CN112783081A - 一种具有m-bus总线的可编程控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有M‑BUS总线的可编程控制器及其控制方法，包括供电电源、电源控制电路、M‑BUS总线模块、MCU单元、数字量输入模块、数字量输出模块、以太网通信模块、RS232串口模块、RS485通信模块，所述供电电源与所述控制电路电性连接，所述M‑BUS总线模块、所述数字量输入模块、所述数字量输出模块、所述以太网通信模块、所述RS232串口模块、所述RS485通信模块与所述MCU单元均为电性连接。本发明能够通过M‑BUS总线接口实现二总线无极性的的供电与通信。

Description

一种具有M-BUS总线的可编程控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及一种具有M-BUS总线的可编程控制器及其控制方法。

背景技术

随着工业智能制造，工业4.0等概念的不断推进，人工智能技术的不断成熟，应用场景的不断拓展，相继推出智能产业的发展政策，推动智能化需求的不断增长，海量的传感器、控制器在各个场景被应用。我们享受智能技术的同时，也给企业带来了成本难题，在一些特殊领域无法使用5G、4G、LORA等无线通信技术时，大量的布线成本给企业带来了成本难题；不同类型的设备和仪表既要独立供电又要接入自控系统，这样浪费资源、增加成本，也容易使系统混乱。为了解决以上问题，有这么几种解决方案：少布线、简施工、易维护、快部署等，但是要实现上述的这些方案，我们需要从应用层、网络层、边缘层、设备层寻求契合点。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种具有M-BUS总线的可编程控制器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有M-BUS总线的可编程控制器，包括所述可编程控制器包括电源控制电路模块、M-BUS总线模块、MCU微处理单元、TCP模块和通信模块；

所述电源控制电路用于向各模块提供工作电源，同时为所述M-BUS总线模块采集所需的电压信号，所述MCU微处理单元与M-BUS总线模块通过TTL串口相连，TCP模块用于向通信模块提供远程程序下载及云端数据监测，所述通信模块包含RS232单元和RS485单元；所述MCU微处理单元用于通过可视化编程软件进行逻辑运算并实现控制与采集功能，所述MCU微处理单元通过控制单元外接有设备，用于采集设备状态及控制设备的启停以实现所述MCU微处理单元与所述设备之间的信号传输。

在本发明中，优选地，所述M-BUS总线模块用于将总线的电压信号转为数字信号，且通过TTL串口与所述MCU微处理单元的USART口相连，用以实现所述MCU微处理单元对总线上的从机设备进行设备地址的修改、设备数据的采集。

在本发明中，优选地，所述MCU微处理单元采用STM32F103RCT6，用于集成所述M-BUS总线模块、所述通信模块、所述TCP模块和所述控制单元，所述MCU未处理单元将M-BUS总线模块、通信模块的数据经逻辑处理通过所述TCP模块传至远程平台。

在本发明中，优选地，所述控制单元用于实现数字信号输入和输出，将设备的状态信号转为所述MCU微处理单元识别的电压信号，且采用继电器控制输出无源信号。

在本发明中，优选地，所述RS232模块通过控制器本地逻辑编辑口及外接有显示屏，所述显示屏通过RS232模块获取数据并显示，所述RS232模块用于控制器本地逻辑编程口及外接显示屏，显示屏通过RS232模块获取数据并显示。

在本发明中，优选地，所述可视化图形编程软件通过RS232口将逻辑程序写入MCU微处理单元，并通过RS232模块将控制器内部的逻辑程序读取到可视化图形编程软件。

在本发明中，优选地，RS485单元包括RS485上行单元和RS485下行单元，所述RS485上行单元和所述RS485下行单元分别通过第三方接口实现与所述MCU微处理单元的扩展及第三方设备接入，且于远程平台先经由所述TCP模块对所述MCU微处理单元进行地址修改和第三方设备的通信逻辑编程，再将收到的数据经由所述MCU微处理单元进行换算并通过所述TCP模块上传至所述远程平台。

