CN109917729A - 一种基于总线的模块化储物柜控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明属于物联网智能控制领域，具体地说，一种基于总线的模块化储物柜控制模块，采用模块化的设计，通过CAN总线实现操作界面控制器对最多1万个单元模块控制器实现控制，用于密集储物柜或智能仓库等应用环境，由操作界面控制器、模块中继控制器和单元模块控制器组成，操作界面控制器与模块模块中继控制器、单元模块控制器通过总线串联而成，控制单元模块能够实现模块化的控制方案，极大方便储物柜的数量的扩展和使用灵活性，也具有低成本的优势，施工接线简单方便，远程PC和手机APP也能控制，通用性和智能性强。

Description

一种基于总线的模块化储物柜控制模块

技术领域

本发明属于物联网智能控制领域，具体地说，一种基于总线的模块化储物柜控制模块，采用模块化的设计，通过CAN总线实现操作界面控制器对最多1万个单元模块控制器实现控制，用于密集储物柜或智能仓库等应用环境。

背景技术

随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对智能仓储、智能储物、智能贩卖和共享经济等有着极大的需求。

在类似智能储物或云柜的典型应用中，人们可以在超市、商场和图书馆附近设置简易的存放处和储物柜，以共享经济的商业运营模式，通过储物柜寄存自己的物品，人们可以通过手机APP支付的方式，支付成功后控制储物柜打开电子锁，拿走自己寄存的物品。

在类似自动售货机或发货机的应用中，比如销售药品、衬衫等商品时，人们也是可以通过手机APP支付的方式，与销售终端操作界面控制器交互，操作界面控制器通过与远程PC控制室确认后，通过操作界面控制器实现售卖单元格内的电子锁的开门，用户拿走自己的物品。

在一些智能仓库的管理中，可能库存管理人员通过物料清单，需要在仓库中寻找物料清单中的物品，费时费力，仓库管理人员希望在每一个存放单元处，能够有指示灯或者电子锁自动弹出仓库单元格，便于仓库管理人员通过远程PC平台，选择自己想要的物品，然后进入仓库就能很快的找到并拿到所需要的物品。

在现有的一些技术中，大都采用PLC或者工控机的控制方式，这种控制方式存在以下几种缺点：

（1）PLC和工控机的输入和输出点数是有限的，有上限的，很难达到几千上万个点的控制，达到这个点数的控制，电气的布线和程序都会显得很臃肿，缺乏灵活性。

（2）在一次设计定型后，如果向增加新的点位，难度比较大，需要更换更多点数的PLC和控制器等，还需要重新设计走线，施工周期长。

（3）施工成本高，当需要增加更多的点位时，可能需要换新的型号的控制器或PLC，可能原来是需要中型PLC的，随着点数增加就需要选择大型PLC架构，电气的成本急剧增加。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于总线的模块化储物柜控制模块，能够解决大部分的智能储物柜、智能售货机和智能仓库管理等类似应用中，需要大量的单元控制，每个单元控制有着共同的特点，都需要一个能够控制电磁锁的输出、一个指示灯和一个按钮的控制的问题。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于总线的模块化储物柜控制模块，由操作界面控制器、单元模块控制器和总线耦合而成，该基于总线的模块化储物柜控制模块还包括模块中继控制器，操作界面控制器的信号通过一组总线连接一个或一个以上模块中继控制器，模块中继控制器的信号通过另一组总线连接一个或一个以上的单元模块控制器。

在上述技术方案中，操作界面控制器主要是用于人机的交互，与远程PC平台交换数据和接收手机APP发来的指令，向各模块中继控制器发送指令等；模块中继控制器主要用于接收操作界面控制的指令，向每个模块控制器分发指令等；单元模块控制器主要用于每个模块化储物柜的单元指示灯、电磁锁和按钮等操作的控制。

其中，远程PC平台可以根据实际的应用需求，由开发人员开发必要的应用程序，比如，在智能仓库的管理中，远程PC平台可以为操作界面控制器提供强大的后台数据库功能，可以提供BOM物料清单给操作界面控制器，用来操作界面控制器控制每个单元。

手机APP可以根据实际的应用需求，由开发人员必要的应用，比如，在自动发放衣服的智能设备中，可以通过手机扫描二维码，提供支付密码等方式，确认衣服的领取权限，手机APP发送指令给操作界面控制器，然后操作界面控制器控制单元门阀发放衣物。

本发明的进一步改进，操作界面控制器包含有嵌入式处理器、触摸屏、RS232接口、WIFI模块、网络接口模块、CAN接口模块、RAM和FLASH。其中，嵌入式处理器主要用于嵌入式操作系统和应用程序的执行；触摸屏主要用于人机交互；RS232接口主要用于设备调试与参数传递等；WIFI模块用于与手机APP建立无线通讯，接受手机APP的数据和指令等；网络接口模块用于与远程PC建立通讯，用于远程应用控制端传递数据和指令；CAN接口模块用于与模块中继控制器和单元模块控制器通讯，下发实际的控制指令。

