專利名稱：樓層集中控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樓層集中控制器，尤其是一種應(yīng)用于樓層設(shè)備管理、控制和數(shù)據(jù)的集中上傳領(lǐng)域的樓層集中控制器。
背景技術(shù)：
目前在大多數(shù)工業(yè)控制現(xiàn)場，中央控制器需要連接大量的終端設(shè)備，比如電表，水表，氣表等。由于種類多，數(shù)量大，各種儀表的通信協(xié)議不固定，對于中央控制器的設(shè)置和編程變得非常復(fù)雜；由于中央控制器的接口資源有限，往往將所有終端設(shè)備連接到一個(gè)通訊接口，如果一個(gè)終端設(shè)備接口出現(xiàn)故障，往往會造成整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓。同時(shí)，有些控制終端比如電氣閥、變頻器，需要開關(guān)量或者模擬量的控制，一般中央控制器單元則無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)量或模擬量的控制。這時(shí)，就迫切需要有一個(gè)設(shè)備來整 個(gè)樓層的設(shè)備進(jìn)行集中控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述不足，本發(fā)明提供了一種集成度高、可靠性強(qiáng)、配置靈活和維護(hù)成本低樓層集中控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)樓層設(shè)備的集中控制。為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種樓層集中控制器，其特征是，包括中央處理器以及分別與之連接的電源轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字量輸入單元、數(shù)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(shù)據(jù)存儲單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元；所述電源轉(zhuǎn)換單元包括AC/DC變換模塊；所述數(shù)字量輸入單元包括開關(guān)量輸入單元；所述數(shù)字量輸出單元包括開關(guān)量輸出元；所述模擬量輸入單元包括D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換單元與中央處理器連接；所述通信單元包括通信隔離轉(zhuǎn)換單元、485通信單元和CAN通信單元，所述通信隔離轉(zhuǎn)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(jìn)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(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出元、D/A轉(zhuǎn)換單元和A/D轉(zhuǎn)換單元連接。進(jìn)一步地，所述模擬量輸入通道包括4_20mA工業(yè)信號輸入通道和0-10V工業(yè)信號輸入通道。進(jìn)一步地，所述模擬量輸出通道包括4_20mA工業(yè)信號輸出通道和0-10V工業(yè)信號輸出通道。進(jìn)一步地，所述485通信單元包括支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議的485主機(jī)接口和485從機(jī)接口，所述485主機(jī)接口有多個(gè)，可以通過配置連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備，用以采集從機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)；所述485從機(jī)接口與上位機(jī)連接，用以進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。進(jìn)一步地，所述CAN通信單元包括支持CAN Modbus從機(jī)協(xié)議的CAN從機(jī)接口，所述CAN從機(jī)接口接入CAN總線與上位機(jī)連接。
本發(fā)明的有益效果是，采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明將通信接口分為主機(jī)和從機(jī)兩種接口，具有多種類型接口，不僅能夠進(jìn)行多種數(shù)據(jù)采集，而且方便連接上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)的上傳功能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了整個(gè)樓層設(shè)備的集中控制，并且能夠有效地將整個(gè)樓層設(shè)備的數(shù)據(jù)信息上傳到上位機(jī)。


圖I是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明所述CPU控制單元的電路原理圖；圖3是本發(fā)明所述數(shù)字量輸入單元的電路原理圖；圖4是本發(fā)明所述數(shù)字量輸出單元的電路原理圖；圖5是本發(fā)明所述模擬量輸入單元的電路原理圖；圖6是本發(fā)明所述模擬量輸出單元的電路原理圖；圖7是本發(fā)明所述485通信單元的電路原理圖；圖8是本發(fā)明所述CAN通信單元的電路原理圖；圖9是本發(fā)明所述數(shù)據(jù)存儲單元的電路原理圖；圖10是本發(fā)明所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖I所示，本發(fā)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(zhuǎn)換單元、數(shù)字量輸入單元、數(shù)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(shù)據(jù)存儲單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元；所述電源轉(zhuǎn)換單元包括AC/DC變換模塊,將市電電壓轉(zhuǎn)換為5V直流輸出；所述數(shù)字量輸入單元包括開關(guān)量輸入單元；所述數(shù)字量輸出單元包括開關(guān)量輸出元；所述模擬量輸入單元包括D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換單元與中央處理器連接；所述通信單元包括通信隔離轉(zhuǎn)換單元、485通信單元和CAN通信單元，所述通信隔離轉(zhuǎn)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(jìn)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(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出元、D/A轉(zhuǎn)換單元和A/D轉(zhuǎn)換單元連接，用以進(jìn)行電氣隔離，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。圖2是本發(fā)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采用的32位ARM芯片STM32F107，運(yùn)算速度快，性價(jià)比高，并提供豐富的常用外設(shè)接 口。STM32F107芯片內(nèi)部集成CAN總線控制器，支持CAN協(xié)議2. OA和2. 0B，可以方便的與外部的CAN總線收發(fā)器連接，組成CAN通信單元。圖3是本發(fā)明所述數(shù)字量輸入單元的電路原理圖。如圖3所示，所述數(shù)字量輸入單元可以接收24V工業(yè)信號，并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(fā)明所述數(shù)字量輸出單元的電路原理圖。如圖4所示，所述數(shù)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(shù)字芯片ULN2803，ULN2803芯片為達(dá)林頓輸出，直接連接繼電器線圈來驅(qū)動繼電器，驅(qū)動能力強(qiáng)。圖5是本發(fā)明所述模擬量輸入單元的電路原理圖。如圖5所示，所述模擬量輸入采集單元可以接收0-10V電壓和4-20mA電流的工業(yè)信號。0-10V電壓信號通過R200和R234分壓后電壓變?yōu)?-4V，連接U201A運(yùn)放的正向輸入端，信號經(jīng)U201A組成的電壓跟隨器，輸出到后級的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，完成信號的采樣。4-20mA電壓信號經(jīng)R218電阻采樣后轉(zhuǎn)換為0-4V電壓信號，連接U201B運(yùn)放的正向輸入端，信號經(jīng)U201B組成的電壓跟隨器，輸出到后級的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，完成信號的采樣。