CN201335959Y - 多通道数字开关信号控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道数字开关信号控制器，涉及一种开关控制装置。本实用新型的结构主要是：单片机(1)、总线驱动器模块(4)、串－并转换模块(2)和反向驱动器模块(3)依次连接，反向驱动器模块(3)分别与指示灯组(8)和继电器、电磁阀的线圈(11)连接；扩展接口(6)与串－并转换模块(2)连接；单片机(1)分别与在系统编程接口(7)和串口接口模块(5)连接，串口接口模块(5)和计算机(12)连接。本实用新型电路结构简单明了、可靠有效；带负载能力强；保证了控制电路和开关线圈的电源分离；容易扩展；带有指示灯组指示每个通道的开关状态；适用于需要用计算机控制多通道开关场合。

Description

多通道数字开关信号控制器

技术领域

本实用新型涉及一种开关控制装置，尤其涉及一种多通道数字开关信号控制器，是一种多通道、易扩展的开关控制装置，通过计算机的串口提供0，1高低电平数字信号，用来控制继电器、电磁阀的通断，从而实现多通道开关之间的自由切换。

背景技术

在工业控制领域，有许多需要用到多通道开关控制的场合，比如多通道测试系统；而且更重要的是，人们往往利用计算机对这些开关进行控制，实现开关的自动切换。目前能实现这种功能的装置主要有两种：一种是板卡，另一种是开关控制器。

1、板卡插在计算机的插槽上，由计算机供电，通过计算机上的应用程序可以控制板卡输出0，1的高低电平数字信号。利用板卡构成多通道开关控制，优点是集成度高，但是存在的问题是开发成本很高，需要通晓计算机主板插槽的通讯协议，以编写相应的驱动程序；同时由于计算机的插槽数量有限，导致扩展不易。

2、开关控制器独立于计算机之外，不需要利用计算机的插槽，开关控制器与计算机之间通过专用的电缆进行连接。开关控制器固化了驱动程序，因此只需要在计算机上编写应用程序就可以控制开关控制器输出0，1的高低电平数字信号。开关控制器的特点是可以固化多种传输协议，因此可以采用多种接口与计算机进行通讯。多台开关控制器采用某种方式连接到计算机，可以实现通道的扩展。但是传统的开关控制器购置成本很高，成本的因素导致通道实际上不容易扩展。

发明内容

本实用新型目的在于克服现有开关控制装置的缺点和不足，提供一种结构简单、低成本、容易扩展的多通道数字开关信号控制器。

本实用新型的目的是这样实现的：

1、设计原理

计算机通过串口发出特定的16进制编码给多通道数字开关信号控制器，这个编码的每一位是0或者1，编码的长度等于通道的数量。多通道数字开关信号控制器内部单片机提供控制时钟，将编码的每一位依次传递到串-并转换模块的每个移位寄存器。当所有编码传递完毕，移位寄存器的数据锁存到存储寄存器，并通过并行数据输出口输出。

2、具体结构

本实用新型包括包括继电器、电磁阀的线圈和计算机；

设置有单片机、串-并转换模块、反向驱动器模块、总线驱动器模块、串口接口模块、扩展接口、在系统编程接口、指示灯组、内置电源和外置电源接口；

单片机、总线驱动器模块、串-并转换模块和反向驱动器模块依次连接，反向驱动器模块分别与指示灯组和继电器、电磁阀的线圈连接；

扩展接口与串-并转换模块连接；

单片机分别与在系统编程接口和串口接口模块连接，串口接口模块和计算机连接；

内置电源和外置电源接口提供电源。

3、工作原理

串-并转换模块由若干串-并转换芯片组成。所有串-并转换芯片是依次首尾相连的。第一个串-并转换芯片的串行口输入端连接到单片机的一个I/O口，第一个串-并转换芯片的串行口输出端连接到第二个串-并转换芯片的串行口输入端，第二个串-并转换芯片的串行口输出端连接到第三个串-并转换芯片的串行口输入端，依次类推。所有串-并转换芯片的存储时钟端和移位时钟端分别连接在一起。利用移位时钟脉冲，编码的每一位首先由单片机的I/O口输出到第一个串-并转换芯片的移位寄存器，然后传递到第二个串-并转换芯片的移位寄存器，依次传递直到最后一个串-并转换芯片的移位寄存器。传递的最终结果是编码的前8位，即前1个字节被传递到最后一个串-并转换芯片的移位寄存器，而编码的最后8位，即最后1个字节被传递给第一个串-并转换芯片的移位寄存器。最后利用存储时钟脉冲将所有串-并转换芯片移位寄存器中的数据进行锁存并通过存储寄存器的并行数据输出口输出。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

