CN110032113A - 一种基于树莓派的二次供水设备控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于树莓派的二次供水设备控制器，包括树莓派电脑板、TF存储卡、模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、电源模块以及触摸液晶屏；模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块分别与树莓派电脑板的GPIO接口连接；电源模块与树莓派电脑板的电源插孔连接；TF存储卡与树莓派电脑板的MicroSD卡插槽连接。本控制器系统硬件架构见图1，系统以树莓派电脑板卡片电脑为核心，操作系统和控制器程序装载在TF存储卡上，可根据不同的系统配置更换TF卡就可迅速投入使用。本控制器采用树莓派电脑板，成本低、体积小、外部接线简单；树莓派具有强大的通信功能；系统工作状态监控无需再通过第三方平台,可适应二次供水设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于树莓派的二次供水设备控制器。
背景技术
传统二次供水设备控制器一般基于触摸屏和PLC系统实现，采用触摸屏和PLC系统分开的独立式结构，PLC系统由CPU模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、通信模块构成，体积大、成本高、外部接线较多，如要实现上位机监控二次供水设备的工作状态，还需要额外的工业组态软件或访问设备厂商提供的设备监控网站，在使用上也极为不便。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出了一种基于树莓派的二次供水设备控制器，采用一体化结构，控制器本身集触摸屏、CPU、数字量和模拟量输入输出、通信模块为一体，具有成本低、体积小的特点，外部接线简单。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于树莓派的二次供水设备控制器，包括树莓派电脑板、TF存储卡、模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、电源模块以及触摸液晶屏；
模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块分别与树莓派电脑板的GPIO接口连接；电源模块与树莓派电脑板的电源插孔连接；TF存储卡与树莓派电脑板的Micro SD卡插槽连接。
作为优选方式，开关量输入模块包括电阻R1-R24,光耦U1-U8，电容C1-C8和发光二极管D1-D8。
作为优选方式，光耦U1的1号引脚连接电阻R1，光耦U1的2号引脚接地，光耦U1的1号和2号引脚之间设置电容C1；光耦U1的3号引脚接地，光耦U1的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U2的1号引脚连接电阻R2，光耦U2的2号引脚接地，光耦U2的1号和2号引脚之间设置电容C2；光耦U2的3号引脚接地，光耦U2的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U3的1号引脚连接电阻R3，光耦U3的2号引脚接地，光耦U3的1号和2号引脚之间设置电容C3；光耦U3的3号引脚接地，光耦U3的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U4的1号引脚连接电阻R4，光耦U4的2号引脚接地，光耦U4的1号和2号引脚之间设置电容C4；光耦U4的3号引脚接地，光耦U4的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U5的1号引脚连接电阻R5，光耦U5的2号引脚接地，光耦U5的1号和2号引脚之间设置电容C5；光耦U5的3号引脚接地，光耦U5的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U6的1号引脚连接电阻R6，光耦U6的2号引脚接地，光耦U6的1号和2号引脚之间设置电容C6；光耦U6的3号引脚接地，光耦U6的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U7的1号引脚连接电阻R7，光耦U7的2号引脚接地，光耦U7的1号和2号引脚之间设置电容C7；光耦U7的3号引脚接地，光耦U7的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U8的1号引脚连接电阻R8，光耦U8的2号引脚接地，光耦U8的1号和2号引脚之间设置电容C8；光耦U8的3号引脚接地，光耦U8的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
