CN100362533C - 数字量输出装置 - Google Patents

Abstract

一种数字量输出装置，包括输出单元，控制器、无线遥控接收单元、手动遥控控制器以及现场总线接口单元，其中：手动遥控控制器，用于接收用户输入的控制指令，并将其进行编码、调制成高频信号输出；无线遥控接收单元，连接控制器，用以接收手动遥控控制器发射的高频信号，并对其进行解调、解码成控制指令，发送至控制器；控制器，连接输出单元，用以根据所述控制指令控制输出单元的工作；现场总线接口单元，连接控制器，用以将信号转换成控制器能处理的信号后发送至控制器，以便控制器识别由外部控制器件通过现场总线接口单元下发的控制指令。本发明将无线遥控技术和现场总线一起使用，共同数字量的输出，扩大了装置的适用范围。

Description

数字量输出装置

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及数字量输出装置。

背景技术

随着自动化程度的不断提高，越来越多的领域采用自动化控制系统来进行本领域的工业控制。请参阅图1，其为自动化控制系统的一种结构简图。该系统包括主控制器11、数字量输入装置12、模拟量输入装置13、数字量输出装置14和模拟量输出装置15。其中：

主控制器11分别连接数字量输入装置12、模拟量输入装置13、数字量输出装置14和模拟量输出装置15。主控制器11可以与外部其他控制器件相连接，控制本系统各个装置的工作。

数字量输入装置12和模拟量输入装置13是在主控制器11的控制下，将获得的外部数据发送至主控制器11。模拟量输入装置13和数字量输入装置12可以通过各种现场仪表来获得外部数据。

数字量输出装置14和模拟量输出装置15主要是在主控制器11的控制下，将接收到的控制信号转换成实际的信号输出。

上述的数字量输出装置在当今自动化领域应用的非常广泛。自动化控制系统通常都包含数字量输出装置。整个自动化控制系统可以通过主控制器11对数字量输出装置的设置、监视、以达到输出控制目的。

现有的数字量输出装置通常通过某种通信协议(如TCP/IP协议)建立主控制器11和本装置的通讯，进而达到控制数字量输出装置输出的目的。这种方式称为自动控制方式。现有的数字量输出装置通常采用自动控制方式完成主控制器控制本装置的目的。

数字量输出装置的应用领域非常广泛且有些应用非常关键，在紧急时刻通常需要通过手动控制快速改变已经设定的控制。为此，现有技术中还包括具有手动控制方式的数字量输出装置。

请参阅图2，其为具有手动控制方式的数字量输出装置的结构简图。它包括控制器21、设置在控制面板上的触发装置22(如手动端口)及输出电路23。其中，控制器21通过以太网TCP/IP等通信协议与外部控制器件(如主控制器11)连接，以便接收外部控制器件的自动控制，控制器21连接设置在控制面板上的触发装置22，以便接收来自触发装置22的手动控制。控制器21根据接收到的不管手动控制还是自动控制的控制指令，控制输出电路23的输出。

但是，上述数字量输出装置存在以下的缺陷：

第一：有些应用领域非常危险，比如高电压环境，辐射性强等对身体有害且又需要手动临时控制的地方，若采用了上述数字量输出装置，由操作人员直接操作控制面板上的触发装置，将会给操作人员带来安全隐患；

第二：在数字量输出装置上特意留出手控端口，不仅增加接线麻烦，而且长距离弱电接线会大大减弱本装置各个装置的抗干扰性，由此降低了装置的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字量输出装置，以解决现有技术中由于数字量输出装置直接在输出面板上设置触发装置而存在不适用长距离遥控的技术问题。