在本发明中，优选地，所述TCP模块设置为TCP/IP接口，用于提供与所述远程平台进行通信的IP地址以及控制器的程序下载口，远程平台通过所述TCP模块对MCU微处理单元的数据进行扫描、获取或修改。

在本发明中，优选地，所述电源控制电路用于为给各模块提供所经过滤波、补偿的电压。

在本发明中，优选地，所述电源控制电路用于对所述M-BUS总线模块的电压进行稳压、过滤，再提供给所述M-BUS总线模块发送电路和接收电路。

一种具有M-BUS总线的可编程控制器控制方法，采用一种具有M-BUS总线的可编程控制器，包括如下步骤：

采集区域MBUS仪表数据；

对上述数据进行解析并转发；

对数据进行逻辑运算，并根据设备检测状态逻辑判断并控制被接入设备的工作状态。

本发明具有的优点和积极效果是：通过M-BUS总线接口实现二总线无极性的的供电与通信方式，提供技术支持及后期维护工作，丰富的各类接口能够胜任各种自动化场景，为更快地部署系统作支撑，真正做到少布线、简施工、易维护、快部署。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种具有M-BUS总线的可编程控制器的整体结构示意图；

图2是本发明的一种具有M-BUS总线的可编程控制器的通信模块功能拓扑图；

图3是本发明的一种具有M-BUS总线的可编程控制器的通信模块的正面结构示意图；

图4是本发明的一种具有M-BUS总线的可编程控制器的通信模块的侧面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供一种具有M-BUS总线的可编程控制器，包括

所述可编程控制器包括电源控制电路模块、M-BUS总线模块、MCU微处理单元、TCP模块和通信模块；

所述电源控制电路用于向各模块提供工作电源，同时为所述M-BUS总线模块采集所需的电压信号，所述MCU微处理单元与M-BUS总线模块通过TTL串口相连，TCP模块用于向通信模块提供远程程序下载及云端数据监测，所述通信模块包含RS232单元和RS485单元；所述MCU微处理单元用于通过可视化编程软件进行逻辑运算并实现控制与采集功能，所述MCU微处理单元通过控制单元外接有设备，用于采集设备状态及控制设备的启停以实现所述MCU微处理单元与所述设备之间的信号传输。

远程编程平台/通过以太网访问TCP模块的地址并连接，对本发明所述的MCU微处理器单元进行逻辑编程，轮询M-BUS总线上的MBUS仪表(水表、电表、传感器)，所诉的M-BUS总线口接入多个区域的MBUS仪表(水表、电表、传感器)，均采用一条供电线的方式连接，M-BUS总线模块对总线上的数据进行解析转发给MCU微处理单元，RS485接口会将接入的485通信设备的数据转发给MCU微处理单元，MCU微处理单元的逻辑程序对这些M-BUS/RS485数据进行判断，根据控制单元的数字量设备监测状态逻辑判断是否启停所接入的被控制设备，TCP模块会将MCU微处理器单元中的所需数据动态的发送给远程平台，同时在本地人机交互显示屏会通过RS232口实时动态的展示这些数据。

在本实施例中，进一步地，所述M-BUS总线模块用于将总线的电压信号转为数字信号，且通过TTL串口与所述MCU微处理单元的USART口相连，用以实现所述MCU微处理单元对总线上的从机设备进行设备地址的修改、设备数据的采集。MCU微处理单元上的五个USART接口分别连接M-BUS总线模块、通信模块、RS232模块、RS485模块；M-BUS总线模块将二总线的通信数据与MCU微处理单元的USART1接口相连，经由中断处理能够实现数据的发送和接收，M-BUS总线通信协议采用Modbus协议，方便使用者进行二次开发。

