CN201876698U - 多路隔离型可编程控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种多路隔离型可编程控制器，采用两个单片机作为控制核心，从单片机通过光耦隔离芯片采集外围设备的状态并通过SPI接口反馈给主单片机，同时通过继电器控制外围设备，另外还提供两路非隔离型RS232接口。主单片机通过SPI接口与从单片机通信，另一方面通过串口取电加数字隔离器以及RS232电平转换芯片提供一路隔离型RS232串口、通过USB取电加数字隔离器以及USB转串口芯片提供一路隔离TTL串口，同时通过I/O口模拟串口协议提供六路虚拟RS232接口。本实用新型体积小，成本低，设备使用方便，适合工程安装。

Description

多路隔离型可编程控制器

技术领域

本实用新型涉及一种多路隔离型可编程控制器。

背景技术

现代工业控制越来越多的采用PLC和工业计算机来完成原来必须人工现场干预的工作，而且可以实现多点监测，集中控制，极大地提高了生产效率，增加了生产的可靠性。工业计算机因具有可靠性高、计算能力和通信能力强、网络通讯功能强大以及能够执行比较复杂的控制算法和其近乎无限制的存储容量、易于人机交互等优点被广泛用于复杂的工业控制现场。但对于小范围的生产过程监测，并不需要处理器有太强的处理能力和极快的处理速度，因此这种场合采用工业计算机就会造成资源浪费，且工业计算机成本高昂，体积较大，初期投入和后期维护成本都较高。PLC在很多场合可以代替工业计算机，但是一般特定型号的PLC所具有的输入输出接口和通信接口固定，不利于系统扩展，且相对于低端应用场合，成本也不具有优势。因此，许多基于单片机的低成本方案在低端应用场合也被广泛应用。但市面上已有的控制器大多存在以下缺陷：1、现场的设备一般都通过RS232/485方式与控制主机进行通信，但随着微型计算机的普及，越来越多的电脑已经没有串口功能，而USB的便利和小型化得到了广大用户的青睐，市面上很多基于单片机的控制板，存在只支持RS232接口的缺陷，导致与很多计算机通信困难。2、通信能力较差，可扩展性不强。很多控制板由于采用比较落后的控制器，只有单一的控制功能，即只用串口控制继电器，输入路数较少或不存在，功能单一。3、控制板与计算机通信接口没有通过隔离直接连接，存在安全隐患，在应用中如果终端存在较强的电压冲击如雷击，就可能损坏计算机通信接口，造成较大损失。如专利公开号为CN201075180的多路串口通信控制器，通信功能比较完善，但输入输出口较为欠缺，不利于外部设备连接，且不支持USB接口，应用范围受到限制。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的是克服了工业计算机和通用PLC的携带不便和高成本的缺点，本实用新型减小了体积，降低了成本，设备使用方便，适合工程安装。

本实用新型的实用新型的另一个目的是实现了计算机和控制面板的隔离，即使控制面板遭到高电压冲击(如雷击)也不会损害计算机及其他设备，减少损失。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：

本实用新型多路隔离型可编程控制器，其特征在于该控制器以主从单片作为控制核心，还包括16路光耦隔离输入以四个光耦隔离芯片实现、10路继电器输出以两个继电器驱动芯片实现、4路隔离型晶体管输出以一个光耦隔离芯片实现、两路非隔离型RS232接口以一个电平转换芯片实现、一路隔离型RS232串口以双通道数字隔离器串接电平转换芯片实现、一路隔离型TTL串口以双通道数字隔离器串接USB总线转接芯片实现、六路非隔离型虚拟RS232异步串行通信接口通过三个电平转换芯片实现；从单片机分别通过四个光耦隔离芯片采集外围设备的状态并通过SPI接口反馈给主单片机，同时分别通过两个继电器驱动芯片控制外围设备，另外还通过一个电平转换芯片提供两路非隔离型RS232接口；主单片机通过双通道数字隔离器串接电平转换芯片串口取电，通过双通道数字隔离器串接USB总线转接芯片提供一路隔离TTL串口，同时通过三个电平转换芯片以及I/O口模拟串口协议提供六路虚拟RS232接口。

所述从单片机采用型号为Atmega128的单片机。

所述主单片机采用型号为Atmega162的单片机。

所述从单片机上还设置故障报警装置，所述故障报警装置由蜂鸣器构成。

所述从单片机上还设置由日历时钟芯片DS1302构成的日历时钟装置。

所述第一单片机上还设置由E2PROM构成的外部存储器。

所述继电器驱动芯片都采用型号为ULN2003A的驱动芯片。

所述五个光耦隔离芯片都采用型号为TLP521-4的光耦隔离芯片。

所述两个双通道数字隔离器都采用型号为ADuM1201的通用型双通道数字隔离器。

所述USB总线转接芯片采用型号为CH341T的USB转串口芯片。

本实用新型采用了微控制器来实现主机同各个从机间通信。由于现在微控制器资源的极大丰富，该部分功能完全可由微控制器本身来实现，而无需外扩逻辑控制器。实用新型的实用新型除了保留传统的RS232通信接口外，还支持USB接口，使控制板与上位机的通信变得简单可靠。本实用新型可以同时支持多路输入和多路输出，可以同时实时 地监测多个设备的状况，因此可以方便地实现计算机集中监测控制。采用高性能单片机，本实用新型实现了波特率2400bps六路虚拟串口扩展以及多路隔离输入和隔离输出，在低端应用场合极具成本优势。

