CN205038468U - 一种具有gprs通讯的低温泵控制箱专用智能控制器 - Google Patents
一种具有gprs通讯的低温泵控制箱专用智能控制器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种具有GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，其中，CPU电路单元分别与A/D接口电路模块、GPS模块、GPRS模块和接口电路单元相互电连接，GPS模块实时接收卫星定位信号，GPRS模块与互联网通过无线电连接，触摸屏显示模块与CPU电路单元相互电连接，并显示被控设备的工作状态。有益效果是，通过GPS模块实时接收卫星定位信号，GPRS模块与互联网通过无线连接，触摸屏显示被控设备工作状态，整合集成后的低温泵控制箱专用控制器设备小型化，采用通信加密形式提供“电子围栏”服务，集成数据GPRS上传功能，成本及工程造价降低同时，有效提高设备的可靠性，延长设备的使用寿命，操作更加安全方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能控制器，特别涉及一种具备GPRS通信的低温泵控制箱专用智能控制器。
背景技术
低温泵控制箱早在十年前，国内几大气体公司的槽车基本装备着Corystar的低温泵及其配套的控制箱，当时，整套设备成本高，而且，整套设备都是进口的，如果出现问题，维修维护十分不便。近几年，国有企业开始自主研发针对Corystar的低温泵的控制箱，显著降低了设备和维护的成本，但是，当时设备仅仅是模仿了之前Corystar控制箱的基本功能，而在现今，这些功能不足以满足现在气体公司对于槽车低温泵控制箱的需求，随着GPRS通信技术、GPS定位技术、电子围栏技术的普及，我国要求对每台低温泵槽车入网国家电子围栏系统，针对这一现状，主要的设计方案为密码锁法案，但是，密码锁方案给设备的维修维护带了不必要的麻烦，而且，产品中的GPS数据、控制状态、设备状态等气体公司无法远程获得，也不能满足气体公司的需求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种具备GPRS通信的低温泵控制箱专用智能控制器。
本实用新型所采用的技术方案是，一种具备GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，包括，CPU电路单元、触摸屏显示模块、A/D接口电路模块、GPS模块、GPRS模块、接口电路单元和电源模块，所述的CPU电路单元分别与A/D接口电路模块、GPS模块、GPRS模块和接口电路单元相互电连接，GPS模块实时接收卫星定位信号，GPRS模块与互联网通过无线电连接，触摸屏显示模块与CPU电路单元相互电连接，并显示被控设备的工作状态，电源模块为上述各电路单元、模块电路提供电力。
所述的接口电路单元，包括，ISP接口电路、JTAG接口电路、GPIO接口电路和串口通信电路；CPU电路单元通过A/D接口电路模块和/或通过串口通信电路对被控设备进行数据采集并发送控制信号；所述ISP接口电路和JTAG接口电路与仿真器电连接，操作者使用客户端的浏览器，通过在windowsIIS服务器和webservice接口，进行对本智能控制器的访问和实时监控。
所述的串口通讯电路，包括：RS232和RS485接口电路，所述RS232接口电路与触摸屏显示模块电连接；所述RS485接口电路，采用Modbus-RTU协议与各类工业现场可编程控制器电连接，并加密对接“电子围栏”系统。
所述A/D接口电路模块用于采集4-20mA标准工业变送信号。
所述CPU电路单元中微处理器采用集成电路的型号是STM32F103VE，所述GPS模块集成电路的型号是基于北斗定位系统的SKYTOPSM1108MTR，所述GPRS模块采用集成电路的型号是NEOWAYM950ER2。
本实用新型的有益效果是，通过GPS模块实时接收卫星定位信号，GPRS模块与互联网通过无线电连接，触摸屏显示被控设备的工作状态，整合集成后的低温泵控制箱专用控制器设备小型化，采用通信加密形式提供“电子围栏”服务，集成数据GPRS上传功能，成本及工程造价降低的同时，有效提高了设备的可靠性，延长了设备的使用寿命，操作更加安全方便。
附图说明
图1是本实用新型组成结构的原理框图；
