CN108710327B - 一种小型通用化多总线控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型通用化多总线控制设备，包括控制板和继电器板；控制板和继电器板采用上下堆叠结构，板层之间通过接插件进行连接；继电器板包括第一固体继电器、多路固态继电器、第二固体继电器和至少一个模拟开关；第一固体继电器的第一端与控制板的输出端相连，第二端与多路固态继电器的输入端相连；多路固态继电器的第一输出端作为继电器板的第一外部设备接口，第二输出端与控制板的输入端相连；第二固体继电器的第一端与控制板的采样端相连，第二端与模拟开关的输出端相连；模拟开关的输入端作为继电器板的第二外部设备接口；本发明在缩小设备体积的前提下增加了通讯种类和信号传输路数，使设备具有通用性，提高设备利用率，节约成本。

Description

一种小型通用化多总线控制设备

技术领域

本发明属于控制设备技术领域，更具体地，涉及一种小型通用化多总线控制设备。

背景技术

控制设备是测控系统的重要组成部分，其安装在武器系统内部，主要用于实现控制信号的输出以及回测；控制设备因受到武器系统结构尺寸限制，需要在缩小体积的前提下，满足控制信号输出、通讯、外部信号的采集等功能，完成武器系统命令的传递、与外部系统的通信；

目前常用的控制设备多为基于嵌入式系统加外围电路的方式实现，存在以下不足：

(1)需要额外配置驱动器、隔离电源芯片等硬件来实现CAN通讯，在印制板设计中会占用很大的空间；采用电磁继电器作为开关器件，需要电磁隔离电路和泄放电路来匹配电磁继电器以实现控制信号输出，需要占用一定的空间，因此现有的控制设备体积较大，无法满足控制设备及武器系统小型化的需求；

(2)控制设备中的核心控制板不具有通用性，当控制信号的路数增加，或者外部输入信号的种类发生变化时，往往就需要重新设计核心控制板，导致控制设备的利用率低，重新设计会增加重复性工作，增大成本。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种小型通用化多总线控制设备，其目的在于解决现有的控制设备体积大、不具备通用性的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种小型通用化多总线控制设备，包括控制板和继电器板；控制板和继电器板采用上下堆叠结构，板层之间通过接插件进行连接；

控制板用于接收外部上位机发送的1553B指令并进行译码处理，得到开关量输出信号；并用于采集外部设备反馈的开关量输入信息，根据开关量输入信息检测外部设备的开关量状态的正确性；并用于对继电器板采集的开关量输入信息的电压量进行过欠压检测，并将检测结果发送至外部上位机；

继电器板用于根据开关量输出信号控制内部继电器动作，输出开关量控制信号；该继电器板包括第一固体继电器、多路固态继电器、第二固体继电器和至少一个模拟开关；

第一固体继电器的第一端作为继电器板的第一输入端，与控制板的输出端相连，第二端与多路固态继电器的输入端相连；多路固态继电器的第一输出端作为继电器板的第一外部设备接口，用于连接外部设备，第二输出端作为继电器板的输出端，与控制板的输入端相连；第二固体继电器的第一端作为继电器板的第二输入端，与控制板的采样端相连，第二端与模拟开关的输出端相连；模拟开关的输入端作为继电器板的第二外部设备接口，用于连接外部设备；

第一固体继电器用于接收控制板输出的开关量输出信号，并根据开关量输出信号生成继电器控制信号；多路固态继电器在继电器控制信号的作用下执行开关动作，输出多路开关量控制信号；

模拟开关用于将外部设备反馈的多路电压量依次切换输出，并通过第二固体继电器传送至控制板。

优选的，上述小型通用化多总线控制设备，其控制板包括主控单元，以及与主控单元相连的M个CAN通讯接口、N个1553B通讯接口、数字量开入电路、电平转换电路和采样电路；其中，1≤M≤4，1≤N≤3；

CAN通讯接口用于连接外部上位机的CAN总线，1553B通讯接口用于连接外部上位机的1553B总线，数字量开入电路用于连接外部设备；电平转换电路与第一固体继电器相连；采样电路与第二固体继电器相连；

1553B通讯接口用于接收外部上位机发送的1553B指令；主控单元用于对所述1553B指令进行译码处理，得到开关量输出信号；开关量输出信号经电平转换电路处理后发送至第一固体继电器；

数字量开入电路用于采集外部设备反馈的开关量输入信息，以及多路固态继电器的触点状态信息，调理后发送至主控单元；采样电路用于接收第二固体继电器发送的开关量输入信息的电压量并进行放大处理；

