CN113311764A - 基于单片机作为底层载体的可编程控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机作为底层载体的可编程控制器，包括上壳体和下壳体，设置在上壳体和下壳体之间的电源电路板、输入输出电路板以及主控电路板，电源电路板用于向各个功能电路提供24VDC电压和5VDC电压；输入输出电路板用于将检测到的信号转换成CPU单元电路识别的电平信号并输出到主控电路板进行处理，并将主控电路板输出的控制指令转换为驱动设备运行的大功率电流；主控电路板集成C语言底层载体平台，通过C语言底层载体平台识别转换梯形图程序生产各种输入输出设备的控制指令。本发明用C语言底层载体平台编程，兼容梯形图程序，能够用梯形图作为二次开发进行编程，可根据需求专门开发针对性的功能延伸和专用功能的可编程器。

Description

基于单片机作为底层载体的可编程控制器

技术领域

本发明涉及可编程控制器技术领域，特别涉及一种基于单片机作为底层载体的可编程控制器。

背景技术

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。从PLC的硬件结构形式上，PLC可以分为整体固定I/O型，基本单元加扩展型，模块式，集成式，分布式5种基本结构形式。PLC的组成包括：

中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

存储器是存放系统软件的存储器;用户程序存储器是存放PLC用户程序应用;数据存储器用来存储PLC程序执行时的中间状态与信息，它相当于PC的内存。

输入输出接口(I/O模块)，PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输入(AI)，模拟量输出(AO)等模块。

通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间的数据交换(通信)。通信接口的形式多样，最基本的有UBS,RS-232,RS-422/RS-485等的标准串行接口。可以通过多芯电缆，双绞线，同轴电缆，光缆等进行连接。

PLC的电源为PLC电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。一个良好的、可靠的电源系统是PLC的最基本保障。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC)，直流电源(常用的为24VDC)。

但是，现有的可编程控制器的功能引脚固定不变的，所以无法全部满足现在越来越功能多样化、高智能化的现代工业要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于单片机作为底层载体的可编程控制器，能够。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于单片机作为底层载体的可编程控制器，包括上壳体和下壳体，设置在所述上壳体和所述下壳体之间的电源电路板、输入输出电路板以及主控电路板，所述电源电路板用于向各个功能电路提供24VDC电压和5VDC电压；所述输入输出电路板用于将检测到的信号转换成CPU单元电路识别的电平信号并输出到所述主控电路板进行处理，并将所述主控电路板输出的控制指令转换为驱动设备运行的大功率电流；所述主控电路板集成C语言底层载体平台，通过所述C语言底层载体平台识别转换梯形图程序生产各种输入输出设备的控制指令。

进一步的，所述C语言底层载体平台的程序功能模块包括主函数模块、端口函数模块、梯形图命令解析模块、寄存器分配模块、存储器分配模块、通信端口协议模块以及梯形图运行模块。

进一步的，所述C语言底层载体平台集成设置：通信中断函数、PID算法函数、限幅滤波算法函数、计数求和二阶乘算法函数、端口扫描函数、二分算法函数、选择法排序函数、冒泡法排序函数、中位值滤波算法函数的其中多种。

进一步的，所述电源电路板包括EMI滤波电路、整流电路、100KHz震荡电路、降压转换电路，外部220VAC电源经所述EMI滤波电路、整流电路、100KHz震荡电路、降压转换电路得到24VDC和5VDC电压。

进一步的，所述电源电路板还包括闭环反馈电路，用于在检测到电压异常时关闭电源。

进一步的，所述输入输出电路板包括输入检测电路、与所述输入检测电路连接的输入电平转换电路，输出电平转换电路、功率驱动电路以及输出电路；所述输入检测电路和所述输入电平转换电路用于将检测到输入信号转换为CPU单元电路识别的电平信号；所述输出电平转换电路、所述功率驱动电路和所述输出电路用于将所述主控电路板的控制指令转为驱动设备运行的大功率电流。

