CN206523765U - 基于pic单片机的局域网络自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：包括上位机、主机和若干个从机，所述上位机与所述主机的第一端口采用独立串行接口连接，所述主机与所述从机之间通过MODBUS‑RTU协议实现通信交流，所述主机和所述从机均采用工作于5V电压的8位PIC单片机。本实用新型不仅满足大、中、小型企业单套设备的自动控制性能要求，而且也适用于整套设备的自动控制要求，还能够实现制造业的自动化控制，同时价格低廉、安装操作方便能够打破发达国家的技术垄断。

Description

基于PIC单片机的局域网络自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种基于PIC单片机的局域网络自动控制系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步，现代化进程的不断加深，自动控制技术不仅走进了工业生产链，而且在我们的日常生活中也频频出现。各个行业也需要自动化控制系统来完成复杂的操作流程。虽然许多大城市的大型企业已经很普遍使用自动化控制，甚至达到了较高的自动化控制水平，但大多数经济和技术条件较落后县级城市和乡镇的企业很少使用自动化控制，或者自动化技术相对落后，并且其运转效率低下。要使这些企业真正实现高效运转，必须提供相应的自动化控制方面的技术支持。

目前国内自动控制系统的核心控制器使用最普遍的是进口的PLC系统，这类系统最大的问题是造价过高，再者对于相关的大型PLC系统软硬件的开发、使用以及故障维护等对专业技术要求很高。不过此类大型PLC的稳定性能和全面的功能还是值得肯定的。但是如此全面的功能在实际市场应用场合并不能全部派上用场，而且设备在实际运行中对周围环境的要求又比较苛刻，这使得市场上的大型PLC控制系统的使用性价比极低。

因此，需要设计一款新的自动控制系统，能够克服对周围环境要求比较苛刻，以及需要依赖产品进口的问题。

专利公开号为CN 13369573 A的发明专利公开了一种无线局域网智能控制系统，其包括代理平台、与所述代理平台相连接的系统平台、与所述系统平台相连接的管理平台和通用分组无线服务（GPRS）模块以及与所述通用分组无线服务（GPRS）模块进行无线通信的无线局域网设备用电保护器。本该发明的无线局域网智能控制系统不仅能够对分散在各地的无线接入设备进行远程监视与故障判断，同时还能对相应的无线局域网设备用电保护器进行远程控制，从而实现故障无线接入设备的远程重启，这样不仅能够提高工作效率、节约时间，还能减少人力、物力及财力。然而，该发明采用复杂的智能网络，结构复杂，成本高昂，而且不能实现在制造业的自动化控制。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，不仅满足大、中、小型企业单套设备的自动控制性能要求，而且也适用于整套设备的自动控制要求，还能够实现制造业的自动化控制，同时价格低廉、安装操作方便能够打破发达国家的技术垄断。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，包括上位机、主机和若干个从机，所述上位机与所述主机的第一端口采用独立串行接口连接，所述主机与所述从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，所述主机和所述从机均采用工作于5V电压的8位PIC单片机。

进一步地，所述主机的第二端口信号互连有备用主机，所述备用主机采用工作于5V电压的8位PIC单片机，且所述备用主机与所述从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，所述主机和所述备用主机之间采用单线开关量控制，所述主机能够使所述备用主机处于唤醒或睡眠状态，所述备用主机能够使所述主机进行复位，所述备用主机通常处于睡眠状态，当所述主机发生故障时会唤醒所述备用主机承担所述主机的功能。

进一步地，所述主机和所述上位机的连接采用双串口结构，一个串口实现对所述从机实时控制与管理，另一个串口快速的传送所述上位机存储，同时可按需要将结果数据发布到互联网或个人手机终端。

进一步地，所述上位机包括人机交互界面，所述人机交互界面为PC机-矩阵键盘的组合、智能手机或掌上平板电脑。

进一步地，所述从机包括核心控制器、外围负载驱动电路、外围信号采集传感器。

进一步地，所述独立串行接口为RS422独立串行接口。

进一步地，所述主机采用PIC18F45K22单片机。

进一步地，所述备用主机采用PIC18F45K22单片机。

进一步地，所述从机采用采用PIC16F877A单片机。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型针对目前的自动控制系统结构复杂、成本高且要依赖进口的问题，提供一种基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，包括上位机、主机和若干个从机，其中，上位机与主机的第一端口采用独立串行接口连接，主机与从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，这样拓扑结构采用全双工通信网络，实现当从机实际地址与控制信号中从机地址一致时，快速实现主从机的数据交换，且与单服务对多任务控制系统比较除了总体结构简单安装方便、维护容易外，系统的可靠性也大大提高。而且主机和从机均采用结构简单价格低廉的工作于5V电压的8位PIC单片机，不但成本低廉，而且单片机本身适用于工业控制领域的高可靠性保证了整体的控制系统的超长寿命的无故障运行。