主控单元用于根据开关量输入信息检测外部设备的开关量状态的正确性，并用于对放大后的电压量进行过欠压检测，将检测结果通过CAN通讯接口发送至外部上位机；并用于根据触点状态信息判断多路固态继电器的对应开关是否正常闭合，若否，则重新发送开关量输出信号以确保多路开关量控制信号的输出准确性。

优选的，上述小型通用化多总线控制设备，其主控单元包括1553B协议芯片、DSP芯片和FPGA芯片；

1553B协议芯片的第一端与1553B通讯接口的输出端相连，第二端与DSP芯片的第一端相连，第三端与FPGA芯片的第一端相连；DSP芯片的第二端与CAN通讯接口的输入端相连，第三端与FPGA芯片的第二端相连，第四端与采样电路的输出端相连；FPGA芯片的第三端与电平转换电路的输入端相连，第四端与数字量开入电路的输出端相连；

1553B协议芯片用于接收1553B通讯接口输出的1553B指令并进行格式转换；FPGA芯片用于控制1553B协议芯片将转换后的1553B指令发送至DSP芯片；DSP芯片根据接收的1553B指令生成开关量输出信号，开关量输出信号经FPGA芯片编码后发送至继电器板；FPGA芯片还用于将外部设备反馈的开关量输入信息进行译码后发送至DSP芯片。

优选的，上述小型通用化多总线控制设备，其采样电路包括A/D采样模块、运算放大器和隔离放大器；

隔离放大器的输入端与第二固体继电器的输出端相连，输出端与运算放大器的输入端相连；运算放大器的输出端与A/D采样模块的输入端相连；A/D采样模块的输出端与DSP芯片的第三端相连；

隔离放大器用于实现A/D采样模块与第二固体继电器之间的电气隔离；运算放大器对第二固体继电器输出的电压量进行运算放大。

优选的，上述小型通用化多总线控制设备，其数字量开入电路采用光电耦合器。

优选的，上述小型通用化多总线控制设备，其主控单元、CAN通讯接口、1553B通讯接口和A/D采样模块固化为一集成处理器。

优选的，上述小型通用化多总线控制设备，还包括DC/DC电源模块，用于为集成处理器提供工作电压，该工作电压包括1.5V、1.2V、3.3V。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的小型通用化多总线控制设备，控制板和继电器板采用上下堆叠结构，采用层叠设计结构，拆装便利，可通过更换或增加控制板、继电器板来满足信号数量增减的功能需求，免于重新设计控制设备带来的重复性工作，具有更好的扩展性且节约成本；采用第一固体继电器和多路固态继电器配合执行开关量控制信号的输出功能，不仅能够增加开关量控制信号的输出路数，提高控制设备的集成度，使其具有较强的通用性；并且能够通过回采多路继电器的触点状态来判断对应开关是否闭合，以确保多路开关量控制信号的输出准确性，提高了控制设备的使用可靠性；将主控单元、CAN通讯接口、1553B通讯接口和A/D采样模块固化为一集成处理器，采用集成化的处理器设计，突破常规处理器电路与通讯电路分散独立的方式，高度集成化的设置方式大大减小通讯电路在印制板中所占用的空间，降低了控制设备的体积。

(2)本发明提供的小型通用化多总线控制设备，包括4路CAN总线、3路1553B总线，能够实现32路数字量开出、52路数字量开入和16路电压量采集，在缩小设备体积的前提下增加了通讯种类和信号传输路数，使设备具有通用性，提高设备利用率。

附图说明

图1是本发明提供的小型通用化多总线控制设备的三维结构示意图；

图2是本发明实施例提供的小型通用化多总线控制设备的结构框图；

图3是本发明实施例提供的四路固态继电器的电路原理图；

图中的附图标记具体为：1-控制板，2-继电器板，3-接插件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明例提供的小型通用化多总线控制设备的三维结构示意图，图2是本发明提供的小型通用化多总线控制设备的结构框图；如图1、2所示，该多总线控制设备包括控制板和继电器板；

控制板1和继电器板2采用上下堆叠结构，第一层为控制板1、第二层为继电器板2，两个板层之间通过接插件3进行连接；这种层叠结构拆装便利，可通过更换控制板1或继电器板2来满足不同功能需求，免于重新设计控制设备带来的重复性工作，节约成本。

控制板1用于接收外部上位机发送的1553B指令并进行译码处理后得到开关量输出信号；并用于采集外部设备反馈的开关量输入信息，根据开关量输入信息对外部设备的开关量状态的正确性进行检查判断，并将判断结果发送至外部上位机；