1、电路结构简单明了、可靠有效；

整个电路的核心是移位和串-并的转换，只需要1种芯片完成；通过总线驱动模块，保证了移位时钟和存储时钟的稳定；通过反向驱动器模块，提供了高电压大电流的带负载能力。

2、带有达林顿功放三极管驱动芯片，带负载能力强；

电路带有达林顿功放三极管驱动芯片，其输出可以直接驱动继电器、电磁阀的线圈。

3、电路设计保证了控制电路和开关线圈的电源分离；

控制电路部分采用直流+5V电源，而继电器、电磁阀的线圈依据不同的需要既可以使用内置直流+5V电源，也可以使用外部电源。

4、容易扩展；

当需要扩展时，只需要再连接一块或多块相同的电路板。这些电路板利用扩展接口实现所有串-并转换模块首尾相连，利用总线驱动器模块使移位时钟和存储时钟信号不会减弱，从而保证编码每一位的正确传递。

5、带有指示灯组指示每个通道的开关状态。

本实用新型适用于需要用计算机控制多通道开关场合，如实现多通道继电器、电磁阀的自动切换。

附图说明

图1是本实用新型的结构方框图；

图2是扩展接口连接的结构方框图。

其中：

1-单片机；

2-串-并转换模块；

3-反向驱动器模块；

4-总线驱动器模块；

5-串口接口模块；

6-扩展接口；

7-在系统编程接口；

8-指示灯组；

9-内置电源；

10-外置电源接口；

11-继电器、电磁阀的线圈；

12-计算机；

A、B、C-第一、二、三电路板；

a-移位时钟脉冲信号；

b-存储时钟脉冲信号；

c-串行编码。

英译汉：

FLASH-闪速存储器，它的主要特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。

UART-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter通用异步收发器，用于单片机与串行设备通讯。

I/O-输入/输出。

具体实施方式

下面结合附图和实施详细说明：

一、总体

如图1，本实用新型包括继电器、电磁阀的线圈11和计算机12；

设置有单片机1、串-并转换模块2、反向驱动器模块3、总线驱动器模块4、串口接口模块5、扩展接口6、在系统编程接口7、指示灯组8、内置电源9和外置电源接口10；

其连接关系是：

单片机1、总线驱动器模块4、串-并转换模块2、反向驱动器模块3依次连接，反向驱动器模块3分别与指示灯组8和继电器、电磁阀的线圈11连接；

计算机12将所有通道欲设置的开关状态以16进制编码的形式通过串口接口模块5输入到单片机1，单片机1的数据首先由总线驱动器模块4加强驱动能力，再输出到串-并转换模块2转换成并行信号，这些并行信号经过反向驱动器模块3后分成两路，一路输出到指示灯组8，另一路输出到继电器、电磁阀的线圈11；

扩展接口6与串-并转换模块2连接，用来实现多块相同的电路板级联；

单片机1和在系统编程接口7连接，驱动程序编译后通过在系统编程接口7写入到单片机1的FLASH存储器；

单片机1和串口接口模块5连接，通过串口接口模块5进行电压转换，使单片机1的UART串口与计算机12的串口的连接适配。

内置电源9和外置电源接口10提供电源。

整机由1块电路板组成，多块相同的电路板级联可以实现通道的扩展；

驱动程序固化在单片机1的FLASH存储器中。

二、各功能块(结构及功能)

1、单片机1

1)带有UART串口，单片机1通过串口接口模块5与外部计算机12进行通讯，接收编码；

2)用1根I/O口线输出串行编码的每一位；

3)用2根I/O口线分别输出移位时钟脉冲信号和存储时钟脉冲信号；

4)带FLASH存储器和内部数据存储器，可以在系统编程；

5)具有片内调试电路，提供全速、非侵入式的在系统调试。

2、串-并转换模块2

1)串-并转换模块2由若干串-并转换芯片组成；串-并转换芯片提供存储寄存器的并行数据输出口、移位寄存器的输出口、移位寄存器的时钟脉冲输入口、存储寄存器的时钟脉冲输入口、串行数据输入口和输出使能端；

2)所有串-并转换芯片的移位寄存器的时钟脉冲输入口与单片机1输出移位时钟脉冲信号的I/O口线连接；所有串-并转换芯片的存储寄存器时钟脉冲输入口与单片机1输出存储时钟脉冲信号的I/O口线连接；