进一步的，所述输入输出电路板还包括24VDC接口电路，用于将所述电源板电路板输出的24VDC电压滤波后输出给外接设备。

进一步的，所述输入输出电路板还包括5VDC稳压降压电路，用于将电源电路板板输出的5VDC进行滤波、稳压、再降压后输送给所述主控电路板。

进一步的，所述主控电路板包括CPU单元电路、与所述CPU单元电路连接的输入信号控制电路、输出信号控制电路、RS232通信电路、RS485通信电路、RS422通信电路；所述输入信号控制电路用于接收所述输入输出电路板传输的电平信号，所述输出信号控制电路用于向所述输入输出电路板提供控制指令；所述CPU单元电路集成设置有C语言底层载体平台，通过所述C语言底层载体平台识别转换梯形图程序生产各种输入输出设备的控制指令。

进一步的，对应所述输入信号控制电路设置有输入震荡电路和输入指示灯电路，对应所述输出信号控制电路设置有输出震荡电路和输出指示灯电路，所述输入震荡电路、所述输入指示灯电路、所述输出震荡电路和所述输出指示灯电路与CPU单元电路连接。

可选的，所述主控电路板还包括电源稳压电路、停止/运行电路、掉点保存电路、低压报错电路、运行/错误指示灯电路，所述电源稳压电路、停止/运行电路、掉点保存电路、低压报错电路、运行/错误指示灯电路与所述CPU单元电路连接。

采用上述技术方案， 本发明提供了一种基于单片机（微电脑处理器）作为底层载体的可编程控制器件。用C语言底层载体平台编程，兼容梯形图程序。让用户能够用梯形图作为二次开发进行编程，还可根据需求专门开发针对性的功能延伸和专用功能的可编程器；还是集成多通信多人机对话功能，既有高灵活性高针对性的特点，更适应市场发展要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于单片机作为底层载体的可编程控制器三维分解结构图；

图2为本发明的电源电路板结构关系图；

图3为本发明的输入输出电路板结构关系图；

图4为本发明的主控电路板结构关系图；

图5为本发明的程序功能模块结构框图；

图中，1-下壳体，2-上壳体，3-电源电路板，4-输入输出电路板，5-主控电路板；

31-EMI滤波电路，32-整流电路，33-100KHz震荡电路，34-降压转换电路，35-闭环反馈电路；

41-输入检测电路，42-输入电平转换电路，43-24VDC接口电路，44-输出电平转换电路，45-功率驱动电路，46-输出电路，47-5VDC稳压降压电路；

51-CPU单元电路，52-输入信号控制电路，53-输入震荡电路，54-输入指示灯电路，55-输出信号控制电路，56-输出震荡电路，57-输出指示灯电路，58-RS232通信电路，59-RS485通信电路，510-RS422通信电路，511-电源稳压电路，512-停止/运行电路，513-掉点保存电路，514-低压报错电路，515-运行/错误指示灯电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于单片机作为底层载体的可编程控制器，包括上壳体1和下壳体2，设置在所述上壳体1和所述下壳体2之间的电源电路板3、输入输出电路板4以及主控电路板5，所述电源电路板3用于向各个功能电路提供24VDC电压和5VDC电压；所述输入输出电路板4用于将检测到的信号转换成CPU单元电路识别的电平信号并输出到所述主控电路板5进行处理，并将所述主控电路板4输出的控制指令转换为驱动设备运行的大功率电流；所述主控电路板5集成C语言底层载体平台，通过所述C语言底层载体平台识别转换梯形图程序生产各种输入输出设备的控制指令。

具体的，如图5所示，所述C语言底层载体平台的程序功能模块包括主函数模块、端口函数模块、梯形图命令解析模块、寄存器分配模块、存储器分配模块、通信端口协议模块以及梯形图运行模块。

可选的，所述C语言底层载体平台集成设置：通信中断函数、PID算法函数、限幅滤波算法函数、计数求和二阶乘算法函数、端口扫描函数、二分算法函数、选择法排序函数、冒泡法排序函数、中位值滤波算法函数的其中多种。

