CN106647507A - 一种控制器及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种控制器及控制系统,该控制器包括:无线通信模块、有线通信模块、单片机、第一输出模块及第二输出模块;其中,所述无线通信模块通过无线通信接收第一控制指令,所述单片机依据所述第一控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作;所述有线通信模块通过有线通信接收第二控制指令,所述单片机依据所述第二控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作。本发明提供的控制器通过设置无线通信模块及有线通信模块,同时实现了对所述控制器的远程无线控制和有线控制,且结构简单,成本低,且该控制系统包括该控制器,具有结构简单,操作方便的特点。

Description

一种控制器及控制系统
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域,更具体地说,涉及一种控制器及控制系统。
背景技术
随着科学技术的不断发展,物联网已成为新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。
其中,物联网的定义为物物相连的互联网,也就是说,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上延伸和扩展的网络,并将用户端延伸和扩展至任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。
在物联网通信系统中,现有技术采用PLC可编程逻辑控制器,该PLC可编程逻辑控制器是一种采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,该PLC可编程逻辑控制器包括:电源、中央处理单元CPU、存储器、输入输出接口电路、功能模块及通信模块,为了进一步提高PLC可编程逻辑控制器的可靠性,对于有些PLC可编程逻辑控制器需采用双中央处理单元CPU,或三中央处理单元CPU的系统。
但是,PLC可编程逻辑控制器的制作成本会很高,且PLC可编程逻辑控制器针对不同的产品采用的是不同的PLC编程语言,会有一定的局限性,且PLC可编程逻辑控制器只具备有线控制功能。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种控制器及控制系统,该控制器同时实现了被远程无线控制和有线控制的两种控制方式,且结构简单,成本低,该控制系统包括该控制器,具有结构简单,操作方便的特点。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种控制器,所述控制器包括:无线通信模块、有线通信模块、单片机、第一输出模块及第二输出模块;
其中,所述无线通信模块通过无线通信接收第一控制指令,所述单片机依据所述第一控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作;
所述有线通信模块通过有线通信接收第二控制指令,所述单片机依据所述第二控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作。
优选的,在上述控制器中,所述无线通信模块为:Zigbee无线通信模块。
优选的,在上述控制器中,所述有线通信模块为:RS485有线通信模块。
优选的,在上述控制器中,所述控制器还包括:
整流滤波电源模块;
其中,所述整流滤波电源模块用于对接入所述控制器的交流电进行整流滤波处理,为所述控制器提供电源。
优选的,在上述控制器中,所述控制器还包括:
输出限流保护模块;
其中,所述输出限流保护模块与所述第一输出模块的输出端口及所述第二输出模块的输出端口连接,用于当所述第一输出模块的输出电流或所述第二输出模块的输出电流大于设定电流时,所述输出限流保护模块向所述单片机发送第一信号指令,所述单片机依据所述第一信号指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块停止工作。
优选的,在上述控制器中,所述控制器还包括:
输出过压保护模块;
其中,所述输出过压保护模块与所述第一输出模块的输出端口及所述第二输出模块的输出端口连接,用于当所述第一输出模块的输出电压或所述第二输出模块的输出电压大于设定电压时,所述输出过压保护模块向所述单片机发送第二信号指令,所述单片机依据所述第二信号指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块停止工作。
优选的,在上述控制器中,所述控制器还包括:
输出短路保护模块;
其中,所述输出短路保护模块与所述第一输出模块的输出端口及所述第二输出模块的输出端口连接,用于当所述第一输出模块的输出端口或所述第二输出模块的输出端口发生短路时,所述输出短路保护模块向所述单片机发送第三信号指令,所述单片机依据所述第三信号指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块停止工作。
优选的,在上述控制器中,所述第一输出模块为:四路交流输出模块,且所述第一输出模块的最大输出电流为10A;
所述第二输出模块为:四路交流输出模块,且所述第二输出模块的最大输出电流为5A。
本发明还提供了一种控制系统,所述控制系统包括:云系统及控制器;
所述云系统通过无线通信及有线通信与所述控制器连接;
所述云系统通过所述无线通信或所述有线通信发送控制指令至所述控制器,所述控制器依据所述控制指令进行工作;
其中,所述控制器为上述任一项所述的控制器。