继电器板2用于根据接收的开关量输出信号控制内部继电器动作，输出开关量控制信号；并用于采集外部设备反馈的开关量输入信息的电压量；由控制板对电压量进行检查判断并将判断结果发送至外部上位机；

继电器板2包括第一固体继电器、多路固态继电器、第二固体继电器和至少一个模拟开关；

第一固体继电器的第一端与控制板1的输出端相连，第二端与多路固态继电器的输入端相连；多路固态继电器的第一输出端与外部设备相连，第二输出端与控制板1的输入端相连；第二固体继电器的第一端与控制板1的采样端相连，第二端与模拟开关的输出端相连；模拟开关的输入端与外部设备相连；

第一固体继电器和第二固体继电器为小电流继电器，电流大小在1A左右；多路固态继电器为大电流继电器，能够控制大电流输出，电流大小在15A左右；

第一固体继电器用于接收控制板1输出的开关量输出信号，并根据该开关量输出信号生成继电器控制信号；该继电器控制信号用于控制多路固态继电器上的线包动作，输出多路开关量控制信号；采用第一固体继电器和多路固态继电器配合执行开关量控制信号的输出功能，不仅能够增加开关量控制信号的输出路数，提高控制设备的集成度，使其具有较强的通用性；并且控制板1能够通过回采多路固态继电器的触点状态信息来判断对应开关是否闭合，若未正常闭合，则重新发送开关量输出信号，以确保多路开关量控制信号的输出准确性。

模拟开关用于将外部设备反馈的多路电压量依次切换输出至第二固体继电器，通过第二固体继电器的内部开关动作将多路电压量依次传送至控制板；控制设备采集的电压量路数由模拟开关的个数决定，模拟开关的个数越多，能够采集的电压量的路数越多。

进一步的，控制板1包括主控单元，以及与主控单元相连的M个CAN通讯接口、N个1553B通讯接口、数字量开入电路、电平转换电路和采样电路；其中，1≤M≤4，1≤N≤3；

控制板1通过CAN通讯接口与上位机的CAN总线相连，通过1553B通讯接口与上位机的1553B总线相连，通过数字量开入电路与外部设备相连，通过电平转换电路和采样电路与继电器板相连；

1553B通讯接口用于接收外部上位机发送的1553B指令；

主控单元用于对1553B指令进行译码处理，得到开关量输出信号；

电平转换电路对开关量输出信号进行电平转换处理，并将转换后的开关量输出信号发送至第一固体继电器；

所述采样电路用于接收第二固体继电器发送的电压量并进行放大处理；

数字量开入电路用于采集外部设备反馈的开关量输入信息，调理后发送至主控单元；

主控单元对上述数字量开入信息进行检查判断，并将判断结果以及采样电路处理后的电压量通过CAN通讯接口发送至外部上位机；

进一步的，主控单元包括1553B协议芯片、DSP芯片和FPGA芯片；

1553B协议芯片的第一端与1553B通讯接口的输出端相连，第二端与DSP芯片的第一端相连，第三端与FPGA芯片的第一端相连；DSP芯片的第二端与CAN通讯接口的输入端相连，第三端与FPGA芯片的第二端相连，第四端与采样电路的输出端相连；FPGA芯片的第三端与电平转换电路的输入端相连，第四端与数字量开入电路的输出端相连；

DSP芯片作为控制板1的核心，主要用于数据处理、逻辑判断、控制信息交换；1553B协议芯片用于接收1553B通讯接口输出的1553B指令并进行格式转换；FPGA芯片作为DSP芯片与1553B协议芯片的桥梁，用于对1553B协议芯片的功能管脚进行编译以控制1553B协议芯片将转换后的1553B指令发送至DSP芯片；DSP芯片根据接收的1553B指令生成开关量输出信号，该开关量输出信号经FPGA芯片编码后发送至继电器板；FPGA芯片还用于将外部设备反馈的开关量输入信息进行译码后发送至DSP芯片进行处理。

进一步的，采样电路包括A/D采样模块、运算放大器和隔离放大器；

隔离放大器的输入端与第二固体继电器的输出端相连，其输出端与运算放大器的输入端相连；运算放大器的输出端与A/D采样模块的输入端相连；A/D采样模块的输出端与DSP芯片的第三端相连；