C语言作为一个梯形图程序的载体平台，在单片机（微处理器）编程领域中，C语言作为高级编程语言拥有无可比拟的优势，具有高灵活性、高移植、高效率等特点，相比其它单片机编程语言，C语言更接近人类容易理解的语言编程。C语言底层载体平台开发目的是通过本平台产品支持梯形图程序编写来实现各种设备控制让工控行业的技术员能利用梯形图让各类工控产品更智能化，操作更变得更容易。C语言在单片机（微处理器）里进行各种端口运算处理、寄存器分配运算、算法解析等计算来达到支持梯形图运行的载体平台产品。

如图2所示，所述电源电路板3包括EMI滤波电路31、整流电路32、100KHz震荡电路33、降压转换电路34，外部220VAC电源经所述EMI滤波电路31、整流电路32、100KHz震荡电路33、降压转换电路34得到24VDC和5VDC电压。

可选的，所述电源电路板3还包括闭环反馈电路35，用于在检测到电压异常时关闭电源。

具体的，电源板主要功能是将市电220VAC电源经过EMI滤波电路去除干扰。然后加载到整流电路，再由整流电路把滤波好的220VAC转换成300VDC直流电压。300VDC直流电压通过震荡电路产生的100KHz震荡频率加载到变压器，由变压器降压得到24VDC和5VDC电压，以提供整个产品工作电压需求。电源板还有一反馈闭环电路，用于产品运作期间由于各种原因造成的电压不稳定、电压不正常、负载过大或者短路等，起到关闭电源从而保护产品不受到更严重的损坏的作用。

如图3所示，所述输入输出电路板4包括输入检测电路41、与所述输入检测电路41连接的输入电平转换电路42，输出电平转换电路44、功率驱动电路45以及输出电路46；所述输入检测电路41和所述输入电平转换电路42用于将检测到输入信号转换为CPU单元电路识别的电平信号；所述输出电平转换电路44、所述功率驱动电路45和所述输出电路46用于将所述主控电路板5的控制指令转为驱动设备运行的大功率电流。

可选的，所述输入输出电路板4还包括24VDC接口电路43，用于将所述电源板电路板3输出的24VDC电压滤波后输出给外接设备。

可选的，所述输入输出电路板4还包括5VDC稳压降压电路47，用于将电源电路板3板输出的5VDC进行滤波、稳压、再降压后输送给所述主控电路板5。

如图4所示，所述主控电路板5包括CPU单元电路51、与所述CPU单元电路51连接的输入信号控制电路52、输出信号控制电路55、RS232通信电路58、RS485通信电路59、RS422通信电路510；所述输入信号控制电路52用于接收所述输入输出电路板4传输的电平信号，所述输出信号控制电路55用于向所述输入输出电路板4提供控制指令；所述CPU单元电路51集成设置有C语言底层载体平台，通过所述C语言底层载体平台识别转换梯形图程序生产各种输入输出设备的控制指令。

具体的，对应所述输入信号控制电路52设置有输入震荡电路53和输入指示灯电路54，对应所述输出信号控制电路55设置有输出震荡电路56和输出指示灯电路57，所述输入震荡电路53、所述输入指示灯电路54、所述输出震荡电路56和所述输出指示灯电路57与CPU单元电路51连接。

可选的，所述主控电路板5还包括电源稳压电路511、停止/运行电路512、掉点保存电路513、低压报错电路514、运行/错误指示灯电路515，所述电源稳压电路511、停止/运行电路512、掉点保存电路513、低压报错电路514、运行/错误指示灯电路515与所述CPU单元电路51连接。

具体的，单片机（微电脑处理器）通过用C语言编程作为底层载体平台，能够识别梯形图程序供用户用梯形图作为二次开发，编写用户自己的梯形图程序达到实现控制自己需要操作的各种输入输出设备的目的。各种设备信号的计算、分配、公式转换等处理都已经用C语言编写完成，所以用户省去了这些复杂而又高专业的公式、算数、算法操作，只需要梯形图操作便可。