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供SPI接口，經(jīng)后級的隔離電路跟主控制器連接。圖6是本發(fā)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(yè)信號；模擬量輸出單元主要采用了一片AD5422數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，可輸出電流范圍4-20mA電流信號和0-10V電壓信號，是一款高集成、低成本、16位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，能夠滿足工業(yè)控制需要。圖7是本發(fā)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芯片組成，該芯片是基于磁隔離技術(shù)的隔離型RS-485收發(fā)芯片，內(nèi)部集成了三通道的數(shù)字隔離器，節(jié)點(diǎn)數(shù)可允許多達(dá)256個(gè)，最高傳輸速率可達(dá)500Kbps。D804、D805組成485接口防浪涌保護(hù)電路，提高電路的可靠性。所述485通信單元包括支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議的485主機(jī)接口和485從機(jī)接口，所述485主機(jī)接口有多個(gè)，可以通過配置連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備，用以采集從機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)；所述485從機(jī)接口與上位機(jī)連接，用以進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。圖8是本發(fā)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芯片組成，該芯片適用于較高通訊速率、良好抗干擾能力和高可靠性CAN總線的串行通信。所述CAN通信單元包括支持CAN Modbus從機(jī)協(xié)議的CAN從機(jī)接口，所述CAN從機(jī)接口接入CAN總線與上位機(jī)連接。SN65HV230芯片具有差分收發(fā)能力，最高速率可達(dá)IMb/s，加之其電氣連接十分簡單，因而具有良好的實(shí)用性，廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領(lǐng)域。圖9是本發(fā)明所述數(shù)據(jù)存儲單元的電路原理圖。如圖5所示，所述數(shù)據(jù)存儲單元主要由一片EEPROM組成，將系統(tǒng)運(yùn)行的配置數(shù)據(jù)和從機(jī)地址列表實(shí)時(shí)保存。圖10是本發(fā)明所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元的電路原理圖。如圖5所示，所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元采用高精度、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS3231，用來確定當(dāng)前時(shí)間值。該芯片內(nèi)置晶體振蕩器，提高了長期精確度；該芯片的外部電池輸入引腳連接鋰電池E1，斷開主電源后仍可保持精確的計(jì)時(shí)。該芯片通過IIC接口與主控制器直接相連。本發(fā)明將通信接口分為主機(jī)和從機(jī)兩種接口。主機(jī)接口由多個(gè)支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議的RS485接口組成，用于連接終端設(shè)備，每路接口可以進(jìn)行單獨(dú)配置，設(shè)置采集地址表，根據(jù)采集地址表，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主機(jī)RS485接口之間均為電氣隔離，提高了系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)一路出現(xiàn)故障，不會導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。從機(jī)接口提供了 RS485接口和CAN總線、接口兩種連接方式，從機(jī)RS485接口支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議；從機(jī)CAN總線接口支持CAN Modbus協(xié)議,用于連接上位機(jī),實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)的上傳功能。上位機(jī)可根據(jù)不同的接口，靈活選擇連接方式。同時(shí)，每路從機(jī)接口之間均電氣隔離，提高了系統(tǒng)的可靠性。 ·
權(quán)利要求
1.一種樓層集中控制器，其特征是，包括中央處理器以及分別與之連接的電源轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字量輸入單元、數(shù)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(shù)據(jù)存儲單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元；所述電源轉(zhuǎn)換單元包括AC/DC變換模塊；所述數(shù)字量輸入單元包括開關(guān)量輸入單元；所述數(shù)字量輸出單元包括開關(guān)量輸出元；所述模擬量輸入單元包括D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換單元與中央處理器連接；所述通信單元包括通信隔離轉(zhuǎn)換單元、485通信單元和CAN通信單元，所述通信隔離轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特征是，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(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出元、D/A轉(zhuǎn)換單元和A/D轉(zhuǎn)換單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特征是，所述模擬量輸入通道包括4-20mA工業(yè)信號輸入通道和O-IOV工業(yè)信號輸入通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特征是，所述模擬量輸出通道包括4-20mA工業(yè)信號輸出通道和0-10V工業(yè)信號輸出通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特征是，所述485通信單元包括支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議的485主機(jī)接口和485從機(jī)接口，所述485主機(jī)接口有多個(gè)，可以通過配置連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備，用以采集從機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)；所述485從機(jī)接口與上位機(jī)連接，用以進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種樓層集中控制器，其特征是，所述CAN通信單元包括支持CAN Modbus從機(jī)協(xié)議的CAN從機(jī)接口，所述CAN從機(jī)接口接入CAN總線與上位機(jī)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種樓層集中控制器，旨在為控制、連接整個(gè)樓層的不同設(shè)備而設(shè)計(jì)，它包括中央處理器以及分別與之連接的電源轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字量輸入單元、數(shù)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(shù)據(jù)存儲單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元。本發(fā)明將通信接口分為主機(jī)和從機(jī)兩種接口，具有多種類型接口，不僅能夠進(jìn)行多種數(shù)據(jù)采集，而且方便連接上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)的上傳功能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了整個(gè)樓層設(shè)備的集中控制，并且能夠有效地將整個(gè)樓層設(shè)備的數(shù)據(jù)信息上傳到上位機(jī)。
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(yōu)先權(quán)日2012年6月30日
發(fā)明者李鋼 申請人:李鋼