通过上述描述可知,本发明提供的一种控制器及控制系统,该控制器包括:无线通信模块、有线通信模块、单片机、第一输出模块及第二输出模块;其中,所述无线通信模块通过无线通信接收第一控制指令,所述单片机依据所述第一控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作;所述有线通信模块通过有线通信接收第二控制指令,所述单片机依据所述第二控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作。
与现有技术中的PLC可编程逻辑控制器相比较,本发明提供的控制器通过设置无线通信模块及有线通信模块,同时实现了对所述控制器的远程无线控制和有线控制,且结构简单,成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种控制器的结构框架示意图;
图2为本发明实施例提供的一种控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
根据背景技术可知,PLC可编程逻辑控制器包括:电源、中央处理单元CPU、存储器、输入输出接口电路、功能模块及通信模块。
其中,PLC可编程逻辑控制器中的电源在整个系统中占据非常重要的地位,若没有一个良好的、可靠的电源系统PLC可编程逻辑控制器是无法正常工作的,因此,PLC可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视,这样就间接的将PLC可编程逻辑控制器的成本提高。
中央处理单元CPU是PLC可编程逻辑控制器的控制中枢,可以按照PLC可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据。且检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并用于诊断用户程序中的语法错误。当PLC可编程逻辑控制器投入运行时,首先以扫描的方式接收各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映像区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经命令解释后,按指令的规定执行逻辑或算术运算并将结果发送至I/O映像区或数据寄存器内。等全部的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据发送至相应的输出装置,如此循环运行,直至停止运行。
但是为了保证PLC可编程逻辑控制器的可靠性,需采用双CPU或三个CPU的控制系统,这样也间接性的增加了PLC可编程逻辑控制器的成本。
并且,PLC可编程逻辑控制器的通信模块仅仅只能采用有线通信的方式进行信号通信。
为了解决现有技术中PLC可编程逻辑控制器存在的问题,本发明实施例提供了一种控制器,所述控制器包括:无线通信模块、有线通信模块、单片机、第一输出模块及第二输出模块;
其中,所述无线通信模块通过无线通信接收第一控制指令,所述单片机依据所述第一控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作;
所述有线通信模块通过有线通信接收第二控制指令,所述单片机依据所述第二控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作。
通过上述描述可知,本发明实施例提供的一种控制器与现有技术中的PLC可编程逻辑控制器相比较,通过设置无线通信模块及有线通信模块,同时实现了对所述控制器的远程无线控制和有线控制,且结构简单,成本低。
为了更加详细的对本发明实施例进行说明,下面结合附图对本发明实施例进一步说明。
参考图1,图1为本发明实施例提供的一种控制器的结构框架示意图。
所述控制器包括:
无线通信模块10、有线通信模块11、单片机12、第一输出模块13及第二输出模块14;
其中,所述无线通信模块10通过无线通信接收第一控制指令,所述单片机12依据所述第一控制指令控制所述第一输出模块13或所述第二输出模块14进行工作;
所述有线通信模块11通过有线通信接收第二控制指令,所述单片机12依据所述第二控制指令控制所述第一输出模块13或所述第二输出模块14进行工作。
本发明实施例提供的控制器可以通过无线通信或有线通信两种方式对控制器进行控制。
其中,在本发明的一个优选实施例中,所述无线通信模块10为:Zigbee无线通信模块。
具体的,Zigbee通信技术是一种高可靠性的无线数据传输网络,且Zigbee数据传输模块相当于移动网络基站,其通信距离从标准的75m到几百米、几公里都可以实现数据传输,并且支持无线扩展。
Zigbee通信是一个可以由65535个无线数据传输模块组成的一个无线数据传输网络平台,在整个网络范围内,每一个Zigbee网络数据传输模块之间都可以实现相互通信,每个网络节点之间的距离都可以从标准的75m无线扩展。由于Zigbee通信主要用于工业现场自动化控制数据传输,因此,Zigbee具有简单、操作简单、可靠性高及价格低等特点。并且移动通信网主要是为语音通信而建立的,每个基站价值一般都在百万元造价以上,而每个Zigbee基站却不到1000元。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象(也就是说,可以与其连接的传感器直接进行数据采集和监控),还可以自动中转别的网络节点传输过来的数据。另外每一个Zigbee网络节点还可以在自身信号覆盖的范围内,和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点进行无线连接。
并且,Zigbee通信在2.4GHz、868MHz、915MHz三个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s、40kbit/s的传输速率。且Zigbee通信具有以下特点:
