CN111147046A - 一种继电器阵列控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电器阵列控制装置及方法，通过采用控制器的单元控制端序号、组控制端序号以及继电器序号为D触发器及继电器进行编号，并且使用D触发器作为控制保持装置，实现了对继电器的精确控制，提高了控制器的端口复用效率，降低了对控制器IO资源的占用、器件成本和布线难度，提高了控制装置的可扩展性，增加一组继电器，只需加一条板控制线，即可轻松实现装置的扩展，同时提高了继电器控制的灵活度。

Description

一种继电器阵列控制装置及方法

技术领域

本发明属于继电器控制技术领域，具体涉及一种继电器阵列控制装置及方法。

背景技术

在线缆测试领域中，使用线缆测试仪可以实现对大型电缆束的各项特性例如导通电阻、绝缘、耐压的高效测试。线缆测试仪主要原理是通过控制继电器的通断，将特定的线缆或线缆组接入特定的测试回路中，实现对线缆特性的测试。继电器的数量决定了线缆测试仪可测电缆束的数量，因此大型的线缆测试仪中继电器阵列的规模相应也是巨大的。巨大的继电器阵列对于继电器控制装置要求较高。

传统的继电器控制模式是通过控制器的IO口驱动驱动器实现继电器的闭合和断开的，控制器IO口和继电器为一一对应关系。这种方式虽然控制简单，但是若继电器阵列较大，则相应的IO口也线性增加，对控制器的资源占用较多，例如对于具有500线缆束测试能力的线缆测试仪，为保证线缆的单端测试能力，至少需要1000个继电器来实现特定线缆的连接关系，也就需要1000个IO口进行控制，占用资源巨大。一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式控制装置(专利号CN 104483876)，其对继电器阵列的控制方式为通过将继电器阵列按照行控制和列控制端的方式进行继电器控制。这种方式虽然能够一定程度减少控制器IO资源的要求，但是该控制装置只能对阵列中特定一个节点进行控制，不能够同时使多个节点状态同时满足被控要求，该装置应用局限性较大。

综上所述，现有技术主要存在控制器IO资源占用高、可拓展性差，继电器控制不够灵活等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种继电器阵列控制装置及方法，实现了对继电器阵列中继电器的灵活控制。

本发明提供的一种继电器阵列控制装置，包括控制器1、D触发器3、继电器驱动器8和继电器9；所述D触发器3具有多路输入和输出；其中，D触发器3、继电器驱动器8及继电器9组成一个控制单元；所述控制器1的M个输出引脚为单元控制端，所述控制器1的K个输出引脚为组控制端，M和K为大于等于1的正整数；

所述控制器1的数据总线与每个D触发器3的输入端D之间传输控制数据；第m个单元控制端与第m个控制单元中的每个D触发器3的使能端EN连接，第k个组控制端与每个控制单元中的第k个D触发器3的时钟脉冲端CLK连接，m为正整数且1≤m≤M，k为正整数且1≤k≤M；

所述D触发器3与继电器驱动器8一对一连接，所述D触发器3的输出端Q与继电器驱动器8的输入端之间通过数据总线传输控制数据；继电器驱动器8的输出端与至少一个继电器9连接；

D触发器3具有由单元控制端的序号及单元控制端的序号确定的唯一编号，继电器9具有由单元控制端的序号、单元控制端的序号及该继电器所连接的继电器驱动器8中的序号确定的唯一编号；

所述控制器1根据指定的待控制继电器的编号及状态参数，计算出对应的D触发器3的编号及控制数据，通过控制相应的单元控制端和组控制端的输出电平，使D触发器3将所述控制数据输出至继电器驱动器8实现对继电器的控制。

进一步地，所述D触发器3具有8位或16位的输入和输出。

进一步地，所述继电器驱动器8为光耦或达林顿管。

进一步地，所述控制器1为单片机。

本发明提供的一种继电器阵列控制方法，包括以下步骤：

步骤1、所述控制器1根据设定的待控制继电器9的编号J(m,k,t)，计算出待控制继电器9对应的待控制D触发器3的编号D(m,k)；所述控制器1根据计算出的编号，获取所述待控制D触发器3当前的状态数据；

