CN104267651A - 基于总线通讯的数字量输入输出模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于总线通讯的数字量输入输出模块，包括主电路模块，所述主电路模块包括控制器模块、低压交流整流滤波模块、控制器供电电路模块、光耦隔离电路供电模块、数字量输入输出光耦隔离模块以及RS485收发模块；本发明基于BACnet的数字输入输出模块的数字量输入接口可以外接如限位开关，数字量传感器、中间继电器等数字量信号，数字量输出接口可控制输出继电器等设备，由于基于BACnet开放标准协议，BACnet网络上所有的设备都可以方便的访问该数字量输入输出模块，从而可以获取模块所接数字量输入设备的状态信息，亦可控制该模块的数字量输出，具有通用性强、适用范围广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及楼宇自控系统技术领域，具体地，涉及一种基于总线通讯的数字量输入输出模块。
背景技术
计算机技术和微处理器的快速发展，产生了直接数字控制技术DDC，DDC技术在楼宇自控系统的应用极大地提高了楼宇设备的效率，并简化了楼宇设备的运行和维护，逐渐发展成了楼宇设备的自控系统。但在很长的一段时间内各厂家的楼宇自控系统所用的通讯协议都是厂家自身专有，只能和厂家自有设备进行操作。限制了行业发展，为了推动楼宇自控系统更好的发展，减少楼宇自控系统的维护的工作量，制定开放、统一的通讯协议标准就成了必然。
1987年在纽约召开了由楼宇自控领域专家组成的关于“标准化能量管理系统协议”的圆桌会议，在美国供热、制冷与空气调节工程师学会ASHRAE的资助下经过了8年的努力于1995年发布了正式的开放标准BACnet，统一了楼宇自控系统的开放性标准。
BACnet将一个楼控设备抽象成一个Device对象，由于往往一个楼控设备中包含了很多功能，如数字量输入，数字量输出(二进制输入输出)，模拟量输入输出，计时功能等等。BACnet将这些功能抽象成了许多标准对象，如数字量输入可以抽象为Binary Input对象，数字量输出可以抽象为Binary Output对象等，BACnet对象允许进行第三方扩展。BACnet物理层可基于以太网，RS485总线，ARCnet和LonTalk。
进入网络时代，楼宇自控系统互操作能力更加重要。ASHRAE于2000年发布了有关设计DDC系统的标准(ASHRAE指南13-2000，DDC系统说明与设计)。该指南用于设计互操作DDC系统的开放性标准，对楼宇自控系统起着规范和指导的作用。该标准内容包括DDC系统的体系结构、输入/输出结构、通信、程序配置、系统测试和文档等所有内容，定义五个互操作域(Interoperability Area)：数据共享，报警和时间管理、时间表，趋势以及设备和网络管理。使得楼宇自控系统向着标准更加统一，更加开放的方向发展。
我国已加入世贸组织，知识产权将会在各行各业越来越受重视。研究开放性BACnet标准，开发具有自主产权且符合国际标准的BACnet产品并产业化，将在我国具有重大的现实意义。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于总线通讯的数字量输入输出模块。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于总线通讯的数字量输入输出模块，包括主电路模块，所述主电路模块包括控制器模块、低压交流整流滤波模块、控制器供电电路模块、光耦隔离电路供电模块、数字量输入输出光耦隔离模块以及RS485收发模块；其中：
所述低压交流整流滤波模块与外部电源相连接，并将外部24V交流电整流滤波形成两路无高频分量的直流电，其中一路直流电通过控制器供电电路模块分别与控制器模块和RS485收发模块相连接，另一路直流电通过光耦隔离电路供电模块与数字量输入输出光耦隔离模块相连接；
所述RS485收发模块包括：RS485总线发送模块、RS485总线接收模块和RS485收发控制模块，其中，RS485总线发送模块和RS485总线接收模块分别通过RS485收发控制模块与BACnet RS485总线通讯连接；
所述数字量输入输出光耦隔离模块包括数字量输入光耦隔离模块和数字量输出光耦隔离模块；
所述数字量输入光耦隔离模块、数字量输出光耦隔离模块、RS485总线发送模块和RS485总线接收模块分别与控制器模块相连接。
优选地，还包括如下任一个或任多个模块：
-电源指示灯模块，设置于低压交流整流滤波模块的输出端；
-数字量输出指示灯模块，与控制器模块相连接；
-RS485收发指示灯模块，与RS485收发控制模块相连接；
-在线调试接口电路，与控制器模块相连接；
-BACnet通讯速率设置模块，与控制器模块相连接；
-BACnet通讯地址设置模块，与控制器模块相连接；
优选地，所述控制器模块采用基于cortex-m3架构内核的32位微处理器STM32F103。