发光二极管D1与电阻R9组成第一串联电路，第一串联电路与电阻R10组合第一并联电路，第一并联电路的一端接3.3V电源，第一并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D2与电阻R11组成第二串联电路，第二串联电路与电阻R12组合第二并联电路，第二并联电路的一端接3.3V电源，第二并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D3与电阻R13组成第三串联电路，第三串联电路与电阻R14组合第三并联电路，第三并联电路的一端接3.3V电源，第三并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D4与电阻R15组成第四串联电路，第四串联电路与电阻R16组合第四并联电路，第四并联电路的一端接3.3V电源，第四并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D5与电阻R17组成第五串联电路，第五串联电路与电阻R18组合第五并联电路，第五并联电路的一端接3.3V电源，第五并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D6与电阻R19组成第六串联电路，第六串联电路与电阻R20组合第六并联电路，第六并联电路的一端接3.3V电源，第六并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D7与电阻R21组成第七串联电路，第七串联电路与电阻R22组合第七并联电路，第七并联电路的一端接3.3V电源，第七并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D8与电阻R23组成第八串联电路，第八串联电路与电阻R24组合第八并联电路，第八并联电路的一端接3.3V电源，第八并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚。优选地，电阻R1-R8接至P2接口。
作为优选方式，电源模块包括电源模块PW1-PW5，电容C9-C18，二极管D9和D10；其中PW1是200V转正负12V电源模块，PW2-PW5是220V转24V电源模块。
作为优选方式，电源模块PW1-PW5的L端接在一起并连接至P1接口；电源模块PW1-PW5的N端接在一起并连接至P1接口；
电源模块PW1的GND端接地，电源模块PW1的V+端与GND端之间设置电容C9；电源模块PW1的V-端连接二极管D9的负极，电源模块PW1的GND端还连接二极管D10的负极，二极管D9与D10的正极连接在一起；
电源模块PW2的V+端与GND端之间设置电容C11和C12，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW3的V+端与GND端之间设置电容C13和C14，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW4的V+端与GND端之间设置电容C15和C16，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW5的V+端与GND端之间设置电容C17和C18，电源模块PW2的GND端接地。
作为优选方式，模拟量输入输出模块包括芯片IC1-IC5，其中芯片IC1-IC3用于将4-20mA的电流输入信号转换为0-5V电压信号；芯片IC5用于接收来自芯片IC1-IC3的模拟量输入信号，发送给IC4的模拟量输出信号；IC4用于将从IC5送来的电压信号转换为4-20mA电流信号。
作为优选方式，芯片IC1-IC3均采用RCV420精密电流环接收器，芯片IC4采用XTR115精密电流环变送器，芯片IC5采用PCF8591转换芯片；
芯片IC1的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC1的+IN端接P3接口，芯片IC1的V-端连接-12V电源和电容C19，电容C19接地；芯片IC1的V+端连接+12V电源和电容C23，电容C23接地；芯片IC1的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN0端；
芯片IC2的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC2的+IN端接P4接口，芯片IC2的V-端连接-12V电源和电容C20，电容C20接地；芯片IC2的V+端连接+12V电源和电容C24，电容C24接地；芯片IC2的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN1端；
芯片IC3的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC3的+IN端接P5接口，芯片IC3的V-端连接-12V电源和电容C21，电容C21接地；芯片IC3的V+端连接+12V电源和电容C25，电容C25接地；芯片IC3的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN2端；