其中，m为单元控制端序号，k为组控制端序号，t为继电器在继电器驱动器中的编号；

步骤2、所述控制器1根据设定的待控制继电器9的状态参数，以及步骤1中获取的所述状态数据，确定所述待控制D触发器3的待设定的控制数据，将确定的控制数据输出到所述待控制D触发器3；

步骤3、所述控制器1根据所述D触发器3的编号D(m,k)，设定第m个单元控制端的电平为低电平、第k个组控制端输出上升沿脉冲；此时，所述D触发器3将输入的所述控制数据输出到继电器驱动器8；

步骤4、所述继电器驱动器8根据输入的所述控制数据，完成对于其连接的继电器9的控制。

进一步地，所述步骤2中确定所述待控制D触发器3的待设定的控制数据的过程，具体包括以下步骤：

步骤2.1、所述控制器1查询所述D触发器3的状态数据DATA(m,k)；

步骤2.2、将所述DATA(m,k)中，与所述待控制继电器相对应的一位，按照获取的状态参数设置为0或1，其他位保持不变，生成控制数据DATAx(m,k)。

有益效果：

本发明通过采用控制器的单元控制端序号、组控制端序号以及继电器序号为D触发器及继电器进行编号，并且使用D触发器作为控制保持装置，实现了对继电器的精确控制，提高了控制器的端口复用效率，降低了对控制器IO资源的占用、器件成本和布线难度，提高了控制装置的可扩展性，增加一组继电器，只需加一条板控制线，即可轻松实现装置的扩展，同时提高了继电器控制的灵活度。

附图说明

图1为本发明提供的一种继电器阵列控制装置的电路结构示意图。

图2为本发明提供的一种继电器阵列控制装置的D触发器与继电器驱动器的电路结构示意图。

图3为本发明提供的一种继电器阵列控制装置的D触发器的控制逻辑图。

图4为本发明提供的一种继电器阵列控制方法的流程图。

图5为本发明提供的一种继电器阵列控制方法的设置数据总线输出的流程图。

其中，1-控制器，2-数据总线，3-D触发器，4-继电器组，5-板卡，6-组控制端，7-板控制端，8-继电器驱动器，9-继电器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供的一种继电器阵列控制装置，如图1所示，包括控制器1、N个D触发器3和N个继电器组4，其中，D触发器3与继电器组4之间一一对应，其中，K个D触发器3、K个继电器驱动器8及多个继电器9组成一个控制单元，控制器1的M个输出引脚为单元控制端，控制器1的K个输出引脚为组控制端。每个继电器组，如图2所示，包括一个继电器驱动器8和多个继电器9，其中，继电器驱动器8与多个继电器9连接。D触发器3具有多路输入和输出，

控制器1的数据总线与D触发器3的输入端D之间传输控制数据，第m个单元控制端与第m个控制单元中的每个D触发器3的使能端EN连接，第k个组控制端与每个控制单元中的第k个D触发器3的时钟脉冲端CLK连接，如图3所示。D触发器3的输出端Q与继电器驱动器8的输入端之间通过数据总线传输控制数据，继电器驱动8的输出端与多个继电器9连接。其中，控制器1通常为单片机；D触发器3可以为具有8位或16位的输入和输出的触发器，为了实现数据通信，需要选择与之相应的数据总线实现并行数据传输；继电器驱动器8可以根据需要，选择光耦或达林顿管实现。

D触发器3具有唯一编号，该编号是由单元控制端的序号及单元控制端的序号唯一确定的。继电器9也具有唯一编号，该编号是由单元控制端序号、单元控制端序号以及该继电器的序号唯一确定，其中，继电器序号为其在其所连接的继电器驱动器8中的序号。

控制器1根据指定的待控制继电器的编号及状态参数，计算出对应的D触发器3的编号及控制数据，再通过控制与该D触发器3相应的单元控制端和组控制端的输出电平，使D触发器3将控制数据输出至继电器驱动器8，以实现对继电器的控制。

本发明提供的一种继电器阵列控制方法，如图4所示，采用本发明提供的一种继电器阵列控制装置实现对继电器阵列的控制，具体包括以下步骤：

定义：D触发器编号为D(m,k)，继电器编号为J(m,k,t)，其中，m为单元控制端序号，k为组控制端序号，t为继电器在继电器驱动器中的编号。

步骤1、继电器阵列控制装置初始化。

设置所有继电器9状态为断开，控制器1记录所有D触发器3的初始化状态数据，每个D触发器的状态数据为8位数据或16位数据(根据D触发器的位数具体确定)，每位数据对应每个继电器状态，一般情况下，继电器断开为0，闭合为1。