其一,低功耗:由于Zigbee的传输速率低,发射功率仅仅为1mW,且采用休眠模式,功耗低,因此Zigbee设备非常省电。根据实验数据可知,Zigbee设备仅仅使用两节市场上的五号电池就可以维持长达六个月至两年左右的使用时间,该特点在其它无线通信设备上是不具备的,况且PLC可编程逻辑控制器还不具备无线通信功能。
其二,成本低:在现有市场上,Zigbee的制作成本很低,且Zigbee的通信协议是免费的,因此低成本是Zigbee的一个关键性特点。
其三,时延短:Zigbee的通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,根据实验数据可知,典型的搜索设备时延为30ms,休眠激活的时延为15ms,活动设备信道接入的时延为15ms,由于在工业控制场合,对时延要求很高,而Zigbee恰好具备该特点,且PLC可编程逻辑控制器就不具备时延短该特点。
其四,网络容量大:一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个副设备和一个主设备,一个网络区域内可以同时存在最多100多个Zigbee网络,并且网络之间的组成可以灵活设置。
其五,可靠性高:Zigbee采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。且媒体介入控制层MAC采用了完全确认的数据传输模式,任意一个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。若在传输的过程中出现问题,还可以重新发送,在结构简单,成本低的基础上,具备了高可靠性的特点,而PLC可编程逻辑控制器,是在增加成本的基础上才可以保证可靠性。
其六,安全性高:Zigbee提供了基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,且采用了AES-128的加密算法,使各个应用都可以灵活确定其安全属性,具备安全性高的特点。
在本发明实施例中,通过优选使用Zigbee无线通信模块,使本发明实施例提供的控制器具备上述特点,并且采用Zigbee通信技术,实现了网关的多点控制。
其中,在本发明的一个优选实施例中,所述有线通信模块11为:RS485有线通信模块。
具体的,RS485有线通信模块可以实现在几十米至上千米之间的信号通信,RS485采用平衡发送和差分接收的方式,具备抑制共模干扰的特点。并给RS485的收发器具有高灵敏度的特点,能检测低至200mV的电压,因此传输信号可以在千米以外得以恢复。
RS485采用半双工的工作方式,即任何时候都只能有一点处于发送状态,因此RS485的发送电路需要由使能信号进行控制。在用于多点互连时,使用RS485会非常方便,可以节省很多的信号线。并且应用RS485可以联网构成分布式系统,允许最多并联32台驱动器和32台接收器。并且RS485的接口信号电平比RS-232-C的接口信号电平低,不容易损坏接口电路的芯片,与TTL电平兼容,更加方便与TTL电路连接。RS485接口单元采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰的能力增强,即抗噪声干扰下好。
并且,RS485的最大通信距离根据实验数据可知,约为1219m,最大的传输速率可达到10Mb/s,由于传输速率与传输距离成反比,只有在100Kb/s的传输速率下,才可以达到最大的通信距离。并且在传输过程中还可以采用增加中继的方法对信号进行方法,最大可以加入八个中继,进而增大RS485的传输距离,还可以采用光纤作为传播介质,在收发两端分别设置一个光电转换器,多模光纤的传输距离为5公里-10公里,而单模光纤的传输距离可达到50公里。
在本发明实施例中,通过优选使用RS485有线通信模块,使本发明实施例提供的控制器也同样具备了上述特点。
可选的,在本发明实施例中,所述控制器还包括:
整流滤波电源模块15;
其中,所述整流滤波电源模块15用于对接入所述控制器的交流电进行整流滤波处理,为所述控制器提供电源。
可选的,在本发明实施例中,所述控制器还包括:
输出限流保护模块16;
其中,所述输出限流保护模块16与所述第一输出模块13的输出端口及所述第二输出模块14的输出端口连接,用于当所述第一输出模块13的输出电流或所述第二输出模块14的输出电流大于设定电流时,所述输出限流保护模块16向所述单片机12发送第一信号指令,所述单片机12依据所述第一信号指令控制所述第一输出模块13或所述第二输出模块14停止工作。
通过设置所述输出限流保护模块16可以有效的对所述控制器提供电流保护措施,增强所述控制器的稳定性及可靠性。
可选的,在本发明实施例中,所述控制器还包括:
输出过压保护模块17;
其中,所述输出过压保护模块17与所述第一输出模块13的输出端口及所述第二输出模块14的输出端口连接,用于当所述第一输出模块13的输出电压或所述第二输出模块14的输出电压大于设定电压时,所述输出过压保护模块17向所述单片机12发送第二信号指令,所述单片机12依据所述第二信号指令控制所述第一输出模块13或所述第二输出模块14停止工作。
通过设置所述输出过压保护模块17可以有效的对所述控制器提供电压保护措施,增强所述控制器的稳定性及可靠性。
可选的,在本发明实施例中,所述控制器还包括:
输出短路保护模块18;
其中,所述输出短路保护模块18与所述第一输出模块13的输出端口及所述第二输出模块14的输出端口连接,用于当所述第一输出模块13的输出端口或所述第二输出模块14的输出端口发生短路时,所述输出短路保护模块18向所述单片12机发送第三信号指令,所述单片机12依据所述第三信号指令控制所述第一输出模块13或所述第二输出模块14停止工作。