芯片IC5的A0、A1、A2和VSS端接地，芯片IC5的AOUT端通过电阻R25连接芯片IC4的Iin端，芯片IC4的Iret端接地，芯片IC4的Io端连接P6接口，芯片IC4的端连接三极管Q1的发射极，三极管Q1的基极接芯片IC4的B端，三极管Q1的集电极以及芯片IC4的V+端连接+24V。
作为优选方式，开关量输出模块包括驱动芯片IC6和IC7，继电器K1-K14。
作为优选方式，芯片IC6和IC7均采用达林顿驱动芯片ULN2003A，芯片IC6的IN1-IN7端连接树莓派电脑板的GPIO接口，芯片IC6的GND端接地，芯片IC6的COM端接24V电源，芯片IC6的OUT1-OUT7分别连接继电器K1-K7的线圈；
芯片IC7的IN1-IN7端连接树莓派电脑板的GPIO接口，芯片IC7的GND端接地，芯片IC7的COM端接24V电源，芯片IC7的OUT1-OUT7分别连接继电器K8-K14的线圈；
继电器K1的触头连接连接P7接口，继电器K2的触头连接连接P8接口，继电器K3的触头连接连接P9接口，继电器K4的触头连接连接P10接口；继电器K5-K9的触头连接到P11接口，继电器K10-K14的触头连接到P12接口。
作为优选方式，触摸液晶屏的数据接口与树莓派电脑板的GPIO接口相连。
本发明的有益效果是：
本控制器采用树莓派电脑板，成本低、体积小、外部接线简单；以树莓派为基础，具有强大的通信功能；系统工作状态监控无需再通过第三方平台,可适应二次供水设备。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为树莓派GPIO接口示意图；
图3为开关量输入模块结构示意图；
图4为模拟量输入输出模块结构示意图；
图5为开关量输出模块结构示意图；
图6为电源模块结构示意图；
图7为液晶屏示意图；
图8整个控制器的外部接线端子示意图；
图9为控制器应用在三用一备二次供水设备时的接线图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于树莓派的二次供水设备控制器，包括树莓派电脑板、TF存储卡、模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、电源模块以及触摸液晶屏；
模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块分别与树莓派电脑板的GPIO接口连接；电源模块与树莓派电脑板的电源插孔连接；TF存储卡与树莓派电脑板的Micro SD卡插槽连接。本控制器架构见图1，控制器以树莓派卡片电脑为核心，可根据不同的系统配置更换TF卡就可迅速投入使用。草莓派的GPIO接口如图2所示，P13为40针双列接口，用于与树莓派主板的接口连接。
二次供水设备的工作原理是以管网水压为设定参数，通过控制器控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节，使供水系统输出水压自动恒稳于设定的压力值：用水量增加时，变频器输出频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大；用水量减少时，变频器的输出频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减少。
在图1中，“压力变送器”包括“进水压力变送器”和“出水压力变送器”，“进水压力变送器”安装在二次供水设备进水端，作用是检测自来水管网供水压力；“出水压力变送器”安装在二次供水设备出水端，用于检测二次供水设备的供水压力。
“变频器模拟量输入”是变频器用于接收控制器模拟量输出信号的端子，变频器通过输入模拟量的大小来调节变频器输出，以达到控制送水泵转速的目的。
“外部开关量信号”主要是指外部的“启动变频器”信号、“泵故障”信号、“远程启停”信号、“无水”信号、“变频故障”信号、“禁止运行”信号。“启动变频器”是控制器启动变频器的信号；“泵故障”信号主要是指水泵的热过载故障信号,当水泵出现故障无法运行时该信号接通，控制器报警并自动将故障泵退出运行状态；“远程启停”信号是指当需要远程启停二次供水设备时的开关量信号；“无水”信号来自二次供水设备进水端的电接点压力表，当自来水管网停水时，“无水”信号接通，通知二次供水设备不能工作，以避免在自来水管网中产生负压，影响自来水管网供水；“变频故障”信号是当变频器发生故障时接通，通知控制器报警，以便及时排除故障；“禁止运行”信号是出于设备运行安全考虑设置的信号，该信号接通时，整套设备将无法运行，主要在设备检修时使用。
“接触器”是根据控制器的输出控制泵运行的电气元件，控制器会根据供水量的大小自动控制泵的工作数量，当供水量小的时候，控制一台泵变频调速运行就能满足使用要求，当供水量大时，控制器会将一台或多台泵投入工频运行，即全速运行，同时再控制一台泵变频调速运行，保持供水量恒定，以满足使用要求。
