CN202362661U - 一种基于can总线通信的直接数字控制器 - Google Patents
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Abstract
一种基于CAN总线通信的直接数字控制器，它包括单片机、总线与片选逻辑电路、CAN控制器电路、光电隔离驱动电路、数字输入电路、光电隔离输入电路、模拟输入A/D电路、输入调理电路、模拟输出D/A电路、输出调理电路、继电器驱动电路和继电器与指示灯电路。本实用新型采用实时性较高通信可靠性高的CAN总线。在CAN网络上进行通讯，通讯速度最大可达1000kbps。最大通信距离可达10KM。同时本设计还留有RS232接口，便于用户编程下载程序。
Description
技术领域
本实用新型涉及直接数字控制器DDC，尤其是，具体地说是一种基于CAN总线通信的直接数字控制器。
背景技术
控制器局域网CAN（Controller Area Network），最初是由德国Bosch公司设计的，应用于汽车的监测和控制。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus逐步被广泛应用到各种控制领域。1991年9月，Philips半导体公司制定并发布CAN技术规范：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO组织正式颁布CAN国际标准 ISO11898。CAN-bus成为国际标准的现场总线，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。
CAN-bus主要特性如下：
多主结构依据优先权进行总线访问；
无破坏性的基于优先权的逐位仲裁；
借助验收滤波器的多地址帧传递；
远程数据请求；
全系统数据相容性；
错误检测和出错信令；
很远的数据传输距离（长达10Km）；
高速的数据传输速率（高达1Mbps）；
高度实时性：每帧报文允许传输最高8个字节的数据；
发送期间丢失仲裁或出错而遭到破坏的帧可自动重发；
暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离；
脱离总线的节点不影响总线的正常工作。
DDC是直接数字控制器（Direct Digital Control)的简称，是自动控制系统的核心，是自控系统实现控制功能的关键部件。它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和数字量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和数字量输出通道(DO)直接控制设备的运行。同时DDC还具有数据通信接口，包括总线通信接口，编程下载接口。
目前的国内外的DDC产品一般采用RS485总线实现数据通信，数据通信实时性不够理想。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有的DDC产品采用RS485总线实现数据通信，所存在的数据通信实时性不够理想的问题，提出一种基于CAN总线通信的直接数字控制器。
本实用新型的技术方案是：
一种基于CAN总线通信的直接数字控制器，它包括单片机、总线与片选逻辑电路、CAN控制器电路、光电隔离驱动电路、数字输入电路、光电隔离输入电路、模拟输入A/D电路、输入调理电路、模拟输出D/A电路、输出调理电路、继电器驱动电路和继电器与指示灯电路，所述的数字输入电路和模拟输入A/D电路作为直接数字控制器的输入采集实时数据，数字输入电路通过总线与片选逻辑电路与单片机双向连接，模拟输入A/D电路的信号输出端与单片机的对应信号输入端相连，单片机的控制信号输出端分别通过模拟输出D/A电路和继电器驱动电路输出模拟控制信号和数字控制信号控制相应的外部设备，单片机与总线和CAN控制器电路双向连接， CAN控制器电路的片选信号是单片机的通信信号端，实现CAN控制器电路与外部CAN总线通信。
本实用新型的直接数字控制器还包括RS232串口电路，所述的RS232串口电路与单片机双向连接，RS232串口电路用于下载编程数据或连接其他具有串口的设备，实现数据通信。
本实用新型的直接数字控制器还包括铁电存储器电路，所述的铁电存储器电路与单片机双向连接，铁电存储器电路用于存储掉电不丢失的数据，包括直接数字控制器的运行参数，设置数据和历史数据。
本实用新型的直接数字控制器还包括外部存储器电路，外部存储器用于存储单片机数据处理的中间数据，或临时存储通信数据的暂存，以弥补单片机内部存储器存储容量的不足。
本实用新型的直接数字控制器由5V电源电路和12V电源电路为各对应模块供电。
本实用新型的有益效果：
本实用新型采用实时性较高通信可靠性高的CAN总线。在CAN网络上进行通讯，通讯速度最大可达1000kbps。最大通信距离可达10KM。同时本设计还留有RS232接口，便于用户编程下载程序。
本实用新型的DDC控制器在控制系统中通常处于网络控制器与传感器执行器的中间，DDC控制器接收局域网中网络控制器的指令，反馈现场采集的数据上报给网络控制器，这样用户就可以在局域网内监控各种机电设备，降低了工作强度，提高了工作效率。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型的直接数字控制器在运用系统中的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种基于CAN总线通信的直接数字控制器，该控制器包括单片机、总线与片选逻辑电路、外部存储器电路、CAN控制器电路、光电隔离驱动电路、数字输入电路、光电隔离输入电路、铁电存储器电路、RS232串口电路、模拟输入（A/D）电路、输入调理电路、模拟输出(D/A)电路、输出调理电路、继电器驱动电路、继电器与指示灯电路、5V电源电路、12V电源电路。
单片机为整个DDC控制器的数据处理与控制核心，负责控制其他外围电路的协调工作，负责接收与处理采集的数据，负责根据用户编写的逻辑发出控制指令和产生动作。