本发明的进一步改进，模块中继控制器包含有单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯、两路CAN接口：CAN接口1、CAN接口2和按钮输入模块。其中，单片机处理器主要用来提供2路CAN总线通讯控制；指示灯用于储存柜的选中指示或一些操作状态的闪烁显示等；MOSEET驱动电路主要用于低功率的电磁锁的电磁圈的控制，主要发出一定占空比的PWM波形，实现电磁圈的吸合又不至于电磁圈的发热，增加电磁锁的寿命；按钮输入主要是每个储存柜的手动开门等操作；CAN接口1和CAN接口2分别用来与操作界面控制器和单元模块控制器通讯，用于指令的传递。

本发明的进一步改进，单元模块控制器包含有单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯、CAN接口和按钮输入模块。其中，单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯和按钮输入的功能与模块中继控制器的一致，区别是出于成本考虑，单片机处理器的选型不一样，只有1路CAN接口，作为终端储存柜单元模块控制使用。

本发明的进一步改进，操作界面控制器中的嵌入式处理器采用A8架构的ARM处理器，具体使用AM335x微处理器作为核心处理器，触摸屏采用7寸触摸屏；模块中继控制器中单片机处理器采用基于Cortex-M3的STM32F105R8芯片为主控制器；单元模块控制器中单片机处理器采用STM32F042F4P6芯片为主控制器。

本发明的有益效果：本发明主要是在模块化、低成本和适用性高等几方面设计，采用模块化的设计后，每一个控制单元都是独立的，增加一个单元只需要简单接几根线就可以，而且总线与电源都是可以串联连接的，一排控制单元只需要4根线即可；低成本主要是采用统一的电路设计后，可以大批量生产，每个点平均成本比集成控制要低的多；而且，同样的应用需求都可以使用此硬件结构，根据实际的操作和应用，开发特定的程序。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中操作界面控制器模块结构示意图。

图3 为本发明中模块中继控制器结构示意图。

图4 为本发明中单元模块控制器结构示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：一种基于总线的模块化储物柜控制模块，由操作界面控制器、单元模块控制器和总线耦合而成，该基于总线的模块化储物柜控制模块还包括模块中继控制器，操作界面控制器的信号通过一组总线连接一个或一个以上模块中继控制器，模块中继控制器的信号通过另一组总线连接一个或一个以上的单元模块控制器。

如图1所示，操作界面控制器通过CAN总线与n个模块中继控制器通讯，每个模块中继控制器通过CAN总线又可与m个单元模块控制器通讯，这样的话，实际上1个操作界面控制器可以控制n*m个单元模块控制器，也就是n*m个储物柜单元结构。操作界面控制器可以与远程PC通过以太网通讯和手机APP通过WIFI通讯，同时可以与模块中继控制器通过CAN总线通讯，最大可支持110个模块中继控制器通讯。操作界面控制器也可以直接与单元模块控制器通过CAN总线通讯，最大可支持110个单元模块控制器。操作界面控制器与模块中继控制器通讯，还可以继续通过模块中继控制器扩展与模块中继控制器间接通讯，以获得更多的控制模块的节点。在一些小型的应用中，不需要超过110个储物单元的时候，可以采用操作界面控制器直接与单元模块控制器通讯组网。

如图2所示，操作界面控制器包含有嵌入式处理器、7寸触摸屏、RS232接口、WIFI模块、网络接口模块、CAN接口模块、RAM和FLASH等主要部分组成，其中嵌入式处理器主要用于嵌入式操作系统和应用程序的执行；7寸触摸屏主要用于人机交互；RS232接口主要用于设备调试与参数传递等；WIFI模块用于与手机APP建立无线通讯，接受手机APP的数据和指令等；网络接口模块用于与远程PC建立通讯，用于远程应用控制端传递数据和指令；CAN接口模块用于与模块中继控制器和单元模块控制器通讯，下发实际的控制指令。嵌入式处理器采用A8架构的ARM处理器，具体使用AM335x微处理器作为核心处理器，AM335x微处理器能够支持主流的Linux、Android、WinCE等嵌入式系统，在各类工业领域应用很广，主频可达720MHz，集成了2个千兆以太网、6个UART串口、24位的LCD控制器和触摸屏控制器、2个USB高速OTG接口、2个CAN总线接口。