在一个优选实施例中，如图3所示，开关量输入模块包括电阻R1-R24,光耦U1-U8，电容C1-C8和发光二极管D1-D8。控制器设有8路开关量输入，为保障系统工作安全，采用了光耦做输入隔离，其中U1-U8为隔离光耦，D1-D8为端口状态显示发光二极管，对应端口回路闭合时，该端口的状态显示二极管会亮起。该接口的状态信号连接至树莓派GPIO端口。
在一个优选实施例中，如图3所示，光耦U1的1号引脚连接电阻R1，光耦U1的2号引脚接地，光耦U1的1号和2号引脚之间设置电容C1；光耦U1的3号引脚接地，光耦U1的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U2的1号引脚连接电阻R2，光耦U2的2号引脚接地，光耦U2的1号和2号引脚之间设置电容C2；光耦U2的3号引脚接地，光耦U2的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U3的1号引脚连接电阻R3，光耦U3的2号引脚接地，光耦U3的1号和2号引脚之间设置电容C3；光耦U3的3号引脚接地，光耦U3的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U4的1号引脚连接电阻R4，光耦U4的2号引脚接地，光耦U4的1号和2号引脚之间设置电容C4；光耦U4的3号引脚接地，光耦U4的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U5的1号引脚连接电阻R5，光耦U5的2号引脚接地，光耦U5的1号和2号引脚之间设置电容C5；光耦U5的3号引脚接地，光耦U5的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U6的1号引脚连接电阻R6，光耦U6的2号引脚接地，光耦U6的1号和2号引脚之间设置电容C6；光耦U6的3号引脚接地，光耦U6的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U7的1号引脚连接电阻R7，光耦U7的2号引脚接地，光耦U7的1号和2号引脚之间设置电容C7；光耦U7的3号引脚接地，光耦U7的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U8的1号引脚连接电阻R8，光耦U8的2号引脚接地，光耦U8的1号和2号引脚之间设置电容C8；光耦U8的3号引脚接地，光耦U8的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
发光二极管D1与电阻R9组成第一串联电路，第一串联电路与电阻R10组合第一并联电路，第一并联电路的一端接3.3V电源，第一并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D2与电阻R11组成第二串联电路，第二串联电路与电阻R12组合第二并联电路，第二并联电路的一端接3.3V电源，第二并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D3与电阻R13组成第三串联电路，第三串联电路与电阻R14组合第三并联电路，第三并联电路的一端接3.3V电源，第三并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D4与电阻R15组成第四串联电路，第四串联电路与电阻R16组合第四并联电路，第四并联电路的一端接3.3V电源，第四并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D5与电阻R17组成第五串联电路，第五串联电路与电阻R18组合第五并联电路，第五并联电路的一端接3.3V电源，第五并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D6与电阻R19组成第六串联电路，第六串联电路与电阻R20组合第六并联电路，第六并联电路的一端接3.3V电源，第六并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D7与电阻R21组成第七串联电路，第七串联电路与电阻R22组合第七并联电路，第七并联电路的一端接3.3V电源，第七并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D8与电阻R23组成第八串联电路，第八串联电路与电阻R24组合第八并联电路，第八并联电路的一端接3.3V电源，第八并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚。优选地，电阻R1-R8接至P2接口。
在一个优选实施例中，如图6所示，电源模块包括电源模块PW1-PW5，电容C9-C18，二极管D9和D10；其中PW1是200V转正负12V电源模块，PW2-PW5是220V转24V电源模块。
在一个优选实施例中，如图6所示，电源模块PW1-PW5的L端接在一起并连接至P1接口；电源模块PW1-PW5的N端接在一起并连接至P1接口；P1接口用于连接220V电源；