步骤2、控制器1获取待控制的继电器9的编号和状态。

控制器1通过输入引脚获取用户设定的待控制继电器9的编号和状态参数。

步骤3、控制器1设置数据总线输出，如图5所示，具体步骤为：

S3.1、根据步骤2中获取的待控制继电器的编号J(m,k,t)中的参数m和k，计算出该继电器所在的D触发器的编号D(m,k)；

S3.2、控制器1查询该D触发器3的状态数据DATA(m,k)；

S3.3、将该DATA(m,k)中，与该待控制继电器相对应的一位，按照步骤2中获取的状态参数设置为0或1，其他位不变，生成控制数据DATAx(m,k)；

S3.4、控制器1将数据总线的值设为DATAx(m,k)，即每个数据总线的高低电平对应于DATAx(m,k)中的一位数据的0或1，如果该位数据为1则将数据总线中的相应位置设置为高电平。

步骤4、根据D触发器3的工作原理，为了使D触发器3将输入端数据传输至输出端，需要将D触发器3的使能端EN设置为低电平，时钟脉冲端CLK输入上升沿脉冲；因此，设置单元控制端中第k个单元控制端的电平为低电平，对应该控制端控制的所有D触发器均处于使能状态。

步骤5、设置组控制端中第m个组控制端输出一个上升沿脉冲，对应于该组控制端的所有D触发器获得一个时钟，因此，通过步骤S3-S5，就能够实现在不影响其他继电器的情况下，将待控制继电器的状态成功输出至D触发器的输出端。

步骤6、控制器1将其所有输出端的状态恢复原值；并且将DATAx(m,k)记录为D触发器3的当前状态数据，完成该继电器的控制流程。

实施例1：

本实施例以阵列规模为1800个继电器的继电器阵列为例，对本发明提出的一种继电器阵列控制装置及方法进行说明，具体内容如下：

本实施例中，控制器1选择单片机C8051F040，该单片机有64个IO资源，片内RAM为4Kbyte，在装置中单片机实现对D触发器3的状态的记录以及对数据总线2，组控制线6，板控制线7的电平的输出。

数据总线2占用控制器8个引脚，为8位并行数据，连接控制器的IO引脚和所有D触发器的数据输入引脚。

D触发器3的型号为SN74H377，该触发器通过使能端EN(连接至板控制线7)、时钟端CLK(连接至组控制端6)和数据输入端口D(连接至数据总线2)实现对输出控制，在本装置中，一共使用225片D触发器。如图3是D触发器控制逻辑。

继电器组4由继电器驱动器8和继电器9组成，继电器驱动器8驱动继电器9进行动作。其中继电器驱动器8使用光耦PS2801实现驱动，继电器为普通电磁继电器，型号为G6S-2。

组控制线6为连接D触发器3的时钟引脚与控制板IO引脚的通道，组控制线一共15条，占用控制器15个IO端口。

板控制线7为连接D触发器3的使能引脚与控制板IO引脚的通道，板控制线一共15条，占用控制器15个IO端口。

在本实施例中，对该继电器阵列中任意继电器进行控制，包括如下主要步骤：

S1、对系统中的继电器和D触发器进行编号,D触发器编号为D(M,N)其中M表示板控制线序号，本装置之序号范围为1-15；N表示组控制线序号，本装置之序号范围为1-15。继电器编号为J(M,N,T),其中T表示在继电器在该组中的编号。序号范围1-8。

S2、系统初始化，设置所有继电器状态为断开，控制器记录所有D触发器的初始化状态。每个D触发器的记录状态为8位数据，每位数据对应每个继电器状态，继电器断开为0，闭合为1。则对所有继电器，其初始化状态记录均为D(M,N)＝B00000000(B表示二进制)。