为解决上述问题，本发明公开了一种数字量输出装置，包括输出单元，其特征在于，还包括控制器无线遥控接收单元手动遥控控制器以及现场总线接口单元，其中：

手动遥控控制器，用于接收用户输入的控制指令，并将其进行编码调制成高频信号输出；

无线遥控接收单元，连接控制器，用以接收手动遥控控制器发射的高频信号，并对其进行解调解码成控制指令，发送至控制器；

控制器，连接输出单元，用以根据所述控制指令控制输出单元的工作；

现场总线接口单元，连接控制器，用以将信号转换成控制器能处理的信号后发送至控制器，以便控制器识别由外部控制器件通过现场总线接口单元下发的控制指令。

所述现场总线接口单元包括CAN现场总线接口单元，所述CAN现场总线单元通过CAN现场总线接口芯片完成高电平和低电平的转化。

所述手动遥控控制器包括触发单元编码单元和调制发射单元，其中：触发单元，用以接收用户输入指令；编码单元，连接触发单元，用以将接收到的指令和识别所述指令合法性的识别码一起进行编码处理；调制发射单元，连接编码单元，用以将编码后的信号调制成高频信号，并通过天线进行发射

其中，编码单元是通过可预烧内码的学习码编码IC实现的，触发单元是通过若干路遥控开关实现的，调制发射单元包括一振荡器。

所述无线遥控接收单元包括解调单元和解码控制单元，其中：解调单元：用以将接收到的高频信号解调成低频信号；解码控制单元，连接解调单元，用以根据识别码判断所述低频信号是否是手动遥控控制器发送的，若是，则从所述低频信号中解码出控制指令发送至主控制器，否则，丢弃所述低频信号。

其中，所述解码控制单元为TDH6300芯片。

所述控制器进一步包括现场总线协议处理子单元缓冲器无线遥控信号处理子单元和数字量输出子单元，其中：现场总线协议处理子单元，用以从现场总线接口单元中获得控制信号，以便控制输出单元的输出；缓冲器，用以保存数字量输出装置的各个组成部件正常工作的各种参数及数字量输出信息；无线遥控信号处理子单元，用以从无线遥控接收单元发送的信号中获得控制信号，以便控制输出单元的输出；数字量输出子单元：用以将控制信号转换成输出单元能识别的控制信号，控制其输出。

所述装置还包括输出状态指示电路，用以指示数字量输出的状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明运用遥控技术与现有的数字量输出装置相结合，开发出了一种具有手动遥控功能的数字量输出装置，使得一些非常危险，比如高电压环境，辐射性强等对身体有害且又需要手动临时控制的地方，操作人员能够通过手动遥控其输出，提高了所述数字量输出装置的适用范围，同时，也减少了给操作人员带来的安全隐患另外，无需在数字量输出装置上特意留出手控端口，不仅减少了接线麻烦，而且也提高了装置的稳定性。

附图说明

图1是自动化控制系统的一种结构简图；

图2是现有技术中具有手动控制方式的数字量输出装置的结构简图；

图3是本发明的数字量输出装置的一种结构示意图；

图4是本发明的数字量输出装置的另一种结构示意图；

图5是CAN现场总线接口单元的电路图；

图6是手动遥控控制器的一种实施例示意图；

图7是本发明采用的一种无线信号编码实施例的波形示意图；

图8是本发明无线遥控接收单元的解码电路示意图；

图9是具有手动和自动控制功能的数字量输出装置的控制器的一种结构示意图；

图10是手动控制数字量输出的方法流程图；

图11是自动化控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

很多技术专家对数字量输出装置进行过改良，比如为了能在紧急情况下迅速控制数据量输出装置，在原有的数字量输出装置增加手柄控制、增加输出端口等。本技术的发明人也经过很长期的实践，发现在紧急情况下，只要能在远距离控制数字量输出，就能增加技术人员的安全系数。为此，本发明人利用了现有的遥控技术来实现远距离手动控制的目的。

请参阅图3，其为本发明的数字量输出装置的一种结构示意图。它包括输出单元23、控制器31、无线遥控接收单元32以及手动遥控控制器33，其中：

手动遥控控制器33，用于接收用户输入的控制指令，并将其进行编码、调制成高频信号输出；

无线遥控接收单元32，连接控制器31，用以接收手动遥控控制器33发射的高频信号，并对其进行解调、解码成控制指令，发送至控制器32；

控制器31，连接输出单元23，用以根据所述控制指令控制输出单元的工作。

举个简单例子，假设控制器3 1控制输出单元23有二种控制方式：控制输出单元“开”以及控制输出单元“关”。对应的控制指令为“00”及“01”，手动遥控控制器33保存两个控制指令及对应的控制方式，并且，设置相应的接收用户输入的输入装置，比如有“开”和“关”两个按钮的触发器。则当手动遥控控制器33接收到用户触发“开”按钮，则将“00”控制指令进行编码，以高频信号发射出去。无线遥控控制器32，接收到高频信号，进行解调、解码最终得到“00”控制指令，将所述“00”控制指令发送至控制器，控制输出单元进行开操作。

