線驅動器，是單向傳 輸的(A口到Y口)，因此，數碼管的控制線接在晶片74HC244的輸出端，而按 鍵的連接線接在晶片74HC244的輸入端。
參見圖22和圖23，電源電路主要是提供穩定可靠的電源，本實施例用DC-DC 電源模塊，輸入的電壓可以根據需要來確定，然後選擇匹配的、輸出要求是5V 的、且電流不小於500mA的電源模塊。同時，輸入電壓要和繼電器線包的驅動電 壓相結合，繼電器線包的驅動電壓要外部的電壓來提供。二極體的作用是防止短 路，選擇是要考慮它的耐壓是輸入電壓的兩倍左右。濾波電路主要是去除電路中 的高頻幹擾， 一般每個晶片配備一個，多餘的在電路各處分配。
以CAN總線的應用為例
先把控制系統安裝好，控制系統外部電壓輸入為直流12V，繼電器的動作電 壓也為直流12V，接上12V的直流電，開機，觀察IDEL指示燈是否常亮。無誤 後，8路繼電器中第1 5路接24V、 2A的直流電機，第6路接告警喇叭，第7 路接告警燈，第8路預留不用。TTL輸入輸出口用作輸入用，接的是5路電機的 監控信號，高正常，低報警，剩下3位忽略。設置好控制系統的CAN總線的參數(ACR和掘R等)，存儲到工廠的E爾(M存儲器中。然後同樣的方法安裝5組。 把控制系統連接到C緒總線上，這樣就和遠端的帶CAN總線的操作終端相連。 在遠端操作終端中，選定第1組控制系統，對第1組控制系統發出第1路繼 電器吸合的指令，控制系統接收到指令後動作第1路繼電器，繼電器帶動電機動 作，同時控制板監視第1路電機的監控信號，並每隔1秒通過CAN總線向操作終 端反饋監視的信息。如果監視到電機異常，立即吸合第6和第7路繼電器，告警， 並把告警信息通過CAN總線傳到操作終端。同樣的方法可以控制其它組的其它繼 電器工作。
以RS232總線的應用為例
先把控制系統安裝好，通用控制系統外部電壓輸入為直流9V，繼電器的動 作電壓也為直流9V，接上9V的直流電，開機，觀察IDEL指示燈是否常亮。RS232 連接TC35TS新的GPRS模塊，TTL輸入輸出口做輸入使用，監視8路的電壓，高 正常、低報警。8路繼電器輸出接8路被監視電壓各自對應的出錯後動作的220V， 1A的交流電機。在通用控制系統上利用3個鍵盤輸入GPRS模塊要發送的手機號 碼，存儲到用戶FMM存儲器中(手機號碼要允許用戶修改)。
當控制系統檢測到第3路異常，立即亮起ERR的LED指示燈，同時通過RS232 向GPRS模塊發送相應的代碼發送到指定的手機，同時動作第3路繼電器，帶動 電機工作。
權利要求1、一種通用多路繼電器控制系統，其特徵是包括處理單元及其外圍電路，用於進行信息的集中處理，是控制系統的核心部件，其中外圍電路中設置有工廠用存儲器，用於存儲工廠參數；繼電器控制電路，用於控制繼電器的吸合和釋放、繼電器的隔離輸出；顯示輸出電路，用於控制數碼管和LED指示燈的顯示；TTL信號輸出電路；控制信號輸入電路，用於輸入外部信號，該電路包括CAN總線電路、RS232總線電路、TTL信號輸入電路和按鍵；解碼電路，用於選擇連通繼電器控制電路、顯示輸出電路、TTL信號輸出電路或控制信號輸入電路中的任一電路；用戶用存儲器，用於存儲用戶設置的參數；電源電路和濾波電路，用於提供電源和進行濾波；TTL信號輸入電路的輸出端、TTL電平並口與TTL信號輸出電路的輸入端通過數據線單向連接；處理單元的輸入輸出端與TTL電平並口之間通過數據線雙向連接；處理單元與CAN總線電路之間通過數據線雙向連接；處理單元與RS232總線電路之間通過數據線雙向連接；處理單元與按鍵之間通過數據線單向連接；處理單元的輸出端與繼電器控制電路的輸入端之間通過數據線單向連接；處理單元的輸出端與顯示輸出電路的輸入端之間通過數據線單向連接。
2、 根據權利要求1所述的通用多路繼電器控制系統，其特徵是:所述的RS232 總線電路、用戶存儲器與處理單元之間連接有地址線；所述的C緒總線電路、按 鈕、TTL電平並口、繼電器控制電路、顯示輸出電路通過解碼電路與處理單元之 間連接有地址線。
3、 根據權利要求1或2所述的通用多路繼電器控制系統，其特徵是所述 的TTL並口電路為8位。
4、 根據權利要求1或2所述的通用多路繼電器控制系統，其特徵是所述 的按鍵為3個，用於鍵盤輸入。
5、 根據權利要求1所述的通用多路繼電器控制系統，其特徵是所述的用 戶用存儲器不帶防寫開關的FRAM，工廠用存儲器為帶防寫開關的E2R0M。
專利摘要本實用新型公開了一種通用多路繼電器控制系統，包括處理單元及其外圍電路，用於進行信息的集中處理，是控制系統的核心部件；繼電器控制電路，用於控制繼電器的吸合和釋放、繼電器的隔離輸出；顯示輸出電路，用於控制數碼管和LED指示燈的顯示；TTL信號輸出電路；控制信號輸入電路，用於輸入外部信號，該電路包括CAN總線電路、RS23總線電路、TTL信號輸入電路和按鍵；解碼電路，用於選擇連通繼電器控制電路、顯示輸出電路、TTL信號輸出電路或控制信號輸入電路中的任一電路；用戶用存儲器，用於存儲用戶設置的參數；電源電路和濾波電路，用於提供電源和進行濾波。本實用新型具有節省設計時間、功能完整、使用方便、應用範圍廣的優點。
文檔編號G05B19/04GK201359690SQ20082017156
公開日2009年12月9日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者明 吳, 李建成, 勤 汪 申請人:浙江通普特種車有限公司