3)第一个串-并转换芯片的串行数据输入口连接到单片机1输出串行编码的I/O口线，而移位寄存器的输出口连接第二个串-并转换芯片的串行数据输入口；第二个串-并转换芯片的移位寄存器的输出口连接到第三个串-并转换芯片的串行数据输入端，其移位寄存器的输出口连接第四个串-并转换芯片的串行数据输入端，依此类推，将所有串-并转换芯片首尾相连；

4)移位寄存器的时钟脉冲输入口每接收到1个有效脉冲，将串行数据输入端的当前电平值左移一位，而移位寄存器的输出口将输出移位寄存器中高位的值。如果编码的长度是n，那么当接收了n个有效脉冲后，编码的每一位将依次移动到所有串-并转换芯片的移位寄存器中；

5)当存储寄存器的时钟脉冲输入口接收到有效电平后，将移位寄存器中的数据锁存到存储寄存器中；

6)输出使能端有效时，存储寄存器中的值从存储寄存器的并行数据输出口输出。

3、反向驱动器模块3

1)反向驱动器模块3由若干达林顿功放三极管驱动芯片组成；达林顿功放三极管驱动芯片具有较强的驱动能力，并且有内部保护二极管，可以直接驱动继电器、电磁阀；

2)每个达林顿功放三极管驱动芯片有8个输入端和8个输出端。每个输入端分别连接到每个串-并转换芯片的并行数据输出端，并且是一一对应连接；每个达林顿功放三极管驱动芯片的输出端分别连接到继电器、电磁阀的线圈的一端。

4、总线驱动器模块4

总线驱动器模块4由一片总线驱动芯片组成；当串-并转换芯片数量较多时，用总线驱动器模块4加强移位时钟脉冲信号和存储时钟脉冲信号。

5、串口接口模块5

串口接口模块5由1片电压转换芯片组成。单片机1的UART串口与计算机的串口(COM口)使用的是不同的电压标准，所以需要进行电压转换。

6、扩展接口6

用扩展接口6将2块或者更多块相同的电路板级联在一起，以提供更多的通道。

如图2，当多块相同的电路板级联时，除了第一块电路板A上有单片机1外，其他的电路板不焊接单片机芯片；这时第一块电路板A上扩展接口6的输出(移位时钟脉冲信号a、存储时钟脉冲信号b和串行编码c)将连接到第二块电路板B的总线驱动器模块4和串-并转换模块2的输入端；而第二块电路板B上扩展接口6的输出连接到第三块电路板C的总线驱动器模块4和串-并转换模块2的输入端，以此类推；

也即用第一块电路板A上扩展接口6的输出，取代第二块电路板上的单片机1，提供第二块电路板所需的移位时钟脉冲信号a、存储时钟脉冲信号b和串行编码c，以此类推。

7、在系统编程接口7

驱动程序编译后通过在系统编程接口7写入到单片机1的FLASH存储器。

8、指示灯组8

用来指示所有通道的开关状态。

9、内置电源9

1)内置电源为直流+5V，用来给所有芯片供电，也用来给级联的电路板上所有芯片供电。

2)通道数不多时，可以用来给继电器、电磁阀的线圈供电。

10、外置电源接口10

通过外置电源接口，可以引入外部电源，给继电器、电磁阀的线圈供电。

Claims (3)

1、一种多通道数字开关信号控制器，包括继电器、电磁阀的线圈(11)和计算机(12)；其特征在于：

设置有单片机(1)、串-并转换模块(2)、反向驱动器模块(3)、总线驱动器模块(4)、串口接口模块(5)、扩展接口(6)、在系统编程接口(7)、指示灯组(8)、内置电源(9)和外置电源接口(10)；

单片机(1)、总线驱动器模块(4)、串-并转换模块(2)和反向驱动器模块(3)依次连接，反向驱动器模块(3)分别与指示灯组(8)和继电器、电磁阀的线圈(11)连接；

扩展接口(6)与串-并转换模块(2)连接；

单片机(1)分别与在系统编程接口(7)和串口接口模块(5)连接，串口接口模块(5)和计算机(12)连接；

内置电源(9)和外置电源接口(10)提供电源。

2、按权利要求1所述的一种多通道数字开关信号控制器，其特征在于：串-并转换模块(2)由若干首尾依次相连的串-并转换芯片组成。

3、按权利要求1所述的一种多通道数字开关信号控制器，其特征在于：反向驱动器模块(3)由若干达林顿功放三极管驱动芯片组成。

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