CN209570837U - 一种数字量输出板卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字量输出板卡，包括：用于发送输出指令的控制模块、用于根据输出指令将一个串行输出信号转换为N个并行输出信号的串转并模块、以及用于输出N个并行输出信号的输出模块，其中，控制模块、串转并模块和输出模块依次连接，N为大于1的整数。本实用新型公开的数字量输出板卡，将一个串行信号转化为多个并行信号，可以有效减少控制模块1的I/O口的使用数量，保留有效资源供其他用途使用，增加了数字量输出的通道数量。

Description

一种数字量输出板卡

技术领域

本实用新型涉及工业自动化控制领域，更具体地，涉及一种数字量输出板卡。

背景技术

随着自动化程度的不断提高，越来越多的领域采用自动化控制来进行本领域的工业控制。数据采集，是指从传感器或其他待测设备等模拟量或数字量被检测单元自动采集信息的过程。

目前，在绝大多数工业自动化控制中都会涉及数字量采集的问题，数字量信号采样的准确可靠性对于整个测控系统能否正常稳定可靠地工作，起着重要的作用。然而，现有的数字采集装置存在可处理的数字量输出通道数量少，处理能力相对不足。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种数字量输出板卡，可以增加数字量输出的通道数量。

本实用新型实施例提供了一种数字量输出板卡，包括：用于发送输出指令的控制模块、用于根据所述输出指令将一个串行输出信号转换为N个并行输出信号的串转并模块、以及用于输出所述N个并行输出信号的输出模块，其中：

所述控制模块、所述串转并模块和所述输出模块依次连接，N为大于1 的整数。

进一步地，在上述实施例中，所述控制模块为微控制单元MCU，所述串转并模块为移位寄存器，所述输出模块为智能电源开关IPS。

进一步地，在上述实施例中，N＝32，所述串转并模块包括4个8位的移位寄存器，所述输出模块包括八个四通道上桥臂IPS；其中：

4个移位寄存器串联，第一移位寄存器的输入端与所述MCU的第一输出引脚连接；

八个IPS并联，八个IPS的32个输入端分别与4个移位寄存器的32个输出端一一对应连接。

进一步地，在上述实施例中，所述数字量输出板卡还包括：N个用于信号隔离的信号隔离模块，8个IPS的32个输入端与4个移位寄存器的32个输出端之间设置32个所述信号隔离模块；其中：

N个信号隔离模块并联，每一个信号隔离模块的输出端与一个IPS的一个通道端口连接，每一个信号隔离模块的输入端与一个移位寄存器的一个输出端连接。

进一步地，在上述实施例中，所述信号隔离模块为光耦隔离芯片。

进一步地，在上述实施例中，所述输出模块还包括：用于输出所述N个并行输出信号的DB37接口，其中：

每一个IPS的输出端均与所述DB37接口连接。

进一步地，在上述实施例中，所述数字量输出板卡还包括：用于监测现场电源的监测模块，所述监测模块与所述MCU的第二输出引脚连接。

进一步地，在上述实施例中，所述数字量输出板卡还包括：用于提供通信RS485接口的通讯模块，所述通讯模块与所述MCU的输入引脚连接。

进一步地，在上述实施例中，所述数字量输出板卡还包括：用于提供下载调试串行线调试SWD接口的下载调试模块，所述下载调试模块与所述MCU 的第三输出引脚连接。

进一步地，在上述实施例中，所述数字量输出板卡还包括：复位模块，其中，复位模块与MCU的复位引脚连接。

与现有技术相比，本实用新型至少一个实施例提供的数字量输出板卡，具有以下有益效果：将一个串行信号转化为多个并行信号，可以有效减少控制模块的I/O口的使用数量，保留有效资源供其他用途使用，增加了数字量输出的通道数量。

本实用新型实施例的一些实施方式中，还可以达到以下效果：1、抗干扰性能高，静电抗扰度测试可以达到3级。2、体积小，功耗低。3、可以实现大电流驱动。4、通用性强、应用范围广。5、通过选焊模式可以实现内供电或者外供电模式。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为本实用新型实施例一提供的数字量输出板卡的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的数字量输出板卡的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的数字量输出板卡的结构示意图；

图4为本实用新型实施例四提供的数字量输出板卡的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本实用新型实施例一提供的数字量输出板卡的结构示意图，如图1 所示，本实用新型实施例提供的数字量输出板卡，包括：用于发送输出指令的控制模块1、用于根据输出指令将一个串行输出信号转换为N个并行输出信号的串转并模块2、以及用于输出N个并行输出信号的输出模块3.

其中，控制模块1、串转并模块2和输出模块3依次连接，N为大于1的整数。

具体的，本实施例中提供的数字量输出板卡可以分别与控制系统(如DCS 或PLC)中的中心控制器设备(上位机)和现场设备(如传感器)连接，将控制系统中上位机发送的数字量的一个串行信号转换为多个并行信号，以及将转换后的并行信号输出给现场设备。

本实施例中，在数字量输出板卡与上位机，以及与一个或多个现场设备连接后，数字量输出板卡实时检测接收上位机输出的数字量信号。其中，再根据上位机输出的数字量来控制现场设备的驱动电路时，控制系统中的上位机向数字量输出板卡发送输出控制指令，以指示需要输出的数字量信号。串转并模块2根据控制模块1发送的输出指令将一个串行输出信号转换为多个并行输出信号后，将多个并行输出信号发送给输出模块3。输出模块3将多个并行输出信号输出到现场设备。

