CN108668268A - 一种智能控制器及控制方法 - Google Patents

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任宏达
张晓峰
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Abstract

本发明公开了一种智能控制器及控制方法，涉及工业自动化控制技术领解决了目前工业自动化控制缺乏通用性、成本高的问题。智能控制器包括：蓝牙模块，用于接收通过蓝牙信号传输的配置数据；控制模块，用于根据蓝牙模块接收的配置数据计算需要输出的模拟量信号大小和/或开关量信号；模拟量输出模块，用于根据控制模块计算的模拟量信号大小输出相应的模拟量控制信号；开关量输出模块，用于根据控制模块计算的开关量输出相应的开关量控制信号。通过蓝牙和WIFI连接控制器，实现对控制器的无线设置，在线调试、及运行参数监控。

Description

一种智能控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及工业自动化控制技术领域，特别涉及一种智能控制器及控制方法。
背景技术
工业自动化控制行业中经常使用变频控制以降低能源消耗，控制被控环境或对象工作状态的稳定运行，变频信号的来源往往由信号控制器来提供。比如在工业乃至办公、商业场所中的通风系统，其通风量大小由多个开关量信号或模拟量信号通过信号控制器综合处理后形成控制信号，控制信号控制变频器运行。
目前行业使用的信号控制器一般由以下几种方式实现。
1.通过继电器，电阻等构成逻辑电路，根据输入继电器的状态形成不同的输出控制模拟信号（一般是0-10V直流电压信号）。该设计方式不能处理模拟量输入信号，模拟量输出信号值无法做到线性无级可调，更不能用于较为复杂的控制。
2.通过PLC处理各类开关信号量，模拟信号（0-10V或0-20mA）,输出控制需要的模拟信号（0-10V）,PLC本身完成当信号控制器的功能。
3.采用PLC作为信号控制器能处理几乎全部的自动化控制方面的需求。缺点是PLC本身价格高，并且要处理更多的输入信号，更需要各种扩展模块支持，PLC本身并不支持android系统的APP访问。因此对于中小型工业自动化应用，采用PLC方案没有太多的市场竞争力。采用PLC方案的控制方式更适用于大型的工业自动化应用。通过单片机，继电器，逻辑芯片等设计符合实际工程需求的控制电路。该方案往往由工程施工或设计配套商自行根据实际项目需要定制开发，需要专业人员高度介入，并且也通常不支持联网，更不支持APP无线配置。缺乏通用性。
发明内容
本发明的目的一是提供一种智能控制器，其解决了目前工业自动化控制缺乏通用性、成本高的问题。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种智能控制器，其特征在于，包括：蓝牙模块，用于接收通过蓝牙信号传输的配置数据；控制模块，用于根据蓝牙模块接收的配置数据计算需要输出的模拟量信号大小和/或开关量信号；模拟量输出模块，用于根据控制模块计算的模拟量信号大小输出相应的模拟量控制信号；开关量输出模块，用于根据控制模块计算的开关量输出相应的开关量控制信号。
进一步的，还包括WIFI模块，用于接收通过WIFI信号传输的配置数据。
进一步的，还包模拟量输入模块和开关量输入模块，所述模拟量输入模块用于接收受控设备的模拟量反馈信号，所述开关量输入模块用于接收受控设备的开关量反馈信号，所述控制模块根据模拟量反馈信号和开关量反馈信号判断受控设备的运行状态，并将运行状态通过蓝牙模块和/或WIFI模块发送出去。
进一步的，还包括LED显示电路，LED显示电路分别包括工作指示灯、蓝牙连接指示灯、WIFI工作状态指示灯和外部开关量输入指示灯。
本发明的目的二是提供一种智能控制器的控制方法，其解决了目前工业自动化控制缺乏通用性、成本高的问题。
本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种智能控制器的控制方法，包括步骤：S1010：蓝牙模块接收通过蓝牙信号传输的配置数据；S102：控制模块根据蓝牙模块接收的配置数据计算需要输出的模拟量信号大小和/或开关量信号；S103：模拟量输出模块根据控制模块计算的模拟量信号大小输出相应的模拟量控制信号同时开关量输出模块根据控制模块计算的开关量输出相应的开关量控制信号。
进一步的，所述方法还包括：S1011: 接收通过WIFI信号传输的配置数据。
进一步的，所述方法还包括：S201：模拟量输入模块接收受控设备的模拟量反馈信号，开关量输入模块接收受控设备的开关量反馈信号，所述控制模块根据模拟量反馈信号和开关量反馈信号判断受控设备的运行状态，并将运行状态通过蓝牙模块和/或WIFI模块发送出去。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)通过蓝牙连接控制器，实现对控制器的无线设置，在线调试、及运行参数监控。
(2)通过WIFI联网，实现控制器与局域网、互联网的无线连接，可远程管理、配置、监控控制器的运行参数。
附图说明
图1是本发明实施例的一种智能控制器系统框图；
图2是本发明实施例的供电电路的电路图；
图3是本发明实施例的开关量输入模块；
图4是本发明实施例的模拟量输入模块；
图5是本发明实施例的开关量输出模块；
图6是本发明实施例的模拟量输出电路；
图7是本发明实施例的蓝牙模块及WIFI模块；
图8是本发明实施例的控制模块的CPU电路图；
图9是本发明实施例的LED显示电路的电路图；
图10是本发明实施例的一种智能控制器方法流程框图。