运算放大器和隔离放大器对第二固体继电器输出的电压量进行隔离和运算放大；

进一步的，数字量开入电路采用光电耦合器，用于将外部设备的开关量输入信息和多路固态继电器的触点状态信息调理后发送至FPGA芯片；

进一步的，主控单元、CAN通讯接口、1553B通讯接口和A/D采样模块可固化为一集成处理器；将CAN通讯接口、1553B通讯接口固化在集成处理器中，突破常规处理器电路与通讯电路分散独立的方式，高度集成化的设置方式大大减小通讯电路在印制板中所占用的空间，降低了控制设备的体积。

进一步的，该多总线控制设备还包括DC/DC电源模块，用于为上述集成处理器提供不同的工作电压，包括1.5V、1.2V、3.3V。

下面结合实施例对本发明提供的小型通用化多总线控制设备的结构和工作原理进行详细说明。

本实施例提供的多总线控制设备包括控制板1和继电器板2，如图1所示，控制板1和继电器板2采用上下堆叠结构，第一层为控制板1、第二层为继电器板2，板层之间通过接插件进行连接；采用层叠设计结构，拆装便利，可通过更换控制板1或继电器板2来满足不同功能需求，免于重新设计控制设备带来的重复性工作，节约成本。

控制板1包括主控单元，以及与主控单元相连的4个CAN通讯接口、3个1553B通讯接口、光电耦合器、电平转换电路和采样电路；

主控单元包括1553B协议芯片、DSP芯片和FPGA芯片；1553B协议芯片的第一端与1553B通讯接口的输出端相连，第二端与DSP芯片的第一端相连，第三端与FPGA芯片的第一端相连；DSP芯片的第二端与CAN通讯接口的输入端相连，第三端与FPGA芯片的第二端相连，第四端与采样电路的输出端相连；FPGA芯片的第三端与电平转换电路的输入端相连，第四端与数字量开入电路的输出端相连。

采样电路包括A/D采样模块、运算放大器和隔离放大器；

隔离放大器的输入端与第二固体继电器的输出端相连，其输出端与运算放大器的输入端相连；运算放大器的输出端与A/D采样模块的输入端相连；A/D采样模块的输出端与DSP芯片的第三端相连；

继电器板2包括第一固体继电器、四路固态继电器、第二固体继电器、第一模拟开关和第二模拟开关；

第一固体继电器的第一端与控制板的输出端相连，第二端与多路固态继电器的输入端相连；多路固态继电器的第一输出端与外部设备相连，第二输出端与控制板的输入端相连；第二固体继电器的第一端与控制板的采样端相连，第二端与模拟开关的输出端相连；模拟开关的输入端和与外部设备相连。

图3所示是本实施例提供的四路固态继电器的电路原理图；如图3所示，+M、-M为四路固态继电器的工作电压，KC1与KC2分别为第一固体继电器生成的继电器控制信号，该继电器控制信号用于控制四路固态继电器中的对应开关闭合；CT1与CT2分别为开关闭合回测信号，通过采集该信号可判断继电器对应开关是否闭合；两路+M1、-M1分别为需要输出的开关量控制信号；该四路固态继电器能够支持32路开关量控制信号同时输出，以扩展控制设备的控制信号输出路数，提高其通用性。

第一模拟开关和第二模拟开关分别用于实现8路开关量输入信息的采集，因此该控制设备支持16路外部电压信号采集功能；光电耦合器支持52路开关量输入信息的采集，该控制设备支持52路数字量开入。

相比于现有的控制设备，本发明提供的小型通用化多总线控制设备，控制板和继电器板采用上下堆叠结构，拆装便利，可通过更换控制板或继电器板来满足不同功能需求，免于重新设计控制设备带来的重复性工作，具有更好的扩展性且节约成本；采用多个固体继电器作为内部开关器件，无需电磁隔离电路和泄放电路即可实现控制信号输出，减小控制设备体积；第一固体继电器和多路固态继电器配合使用，实现了多路开关量控制信号同步输出，增加开关量控制信号的输出路数，以保证控制设备的通用性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种小型通用化多总线控制设备，其特征在于，包括控制板和继电器板；所述控制板和继电器板采用上下堆叠结构，板层之间通过接插件进行连接；

所述控制板用于接收外部上位机发送的1553B指令并进行译码处理，得到开关量输出信号；并用于采集外部设备反馈的开关量输入信息，根据所述开关量输入信息检测外部设备的开关量状态的正确性；并用于对继电器板采集的所述开关量输入信息的电压量进行过欠压检测，并将检测结果发送至外部上位机；