电源模块PW1的GND端接地，电源模块PW1的V+端与GND端之间设置电容C9；电源模块PW1的V-端连接二极管D9的负极，电源模块PW1的GND端还连接二极管D10的负极，二极管D9与D10的正极连接在一起；
电源模块PW2的V+端与GND端之间设置电容C11和C12，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW3的V+端与GND端之间设置电容C13和C14，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW4的V+端与GND端之间设置电容C15和C16，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW5的V+端与GND端之间设置电容C17和C18，电源模块PW2的GND端接地。
为了保证控制器各部分工作正常，电源采用了5个独立的AC/DC转换模块为各部分供电，PW1型号是HA12N10B-2539，输出±12V，为模拟量输入部分供电；PW2型号是HE24P24LRN，输出24V，为外部压力变送器供电；PW3型号是HE24P24LNR，输出24V，为外部电流输出供电；PW4型号是HE24P24LNR，输出24V，为数字量输入部分供电；PW5型号是HE24P24LNR，输出24V，为数字量输出部分供电。
在一个优选实施例中，如图4所示，模拟量输入输出模块包括芯片IC1-IC5，其中芯片IC1-IC3用于将4-20mA的电流输入信号转换为0-5V电压信号；芯片IC5用于接收来自芯片IC1-IC3的模拟量输入信号，发送给IC4的模拟量输出信号；IC4用于将从IC5送来的电压信号转换为4-20mA电流信号。模拟量输入输出模块包括芯片IC1-IC5构成，其中IC1、IC2、IC3为模拟量输入处理芯片，采用了RCV420精密电流环接收器,用于将来自外部压力变送器的4-20mA的电流输入信号转换为0-5V电压信号，送IC5处理。
IC4为模拟量输出芯片，采用了XTR115精密电流环变送器，它将从IC5送来的电压信号转换为4-20mA电流信号送至外接变频器，以控制变频器的运行速度。
IC5是4模拟量输入、1模拟量输出转换芯片，型号为PCF8591，它用于接收来自IC1、IC2、IC3的模拟量输入信号，发送给IC4的模拟量输出信号，所有的数据都通过芯片自带的I2C总线与树莓派I2C总线连接。
在一个优选实施例中，如图4所示，芯片IC1-IC3均采用RCV420精密电流环接收器，芯片IC4采用XTR115精密电流环变送器，芯片IC5采用PCF8591转换芯片；
芯片IC1的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC1的+IN端接P3接口，芯片IC1的V-端连接-12V电源和电容C19，电容C19接地；芯片IC1的V+端连接+12V电源和电容C23，电容C23接地；芯片IC1的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN0端；
芯片IC2的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC2的+IN端接P4接口，芯片IC2的V-端连接-12V电源和电容C20，电容C20接地；芯片IC2的V+端连接+12V电源和电容C24，电容C24接地；芯片IC2的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN1端；
芯片IC3的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC3的+IN端接P5接口，芯片IC3的V-端连接-12V电源和电容C21，电容C21接地；芯片IC3的V+端连接+12V电源和电容C25，电容C25接地；芯片IC3的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN2端；
P3接口、P4接口和P5接口的2号引脚连接+24V电源；
芯片IC5的A0、A1、A2和VSS端接地，芯片IC5的AOUT端通过电阻R25连接芯片IC4的Iin端，芯片IC4的Iret端接地，芯片IC4的Io端连接P6接口，芯片IC4的端连接三极管Q1的发射极，三极管Q1的基极接芯片IC4的B端，三极管Q1的集电极以及芯片IC4的V+端连接+24V。
在一个优选实施例中，如图5所示，开关量输出模块包括驱动芯片IC6和IC7，继电器K1-K14。
在一个优选实施例中，如图5所示，芯片IC6和IC7均采用达林顿驱动芯片ULN2003A，芯片IC6的IN1-IN7端连接树莓派电脑板的GPIO接口，芯片IC6的GND端接地，芯片IC6的COM端接24V电源，芯片IC6的OUT1-OUT7分别连接继电器K1-K7的线圈；
芯片IC7的IN1-IN7端连接树莓派电脑板的GPIO接口，芯片IC7的GND端接地，芯片IC7的COM端接24V电源，芯片IC7的OUT1-OUT7分别连接继电器K8-K14的线圈；