图2是本实用新型A/D采集模块电路（模拟量：4-20mA）；
图3是本实用新型A/D采集模块电路（模拟量：0-10v）；
图4是本实用新型GPRS模块芯片外围电路；
图5是本实用新型GPRS模块供电电路；
图6是本实用新型GPRS模块SIM卡电路；
图7是本实用新型CPU外围电路；
图8是本实用新型供电模块电路；
图9是本实用新型ISP下载电路；
图10是本实用新型RS485接口电路；
图11是本实用新型RS232电路；
图12是本实用新型开关量输入电路；
图13是本实用新型开关量输出电路；
图14是本实用新型JTAG接口电路；
图15是本实用新型AD校对电路；
图16是本实用新型GPS模块电路；
图17是本实用新型数据采集架构。
图中：
10、CPU电路单元20、触摸屏显示模块30、A/D接口电路模块
40、GPS模块50、GPRS模块60、接口电路单元
70、电源模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
图1是本实用新型组成结构的原理框图；如图1所示，本实用新型具备GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，包括，CPU电路单元10、触摸屏显示模块20、A/D接口电路模块30、GPS模块40、GPRS模块50、接口电路单元60和电源模块70，所述的CPU电路单元10分别与A/D接口电路模块30、GPS模块40、GPRS模块50和接口电路单元60相互电连接，GPS模块40实时接收卫星定位信号，GPRS模块50与互联网通过无线电连接，触摸屏显示模块20与CPU电路单元10相互电连接，并显示被控设备的工作状态，电源模块70为上述各电路单元、模块电路提供电力。
所述的接口电路单元60，包括，ISP接口电路、JTAG接口电路、GPIO接口电路和串口通信电路；CPU电路单元10通过A/D接口电路模块30和/或通过串口通信电路对被控设备进行数据采集并发送控制信号；所述A/D接口电路模块30用于采集4-20mA标准工业变送信号。所述ISP接口电路和JTAG接口电路与仿真器电连接，操作者使用客户端的浏览器，通过在windowsIIS服务器和webservice接口，进行对本智能控制器的访问和实时监控。
所述的串口通讯电路，包括：RS232和RS485接口电路，所述RS232接口电路与触摸屏显示模块20电连接；所述RS485接口电路，采用Modbus-RTU协议与各类工业现场可编程控制器电连接，并加密对接“电子围栏”系统，保证“电子围栏”系统的可靠性。
所述CPU电路单元10中微处理器采用集成电路的型号是STM32F103VE，所述GPS模块40集成电路的型号是基于北斗定位系统的SKYTOPSM1108MTR，GPRS模块50采用集成电路的型号是NEOWAYM950ER2。
图2是本实用新型A/D采集模块电路（模拟量：4-20mA）；如图2所示，本实用新型A/D接口电路模块30（4-20mA）采用了ADI公司生产的AD7091RBRMZ模/数转换集成电路，具有12位的采集精度保证，通过光耦集成电路ADuM5401CRWZ进行隔离，实现工业变送信号的隔离采集。在A/D接口电路模块30中，4-20mA电流变送信号，首先通过0.1%精度的120Ω高精电阻转化为0.48V~2.40V的电压信号，通过模/数转换集成电路AD7091RBRMZ参考电压被锁定在2.50V，此时输入的电压信号经过集成电路AD8606ARZ组成的减法器中，将电压转换到0.10V~2.40V之间，然后，由模/数转换集成电路AD7091RBRMZ进行模数转化，最后得到数字信号通过隔离光耦ADuM5401CRWZ送到CPU单元电路10。
图3是本实用新型A/D采集模块电路（模拟量：0-10v）；如图3所示，本实用新型A/D转换电路（0-10v）采用了集成电路STM32F103VE内部的模数转换功能，-40°C至+85°C工作范围，具有12位的采集精度保证，最高1us的采集频率，并配合其线性隔离光耦HCNR201，实现工业变送信号的隔离采集。模块中，0-10v的电压变送信号，首先通过0.1%精度的30K和20K高精电阻分压得到0-2.5V的电压信号，集成电路STM32F103VE参考电压被锁定在3.30V，此时，输入的电压信号经过线性放大器集成电路LM258矫正后进入集成电路HCNR201，然后，再通过线性放大器集成电路LM258再次对隔离后信号进行二次矫正，最后，进入集成电路STM32F103VE进行模数转化，最后数据保存在内部寄存器DMA中。