MCU单元采用STM32F103RCT6型号芯片，其能够编写16000步大小的逻辑程序，并将M-BUS总线模块、通信模块、TCP模块的数据经由逻辑处理通过TCP模块传至远程平台，此外，还支持断电存储数据到FLASH、RTC时间表控制功能，其中，RS232串口模块与MCU单元上的USART3口相连，采用Modbus编程口协议，PC机通过232串口线，可对控制器进行逻辑编写，同时支持在线实时监测点位变化，也可通过RS233口连接工业显示屏，通过显示屏实时动态查看控制器内部数据以及控制器数字量输入和输出状态。

在本实施例中，进一步地，所述MCU微处理单元采用STM32F103RCT6，用于集成所述M-BUS总线模块、所述通信模块、所述TCP模块和所述控制单元，所述MCU未处理单元将M-BUS总线模块、通信模块的数据经逻辑处理通过所述TCP模块传至远程平台。

在本实施例中，进一步地，所述控制单元用于实现数字信号输入和输出，将设备的状态信号转为所述MCU微处理单元识别的电压信号，且采用继电器控制输出无源信号。

在本实施例中，进一步地，所述RS232模块通过控制器本地逻辑编辑口及外接有显示屏，所述显示屏通过RS232模块获取数据并显示，所述RS232模块用于控制器本地逻辑编程口及外接显示屏，显示屏通过RS232模块获取数据并显示。

在本实施例中，进一步地，所述可视化图形编程软件通过RS232口将逻辑程序写入MCU微处理单元，并通过RS232模块将控制器内部的逻辑程序读取到可视化图形编程软件。RS232单元与MCU微处理单元上的USART3接口相连，采用Modbus编程口协议，PC机通过232串口线，能够对控制器进行逻辑编写，同时支持在线实时监测点位变化。也可通过RS233口连接工业显示屏，通过显示屏实时动态查看控制器内部数据以及控制器数字量输入和输出状态。

在本实施例中，进一步地，RS485单元包括RS485上行单元和RS485下行单元，所述RS485上行单元和所述RS485下行单元分别通过第三方接口实现与所述MCU微处理单元的扩展及第三方设备接入，且于远程平台先经由所述TCP模块对所述MCU微处理单元进行地址修改和第三方设备的通信逻辑编程，再将收到的数据经由所述MCU微处理单元进行换算并通过所述TCP模块上传至所述远程平台。RS485上行单元和RS485下行单元与MCU微处理单元上的UART4、UART5接口相连，支持配置为主从站，互不干扰，串口的参数配置也可通过PC端编程软件动态写入。可供第三方485设备的接入及第三方控制端的接入，并且支持扩展此控制器，当控制器点位需求不足时，通过该上行485接口可再扩展4个同类控制器。

在本实施例中，进一步地，所述TCP模块设置为TCP/IP接口，用于提供与所述远程平台进行通信的IP地址以及控制器的程序下载口，远程平台通过所述TCP模块对MCU微处理单元的数据进行扫描、获取或修改。TCP模块与MCU微处理单元的USART2接口相连，能够实现对控制器的逻辑编程工作，支持IP架构组网，方便接入第三方控制系统和自控系统。

在本实施例中，进一步地，所述电源控制电路用于为给各模块提供所经过滤波、补偿的电压。

在本实施例中，进一步地，所述电源控制电路用于对所述M-BUS总线模块的电压进行稳压、过滤，再提供给所述M-BUS总线模块发送电路和接收电路。所用电源控制采用市电220V输入，经开关电路转化为24V/3A的直流电压，采用DC-DC开关型LM2596降压芯片为各模块提供所需供电电源(12V、5V、3.3V)，同时经过滤、稳压、抗干扰处理对MBUS总线的发送电路提供20-24V/3A的直流电压。

