CN108107789A - 一种直流控制与网络控制的转换方法 - Google Patents

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杨国学
王轶
于晓庆
杨俊武
马军星
李绅
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/24—Pc safety
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Abstract

本发明提供了一种直流控制与网络控制的转换方法,本发明的目的在于提供一种简单、易操作的直流控制与网络控制的转换方法，用来实现直流信号与网络控制之间的接口转化，并通过网络传输指令来控制直流信号的通断，完成设备加电通断的远程控制与状态的实时监控。该设计具备组播、UDP等网络控制传输，操作简单方便、体积小等特点。

Description

一种直流控制与网络控制的转换方法
技术领域
本发明涉及通过数字指令实现对直流电平的控制操作，完成数字信号与模拟信号之间的转换。特别适用于机柜远程加去电单元的操作中。具备网络控制传输，操作简单方便，具备组播、UDP等网络控制传输，操作简单方便、体积小等特点。
背景技术
随着自动化运行在工程项目中的普及，对设备的网络传输、一体化控制、可操作性提出了更高的要求。目前类似设备的控制主要是通过直流电对继电器的控制而实现,设备控制复杂,体积大且无法实现远程控制与状态的实时监控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、易操作的直流控制与网络控制的转换方法，用来实现直流信号与网络控制之间的接口转化，并通过网络传输指令来控制直流信号的通断，完成设备加电通断的远程控制与状态的实时监控。
本发明的目的是这样实现的：
该接口转换器采用单片机+FPGA的主控单元以及电源模块的组合的方式完成核心设计功能,单片机承担业务流程以及数据协议解析、转换，FPGA负责外围数据接口的扩展及信号时序的控制，电源模块转换输出各种电压。
主控单元通过网络连接完成控制信息的获取、工况信息的上报任务，能完成数据信息的硬件接口转换和通信协议的转换等工作，通过指令实现对使能电源直流输出信号的控制。包括以下步骤：
(1)上位机通过网络连接给接口转换器发送控制指令；
(2)接口转换器的网络模块接收上位机发送的指令内容，并将指令内容转发到接口转换器的主控单元；
(3)主控单元根据指令内容产生一个脉冲信号,将脉冲信号通过对外接口输出到电源模块；
(4)电源模块接收到脉冲信号后，判断脉冲信号的脉宽,若大于等于设定值则脉冲信号有效,输出对应的模拟信号至外部设备,否则,结束本流程；
(5)外部设备收到模拟信号后输入一路加电检测信号到电源模块；
(6)电源模块在加电检测信号有电压值时将加电检测信号降压处理后输出至主控单元；
(7)主控单元将降压处理后的加电检测信号按相应的接口协议组帧后通过网络模块输出至上位机。
其中，步骤(2)具体包括以下步骤：
(201)接口转换器的网络模块将指令内容存入本地缓存模块,并产生中断信号给主控单元的单片机；
(202)单片机接收到中断信号后读取网络模块缓存中的数据；
(203)单片机读取完数据后按照帧协议计算校验，校验正确后解析数据内容,将数据内容配置到主控单元的FPGA模块。
其中，步骤(7)具体包括以下步骤：
(701)FPGA模块接收到外部设备返回的降压处理后的加电检测信号，判断该信号的电平状态,将电平状态输出至单片机；
(702)单片机将降压处理后的加电检测信号的电平状态进行组帧后通过网络模块输出至上位机。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
(1)本发明设计的直流控制与网络控制的转换方法具备UDP单播、UDP组播等网络传输模式与上位机建立通信关系，能够很好的完成与上位机软件的数据交互。
(2)本发明设计的直流控制与网络控制的转换方法对外连接关系简单，便于维护操作。
(3)本发明设计的直流控制与网络控制的转换方法实现了远程控制完成对设备电源的通断控制，并时刻监视设备的通断电状态。
附图说明
图1是本发明设计的整体框架图。
图2是本发明设计的工作流程图。
图3是本发明设计的业务信息传输流程。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述：
图1是本发明设计整体框架图。
包括应用软件(上位机)、接口转换器和外部设备，接口转换器包括主控单元、网络模块、对外接口以及电源模块，主控单元包括单片机和FPGA模块。
1.本设计核心采用单片机、FPGA模块、网络模块、对外接口以及电源模块组成。对外接口用于接口转换器和电源模块与外部设备进行信息交互；
2.单片机：主要完成数据帧解析、处理过程。
3.FPGA模块：FPGA负责外围数据接口的扩展及信号时序的控制。包括信号产生模块、复位模块和加电检测模块。
4.网络模块：采用W5100芯片，其与AVR单片机通过SPI接口连接，中断式数据接收；在FPGA中设置W5100复位模块，控制对W5100的复位。该模块主要完成与上位机应用软件之间的数据交互，实现UDP单播、UDP组播等传输方式。
5.对外接口：通过电平转换芯片将3.3V转成5V输出或将5V转成3.3V输入。
电源模块：是实现各种需求电压的输出与控制。包括供电模块和控制模块。
图2是本发明设计的工作流程图，其步骤如下：
(1)上位机通过网络连接给接口转换器发送控制指令；
(2)接口转换器的网络模块接收上位机发送的控制指令，并将指令内容转发到接口转换器的主控单元；具体包括以下步骤：
(201)接口转换器的网络模块将指令内容存入本地缓存模块,并产生中断信号给主控单元的单片机；
(202)单片机接收到中断信号后读取网络模块缓存中的数据；
(203)单片机读取完数据后按照帧协议计算校验，校验正确后解析数据内容,将数据内容配置到主控单元的FPGA模块。
(3)主控单元根据指令内容产生一个脉冲信号,将脉冲信号通过对外接口输出到电源模块；具体包括以下步骤：
(301)FPGA模块的信号产生模块接收到设置指令内容后输出高电平信号，并且开始毫秒计数。
(302)信号产生模块判断毫秒计数是否小于设定的100ms,若是，继续计数，直到毫秒计数大于等于设定的100ms；否则，计数清零并输出低电平信号，返回步骤(301)。
(4)电源模块的控制模块接收到脉冲信号后，判断脉冲信号的脉宽,若大于等于设定值则脉冲信号有效,通过对外接口输出对应的模拟信号至外部设备,否则,结束本流程；
(5)外部设备收到模拟信号后通过对外接口输入一路加电检测信号到电源模块的控制模块；
(6)电源模块的控制模块在加电检测信号有电压值时将加电检测信号降压处理后输出至主控单元；
(7)主控单元将降压处理后的加电检测信号按相应的接口协议组帧后通过网络模块输出至上位机。具体包括以下步骤：
(701)FPGA模块的加电检测模块接收到外部设备返回的降压处理后的加电检测信号，判断该信号的电平状态,将电平状态输出至单片机；
(702)单片机根据电平状态进行组帧后通过网络模块输出至上位机。
图3是本发明设计的业务控制流程如图：
上位机根据用户需求控制外部设备是否加电；接口转换器根据输入的指令产生相应的信号对外部设备进行控制；外部设备返回加电检测信号，接口转换器检测加电检测信号的电平并转换成数字信号，组成协议帧发送给上位机，以便用户实时掌握外部设备的加电状态，完成远程控制操作。

