樓層集中控制器的製作方法
2023-05-17 15:00:11
專利名稱：樓層集中控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種樓層集中控制器，尤其是一種應用於樓層設備管理、控制和數據的集中上傳領域的樓層集中控制器。
背景技術：
目前在大多數工業控制現場，中央控制器需要連接大量的終端設備，比如電錶，水錶，氣表等。由於種類多，數量大，各種儀表的通信協議不固定，對於中央控制器的設置和編程變得非常複雜；由於中央控制器的接口資源有限，往往將所有終端設備連接到一個通訊接口，如果一個終端設備接口出現故障，往往會造成整個通信網絡癱瘓。同時，有些控制終端比如電氣閥、變頻器，需要開關量或者模擬量的控制，一般中央控制器單元則無法實現遠程開關量或模擬量的控制。這時，就迫切需要有一個設備來整 個樓層的設備進行集中控制。
發明內容
針對上述不足，本發明提供了一種集成度高、可靠性強、配置靈活和維護成本低樓層集中控制器，能夠實現對整個樓層設備的集中控制。為了解決上述存在的技術問題，本發明採用下述技術方案一種樓層集中控制器，其特徵是，包括中央處理器以及分別與之連接的電源轉換單元、數字量輸入單元、數字量輸出單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、通信單元、數據存儲單元和實時時鐘單元；所述電源轉換單元包括AC/DC變換模塊；所述數字量輸入單元包括開關量輸入單元；所述數字量輸出單元包括開關量輸出元；所述模擬量輸入單元包括D/A轉換單元和多路模擬量輸入通道，所述模擬量輸入通道通過D/A轉換單元與中央處理器連接；所述模擬量輸出單元包括A/D轉換單元和多路模擬量輸出通道，所述模擬量輸出通道通過A/D轉換單元與中央處理器連接；所述通信單元包括通信隔離轉換單元、485通信單元和CAN通信單元，所述通信隔離轉換單元分別與中央處理器、485通信單元和CAN通信單元連接。進一步地，還包括隔離單元，所述中央處理器通過隔離單元分別與開關量輸入單元、開關量輸出元、D/A轉換單元和A/D轉換單元連接。進一步地，所述模擬量輸入通道包括4_20mA工業信號輸入通道和0-10V工業信號輸入通道。進一步地，所述模擬量輸出通道包括4_20mA工業信號輸出通道和0-10V工業信號輸出通道。進一步地，所述485通信單元包括支持標準Modbus協議的485主機接口和485從機接口，所述485主機接口有多個，可以通過配置連接多個從機設備，用以採集從機設備數據；所述485從機接口與上位機連接，用以進行數據上傳。進一步地，所述CAN通信單元包括支持CAN Modbus從機協議的CAN從機接口，所述CAN從機接口接入CAN總線與上位機連接。
本發明的有益效果是，採用上述結構後，本發明將通信接口分為主機和從機兩種接口，具有多種類型接口，不僅能夠進行多種數據採集，而且方便連接上位機，實現上位機的遠程控制和數據的上傳功能。本發明實現了整個樓層設備的集中控制，並且能夠有效地將整個樓層設備的數據信息上傳到上位機。
圖I是本發明的原理框圖；圖2是本發明所述CPU控制單元的電路原理圖；圖3是本發明所述數字量輸入單元的電路原理圖；圖4是本發明所述數字量輸出單元的電路原理圖；圖5是本發明所述模擬量輸入單元的電路原理圖；圖6是本發明所述模擬量輸出單元的電路原理圖；圖7是本發明所述485通信單元的電路原理圖；圖8是本發明所述CAN通信單元的電路原理圖；圖9是本發明所述數據存儲單元的電路原理圖；圖10是本發明所述實時時鐘單元的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述如圖I所示，本發明的一種樓層集中控制器，包括中央處理器以及分別與之連接的電源轉換單元、數字量輸入單元、數字量輸出單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、通信單元、數據存儲單元和實時時鐘單元；所述電源轉換單元包括AC/DC變換模塊,將市電電壓轉換為5V直流輸出；所述數字量輸入單元包括開關量輸入單元；所述數字量輸出單元包括開關量輸出元；所述模擬量輸入單元包括D/A轉換單元和多路模擬量輸入通道，所述模擬量輸入通道通過D/A轉換單元與中央處理器連接；所述模擬量輸出單元包括A/D轉換單元和多路模擬量輸出通道，所述模擬量輸出通道通過A/D轉換單元與中央處理器連接；所述通信單元包括通信隔離轉換單元、485通信單元和CAN通信單元，所述通信隔離轉換單元分別與中央處理器、485通信單元和CAN通信單元連接。