附图说明

图1：本实用新型结构图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1所示，除了保留传统的RS232通信接口外，还支持USB接口，使控制板与上位机的通信变得简单可靠。本实用新型可以同时支持多路输入和多路输出，可以同时实时地监测多个设备的状况，因此可以方便地实现计算机集中监测控制。采用高性能单片机，本实用新型实现了波特率2400bps六路虚拟串口扩展以及多路隔离输入和隔离输出，在低端应用场合极具成本优势。

本实用新型的实用新型主要是通过下述技术方案得以实现的：采用Atmega162(以下简称162)和Atmega128(以下简称128)两个单片机通过SPI总线来协调完成。

128主要实现以下功能：1、通过光耦隔离芯片(TLP521-4)实时采集外围设备(16路隔离输入)的状态并通过SPI反馈给162，采用光耦隔离，若外部设备存在较强干扰，因光耦隔断了输入端同输出端电路上的连接，提高了系统的可靠性；2、通过驱动芯片ULN2003A控制输出设备(10路继电器)。ULN2003A内部为达林顿结构，单片可同时提供7路驱动，单路最大输出电流500mA，非常适合多路继电器驱动；3、故障报警。当终端设备发生异常或控制板本身发生故障时，128控制蜂鸣器报警，方便检修；4、控制时钟芯片DS1302，128可以通过DS1302读取当前的系统时间，也可以设定在某个时间执行某项任务；5、从外部存储器读取指令。在没有计算机的情况下，通过读取外部E2PROM内的控制指令，可以脱机控制外部设备；6、128单片机有较大的程序存储空间，可以完成复杂数据分析，完成设备的运行控制任务。

162主要实现以下功能：1、通过多路虚拟串口与外部设备通信。串口通信被广泛应用于工业控制，在很多场合发挥着重要作用。但一般的单片机只有1路或2路串口，难以实现和多个外部设备通信。因此需要单片机通过软件用普通IO口来模拟232协议来实现多路虚拟串口扩展。

2、通过串口(USB串口或真实串口)与计算机通信。162经过ADUM1201磁耦隔离与计算机通信。确保计算机的安全。ADuM1201是ADI公司推出基于iCoupler磁耦隔离技术的通用型双通道数字隔离器。采用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等各方面都有光电隔离器件无法比拟的优势。本实用新型支持传统的RS2329针串口，同时也支提供USB形式的串口，这部分功能通过CH341T实现协议转换。在异步串口方式下，CH341提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号以及常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。162将128传输的数据打包，并通过串口传送PC机，实现PC集中监测。同时PC通过串口发出打包后的控制指令，162解包后分发给六路虚拟串口，分别控制各个终端设备。本实用新型规格110mm*140mm，重量350克，成本也只需要300元左右。

Claims (10)

1.一种多路隔离型可编程控制器，其特征在于该控制器以主从单片作为控制核心，还包括16路光耦隔离输入以四个光耦隔离芯片实现、10路继电器输出以两个继电器驱动芯片实现、4路隔离型晶体管输出以一个光耦隔离芯片实现、两路非隔离型RS232接口以一个电平转换芯片实现、一路隔离型RS232串口以双通道数字隔离器串接电平转换芯片实现、一路隔离型TTL串口以双通道数字隔离器串接USB总线转接芯片实现、六路非隔离型虚拟RS232异步串行通信接口通过三个电平转换芯片实现；从单片机分别通过四个光耦隔离芯片采集外围设备的状态并通过SPI接口反馈给主单片机，同时分别通过两个继电器驱动芯片控制外围设备，另外还通过一个电平转换芯片提供两路非隔离型RS232接口；主单片机通过双通道数字隔离器串接电平转换芯片串口取电，通过双通道数字隔离器串接USB总线转接芯片提供一路隔离TTL串口，同时通过三个电平转换芯片以及I/O口模拟串口协议提供六路虚拟RS232接口。

2.根据权利要求1所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述从单片机采用型号为Atmega128的单片机。

3.根据权利要求1所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述主单片机采用型号为Atmega162的单片机。

4.根据权利要求1或2所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述从单片机上还设置故障报警装置，所述故障报警装置由蜂鸣器构成。

5.根据权利要求1或2所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述从单片机上还设置由日历时钟芯片DS1302构成的日历时钟装置。

6.根据权利要求1或2所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述第一单片机上还设置由E2PROM构成的外部存储器。

7.根据权利要求1所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述继电器驱动芯片都采用型号为ULN2003A的驱动芯片。

8.根据权利要求1所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述五个光耦隔离芯片都采用型号为TLP521-4的光耦隔离芯片。

9.根据权利要求1所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述两个双通道数字隔离器都采用型号为ADuM1201的通用型双通道数字隔离器。

10.根据权利要求1所述的多路隔离型可编程控制器，其特征在于所述USB总线转接芯片采用型号为CH341T的USB转串口芯片。 

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