继电器K1-K14的线圈连接+24V电源；
继电器K1的触头连接连接P7接口，继电器K2的触头连接连接P8接口，继电器K3的触头连接连接P9接口，继电器K4的触头连接连接P10接口；继电器K5-K9的触头连接到P11接口，继电器K10-K14的触头连接到P12接口。控制器共设有14路开关量输出，为了使用不同的电压等级，其中P7-P10是4路独立输出接口，P11、P12为两个5路输出接口。IC6、IC7为ULN2003A高耐压、大电流复合晶体管阵列，用于接收来自树莓派主板的开关量信号，并驱动继电器工作，K1-K14为输出继电器。
在一个优选实施例中，如图7所示，触摸液晶屏的数据接口与树莓派电脑板的GPIO接口相连。
该部分作为控制器的人机交互界面，所有的系统运行信息显示、功能控制都在这上面实现，采用了7寸串口触摸液晶屏，与树莓派之间通过USART口通信。
在一个优选实施例中，电路的各个部分连接以及相关元件的参数如图1-图7所示。
在一个优选实施例中，本发明对外设置有控制器外部接线端子，便于连接，整个控制器的外部接线端子如图8所示。为了便于清楚的反应端子情况，特作如下说明：
1. L、N为220伏交流电源输入端子。
2. L+、DI1-DI8为开关量输入端子，其中L+为公共端。
3. AI1、ACOM为模拟量1输入端子。
4. AI2、ACOM为模拟量2输入端子。
5. AI3、ACOM为模拟量3输入端子。
6.AO+、AO-为模拟量输出端子。
7. O1、COM1为开关量输出端子1。
8. O2、COM2为开关量输出端子2。
9. O3、COM3为开关量输出端子3。
10. 04、COM4为开关量输出端子4。
11. O5-O9、COM5为开关量输出端子5，其中COM5为公共端。
12. O10-O14、COM6为开关量输出端子6，其中COM6为公共端。
在一个优选实施例中，控制器应用在三用一备二次供水设备时，外部接线如图9所示。
控制器的O1、COM1端子接变频器的启动信号端子，当O1、COM1闭合时，变频器启动运行。
控制器的COM5、COM6端子做电源公共端，接外接电源L线。O5、O7、O9、O11分别接泵变频运行接触器，变频运行接触器闭合时，泵工作在调速运行状态下。O6、O8、O10、O12分别接泵工频运行接触器，工频运行接触器闭合时，泵工作在全速运行状态下。所有接触器公共端接电源N线。当O5与COM5接通时，1#泵变频运行，当O6与COM5接通时，1#泵工频运行；当O7与COM5接通时，2#泵变频运行，当O8与COM5接通时，2#泵工频运行；当O9与COM5接通时，3#泵变频运行，当O10与COM6接通时，3#泵工频运行；当O11与COM6接通时，4#泵变频运行，当O12与COM6接通时，4#泵工频运行。
控制器L、N端子接电源进线。
控制器L+端子是控制器开关量输入信号的公共端，DI1是1#泵故障输入端、DI2是2#泵故障输入端、DI3是3#泵故障输入端、DI4是4#泵故障输入端，当某台泵发生过载故障时，对应的故障输入端就会有信号，控制器会报警并将故障泵退出工作状态；DI5是“远程启停”输入端，当需要远程启停二次供水设备时，通过控制线接通DI5，二次供水设备就可投入工作；DI6是“无水信号”，来自二次供水设备进水端的电接点压力表，当自来水管网停水时，“无水”信号接通，通知二次供水设备不能工作，以避免在自来水管网中产生负压，影响自来水管网供水；DI7是“变频故障”信号，当变频器发生故障时接通，通知控制器报警，以便及时排除故障；DI8是“禁止运行”信号，当设备需要检修时接通该信号，整套设备将无法运行，以保障检修安全。
控制器的AI1、AI2和ACOM端子是控制器的模拟量输入端子，其中AI1接“进水压力变送器”，安装在二次供水设备进水端，检测自来水管网供水压力；AI2接“出水压力变送器”，安装在二次供水设备出水端，用于检测二次供水设备的供水压力，并将压力变化信号送入控制器进行处理，处理后的模拟量信号由控制器的AO+、AO-端子输出，送入变频器的模拟量输入端控制变频器的转速，以达到调节泵转速的目的。
本控制器采用一体化结构，成本低、体积小、外部接线简单，以树莓派卡片电脑为基础，具有强大的通信功能，支持Modbus和Modbus TCP通信协议，并且内建WEB服务器，访问控制器的IP地址即可监控设备运行状态，无需再通过第三方软件平台,通过软件配置可适应不同供水规模的二次供水设备。
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，应当指出的是，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 (10)
1.一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：包括树莓派电脑板、TF存储卡、模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、电源模块以及触摸液晶屏；