本发明提供的基于总线通讯的数字量输入输出模块，基于BACnet控制器级别下的BACnet RS485总线令牌网网络，所有的通信都通过RS485收发模块与总线通信。RS485总线接收模块接收来自BACnet RS485总线上其他设备发来的应用层服务请求或者广播，传达给控制器模块STM32F103，经过其中运行的BACnet协议处理后，如果需要应答，则在控制器模块获得令牌时将应答报文通过RS485总线发送模块发送至BACnet RS485总线，以实现允许其他BACnet设备对本发明提供的数字量输入输出模块数字量输入输出信号的读取和控制。由于RS485是半双工工作，为了避免碰撞，所以必须要通过RS485收发控制模块进行收发控制，RS485收发状态和数字量输出的打开和关闭状态通过各自的指示灯电路实现指示。
BACnet通讯速率设置模块和BACnet通讯地址设置模块用于修改模块BACnet通讯速率和通讯地址，使得本发明提供的数字量输入输出模块可以灵活的匹配当前所在的BACnet RS485通讯网络。在线调试接口用于方便之后的Firmware固件的更新，以方便功能的增强。
数字量输入输出隔离光藕用于使得本发明提供的数字量输入输出模块与外接器件实现电气隔离，进而保护模块和外接的数字量输入输出设备，数字量输入输出光耦隔离电路的一端和外部器件相连，另一端和控制器模块STM32F103对应的引脚相连。数字量输入信号的变化可以被另一端的STM32f103的引脚侦测到，送到STM32F103微处理器进行处理，其它的BACnet设备通过BACnet协议就能够得到其最新得状态值。同理，BACnet设备也可以通过BACnet通讯对模块的数字量输出进行控制，由STM32F103微处理器对应的引脚输出至数字量输出隔离光耦，以控制外部器件的闭合和断开。
与现有技术相比，本发明具有如下有意效果：
1、由于BACnet通讯协议具有可扩展的丰富的楼控设备标准对象、标准应用层服务、和厂商间的互操作标准性的特点，因此，只要设计的楼控设备符合BACnet协议，则可以完全和其他厂商的BACnet设备相互兼容和互相通信；而本发明基于BACnet的数字输入输出模块的数字量输入接口可以外接如限位开关，数字量传感器、中间继电器等数字量信号，数字量输出接口可控制输出继电器等设备，由于基于BACnet开放标准协议，所以BACnet网络上所有的设备都可以方便的访问该数字量输入输出模块，从而可以获取模块所接数字量输入设备的状态信息，亦可控制该模块的数字量输出，具有通用性强、适用范围广的优势，具有高开放性的特点；
2、由于控制器模块采用基于32位cortex-m3的微处理器，所以具有性能稳定可靠、高性价比的特点；
3、本发明可以广泛应用于大型交通枢纽、大楼建筑、别墅、商场建筑等中大型建筑范围和节能事业中。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明整体结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本实施例提供了一种基于总线通讯的数字量输入输出模块，包括主电路模块，所述主电路模块包括控制器模块、低压交流整流滤波模块、控制器供电电路模块、光耦隔离电路供电模块、数字量输入输出光耦隔离模块以及RS485收发模块；其中：
所述低压交流整流滤波模块与外部电源相连接，并将外部24V交流电整流滤波形成两路无高频分量的直流电，其中一路直流电通过控制器供电电路模块分别与控制器模块和RS485收发模块相连接，另一路直流电通过光耦隔离电路供电模块与数字量输入输出光耦隔离模块相连接；
所述RS485收发模块包括：RS485总线发送模块、RS485总线接收模块和RS485收发控制模块，其中，RS485总线发送模块和RS485总线接收模块分别通过RS485收发控制模块与BACnet RS485总线通讯连接；
所述数字量输入输出光耦隔离模块包括数字量输入光耦隔离模块和数字量输出光耦隔离模块；
所述数字量输入光耦隔离模块、数字量输出光耦隔离模块、RS485总线发送模块和RS485总线接收模块分别与控制器模块相连接。
进一步地，还包括如下任一个或任多个模块：
-电源指示灯模块，设置于低压交流整流滤波模块的输出端；
-数字量输出指示灯模块，与控制器模块相连接；
-RS485收发指示灯模块，与RS485收发控制模块相连接；
-在线调试接口电路，与控制器模块相连接；
-BACnet通讯速率设置模块，与控制器模块相连接；
-BACnet通讯地址设置模块，与控制器模块相连接；
进一步地，所述控制器模块采用基于cortex-m3架构内核的32位微处理器STM32F103。
具体为：
本实施例提供的基于总线通讯的数字量输入输出模块，基于BACnet通讯协议，主电路模块包括一个32位基于cortex-m3架构内核的控制器STM32F103、低压交流整流滤波模块、控制器供电电路模块、数字量输入输出光耦隔离电路供电模块、数字量输入光耦隔离模块、数字量输出光耦隔离模块、RS485总线发送模块、RS485总线接收模块、RS485收发控制模块、电源指示灯模块、数字量输出指示灯模块、RS485收发指示灯模块、在线调试接口电路、BACnet通讯速率设置模块以及BACnet通讯地址设置模块。