S3、获取待控制的继电器编号和状态，本实例控制继电器编号为J(3,2,2)状态为闭合。

S4、设置数据总线输出，具体步骤为：

S41、根据继电器编号计算出继电器所在的D触发器序号为D(3,2)；

S42、控制器查询该D触发器的控制状态DATA(3,2)为B00000000；

S43、将该DATA(3,2)中对应待控制继电器的一位设置状态设为1即闭合，其他位不变，则该值更新为DATAx(3,2)为B01000000。

S44、将数据总线的值设为DATAx(3,2)的值即B01000000。

S5、设置板控制线中第3条板控制线电平为低电平，对应该控制线控制的所有D触发器均处于使能状态。

S6、设置组控制线中第2条组控制线输出一个上升沿脉冲，对应于该组控制的所有D触发器获得一个时钟。由于只有D触发器D(3,2)同时获得了板控制线和组控制线的信号，所以D触发器D(3,2)的输出值变更为B01000000。则继电器J(3,2,2)状态变更为闭合，其他D触发器输出状态不变，即继电器状态不变。

S7、将所有控制线包括数据总线2、板控制线6，组控制线7状态设为初始化值；将DATAx(3,2)＝B01000000记录为新的D触发器D(3,2)的控制状态值。完成该继电器的控制流程。

S8、重新进入状态S3，获取下一次控制继电器编号及状态。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种继电器阵列控制装置，其特征在于，包括控制器(1)、D触发器(3)、继电器驱动器(8)和继电器(9)；所述D触发器(3)具有多路输入和输出；其中，D触发器(3)、继电器驱动器(8)及继电器(9)组成一个控制单元；所述控制器(1)的M个输出引脚为单元控制端，所述控制器(1)的K个输出引脚为组控制端，M和K为大于等于1的正整数；

所述控制器(1)的数据总线与每个D触发器(3)的输入端D之间传输控制数据；第m个单元控制端与第m个控制单元中的每个D触发器(3)的使能端EN连接，第k个组控制端与每个控制单元中的第k个D触发器(3)的时钟脉冲端CLK连接，m为正整数且1≤m≤M，k为正整数且1≤k≤M；

所述D触发器(3)与继电器驱动器(8)一对一连接，所述D触发器(3)的输出端Q与继电器驱动器(8)的输入端之间通过数据总线传输控制数据；继电器驱动器(8)的输出端与至少一个继电器(9)连接；

D触发器(3)具有由单元控制端的序号及单元控制端的序号确定的唯一编号，继电器(9)具有由单元控制端的序号、单元控制端的序号及该继电器所连接的继电器驱动器(8)中的序号确定的唯一编号；

所述控制器(1)根据指定的待控制继电器的编号及状态参数，计算出对应的D触发器(3)的编号及控制数据，通过控制相应的单元控制端和组控制端的输出电平，使D触发器(3)将所述控制数据输出至继电器驱动器(8)实现对继电器的控制。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述D触发器(3)具有8位或16位的输入和输出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述继电器驱动器(8)为光耦或达林顿管。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器(1)为单片机。

5.一种采用权利要求1～4所述的装置的继电器阵列控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、所述控制器(1)根据设定的待控制继电器(9)的编号J(m,k,t)，计算出待控制继电器(9)对应的待控制D触发器(3)的编号D(m,k)；所述控制器(1)根据计算出的编号，获取所述待控制D触发器(3)当前的状态数据；

其中，m为单元控制端序号，k为组控制端序号，t为继电器在继电器驱动器中的编号；

步骤2、所述控制器(1)根据设定的待控制继电器(9)的状态参数，以及步骤1中获取的所述状态数据，确定所述待控制D触发器(3)的待设定的控制数据，将确定的控制数据输出到所述待控制D触发器(3)；

步骤3、所述控制器(1)根据所述D触发器(3)的编号D(m,k)，设定第m个单元控制端的电平为低电平、第k个组控制端输出上升沿脉冲；此时，所述D触发器(3)将输入的所述控制数据输出到继电器驱动器(8)；

步骤4、所述继电器驱动器(8)根据输入的所述控制数据，完成对于其连接的继电器(9)的控制。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2中确定所述待控制D触发器(3)的待设定的控制数据的过程，具体包括以下步骤：

步骤2.1、所述控制器(1)查询所述D触发器(3)的状态数据DATA(m,k)；

步骤2.2、将所述DATA(m,k)中，与所述待控制继电器相对应的一位，按照获取的状态参数设置为0或1，其他位保持不变，生成控制数据DATAx(m,k)。

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