另外，主机的第二端口信号互连有备用主机，备用主机也采用结构简单价格低廉的工作于5V电压的8位PIC单片机，且备用主机与从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，主机和备用主机之间采用单线开关量控制，这样采用双主机控制方式，备用主机通常处于睡眠状态，当主机故障时会给备用主机一个唤醒指令，备用主机快速苏醒并承担主机的功能，同时给主机发送一个复位信号，如果主机复位成功，则备用主机将控制权移交主机，否则备用主机继续承担主机的功能并送出警示指示。

另外，主机和上位机的连接采用双串口结构，一个串口实现对从机实时控制与管理，另一个串口快速的传送上位机存储，同时可按需要将结果数据发布到互联网或个人手机终端。

本实用新型不仅满足大、中、小型企业单套设备的自动控制性能要求，而且也适用于整套设备的自动控制要求，还能够实现制造业的自动化控制，同时价格低廉、安装操作方便能够打破发达国家的技术垄断。

附图说明

图1为本实用新型第一种实施方式的结构框图；

图2为PIC18F45K22单片机的核心电路原理图；

图3为PIC16F877A单片机的核心电路原理图；

图4为本实用新型第二种实施方式的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1所示，基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，包括上位机1、主机2和若干个从机3，所述上位机1与所述主机2的第一端口采用独立串行接口连接，所述主机2与所述从机3之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，所述主机2和所述从机3均采用工作于5V电压的8位PIC单片机。

所述主机2和所述上位机1的连接采用双串口结构，一个串口实现对所述从机3实时控制与管理，另一个串口快速的传送所述上位机1存储，同时可按需要将结果数据发布到互联网或个人手机终端。

所述上位机1包括人机交互界面，所述人机交互界面为PC机-矩阵键盘的组合、智能手机或掌上平板电脑。

所述从机3包括核心控制器、外围负载驱动电路、外围信号采集传感器。

所述独立串行接口为RS422独立串行接口。

所述主机2采用PIC18F45K22单片机。

所述从机3采用采用PIC16F877A单片机。

该实施例中，上位机与主机的第一端口采用独立串行接口连接，主机与从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，这样拓扑结构采用全双工通信网络，实现当从机实际地址与控制信号中从机地址一致时，快速实现主从机的数据交换，且与单服务对多任务控制系统比较除了总体结构简单安装方便、维护容易外，系统的可靠性也大大提高。而且主机和从机均采用结构简单价格低廉的工作于5V电压的8位PIC单片机，不但成本低廉，而且单片机本身适用于工业控制领域的高可靠性保证了整体的控制系统的超长寿命的无故障运行。

另外，主机和上位机的连接采用双串口结构，一个串口实现对从机实时控制与管理，另一个串口快速的传送上位机存储，同时可按需要将结果数据发布到互联网或个人手机终端。

如图2所示，主机采用PIC18F45K22单片机，该芯片提供双通信串口，其中与上位机的通信采用MODBUS-RTU协议，该接口与传统的RS232相比较，同样满足全双工通信要求，但是由于MAX488是差分方式传递数据，故其可以提高通信传输的抗干扰能力。同时MAX488不需要像MAX232那样由电荷泵将通信传输的电压泵到12-15V，所以通信芯片的无故障使用寿命得到大大提高。

由MAX488将系统采集的式样检测结果，传送上位机，既满足高速通信的要求，又满足终端机数据实时采集的需求和控制指令的实时发布。

服务电源LM2596系列是德州仪器（TI）生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHz）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路，可满足高速及启动及突变性中断的能量需求。

选择PIC单片机作为主控设备，具有价格便宜、操作简单等优点，这一点不同于传统的大型PLC集中控制系统。主机PIC是通过MODBUS-RTU协议网络实行对从机终端的管理功能，所以该仪器对用户的专业技术程度要求不高。此外，主机可实现承上启下的作用，向上与人机交互界面，如PC通信，通信采用的是MODBUS-RS422通信；向下和从机单片机通信，采用RTU协议的总线拓扑形式。同时PIC也只是负责从机的参数设置与读取以及控制从机执行工艺流程的进度，与PLC相比，PIC程序逻辑比较简单，更容易操作和维修。

如图3所示，从机采用PIC16F877A单片机，该款单片机外设有定时/计数器、CCP模块、主同步串行中断模式、通用同步异步接收/发送器（USART）以及A/D转换器模块。定时/计数器可用来定时或计数。CCP模块则是集中了捕捉器/比较器/脉宽调制（PWM），此模块来用来计算输入脉冲的频率、占空比，还可用来产生PWM以控制电机的转速，十分方便。MSSP是一个串行接口，可配置为SPI或I2C，与支持SPI或I2C的芯片实现通信。A/D转换模式则可以直接把输入的模拟信号转换为数字信号，在需要A/D转换的场合只需配置寄存器就可使用，这使得外部控制电路变得更加简单，同时也更加可靠。