交流24V经过低压交流整流滤波模块分出两路无高频分量的直流电源，分别给32位控制器、RS485收发模块、数字量输入输出光耦隔离模块供电。
STM32F103控制器实现对BACnet协议报文的处理、数字量输入信号的处理及控制数字量信号的输出。
BACnet通讯协议的优势：可扩展的丰富的楼控设备标准对象、标准应用层服务、和厂商间的互操作标准性，因此只要设计的楼控设备符合BACnet协议，则可以完全和其他厂商的BACnet设备相互兼容和互相通信。基于BACnet的数字输入输出模块的数字量输入接口可以外接如限位开关，数字量传感器、中间继电器等数字量信号，数字量输出接口可控制输出继电器等设备。由于基于BACnet开放标准协议，所以BACnet网络上所有的设备都可以方便的访问该数字量输入输出模块，从而可以获取模块所接数字量输入设备的状态信息，亦可控制该模块的数字量输出，所以具有通用性强、适用范围广的优势。同时由于基于32位cortex-m3微处理器，所以有性能稳定可靠、高性价比的特点。
低压交流整流滤波模块将AC24V经过整流滤波，提供出两个无高频分量的直流电电源，分别通过控制器供电模块和光耦隔离模块供电模块，其中，前者供电给控制器模块和RS485收发模块，后者为数字量输入输出光耦隔离电路供电。
因为本实施例是基于BACnet控制器级别下的BACnet RS485总线令牌网网络，所以所有的通信都通过RS485收发模块与总线通信。RS485接收模块接收来自RS485总线上其他设备发来的应用层服务请求或者广播，传达给STM32F103，经过其中运行的BACnet协议处理后，如果需要应答，则在该模块获得令牌时将应答报文通过RS485发送模块发送至RS485总线。以实现允许其他BACnet设备对本实施例数字量输入输出信号的读取和控制。由于RS485是半双工工作，为了避免碰撞，所以必须要进行收发控制。RS485收发状态和数字量输出的打开和关闭状态都有指示灯电路实现指示。
BACnet通讯速率设置模块和BACnet通讯地址设置模块可以修改模块BACnet通讯速率和通讯地址，使得本实施例可以灵活的匹配当前所在的BACnet RS485通讯网络。在线调试接口可以方便之后的Firmware固件的更新，以方便功能的增强。
数字量输入输出隔离光藕可以使得本实施例和外接器件实现电气隔离，用于保护模块和外接的数字量输入输出设备，数字量输入输出光耦隔离电路的一端和外部器件相连，另一端和STM32F103对应的引脚相连。数字量输入信号的变化可以被另一端的STM32f103的引脚侦测到，送到STM32F103控制器进行处理，其它的BACnet设备通过BACnet协议就能够得到其最新得状态值。同理，BACnet设备也可以通过BACnet通讯对模块的数字量输出进行控制，由STM32F103对应的引脚输出至数字量输出隔离光耦，以控制外部器件的闭合和断开。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (3)
1.一种基于总线通讯的数字量输入输出模块，其特征在于，包括主电路模块，所述主电路模块包括控制器模块、低压交流整流滤波模块、控制器供电电路模块、光耦隔离电路供电模块、数字量输入输出光耦隔离模块以及RS485收发模块；其中：
所述低压交流整流滤波模块与外部电源相连接，并将外部24V交流电整流滤波形成两路无高频分量的直流电，其中一路直流电通过控制器供电电路模块分别与控制器模块和RS485收发模块相连接，另一路直流电通过光耦隔离电路供电模块与数字量输入输出光耦隔离模块相连接；
所述RS485收发模块包括：RS485总线发送模块、RS485总线接收模块和RS485收发控制模块，其中，RS485总线发送模块和RS485总线接收模块分别通过RS485收发控制模块与BACnet RS485总线通讯连接；
所述数字量输入输出光耦隔离模块包括数字量输入光耦隔离模块和数字量输出光耦隔离模块；
所述数字量输入光耦隔离模块、数字量输出光耦隔离模块、RS485总线发送模块和RS485总线接收模块分别与控制器模块相连接。
2.根据权利要求1所述的基于总线通讯的数字量输入输出模块，其特征在于，还包括如下任一个或任多个模块：
电源指示灯模块，设置于低压交流整流滤波模块的输出端；
数字量输出指示灯模块，与控制器模块相连接；
RS485收发指示灯模块，与RS485收发控制模块相连接；
在线调试接口电路，与控制器模块相连接；
BACnet通讯速率设置模块，与控制器模块相连接；
BACnet通讯地址设置模块，与控制器模块相连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于总线通讯的数字量输入输出模块，其特征在于，所述控制器模块采用基于cortex-m3架构内核的32位微处理器STM32F103。
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