从上述的例子可知，本发明能够方便地对数字量输出装置进行手动控制。特别是在一些紧急状态下，用户通过无线遥控接收单元32的输入面板即可快速控制输出。另外，利用遥控技术，能在一定距离(如200m)内控制其数字量输出装置的工作，即使其输出装置安装在一些危险或对人体有害的地方，操作人员也可以通过远距离遥控该装置的工作，从而减少了对操作人员的损害。

上述例子仅为简单说明本发明的数字量输出装置的工作原理，但是本发明的数字量输出装置通常比较复杂，也就是说，上述的例子并非用来局限本发明。

另外，目前数字量输出装置通常采用自动控制方式控制，为此，本发明还提供了一种即可自动控制又可手动遥控控制的数字量输出装置。请参阅图4，其为本发明的数字量输出装置的另一种结构示意图。它包括输出单元23、控制器31、无线遥控接收单元32、手动遥控控制器33以及现场总线接口单元34。现场总线接口单元34连接控制器31，用以将信号转换成控制器31能处理的信号后发送至控制器34，以便控制器34识别由外部控制器件通过现场总线接口单元34下发的控制指令。现场总线接口单元34主要处理总线上信号电平的转换，以此保证本发明的装置与其他装置正常进行通信，以保证取得总线上相应的信息。不同的现场总线具有不同的协议规范，也就有不同的现场总线协议接口单元。

请参阅图5，是CAN现场总线接口单元的电路图。它主要是将把现场总线上的信号转换为控制器31能够处理的信号，同时防止总线上的干扰进入装置的内部电路，以此来保证内部电路正常工作。从图5中可知，它主要包括差分电压电路和一CAN现场总线芯片。该芯片通过二根CAN总线(CAN_H和CAN_L)连接差分电压电路。经过该电路转换，使得外部设备能通过CAN总线协议与控制器31之间的连接。其中，RXDC引线为总线接收导线，传递给控制器31；TXDC引线为总线发送导线。

其中，手动遥控控制器33包括触发单元、编码单元和调制发射单元，其中：

触发单元，用以接收用户输入的控制指令；

编码单元，连接触发单元，用以将接收到的控制指令和识别所述控制指令合法性的识别码一起进行编码处理；

调制发射单元，连接编码单元，用以将编码后的信号调制成高频信号，并通过天线进行发射。

请参阅图6，其为手动遥控控制器的一种实施例示意图。它包括触发单元、编码单元及调制发射单元。其中，触发单元主要包括K1、K2、K3、K4四个遥控按钮，总计可以控制装置15种输出状态。根据具体的输出装置，可以设置不同个数的遥控按钮。另外，触发单元连接用户面板，以接收用户的指示。

编码单元，用以根据触发单元输入的信息得到对应的控制指令，并将该控制指令与本遥控器的识别码一同进行编码。识别码是用以识别控制指令合法性的编码。本实施例中编码单元332采用可预烧内码的学习码编码IC(U1)。

调制发射单元是通过一振荡器或一振荡电路来实现将编码后的信息以高频信号发射出去。

K1，K2，K3，K4为遥控按钮，遥控器可以是电池供电。为了节电，D1，D2保证了只有在有按钮按下遥控时，才为芯片U1供电。R3与芯片U1内部电路组成振荡电路，为芯片提供正常工作时序。芯片U1根据按钮K1---K4的状态，通过芯片内部编码，由TXD脚，经过R2来控制S1声表面波振荡器，S1可为315M或者433M振荡器，以此产生高频信号。高频信号经过Q1，R1，C1，C2放大电路耦合到L1天线上，经过L1天线发射到自由空间。请参阅图7，其为本发明采用的一种无线信号编码实施例的波形示意图。它有三种状态来表示：同步信号，DATA(H)信号，DATA(L)信号。其中OSC CLOCK为U1芯片的工作时钟。按照图7的方式将信号经过编码后，再采用ASK调制方法，发射到自由空间。无线遥控接收单元32将接收到的高频信号经过ASK解调，并按照图7的编码结构进行解码，即可获得控制信号。