Claims (3)

1.一种直流控制与网络控制的转换方法,该方法基于上位机、接口转换器和外部设备，所述的接口转换器包括网络模块、主控单元和对外接口；其特征在于包括以下步骤：
(1)上位机通过网络连接给接口转换器发送控制指令；
(2)接口转换器的网络模块接收上位机发送的控制指令，并将指令内容转发到接口转换器的主控单元；
(3)主控单元根据指令内容产生一个脉冲信号,将脉冲信号通过接口转换器的对外接口输出到电源模块；
(4)电源模块接收到脉冲信号后，判断脉冲信号的脉宽,若大于等于设定值则脉冲信号有效,输出对应的模拟信号至外部设备,否则,结束本流程；
(5)外部设备收到模拟信号后输入一路加电检测信号到电源模块；
(6)电源模块在加电检测信号有电压值时将加电检测信号降压处理后输出至主控单元；
(7)主控单元将降压处理后的加电检测信号按相应的接口协议组帧后通过网络模块输出至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种直流控制与网络控制的转换方法,其特征在于,步骤(2)具体包括以下步骤：
(201)接口转换器的网络模块将指令内容存入本地缓存模块,并产生中断信号给主控单元的单片机；
(202)单片机接收到中断信号后读取网络模块缓存中的数据；
(203)单片机读取完数据后按照帧协议计算校验，校验正确后解析数据内容,将数据内容配置到主控单元的FPGA模块。
3.根据权利要求1所述的一种直流控制与网络控制的转换方法,其特征在于,步骤(7)具体包括以下步骤：
(701)FPGA模块接收降压处理后的加电检测信号,并将电平状态输出至单片机；
(702)单片机将降压处理后的加电检测信号的电平状态进行组帧后通过网络模块输出至上位机。
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