模拟量输入输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块分别与树莓派电脑板的GPIO接口连接；电源模块与树莓派电脑板的电源插孔连接；TF存储卡与树莓派电脑板的MicroSD卡插槽连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：开关量输入模块包括电阻R1-R24,光耦U1-U8，电容C1-C8和发光二极管D1-D8。
3.根据权利要求2所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：
光耦U1的1号引脚连接电阻R1，光耦U1的2号引脚接地，光耦U1的1号和2号引脚之间设置电容C1；光耦U1的3号引脚接地，光耦U1的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U2的1号引脚连接电阻R2，光耦U2的2号引脚接地，光耦U2的1号和2号引脚之间设置电容C2；光耦U2的3号引脚接地，光耦U2的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U3的1号引脚连接电阻R3，光耦U3的2号引脚接地，光耦U3的1号和2号引脚之间设置电容C3；光耦U3的3号引脚接地，光耦U3的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U4的1号引脚连接电阻R4，光耦U4的2号引脚接地，光耦U4的1号和2号引脚之间设置电容C4；光耦U4的3号引脚接地，光耦U4的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U5的1号引脚连接电阻R5，光耦U5的2号引脚接地，光耦U5的1号和2号引脚之间设置电容C5；光耦U5的3号引脚接地，光耦U5的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U6的1号引脚连接电阻R6，光耦U6的2号引脚接地，光耦U6的1号和2号引脚之间设置电容C6；光耦U6的3号引脚接地，光耦U6的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U7的1号引脚连接电阻R7，光耦U7的2号引脚接地，光耦U7的1号和2号引脚之间设置电容C7；光耦U7的3号引脚接地，光耦U7的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
光耦U8的1号引脚连接电阻R8，光耦U8的2号引脚接地，光耦U8的1号和2号引脚之间设置电容C8；光耦U8的3号引脚接地，光耦U8的4号引脚连接至树莓派电脑板的GPIO接口；
发光二极管D1与电阻R9组成第一串联电路，第一串联电路与电阻R10组合第一并联电路，第一并联电路的一端接3.3V电源，第一并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D2与电阻R11组成第二串联电路，第二串联电路与电阻R12组合第二并联电路，第二并联电路的一端接3.3V电源，第二并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D3与电阻R13组成第三串联电路，第三串联电路与电阻R14组合第三并联电路，第三并联电路的一端接3.3V电源，第三并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D4与电阻R15组成第四串联电路，第四串联电路与电阻R16组合第四并联电路，第四并联电路的一端接3.3V电源，第四并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D5与电阻R17组成第五串联电路，第五串联电路与电阻R18组合第五并联电路，第五并联电路的一端接3.3V电源，第五并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D6与电阻R19组成第六串联电路，第六串联电路与电阻R20组合第六并联电路，第六并联电路的一端接3.3V电源，第六并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D7与电阻R21组成第七串联电路，第七串联电路与电阻R22组合第七并联电路，第七并联电路的一端接3.3V电源，第七并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚；
发光二极管D8与电阻R23组成第八串联电路，第八串联电路与电阻R24组合第八并联电路，第八并联电路的一端接3.3V电源，第八并联电路的另一端接光耦U1的4号引脚。优选地，电阻R1-R8接至P2接口。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：电源模块包括电源模块PW1-PW5，电容C9-C18，二极管D9和D10；其中PW1是200V转正负12V电源模块，PW2-PW5是220V转24V电源模块。