以下简单介绍无线遥控接收单元的组成及实现方式。无线遥控接收单元包括解调单元和解码控制单元，其中：

解调单元：用以将接收到的高频信号解调成低频信号；

解码控制单元，连接解调单元，用以根据识别码判断所述低频信号是否是许可的手动遥控控制器发送的，若是，则从所述低频信号中解码出控制指令发送至主控制器，否则，丢弃所述低频信号。

请参阅图8，其为本发明无线遥控接收单元的解码电路示意图。该图包括无线接收信号解码电路和遥控器识别码对比电路。无线接收信号解码电路可以通过一处理器来实现。所述处理器是指可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件为CPU、MPU、DSP、PLD、FPGA中的其中之一。本实施例中，无线接收信号解码电路通过TDH6300来实现。集成芯片TDH6300的MCLR脚外接的10K电阻和104电容组成上电复位电路。L/M SEL脚的上拉或者下拉接法决定输出数据D0，D1，D2，D3的输出模式。学习按钮的功能是指示学习遥控器的识别码，当按下学习按钮后，在规定的时间(如30s)内，芯片将记住接收到遥控信号的识别码，这样就可以学习记忆遥控器，而任何没有被学习记忆的遥控器对该芯片不起遥控作用，该电路可以记忆多达40组不同的遥控器。芯片的RFIN脚外接高频接收电路，高频接收电路将接收到的高频信号去掉载波，恢复成低频信号，传递给芯片，以供芯片进一步处理。芯片将RFIN脚接收到的低频信号进行同步处理，解码处理，识别码对照处理，然后通过遥控器识别码对比电路将遥控器的按钮状态显示在D0，D1，D2，D3脚上，把这4只芯片脚连接到CPU芯片上，CPU就可以根据其状态进一步处理，来控制数字量输出，这样就达到手动遥控控制数字量输出功能。

请参阅图9，其为具有手动和自动控制功能的数字量输出装置的控制器的一种结构示意图。所述控制器进一步包括现场总线协议处理子单元311、缓冲器312、无线遥控信号处理子单元313和数字量输出子单元314，其中：

现场总线协议处理子单元311，用以从现场总线接口单元中获得控制信号，以便控制输出单元的输出，同时按着协议规定完成协议通信；

缓冲器312，用以保存数字量输出装置的各个组成部件正常工作的各种参数及数字量输出信息；

无线遥控信号处理子单元313，用以从无线遥控接收单元发送的信号中获得控制信号，以便控制输出单元的输出；

数字量输出子单元314：用以将控制信号转换成输出单元能识别的控制信号，控制其输出。

本发明还提供了一种手动控制数字量输出的方法(请参阅图10)，包括：

S110：手动遥控控制器接收用户输入的控制信号，并其将与识别码一起进行编码、解制成高频信号进行发送；

S120：无线遥控接收单元接收所述高频信号，调制成低频信号，并将其信号进行解码处理；

S130：判断解码后的数据中识别码是否有效，若是，则从中获得控制指令，发送至控制器，否则，丢弃数据；

S140：控制器根据所述控制指令控制输出单元的输出。

基于上述具有手动遥控和自动控制功能的数字量输出装置，本发明还提供了一种包括上述数字量输出装置的自动化控制系统。请参阅图11，其为自动化控制系统的结构示意图。它包括：主控制器1、数字量输入装置2、模拟量输入装置3、数字量输出装置4、模拟量输出装置5、数字量输入输出混合装置6。这些装置之间可以通过现场总线通信的。

主控制器1：主要在上位机和下面的IO装置起着桥梁的作用，主控制器与下面IO装置是通过现场总线通信的，与上位机是通过TCP/IP协议通信的。它同时储存了上位机对下面IO装置的配置信息和控制信息，同时通过现场总线对下面IO装置进行信息传递，保存各IO装置的状态信息以供上位机查询。