如图3所示，本实施例的中继控制器结构图，包含单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯、CAN接口1、CAN接口2和按钮输入等，其中单片机处理器主要用来提供2路CAN总线通讯控制；指示灯用于储存柜的选中指示或一些操作状态的闪烁显示等；MOSEET驱动电路主要用于低功率的电磁锁的电磁圈的控制，主要发出一定占空比的PWM波形，实现电磁圈的吸合又不至于电磁圈的发热，增加电磁锁的寿命；按钮输入主要是每个储存柜的手动开门等操作；CAN接口1和CAN接口2分别用来与操作界面控制器和单元模块控制器通讯，用于指令的传递。其中，单片机处理器采用基于Cortex-M3的STM32F105R8芯片为主控制器，主频72M，与2路CAN通讯芯片TJA1050相连实现2路CAN总线的实时通讯、电磁锁的PWM脉冲输出控制，按键事物响应，指示灯的数控控制等功能。

如图4所示，本实施例的中继控制器包含单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯、CAN接口和按钮输入等，其中单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯和按钮输入的功能与模块中继控制器的一致，区别是出于成本考虑，单片机处理器的选型不一样，只有1路CAN接口，作为终端储存柜单元模块控制使用。单元模块控制器中单片机处理器采用STM32F042F4P6芯片为主控制器，主频48M，可实现1路CAN总线接口与模块中继控制器或操作界面控制器通讯，同样可实现电磁锁的PWM脉冲输出控制，按键事物响应，指示灯的数控控制等功能。由于单元模块控制器的需求数量大，采用此芯片为主处理器，可以大幅的降低成本。

在实际的应用中，根据不同的应用需求，选择不同的部署格局，比如在智能仓库储物柜的应用中，操作界面控制器模块被部署在仓库入门的位置，而模块中继控制器则负责一个整柜的总分支，便于整体的施工和搬运，而单元模块控制器则负责每个货柜的单元控制，既能满足控制数量又能兼顾成本。

本实施例主要解决的问题是在大部分的智能储物柜、智能售货机和智能仓库管理等类似应用中，需要大量的单元控制，每个单元控制有着共同的特点，都需要一个能够控制电磁锁的输出、一个指示灯和一个按钮的控制。

电磁锁的控制，需要控制器输出PWM波形，通过控制PWM的频率和占空比来保持电磁锁能够处于吸合状态，又不至于使电磁锁发热，长久使用的时候影响电磁锁的寿命。

如果利用PLC或工控机的控制方式，假设需要1000个点的单元控制，就需要PLC或工控机能够支持1000个PWM输出点，1000个输入点和1000个输出点，这对于PLC或工控机平台来说，数量太大了，成本很高。

采用基于总线的模块化储物柜控制模块，每个模块只需要几元的成本，每个模块中继控制器和单元模块控制器都能够实现1个PWM的输出点、1个指示灯输出、1个按钮输入点，其中PWM的输出点通过大电流的MOSEET驱动电路放大，能够直接驱动5V或12V的电磁锁线圈，不需要额外的放大电路了。

采用基于总线的模块化储物柜控制模块，由于主要的成本在于操作界面控制器模块，而模块中继控制器和单元模块控制器由于采用低成本的单片机处理器设计，随着大批量的生产，每一个点的成本是可控的。而且采用总线式的管理方式，可以很方便的增加或减少每一个储物柜的点数，布线方便，每个储物柜单元是独立的，便于施工。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于总线的模块化储物柜控制模块，由操作界面控制器、单元模块控制器和总线耦合而成，其特征在于，该基于总线的模块化储物柜控制模块还包括模块中继控制器，所述操作界面控制器的信号通过一组总线连接一个或一个以上所述模块中继控制器，所述模块中继控制器的信号通过另一组总线连接一个或一个以上的所述单元模块控制器。

2.根据权利要求1所述的基于总线的模块化储物柜控制模块，其特征在于，所述操作界面控制器包含有嵌入式处理器、触摸屏、RS232接口、WIFI模块、网络接口模块、CAN接口模块、RAM和FLASH。

3.根据权利要求2所述的基于总线的模块化储物柜控制模块，其特征在于，所述模块中继控制器包含有单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯、两路CAN接口：CAN接口1、CAN接口2和按钮输入模块。

4.根据权利要求3所述的基于总线的模块化储物柜控制模块，其特征在于，所述单元模块控制器包含有单片机处理器、MOSEET驱动电路、指示灯、CAN接口和按钮输入模块。

5.根据权利要求2-4任一项所述的基于总线的模块化储物柜控制模块，其特征在于，所述操作界面控制器中的嵌入式处理器采用A8架构的ARM处理器，具体使用AM335x微处理器作为核心处理器，触摸屏采用7寸触摸屏。

6.根据权利要求5所述的基于总线的模块化储物柜控制模块，其特征在于，所述模块中继控制器中单片机处理器采用基于Cortex-M3的STM32F105R8芯片为主控制器。

7.根据权利要求6所述的基于总线的模块化储物柜控制模块，其特征在于，所述单元模块控制器中单片机处理器采用STM32F042F4P6芯片为主控制器。