图4是本实用新型GPRS模块芯片外围电路；图5是本实用新型GPRS模块供电电路；图6是本实用新型GPRS模块SIM卡电路；如图4、图5和图6所示，本实用新型GPRS模块，采用了有方的集成电路M590ER2方案，本模块工作范围-40℃~85℃，待机电流仅18mA，符合工业低功耗设计要求，图3为集成电路M590ER2外围接口电路，主要包括电平转换电路和运行指示电路；图4为集成电路M590ER2的供电电路，此处使用了集成电路MIC29302WU把模块输入电压5V稳压到集成电路M590ER2所需的3.9V；图5为集成电路M590ER2与SIM卡的接口电路，此处电路比较标准，主要根据芯片手册设计要求设计完成。
图7是本实用新型CPU外围电路；如图7所示，CPU采用的是集成电路STM32103VE，共有100个引脚，该集成电路基于ARMContex-M3架构，集成了64KSRAM存储器和512KFLASH存储器，拥有丰富的外设接口资源和多种节电工作模式，其中集成电路STM32103VE核心的运算速度可以达到72MHz，非常适合工业控制方面的应用，CPU外围电路主要包括晶振电路、复位电路、RTC、启动配置电路、电源引脚等，这些电路通常没有太大变化，主要根据芯片手册来设计完成。
图8是本实用新型供电模块电路；如图8所示，输入的50Hz220V市电，由EMC模块滤波及保护，然后，进入AC-DC转换模块，经过开关电源隔离稳压后的24V电源接入DC-DC模块，进一步压降后输出5V直流，并最终由LDO集成电路TLV1117LV33转换成CPU及其他器件所需的直流3.3V。电源部分使用专业的EMC模块，主因控制器供电由车载发电机提供，有较的干扰，并且，设备运转环境中有较大的变频设备，这些都会对实际的现场的供电环境造成不利影响，所以，使用专业EMC模块可以更好的保证系统的稳定性，这对于工业级应用尤为重要。
图9是本实用新型ISP下载电路；如图9所示，ISP下载方案中使用的集成电路是CH341A-UART，USB转串口芯片支持5V和3.3V两种电源电压，兼容USB2.0接口，外围器件只需要晶体和电容，大大降低方案复杂程度，提高稳定性，此处ISP接口电路与USART1采用自动设计，主要原理如下：CH341A复位上电后，其RTS#引脚处于高电平状态，此时三极管Q4导通，CPU电路单元10的BOOT0由此拉低，此时CPU电路单元10的从Flash启动，BL1551由BOOT0为低电平切换到USART1输出，当有程序下载时，RTS#引脚被下载客户端拉高，BOOT0被拉高，CPU电路单元10从BOOTLOADER启动，BOOT0被拉高时BL1551得换到ISP接口电路输出，此时，进行程序的ISP接口电路下载。复用机制既能保证USART1正常使用，又能通过ISP接口电路下载程序。
图10是本实用新型RS485接口电路；如图10所示，本电路为RS485接口电路，由于CPU为3.3V供电，所以本电路使用低压版MAX3485芯片，485半双工切换由CPU引脚控制，Modbus-RTU协议都由CPU完成解析。
图11是本实用新型RS232电路；如图11所示，串口通信接口电路，其中USART1和USART3由集成电路MAX3232把TTL电平转化为RS232电平。此处使用集成电路MAX3232，主要考虑到CPU采用的是3.3V供电，为了CPU电路单元10的引脚电平匹配，此处使用3.3V低压版RS232转化集成电路MAX3232，实现全双工通信，通过自定义串口协议与串口屏通信，实现GUI的设计。
图12是本实用新型开关量输入电路；如图12所示，开关量输入电路，本电路主要由3个电阻在检测回路上构成分压回路，当检测回路上有24V的输入电压时，从1.8K的负载电阻上的分压得到光耦的驱动电压，光耦隔离输出信号给CPU电路单元10。
图13是本实用新型开关量输出电路；如图13所示，开关量输入电路，CPU电路单元10输出的信号，由复合管2N6038功率放大后，推动继电器G6H-2-F动作，本设计为有源设计，输出电压为24V，额定带载0.75W。
图14是本实用新型JTAG接口电路；如图14所示，JTAG接口电路，本电路主要由上拉电阻和部分去耦电容组成，本接口主要用于前期系统软件开发与调试，后期系统故障检查等。