PIC16F877A单片机价格低廉，外围接口丰富，端口抗高压及浪涌冲击能力强，完全可满足新能源汽车各部分工作单元的外围信息传感采集、互联通信、驱动、警示输出的需求，是理想的从机执行终端。

从机包括终端控制器，终端控制器包括单片机组件，终端控制器采用单片机配合外围电路来实现，结构简单，控制端口丰富，单片机可以采用PIC16F877A系列，PIC系列单片机具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点，而且PIC单片机配合外围电路的RS422通讯部分，整体电路简单，系统工作稳定可靠。为了保证前端控制系统的使用稳定性，方案采用了与前端控制系统互联的插座电源模块，功率放大器包括前端输入型OTL放大电路；频率控制器由三相不可控整流电路、H桥逆变电路、输出滤波器和串联谐振电路组成。

本实用新型不仅满足大、中、小型企业单套设备的自动控制性能要求，而且也适用于整套设备的自动控制要求，还能够实现制造业的自动化控制，同时价格低廉、安装操作方便能够打破发达国家的技术垄断。

实施例2：

如图4所示，基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，包括上位机1、主机2和若干个从机3，所述上位机1与所述主机2的第一端口采用独立串行接口连接，所述主机2与所述从机3之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，所述主机2和所述从机3均采用工作于5V电压的8位PIC单片机。

所述主机2的第二端口信号互连有备用主机4，所述备用主机4采用工作于5V电压的8位PIC单片机，且所述备用主机4与所述从机3之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，所述主机2和所述备用主机4之间采用单线开关量控制，所述主机2能够使所述备用主机4处于唤醒或睡眠状态，所述备用主机4能够使所述主机2进行复位，所述备用主机4通常处于睡眠状态，当所述主机2发生故障时会唤醒所述备用主机4承担所述主机2的功能。

所述主机2和所述上位机1的连接采用双串口结构，一个串口实现对所述从机3实时控制与管理，另一个串口快速的传送所述上位机1存储，同时可按需要将结果数据发布到互联网或个人手机终端。

所述上位机1包括人机交互界面，所述人机交互界面为PC机-矩阵键盘的组合、智能手机或掌上平板电脑。

所述从机3包括核心控制器、外围负载驱动电路、外围信号采集传感器。

所述独立串行接口为RS422独立串行接口。

所述主机2采用PIC18F45K22单片机。

所述备用主机4采用PIC18F45K22单片机。

所述从机3采用采用PIC16F877A单片机。

该实施例中，主机的第二端口信号互连有备用主机，且备用主机与从机之间也通过RTU协议实现通信交流，且主机和备用主机之间采用单线开关量控制，主机的第二端口信号互连有备用主机，备用主机也采用结构简单价格低廉的工作于5V电压的8位PIC单片机，且备用主机与从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，主机和备用主机之间采用单线开关量控制，这样采用双主机控制方式，备用主机通常处于睡眠状态，当主机故障时会给备用主机一个唤醒指令，备用主机快速苏醒并承担主机的功能，同时给主机发送一个复位信号，如果主机复位成功，则备用主机将控制权移交主机，否则备用主机继续承担主机的功能并送出警示指示。

本实用新型成本低廉，安装、操作和检修方便、容易，系统稳定可靠，人机交换直观，后台数据记录完善，能够较好的应用于经济和技术条件较落后的县市、乡镇企业中，能够获得较好的经济效益和社会效益。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：包括上位机、主机和若干个从机，所述上位机与所述主机的第一端口采用独立串行接口连接，所述主机与所述从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，所述主机和所述从机均采用工作于5V电压的8位PIC单片机。

2.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述主机的第二端口信号互连有备用主机，所述备用主机采用工作于5V电压的8位PIC单片机，且所述备用主机与所述从机之间通过MODBUS-RTU协议实现通信交流，所述主机和所述备用主机之间采用单线开关量控制，所述主机能够使所述备用主机处于唤醒或睡眠状态，所述备用主机能够使所述主机进行复位，所述备用主机通常处于睡眠状态，当所述主机发生故障时会唤醒所述备用主机承担所述主机的功能。

3.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述主机和所述上位机的连接采用双串口结构，一个串口实现对所述从机实时控制与管理，另一个串口快速的传送所述上位机存储，同时可按需要将结果数据发布到互联网或个人手机终端。

4.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述上位机包括人机交互界面，所述人机交互界面为PC机-矩阵键盘的组合、智能手机或掌上平板电脑。

5.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述从机包括核心控制器、外围负载驱动电路、外围信号采集传感器。

6.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述独立串行接口为RS422独立串行接口。

7.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述主机采用PIC18F45K22单片机。

8.根据权利要求2所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述备用主机采用PIC18F45K22单片机。

9.根据权利要求1至8任一项所述的基于PIC单片机的局域网络自动控制系统，其特征在于：所述从机采用采用PIC16F877A单片机。