另外，C语言底层程序编写也同时把RS232、RS485、RS422等通信协议编程好，用户只需插上连接线与通信设备连接便可通信。同时C语言底层也已经解析梯形图的所有命令包括寄存器的分配使用、X/Y的识别使用、虚拟继电器分配使用、定时器/计数器使用、状态寄存器分配使用进行了各种算法计算，能够识别梯形图的所有指令操作运算。用户只需把自己编写好的梯形图程序下载到单片机作为底层载体的可编程器里，即可实现各项指令操作。

本发明提供了一种基于单片机（微电脑处理器）作为底层载体的可编程控制器件。用C语言底层载体平台编程，兼容梯形图程序。让用户能够用梯形图作为二次开发进行编程，还可根据需求专门开发针对性的功能延伸和专用功能的可编程器；还是集成多通信多人机对话功能，既有高灵活性高针对性的特点，更适应市场发展要求。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

在本发明专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“排”、“列”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明专利的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在发明专利中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。

在本发明专利中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，包括上壳体和下壳体，设置在所述上壳体和所述下壳体之间的电源电路板、输入输出电路板以及主控电路板，所述电源电路板用于向各个功能电路提供24VDC电压和5VDC电压；所述输入输出电路板用于将检测到的信号转换成CPU单元电路识别的电平信号并输出到所述主控电路板进行处理，并将所述主控电路板输出的控制指令转换为驱动设备运行的大功率电流；所述主控电路板集成C语言底层载体平台，通过所述C语言底层载体平台识别转换梯形图程序生产各种输入输出设备的控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述C语言底层载体平台的程序功能模块包括主函数模块、端口函数模块、梯形图命令解析模块、寄存器分配模块、存储器分配模块、通信端口协议模块以及梯形图运行模块。

3.根据权利要求1所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述C语言底层载体平台集成设置：通信中断函数、PID算法函数、限幅滤波算法函数、计数求和二阶乘算法函数、端口扫描函数、二分算法函数、选择法排序函数、冒泡法排序函数、中位值滤波算法函数的其中多种。

4.根据权利要求1所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述电源电路板包括EMI滤波电路、整流电路、100KHz震荡电路、降压转换电路，外部220VAC电源经所述EMI滤波电路、整流电路、100KHz震荡电路、降压转换电路得到24VDC和5VDC电压。

5.根据权利要求4所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述电源电路板还包括闭环反馈电路，用于在检测到电压异常时关闭电源。

6.根据权利要求1所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述输入输出电路板包括输入检测电路、与所述输入检测电路连接的输入电平转换电路，输出电平转换电路、功率驱动电路以及输出电路；所述输入检测电路和所述输入电平转换电路用于将检测到输入信号转换为CPU单元电路识别的电平信号；所述输出电平转换电路、所述功率驱动电路和所述输出电路用于将所述主控电路板的控制指令转为驱动设备运行的大功率电流。

7.根据权利要求6所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述输入输出电路板还包括24VDC接口电路，用于将所述电源板电路板输出的24VDC电压滤波后输出给外接设备。

8.根据权利要求6所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述输入输出电路板还包括5VDC稳压降压电路，用于将电源电路板板输出的5VDC进行滤波、稳压、再降压后输送给所述主控电路板。

9.根据权利要求1所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，所述主控电路板包括CPU单元电路、与所述CPU单元电路连接的输入信号控制电路、输出信号控制电路、RS232通信电路、RS485通信电路、RS422通信电路；所述输入信号控制电路用于接收所述输入输出电路板传输的电平信号，所述输出信号控制电路用于向所述输入输出电路板提供控制指令；所述CPU单元电路集成设置有C语言底层载体平台，通过所述C语言底层载体平台识别转换梯形图程序生产各种输入输出设备的控制指令。

10.根据权利要求9所述的基于单片机作为底层载体的可编程控制器，其特征在于，对应所述输入信号控制电路设置有输入震荡电路和输入指示灯电路，对应所述输出信号控制电路设置有输出震荡电路和输出指示灯电路，所述输入震荡电路、所述输入指示灯电路、所述输出震荡电路和所述输出指示灯电路与CPU单元电路连接。

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