数字量输入装置2：按着上位机的配置对外部数字量信息进行查询，同时把信息通过现场总线传给主控制器，以供上位机查询。

模拟量输入装置3：按着上位机的配置对外部模拟量信息进行查询，把模拟量信息转化成数字量信息，同时把数字量信息通过现场总线传给主控制器，以供上位机查询。

数字量输出装置4：主控制器把上位机对本装置的数字量控制信息，通过现场总线传给本装置，本装置按着取得的信息来控制数字量输出。数字量输出装置有多种不同的装置，具有现场总线通信和手动遥控控制的数字量输出装置是数字量其中一种。按着现场总线的不同，具有现场总线通信和手动遥控控制的数字量输出装置又有支持各种不同现场总线的多种装置。本发明要保护的是指包含具有手动遥控功能的数字量输出装置的自动化控制系统。

模拟量输出装置5：主控制器把上位机对本装置的模拟量输出控制信息，通过现场总线传给本装置，本装置把取得的输出信息转换成实际模拟信号输出。

数字量输入输出混合装置6：本装置按着上位机的要求查询外部数字量状态，把这些状态通过现场总线传给主控制器，以供上位机查询，同时从主控制器取得数字量输出信息，来控制输出电路。

上述自动化控制系统使用的数字量输出装置可以单独作为具有现场总线通信的数字量输出装置，也可以单独作为具有手动遥控控制的数字量输出装置，也可以作为同时具有现场总线通信和手动遥控控制的数字量输出的装置，扩大了装置的适用范围，方便了用户的使用。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种数字量输出装置，包括输出单元，其特征在于，还包括控制器、无线遥控接收单元、手动遥控控制器以及现场总线接口单元，其中：

手动遥控控制器，用于接收用户输入的控制指令，并将其进行编码、调制成高频信号输出；

无线遥控接收单元，连接控制器，用以接收手动遥控控制器发射的高频信号，并对其进行解调、解码成控制指令，发送至控制器；

控制器，连接输出单元，用以根据所述控制指令控制输出单元的工作；

现场总线接口单元，连接控制器，用以将信号转换成控制器能处理的信号后发送至控制器，以便控制器识别由外部控制器件通过现场总线接口单元下发的控制指令。

2.如权利要求1所述的数字量输出装置，其特征在于，所述现场总线接口单元包括CAN现场总线接口单元，所述CAN现场总线单元通过CAN现场总线芯片完成高电平和低电平的转化。

3.如权利要求1所述的数字量输出装置，其特征在于，所述手动遥控控制器包括触发单元、编码单元和调制发射单元，其中：

触发单元，用以接收用户输入指令；

编码单元，连接触发单元，用以将接收到的指令和识别所述指令合法性的识别码一起进行编码处理；

调制发射单元，连接编码单元，用以将编码后的信号调制成高频信号，并通过天线进行发射。

4.如权利要求3所述的数字量输出装置，其特征在于，编码单元是通过可预烧内码的学习码编码IC实现的，触发单元是通过若干路遥控开关实现的，调制发射单元包括一振荡器。

5.如权利要求3所述的数字量输出装置，其特征在于，所述无线遥控接收单元包括解调单元和解码控制单元，其中：

解调单元：用以将接收到的高频信号解调成低频信号；

解码控制单元，连接解调单元，用以根据识别码判断所述低频信号是否是手动遥控控制器发送的，若是，则从所述低频信号中解码出控制指令发送至主控制器，否则，丢弃所述低频信号。

6.如权利要求5所述的数字量输出装置，其特征在于，所述解码控制单元为TDH6300芯片。

7.如权利要求1所述的数字量输出装置，其特征在于，所述控制器进一步包括现场总线协议处理子单元、缓冲器、无线遥控信号处理子单元和数字量输出子单元，其中：

现场总线协议处理子单元，用以从现场总线接口单元中获得控制信号，以便控制输出单元的输出；

缓冲器，用以保存数字量输出装置的各个组成部件正常工作的各种参数及数字量输出信息；

无线遥控信号处理子单元，用以从无线遥控接收单元发送的信号中获得控制信号，以便控制输出单元的输出；

数字量输出子单元：用以将控制信号转换成输出单元能识别的控制信号，控制其输出。

8.如权利要求1所述的数字量输出装置，其特征在于，所述装置还包括输出状态指示电路，用以指示数字量输出的状态。

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