通过设置所述输出短路保护模块18可以有效的对所述控制器提供输出电路保护措施,增强所述控制器的稳定性及可靠性。
可选的,在本发明实施例中,所述控制器还包括:
变压整流滤波模块19;
其中,所述变压整流滤波模块19用于对信号进行变压、整流及滤波处理,提高所述控制器中信号的稳定性及可靠性。
可选的,在本发明实施例中,所述第一输出模块13为:四路交流输出模块,且所述第一输出模块13的最大输出电流为10A。
所述第二输出模块14为:四路交流输出模块,且所述第二输出模块14的最大输出电流为5A。
也就是说本发明的一个优选实施例中提供的控制器为一个八路交流输出控制器。
通过上述描述可知,与现有技术中的PLC可编程逻辑控制器相比较,本发明提供的控制器通过设置无线通信模块及有线通信模块,同时实现了对所述控制器的远程无线控制和有线控制,且结构简单,成本低。
本发明还提供了一种控制系统,参考图2,图2为本发明实施例提供的一种控制系统的结构示意图。所述控制系统包括:云系统及控制器,其中所述控制器为上述实施例所述的控制器。
其中,所述云系统通过无线通信及有线通信与所述控制器连接。
具体的,如图2所示,所述云系统包括:云平台21、上位机22、路由器/交换机23、无线通信网关24及有线通信网关25,即所述云系统通过所述无线通信网关24及所述有线通信网关25与所述控制器进行通信连接。
可选的,所述无线通信网关24为Zigbee无线通信网关。
所述有线通信网关25为RS485有线通信网关。
所述云系统通过所述无线通信或所述有线通信发送控制指令至所述控制器,所述控制器依据所述控制指令进行工作。也就是说,所述上位机22通过所述无线通信网关24或所述有线通信网关25向所述控制器发送控制指令,所述控制器依据所述控制指令进行工作,该工作模式可以为所述控制器开始工作或所述控制器停止工作等。
其中,所述云平台21用于数据存储,以便于后续的数据分析处理。
通过上述描述可知,该控制系统包括上述实施例所述的控制器,具备结构简单,操作方便的特点。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种控制器,其特征在于,所述控制器包括:无线通信模块、有线通信模块、单片机、第一输出模块及第二输出模块;
其中,所述无线通信模块通过无线通信接收第一控制指令,所述单片机依据所述第一控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作;
所述有线通信模块通过有线通信接收第二控制指令,所述单片机依据所述第二控制指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块进行工作。
2.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述无线通信模块为:Zigbee无线通信模块。
3.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述有线通信模块为:RS485有线通信模块。
4.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述控制器还包括:
整流滤波电源模块;
其中,所述整流滤波电源模块用于对接入所述控制器的交流电进行整流滤波处理,为所述控制器提供电源。
5.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述控制器还包括:
输出限流保护模块;
其中,所述输出限流保护模块与所述第一输出模块的输出端口及所述第二输出模块的输出端口连接,用于当所述第一输出模块的输出电流或所述第二输出模块的输出电流大于设定电流时,所述输出限流保护模块向所述单片机发送第一信号指令,所述单片机依据所述第一信号指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块停止工作。
6.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述控制器还包括:
输出过压保护模块;
其中,所述输出过压保护模块与所述第一输出模块的输出端口及所述第二输出模块的输出端口连接,用于当所述第一输出模块的输出电压或所述第二输出模块的输出电压大于设定电压时,所述输出过压保护模块向所述单片机发送第二信号指令,所述单片机依据所述第二信号指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块停止工作。
7.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述控制器还包括:
输出短路保护模块;
其中,所述输出短路保护模块与所述第一输出模块的输出端口及所述第二输出模块的输出端口连接,用于当所述第一输出模块的输出端口或所述第二输出模块的输出端口发生短路时,所述输出短路保护模块向所述单片机发送第三信号指令,所述单片机依据所述第三信号指令控制所述第一输出模块或所述第二输出模块停止工作。
8.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述第一输出模块为:四路交流输出模块,且所述第一输出模块的最大输出电流为10A;
所述第二输出模块为:四路交流输出模块,且所述第二输出模块的最大输出电流为5A。
9.一种控制系统,其特征在于,所述控制系统包括:云系统及控制器;
所述云系统通过无线通信及有线通信与所述控制器连接;
所述云系统通过所述无线通信或所述有线通信发送控制指令至所述控制器,所述控制器依据所述控制指令进行工作;
其中,所述控制器为如权利要求1-8任一项所述的控制器。
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