一种具有M-BUS总线的可编程控制器控制方法，采用一种具有M-BUS总线的可编程控制器，包括如下步骤：

采集区域MBUS仪表数据；

对上述数据进行解析并转发；

对数据进行逻辑运算，并根据设备检测状态逻辑判断并控制被接入设备的工作状态。

其中，通信模块采用USK-K7超级网口。具体可参见图2、图3和图4，USR-K7超级网口是一种小体积的串口转以太网模块，是能够实现网口与TTL串口之间直接的数据透明传输的设备。搭载Cortex-M4处理器，具有功耗低、速度快、稳定性高等优点。本产品在体积上，宽度等同于普通的RJ45座，长度不到普通网口座的两倍，具有业界领先的超小体积，并且在全速工作的时候电流仅为130mA。该型号网口内部集成了TCP/IP协议栈，用户可以完成嵌入式设备的联网功能，节省了开发过程中的人力、物力和开发周期，使产品能更快的投入市场,增强竞争力。USK-K7能够实现串口到以太网口的数据的双向透明传输，以太网模块内部完成协议转换。串口侧是串口电平数据，以太网口侧视网络数据包，能够根据实际情况进行参数的预设。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，包括：

所述可编程控制器包括电源控制电路模块、M-BUS总线模块、MCU微处理单元、TCP模块和通信模块；

所述电源控制电路用于向各模块提供工作电源，同时为所述M-BUS总线模块采集所需的电压信号，所述MCU微处理单元与M-BUS总线模块通过TTL串口相连，TCP模块用于向通信模块提供远程程序下载及云端数据监测，所述通信模块包含RS232单元和RS485单元；所述MCU微处理单元用于通过可视化编程软件进行逻辑运算并实现控制与采集功能，所述MCU微处理单元通过控制单元外接有设备，用于采集设备状态及控制设备的启停以实现所述MCU微处理单元与所述设备之间的信号传输。

2.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，所述M-BUS总线模块用于将总线的电压信号转为数字信号，且通过TTL串口与所述MCU微处理单元的USART口相连，用以实现所述MCU微处理单元对总线上的从机设备进行设备地址的修改、设备数据的采集。

3.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，所述MCU微处理单元采用STM32F103RCT6，用于集成所述M-BUS总线模块、所述通信模块、所述TCP模块和所述控制单元，所述MCU未处理单元将M-BUS总线模块、通信模块的数据经逻辑处理通过所述TCP模块传至远程平台。

4.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，所述控制单元用于实现数字信号输入和输出，将设备的状态信号转为所述MCU微处理单元识别的电压信号，且采用继电器控制输出无源信号。

5.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，所述RS232模块通过控制器本地逻辑编辑口及外接有显示屏，所述显示屏通过RS232模块获取数据并显示，所述RS232模块用于控制器本地逻辑编程口及外接显示屏，显示屏通过RS232模块获取数据并显示。

6.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，所述可视化图形编程软件通过RS232口将逻辑程序写入MCU微处理单元，并通过RS232模块将控制器内部的逻辑程序读取到可视化图形编程软件。

7.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，RS485单元包括RS485上行单元和RS485下行单元，所述RS485上行单元和所述RS485下行单元分别通过第三方接口实现与所述MCU微处理单元的扩展及第三方设备接入，且于远程平台先经由所述TCP模块对所述MCU微处理单元进行地址修改和第三方设备的通信逻辑编程，再将收到的数据经由所述MCU微处理单元进行换算并通过所述TCP模块上传至所述远程平台。

8.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，所述TCP模块设置为TCP/IP接口，用于提供与所述远程平台进行通信的IP地址以及控制器的程序下载口，远程平台通过所述TCP模块对MCU微处理单元的数据进行扫描、获取或修改。

9.根据权利要求1所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，所述电源控制电路用于为给各模块提供所经过滤波、补偿的电压；所述电源控制电路用于对所述M-BUS总线模块的电压进行稳压、过滤，再提供给所述M-BUS总线模块发送电路和接收电路。

10.一种具有M-BUS总线的可编程控制器控制方法，采用如权利要求1-9任一项所述的一种具有M-BUS总线的可编程控制器，其特征在于，包括如下步骤：

采集区域MBUS仪表数据；

对上述数据进行解析并转发；

对数据进行逻辑运算，并根据设备检测状态逻辑判断并控制被接入设备的工作状态。

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