总线与片选逻辑电路完成地址与数据总线的复用和片选地址的分配，便于单片机统一地址进行数据读写。
外部存储器电路用于存储单片机数据处理的中间数据，或临时存储通信数据的暂存，以弥补单片机内部存储器存储容量的不足。
CAN控制器电路和光电隔离驱动电路实现CAN通信功能电路，以实现CAN总线的通信，其中光电隔离驱动电路实现2500V电压隔离，有效防止外部过压，保护内部电路正常工作。
数字输入电路和光电隔离输入电路实现采集各开关量点位状态，并指示当前状态。其中光电隔离输入电路实现2500V电压隔离，有效防止外部过压，保护内部电路正常工作。
铁电存储器电路用于存储DDC控制器运行参数，设置数据，历史数据等掉电不丢失的数据。
RS232串口电路用于下载编程数据，也可以作为连接其他具有串口的设备，实现数据通信。
模拟输入（A/D）电路和输入调理电路用于采集模拟数据，比如温度数据，湿度数据，照度数据等，其中输入调理电路用来作电压放大与阻抗匹配，同时保护内部A/D转换电路。
模拟输出(D/A)电路和输出调理电路用于输出可变化的电压，用于控制执行器，比如控制灯光的亮度，阀门的开度，风门的开度等。
继电器驱动电路和继电器与指示灯电路用于控制开关设备，比如控制灯的开关，水泵的启停，风机的启停等。
5V电源电路用于供应大部分的电路芯片的工作电源。
12V电源电路用于供应继电器电路和模拟输入输出调理电路电源。
DDC控制器在控制系统中处于网络控制器与传感器执行器的中间，DDC控制器接收局域网中网络控制器的指令，反馈现场采集的数据上报给网络控制器，这样用户就可以在局域网内监控各种机电设备了，降低的工作强度，提高了工作效率。
直接数字控制器主要应用：
1、照明控制方面
实现照明的集中控制、同时具有手动控制；
实现照明的自动控制，可提供红外，照度传感器的采集数据实现自动控制；
实现照明的定时控制；
实现节能控制，人性化控制。
2、空调通风控制方面
实现空调通风系统的远程控制；
实现空调通风系统的自动控制，可提供温度传感器等各种传感器，实现空调系统的自动控制；
实现空调通风系统的定时控制；
实现节能控制，人性化控制。
3、展览馆和会议室中控方面
实现展览馆和会议室的集中控制；
实现展览馆和会议室的自动控制
实现展览馆和会议室的定时控制；
实现节能控制，人性化控制。
4、污水处理方面
实现污水处理系统的集中控制；
实现污水处理系统的自动控制，可提供水位水质传感器等各种传感器，实现污水处理系统的自动控制
实现污水处理系统的定时控制；
实现节能控制，人性化控制。
5、隧道机电设备远程控制方面
实现隧道机电设备的远程控制；
实现隧道机电设备的自动控制；
实现隧道机电设备的定时控制；
实现节能控制，人性化控制。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种基于CAN总线通信的直接数字控制器，其特征是它包括单片机、总线与片选逻辑电路、CAN控制器电路、光电隔离驱动电路、数字输入电路、光电隔离输入电路、模拟输入A/D电路、输入调理电路、模拟输出D/A电路、输出调理电路、继电器驱动电路和继电器与指示灯电路，所述的数字输入电路和模拟输入A/D电路作为直接数字控制器的输入采集实时数据，数字输入电路通过总线与片选逻辑电路与单片机双向连接，模拟输入A/D电路的信号输出端与单片机的对应信号输入端相连，单片机的控制信号输出端分别通过模拟输出D/A电路和继电器驱动电路输出模拟控制信号和数字控制信号控制相应的外部设备，单片机与总线和CAN控制器电路双向连接， CAN控制器电路的片选信号是单片机的通信信号端，实现CAN控制器电路与外部CAN总线通信。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的直接数字控制器，其特征是该直接数字控制器还包括RS232串口电路，所述的RS232串口电路与单片机双向连接，RS232串口电路用于下载编程数据或连接其他具有串口的设备，实现数据通信。
3.根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的直接数字控制器，其特征是该直接数字控制器还包括铁电存储器电路，所述的铁电存储器电路与单片机双向连接，铁电存储器电路用于存储掉电不丢失的数据，包括直接数字控制器的运行参数，设置数据和历史数据。
4.根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的直接数字控制器，其特征是该直接数字控制器还包括外部存储器电路，外部存储器用于存储单片机数据处理的中间数据，或临时存储通信数据的暂存，以弥补单片机内部存储器存储容量的不足。
5.根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的直接数字控制器，其特征是该直接数字控制器由5V电源电路和12V电源电路为各对应模块供电。
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|---|---|---|---|---|
| US20140351460A1 (en) * | 2013-05-23 | 2014-11-27 | Honda Motor Co., Ltd. | Relay device |
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| US9081699B2 (en) * | 2013-05-23 | 2015-07-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Relay device |
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| CN113820988B (zh) * | 2021-10-15 | 2023-10-13 | 湖南子宏生态科技股份有限公司 | 一种污水处理自动控制系统 |
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