進一步地，還包括隔離單元，所述中央處理器通過隔離單元分別與開關量輸入單元、開關量輸出元、D/A轉換單元和A/D轉換單元連接，用以進行電氣隔離，提高了整個系統的可靠性。圖2是本發明所述CPU控制單元的電路原理圖。如圖2所示，所述CPU控制單元U200採用的32位ARM晶片STM32F107，運算速度快，性價比高，並提供豐富的常用外設接 口。STM32F107晶片內部集成CAN總線控制器，支持CAN協議2. OA和2. 0B，可以方便的與外部的CAN總線收發器連接，組成CAN通信單元。圖3是本發明所述數字量輸入單元的電路原理圖。如圖3所示，所述數字量輸入單元可以接收24V工業信號，並通過光耦和主控制器隔離，光耦兩邊使用的電源是隔離的，提高輸入信號的可靠性。圖4是本發明所述數字量輸出單元的電路原理圖。如圖4所示，所述數字量輸出單元為繼電器輸出，主處理器的輸出信號通過光耦U2隔離，連接到數字晶片ULN2803，ULN2803晶片為達林頓輸出，直接連接繼電器線圈來驅動繼電器，驅動能力強。圖5是本發明所述模擬量輸入單元的電路原理圖。如圖5所示，所述模擬量輸入採集單元可以接收0-10V電壓和4-20mA電流的工業信號。0-10V電壓信號通過R200和R234分壓後電壓變為0-4V，連接U201A運放的正向輸入端，信號經U201A組成的電壓跟隨器，輸出到後級的模數轉換晶片，完成信號的採樣。4-20mA電壓信號經R218電阻採樣後轉換為0-4V電壓信號，連接U201B運放的正向輸入端，信號經U201B組成的電壓跟隨器，輸出到後級的模數轉換晶片，完成信號的採樣。模數轉換晶片提供SPI接口，經後級的隔離電路跟主控制器連接。圖6是本發明所述模擬量輸出單元的電路原理圖。如圖5所示，所述模擬量輸出單元可以輸出0-10V電壓和4-20mA電流的工業信號；模擬量輸出單元主要採用了一片AD5422數模轉換晶片，可輸出電流範圍4-20mA電流信號和0-10V電壓信號，是一款高集成、低成本、16位解析度的數模轉換器，能夠滿足工業控制需要。圖7是本發明所述485通信單元的電路原理圖。如圖5所示,所述RS485通信單元主要由一片ADM2483晶片組成，該晶片是基於磁隔離技術的隔離型RS-485收發晶片，內部集成了三通道的數字隔離器，節點數可允許多達256個，最高傳輸速率可達500Kbps。D804、D805組成485接口防浪湧保護電路，提高電路的可靠性。所述485通信單元包括支持標準Modbus協議的485主機接口和485從機接口，所述485主機接口有多個，可以通過配置連接多個從機設備，用以採集從機設備數據；所述485從機接口與上位機連接，用以進行數據上傳。圖8是本發明所述CAN通信單元的電路原理圖。如圖5所示,所述CAN通信單元主要由一片SN65HV230晶片組成，該晶片適用於較高通訊速率、良好抗幹擾能力和高可靠性CAN總線的串行通信。所述CAN通信單元包括支持CAN Modbus從機協議的CAN從機接口，所述CAN從機接口接入CAN總線與上位機連接。SN65HV230晶片具有差分收發能力，最高速率可達IMb/s，加之其電氣連接十分簡單，因而具有良好的實用性，廣泛用於汽車、工業自動化、UPS控制等領域。圖9是本發明所述數據存儲單元的電路原理圖。如圖5所示，所述數據存儲單元主要由一片EEPROM組成，將系統運行的配置數據和從機地址列表實時保存。圖10是本發明所述實時時鐘單元的電路原理圖。如圖5所示，所述實時時鐘單元採用高精度、低功耗的實時時鐘晶片DS3231，用來確定當前時間值。