所述继电器板用于根据所述开关量输出信号控制内部继电器动作，输出开关量控制信号；所述继电器板包括第一固体继电器、多路固态继电器、第二固体继电器和至少一个模拟开关；

所述第一固体继电器的第一端作为继电器板的第一输入端，与控制板的输出端相连，第二端与多路固态继电器的输入端相连；所述多路固态继电器的第一输出端作为继电器板的第一外部设备接口，第二输出端作为继电器板的输出端，与控制板的输入端相连；所述第二固体继电器的第一端作为继电器板的第二输入端，与控制板的采样端相连，第二端与模拟开关的输出端相连；所述模拟开关的输入端作为继电器板的第二外部设备接口；

所述第一固体继电器用于接收控制板输出的开关量输出信号，并根据所述开关量输出信号生成继电器控制信号；多路固态继电器在所述继电器控制信号的作用下执行开关动作，输出多路开关量控制信号；

所述模拟开关用于将外部设备反馈的多路电压量依次切换输出，并通过所述第二固体继电器传送至控制板；

多路固态继电器还输出开关闭合回测信号，所述控制板还通过采集所述开关闭合回测信号判断多路固态继电器的对应开关是否正常闭合，若否，则重新发送开关量输出信号以确保多路开关量控制信号的输出准确性；

所述控制板包括主控单元以及与主控单元相连的通讯电路、数字量开入电路、电平转换电路和采样电路；其中，主控单元、CAN通讯接口、1553B通讯接口和采样电路固化在一个集成处理器中。

2.如权利要求1所述的小型通用化多总线控制设备，其特征在于，所述通讯电路包括M个CAN通讯接口和N个1553B通讯接口；其中，1≤M≤4，1≤N≤3；

所述CAN通讯接口用于连接外部上位机的CAN总线，所述1553B通讯接口用于连接外部上位机的1553B总线，所述数字量开入电路用于连接外部设备；所述电平转换电路与第一固体继电器相连；所述采样电路与第二固体继电器相连；

所述1553B通讯接口用于接收外部上位机发送的1553B指令；所述主控单元用于对所述1553B指令进行译码处理，得到开关量输出信号；所述开关量输出信号经电平转换电路处理后发送至第一固体继电器；

所述数字量开入电路用于采集外部设备反馈的开关量输入信息，以及多路固态继电器的触点状态信息，调理后发送至主控单元；所述采样电路用于接收第二固体继电器发送的开关量输入信息的电压量并进行放大处理；

所述主控单元用于根据所述开关量输入信息检测外部设备的开关量状态的正确性，并用于对放大后的电压量进行过欠压检测，并将检测结果通过CAN通讯接口发送至外部上位机。

3.如权利要求2所述的小型通用化多总线控制设备，其特征在于，所述主控单元包括1553B协议芯片、DSP芯片和FPGA芯片；

所述1553B协议芯片的第一端与1553B通讯接口的输出端相连，第二端与DSP芯片的第一端相连，第三端与FPGA芯片的第一端相连；所述DSP芯片的第二端与CAN通讯接口的输入端相连，第三端与FPGA芯片的第二端相连，第四端与采样电路的输出端相连；所述FPGA芯片的第三端与电平转换电路的输入端相连，第四端与数字量开入电路的输出端相连；

所述1553B协议芯片用于接收1553B通讯接口输出的1553B指令并进行格式转换；所述FPGA芯片用于控制1553B协议芯片将转换后的1553B指令发送至DSP芯片；所述DSP芯片根据接收的1553B指令生成开关量输出信号，所述开关量输出信号经FPGA芯片编码后发送至继电器板；所述FPGA芯片还用于将外部设备反馈的开关量输入信息进行译码后发送至DSP芯片。

4.如权利要求3所述的小型通用化多总线控制设备，其特征在于，所述采样电路包括A/D采样模块、运算放大器和隔离放大器；

所述隔离放大器的输入端与第二固体继电器的输出端相连，输出端与运算放大器的输入端相连；所述运算放大器的输出端与A/D采样模块的输入端相连；所述A/D采样模块的输出端与DSP芯片的第三端相连；

所述隔离放大器用于实现A/D采样模块与第二固体继电器之间的电气隔离；所述运算放大器对第二固体继电器输出的电压量进行运算放大。

5.如权利要求3或4所述的小型通用化多总线控制设备，其特征在于，所述数字量开入电路采用光电耦合器。

6.如权利要求4所述的小型通用化多总线控制设备，其特征在于，所述主控单元、CAN通讯接口、1553B通讯接口和A/D采样模块固化为一集成处理器。

7.如权利要求6所述的小型通用化多总线控制设备，其特征在于，还包括DC/DC电源模块，用于为所述集成处理器提供工作电压，所述工作电压包括1.5V、1.2V、3.3V。

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