图中，1、蓝牙模块；2、控制模块；3、模拟量输出模块；4、开关量输出模块；5、WIFI模块；6、模拟量输入模块；7、开关量输入模块；8、供电电路；9、LED显示电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种智能控制器包括：蓝牙模块1，用于接收通过蓝牙信号传输的配置数据和用于发送受控设备的运行状态；控制模块2，用于根据蓝牙模块1接收的配置数据计算需要输出的模拟量信号大小和/或开关量信号；模拟量输出模块3，用于根据控制模块2计算的模拟量信号大小输出相应的模拟量控制信号；开关量输出模块4，用于根据控制模块2计算的开关量输出相应的开关量控制信号；WIFI模块5，用于接收通过WIFI信号传输的配置数据和用于发送受控设备的运行状态；模拟量输入模块6，用于接收受控设备的模拟量反馈信号；开关量输入模块7，用于接收受控设备的开关量反馈信号，控制模块2根据模拟量反馈信号和开关量反馈信号判断受控设备的运行状态，并将运行状态通过蓝牙模块1和/或WIFI模块5发送出去。供电电路8，为控制器提供电源。
在本发明的实施例中，与智能控制器进行通过蓝牙或WIFI发送配置数据和接收受控设备模拟量状态及开关量状态的可以是手机，也可以是其他具有蓝牙和WIFI功能的遥控器。
功能模块说明:
如图2所示，供电电路8：
为控制器提供供隔离的多路电源。输出+12V，+5V，隔离的+15V，+5V，+3.3V。其中+12V供12路开关量输入端供电。+5V提供给0-10V模拟量输入侧。隔离电压由DC-DC芯片产生+15V电压，并通过LM7805稳压为+5V供0-10V模拟量隔离输出侧。
如图3所示，开关量输入模块7：
在本发明的实施例中，采用三片TLP291-4GB光耦合隔离开关芯片，采集12路开关量信号。TLP291-4GB输出接入CPU，GPIO口。开关量输入断开时，对应GPIO为高电平，开关量输入接通时，对应GPIO为低电平。电路原理图如下：（YJ1-YJ12分别对应开关量1-12路输入）。
如图4所示，模拟量输入模块6：
在本发明的实施例中，采用HCN201光隔离芯片，隔离0-10V模拟量输入。由于CPU工作电压为3.3V，CPU ADC采样输入参考电压必须小于3.3V,本设计中使用REF3230为参考电压源，参考电压为3.0V。因此，对0-10V的输入信号采用电阻分压，图4中R50，R34点电压为R54/R49+R54。
VCC5V，VDD5V，Y_GND，GND完全隔离以防止外部干扰信号对CPU采样的影响。
如图5所示，开关量输出模块4：
CPU、GPIO输出高、低电平控制2N3904NPN型三级管的导通与关断，从而控制继电器HF46输出侧的导通或关断，形成开关量输出信号。
如图6所示，模拟量输出电路：
CPU通过DAC输出0-3V电压，并通过LM358运算放大约3.3倍，形成0-10V输出电压。由于LM358非轨到轨输出芯片，因此为确保输出最大电压能达到10V，供电电压采用+15V供电。如下图,LM358构成的电压放大倍数为。
K=(1+(R48+R47)/R53)
R47电位器用于调整实际电路输出误差，确保CPU指令输出最大值时，模拟输出电压为10V。
如图7所示，蓝牙模块1及WIFI模块5：
在本发明的实施例中，采用蓝牙2.0模块，最高能支持115200bit/s的无线传输速率，android APP通过蓝牙连接控制器，APP作为控制器的人机界面，操作方便。任何android系统的手机都可以安装。WIFI模块5为透传模块，可以连接配置指定的WIFI路由器，实现控制器与局域网、互联网的连接。从而具备远程监控、维护、控制的硬件基础。
如图8所示，控制模块2：
包括CPU，在本发明的实施例中，CPU选用NXP公司的LPC1768,该芯片为ARM CORTEX-M3架构，主频可达100Mhz,内部存储空间512K,通过外接一个2K的flash 24C01存储配置数据。LPC1768有100个引脚，最多可配置4个UART串口，有两路12位ADC，和一路10位的DAC，12位ADC可提供1/4096的采样精度，10位的DAC可以1/1024的输出精度，换算成0-10V电压，可以达到1%V，该精度的输出能满足绝大多数应用的需求。
如图9所示，LED显示电路9：
LED显示电路9分别实现以下状态显示，1）、工作指示灯，2）、蓝牙连接指示灯，3）、WIFI工作状态指示灯。4）、外部开关量输入指示灯，分别对应于YJ1-YJ12各路开关量输入状态。灯亮为接通，灯灭为断开。
本发明通过android APP程序通过蓝牙连接到控制器，蓝牙与控制器CPU之间采用UART串口连接。APP提供用户操作的界面，将需要的工作参数通过蓝牙除送到CPU，控制器CPU接收处理后通过I2C接口写入24C01存储。
控制器加电启动后通过I2C接口读入配置数据。外部开关信号通断发生后，CPU根据配置数据配置数据值计算需要输出的模拟信号大小。通过DAC输出0-10V信号。与此同时，还可以根据配置情况输出开关量信号。
如图10所示，一种智能控制器的控制方法，包括步骤：
S1010：蓝牙模块1接收通过蓝牙信号传输的配置数据；
或S1011：接收通过WIFI信号传输的配置数据；
S102：控制模块2根据蓝牙模块1接收的配置数据计算需要输出的模拟量信号大小和/或开关量信号；
S103：模拟量输出模块3根据控制模块2计算的模拟量信号大小输出相应的模拟量控制信号同时开关量输出模块4根据控制模块2计算的开关量输出相应的开关量控制信号。
与此同时，控制器还可实现如下步骤：
S201：模拟量输入模块6接收受控设备的模拟量反馈信号，开关量输入模块7接收受控设备的开关量反馈信号，所述控制模块2根据模拟量反馈信号和开关量反馈信号判断受控设备的运行状态，并将运行状态通过蓝牙模块1和/或WIFI模块5发送出去。