图15是本实用新型AD校对电路；如图15所示，由于集成电路HCNR201有5%的线性误差，所以使用AD采集电路前，需要对集成电路HCNR201进行调零操作，本电路通过拨码开关控制调零过程，发光二极管LED来显示调零结果，调零算法通过CPU电路单元10控制实现。
图16是本实用新型GPS模块电路。如图16所示，本电路主要由集成电路SKYTOPSM1108MTR及其外围电路组成，集成电路SKYTOPSM1108MTR基于北斗定位，-40°C至+85°C工作范围，最大工作电流20mA3.3V，集成电路外围主要有3.3V的供电部分（含备用电源）、天线滤波供电电路、以及GPS数据输出接口。
图17是本实用新型数据采集架构；如图17所示，本实用新型，控制器将采集数据发送到架构在windowsIIS服务器上的服务程序，服务器程序分析并送解析数据到webservice接口，webservice接口与数据库服务器交互存储数据记录，应用服务器提供用户所需的数据检索服务。
本实用新型通过GPS模块实时接收卫星定位信号，GPRS模块与互联网通过无线电连接，触摸屏显示被控设备的工作状态，整合集成后的低温泵控制箱专用控制器设备小型化，采用通信加密形式提供“电子围栏”服务，集成数据GPRS上传功能，成本及工程造价降低的同时，有效提高了设备的可靠性，延长了设备的使用寿命，操作更加安全方便。
值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本实用新型的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本实用新型的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种具有GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，其特征在于，包括，CPU电路单元（10）、触摸屏显示模块（20）、A/D接口电路模块（30）、GPS模块（40）、GPRS模块（50）、接口电路单元（60）和电源模块（70），所述的CPU电路单元（10）分别与A/D接口电路模块（30）、GPS模块（40）、GPRS模块（50）和接口电路单元（60）相互电连接，GPS模块（40）实时接收卫星定位信号，GPRS模块（50）与互联网通过无线电连接，触摸屏显示模块（20）与CPU电路单元（10）相互电连接，并显示被控设备的工作状态，电源模块（70）为上述各电路单元、模块电路提供电力。
2.根据权利要求1所述具有GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，其特征在于，所述的接口电路单元（60），包括，ISP接口电路、JTAG接口电路、GPIO接口电路和串口通信电路；CPU电路单元（10）通过A/D接口电路模块（30）和/或通过串口通信电路对被控设备进行数据采集并发送控制信号；所述ISP接口电路和JTAG接口电路与仿真器电连接，操作者使用客户端的浏览器，通过在windowsIIS服务器和webservice接口，进行对本智能控制器的访问和实时监控。
3.根据权利要求2所述的具有GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，其特征在于，所述的串口通讯电路，包括：RS232和RS485接口电路，所述RS232接口电路与触摸屏显示模块（20）电连接；所述RS485接口电路，采用Modbus-RTU协议与各类工业现场可编程控制器电连接，并加密对接“电子围栏”系统。
4.根据权利要求1或2所述的具有GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，其特征在于，所述A/D接口电路模块(30)用于采集4-20mA标准工业变送信号。
5.根据权利要求1或2所述的具有GPRS通讯的低温泵控制箱专用智能控制器，其特征在于，所述CPU电路单元（10）中微处理器采用集成电路的型号是STM32F103VE，所述GPS模块（40）集成电路的型号是基于北斗定位系统的SKYTOPSM1108MTR，所述GPRS模块（50）采用集成电路的型号是NEOWAYM950ER2。
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