5.根据权利要求4所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：电源模块PW1-PW5的L端接在一起并连接至P1接口；电源模块PW1-PW5的N端接在一起并连接至P1接口；
电源模块PW1的GND端接地，电源模块PW1的V+端与GND端之间设置电容C9；电源模块PW1的V-端连接二极管D9的负极，电源模块PW1的GND端还连接二极管D10的负极，二极管D9与D10的正极连接在一起；
电源模块PW2的V+端与GND端之间设置电容C11和C12，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW3的V+端与GND端之间设置电容C13和C14，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW4的V+端与GND端之间设置电容C15和C16，电源模块PW2的GND端接地；
电源模块PW5的V+端与GND端之间设置电容C17和C18，电源模块PW2的GND端接地。
6.根据权利要求5所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：模拟量输入输出模块包括芯片IC1-IC5，其中芯片IC1-IC3用于将4-20mA的电流输入信号转换为0-5V电压信号；芯片IC5用于接收来自芯片IC1-IC3的模拟量输入信号，发送给IC4的模拟量输出信号；IC4用于将从IC5送来的电压信号转换为4-20mA电流信号。
7.根据权利要求6所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：芯片IC1-IC3均采用RCV420精密电流环接收器，芯片IC4采用XTR115精密电流环变送器，芯片IC5采用PCF8591转换芯片；
芯片IC1的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC1的+IN端接P3接口，芯片IC1的V-端连接-12V电源和电容C19，电容C19接地；芯片IC1的V+端连接+12V电源和电容C23，电容C23接地；芯片IC1的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN0端；
芯片IC2的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC2的+IN端接P4接口，芯片IC2的V-端连接-12V电源和电容C20，电容C20接地；芯片IC2的V+端连接+12V电源和电容C24，电容C24接地；芯片IC2的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN1端；
芯片IC3的-IN、CT和RefCom端接地，芯片IC3的+IN端接P5接口，芯片IC3的V-端连接-12V电源和电容C21，电容C21接地；芯片IC3的V+端连接+12V电源和电容C25，电容C25接地；芯片IC3的RcvFB端与RcvOUT端连接至芯片IC5的AIN2端；
芯片IC5的A0、A1、A2和VSS端接地，芯片IC5的AOUT端通过电阻R25连接芯片IC4的Iin端，芯片IC4的Iret端接地，芯片IC4的Io端连接P6接口，芯片IC4的端连接三极管Q1的发射极，三极管Q1的基极接芯片IC4的B端，三极管Q1的集电极以及芯片IC4的V+端连接+24V。
8.根据权利要求4所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：开关量输出模块包括驱动芯片IC6和IC7，继电器K1-K14。
9.根据权利要求8所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：芯片IC6和IC7均采用达林顿驱动芯片ULN2003A，芯片IC6的IN1-IN7端连接树莓派电脑板的GPIO接口，芯片IC6的GND端接地，芯片IC6的COM端接24V电源，芯片IC6的OUT1-OUT7分别连接继电器K1-K7的线圈；
芯片IC7的IN1-IN7端连接树莓派电脑板的GPIO接口，芯片IC7的GND端接地，芯片IC7的COM端接24V电源，芯片IC7的OUT1-OUT7分别连接继电器K8-K14的线圈；
继电器K1的触头连接连接P7接口，继电器K2的触头连接连接P8接口，继电器K3的触头连接连接P9接口，继电器K4的触头连接连接P10接口；继电器K5-K9的触头连接到P11接口，继电器K10-K14的触头连接到P12接口。
10.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的二次供水设备控制器，其特征在于：触摸液晶屏的数据接口与树莓派电脑板的GPIO接口相连。
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