Claims (7)

1.一种智能控制器包括：
蓝牙模块(1)，用于接收通过蓝牙信号传输的配置数据；
控制模块(2)，用于根据蓝牙模块(1)接收的配置数据计算需要输出的模拟量信号大小和/或开关量信号；
模拟量输出模块(3)，用于根据控制模块(2)计算的模拟量信号大小输出相应的模拟量控制信号；
开关量输出模块(4)，用于根据控制模块(2)计算的开关量输出相应的开关量控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能控制器，其特征在于，还包括WIFI模块(5)，用于接收通过WIFI信号传输的配置数据。
3.根据权利要求2所述的一种智能控制器，其特征在于，还包模拟量输入模块(6)和开关量输入模块(7)，所述模拟量输入模块(6)用于接收受控设备的模拟量反馈信号，所述开关量输入模块(7)用于接收受控设备的开关量反馈信号，所述控制模块(2)根据模拟量反馈信号和开关量反馈信号判断受控设备的运行状态，并将运行状态通过蓝牙模块(1)和/或WIFI模块(5)发送出去。
4.根据权利要求1所述的一种智能控制器，其特征在于，还包括LED显示电路(9)，LED显示电路(9)分别包括工作指示灯、蓝牙连接指示灯、WIFI工作状态指示灯和外部开关量输入指示灯。
5.一种智能控制器的控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1010：蓝牙模块(1)接收通过蓝牙信号传输的配置数据；
S102：控制模块(2)根据蓝牙模块(1)接收的配置数据计算需要输出的模拟量信号大小和/或开关量信号；
S103：模拟量输出模块(3)根据控制模块(2)计算的模拟量信号大小输出相应的模拟量控制信号同时开关量输出模块(4)根据控制模块(2)计算的开关量输出相应的开关量控制信号。
6.根据权利要求5所述的一种智能控制器的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
S1011：接收通过WIFI信号传输的配置数据。
7.根据权利要求6所述的一种智能控制器的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
S201：模拟量输入模块(6)接收受控设备的模拟量反馈信号，开关量输入模块(7)接收受控设备的开关量反馈信号，所述控制模块(2)根据模拟量反馈信号和开关量反馈信号判断受控设备的运行状态，并将运行状态通过蓝牙模块(1)和/或WIFI模块(5)发送出去。
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