該晶片內置晶體振蕩器，提高了長期精確度；該晶片的外部電池輸入引腳連接鋰電池E1，斷開主電源後仍可保持精確的計時。該晶片通過IIC接口與主控制器直接相連。本發明將通信接口分為主機和從機兩種接口。主機接口由多個支持標準Modbus協議的RS485接口組成，用於連接終端設備，每路接口可以進行單獨配置，設置採集地址表，根據採集地址表，進行數據採集。主機RS485接口之間均為電氣隔離，提高了系統的可靠性，當一路出現故障，不會導致整個網絡癱瘓。從機接口提供了 RS485接口和CAN總線、接口兩種連接方式，從機RS485接口支持標準Modbus協議；從機CAN總線接口支持CAN Modbus協議,用於連接上位機,實現上位機的遠程控制和數據的上傳功能。上位機可根據不同的接口，靈活選擇連接方式。同時，每路從機接口之間均電氣隔離，提高了系統的可靠性。 ·
權利要求
1.一種樓層集中控制器，其特徵是，包括中央處理器以及分別與之連接的電源轉換單元、數字量輸入單元、數字量輸出單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、通信單元、數據存儲單元和實時時鐘單元；所述電源轉換單元包括AC/DC變換模塊；所述數字量輸入單元包括開關量輸入單元；所述數字量輸出單元包括開關量輸出元；所述模擬量輸入單元包括D/A轉換單元和多路模擬量輸入通道，所述模擬量輸入通道通過D/A轉換單元與中央處理器連接；所述模擬量輸出單元包括A/D轉換單元和多路模擬量輸出通道，所述模擬量輸出通道通過A/D轉換單元與中央處理器連接；所述通信單元包括通信隔離轉換單元、485通信單元和CAN通信單元，所述通信隔離轉換單元分別與中央處理器、485通信單元和CAN通信單元連接。
2.根據權利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特徵是，還包括隔離單元，所述中央處理器通過隔離單元分別與開關量輸入單元、開關量輸出元、D/A轉換單元和A/D轉換單元連接。
3.根據權利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特徵是，所述模擬量輸入通道包括4-20mA工業信號輸入通道和O-IOV工業信號輸入通道。
4.根據權利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特徵是，所述模擬量輸出通道包括4-20mA工業信號輸出通道和0-10V工業信號輸出通道。
5.根據權利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特徵是，所述485通信單元包括支持標準Modbus協議的485主機接口和485從機接口，所述485主機接口有多個，可以通過配置連接多個從機設備，用以採集從機設備數據；所述485從機接口與上位機連接，用以進行數據上傳。
6.根據權利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特徵是，所述CAN通信單元包括支持CAN Modbus從機協議的CAN從機接口，所述CAN從機接口接入CAN總線與上位機連接。
全文摘要
本發明公開了一種樓層集中控制器，旨在為控制、連接整個樓層的不同設備而設計，它包括中央處理器以及分別與之連接的電源轉換單元、數字量輸入單元、數字量輸出單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、通信單元、數據存儲單元和實時時鐘單元。本發明將通信接口分為主機和從機兩種接口，具有多種類型接口，不僅能夠進行多種數據採集，而且方便連接上位機，實現上位機的遠程控制和數據的上傳功能。本發明實現了整個樓層設備的集中控制，並且能夠有效地將整個樓層設備的數據信息上傳到上位機。
文檔編號G05B19/418GK102722167SQ201210222599
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月30日 優先權日2012年6月30日
發明者李鋼 申請人:李鋼