其中，本实施例中，串行信号可以是电压信号，本实施例在此不进行限定和赘述。

本实用新型实施例提供的数字量输出板卡，将一个串行信号转化为多个并行信号，可以有效减少控制模块1的I/O口的使用数量，保留有效资源供其他用途使用，增加了数字量输出的通道数量。

进一步地，在上述实施例中，控制模块1可以为微控制单元 (MicrocontrollerUnit，简称MCU)，串转并模块2可以为移位寄存器，输出模块3可以为智能电源开关(Intelligent Power Switch，简称IPS)。

具体的，MCU用于接收上位机发送的输出控制指令，并发送输出指令给移位寄存器，以控制移位寄存器的移位输出。移位寄存器用于根据MCU的输出指令将MCU发送的一个串行信号转化为多个并行信号后，发送给IPS。IPS将移位寄存器输出的多个并行信号发送给现场设备。

其中，MCU可以采用STM32单片机，其采用用途非常广泛的Arm内核，集成了非常丰富的接口、通信模块以及其他功能模块，具有优异的实时性能，杰出的功耗控制，极低的开发成本，为开发设计提供了很多方便。

图2为本实用新型实施例二提供的数字量输出板卡的结构示意图，如图2 所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，N＝32，串转并模块2可以包括 4个8位的移位寄存器，输出模块3可以包括八个四通道上桥臂IPS。

其中，4个移位寄存器串联，第一移位寄存器的输入端与MCU的第一输出引脚连接；八个IPS并联，八个IPS的32个输入端分别与4个移位寄存器的32个输出端一一对应连接。

具体的，如图2所示，串转并模块2可以包括4个移位寄存器，分别为第一移位寄存器、第二移位寄存器、第三移位寄存器和第四移位寄存器，第一移位寄存器、第二移位寄存器、第三移位寄存器和第四移位寄存器串联，第一移位寄存器的输入端与MCU的第一输出引脚连接，四个移位寄存器的 32个输出端分别与8个IPS的32个输入端一一对应连接。

本实施例中，串转并模块2采用-4个8位的移位寄存器，可以一次可以输出32个数字量输出信号，将接收的一个串行信号转换为32个并行信号进行处理，即一次可以提供32个输出通道，增加了数字量输出的通道数量的同时，使得本实施例数字量输出卡件一共可以提供32个通道，可以有效减少现场数字量输出卡件的数量，进而减少成本。

具体的，本实施例输出模块3可直接控制继电器等现场设备，输出模块3 采用四通道上桥臂智能电源开关，智能电源开关在一个芯片上集成了一个逻辑接口、驱动器和保护电路，在可编程逻辑控制器(Programmable Controller，简称PLC)、数控(NumericalControl，简称NC)机床、机器人和楼宇自动化等大功率工控应用中，智能电源开关作为功率级，可以简化系统设计，节省电路板空间。该智能电源开关同时具有短路和过流保护功能、欠压关断功能、在大电感负载下保证安全操作所需的快速灭磁功能和接地损耗防护功能。每个通道的输出可高达1A，可以满足大多数场合的应用，且可以实现大电流驱动。

本实施例中，MCU、移位寄存器和IPS的实现原理与现有技术相同，本实施例在此不进行赘述。

其中，本实施例中MCU的第一输出引脚是MCU的任一个输出引脚，第一移位寄存器的输入端具体与MCU的哪个输出引脚连接，本实施例在此不进行限定，只要能够实现第一移位寄存器获取MCU发送的串行信号即可。

图3为本实用新型实施例三提供的数字量输出板卡的结构示意图，如图3 所示，在上述实施例的基础上，本实用新型实施例提供的数字量输出板卡，还可以包括：N个用于信号隔离的信号隔离模块4，8个IPS的32个输入端与4个移位寄存器的32个输出端之间设置32个信号隔离模块4。其中，N个信号隔离模块4并联，每一个信号隔离模块4的输出端与一个IPS的一个通道端口连接，每一个信号隔离模块4的输入端与一个移位寄存器的一个输出端连接。

可选的，信号隔离模块4可以为光耦隔离芯片。

本实施例中，在串转并模块2和输出模块3之间可以设置多个信号隔离模块4，每一个输出信号通过一个信号隔离模块4输入到IPS的一个输入通道端口。信号隔离模块4将外部干扰源信号与易受干扰的部分光电隔离开，从而保证数据的完整性。数字量输出信号单向传输，完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。

具体的，如图3所示，四个移位寄存器的32个输出端分别通过32个信号隔离模块与8个IPS的32个输入端一一对应连接。一个信号隔离模块4的输入端与一个移位寄存器的一个输出端连接，一个信号隔离模块4的输出端与IPS的一个输入端连接。进一步地，如图3所示，在上述实施例中，输出模块3还可以包括：用于输出N个并行输出信号的DB37接口5，其中，每一个IPS的输出端均与DB37接口5连接。

其中，DB37接口5有N个采集端口，每一个IPS的输出端分别与DB37 接口5的一个采集端口连接。

具体的，为了减少数字量输出板卡的体积，本实施例提供的数字量输出板卡不采用目前常用的端子模式引出32个通道的接口的方式，而是通过设置 DB37接口，通过一根DB37线缆把32个通道信号引到一个端子板上面，通过端子板的端子接线接入现场的数字量信号，实现数字量信号的输出。同时通过端子板上端子接线方式的不同，可以实现现场电源内供电或者外供电。

图4为本实用新型实施例四提供的数字量输出板卡的结构示意图，如图4 所示，在上述实施例的基础上，本实用新型实提供的数字量输出板卡，还可以包括：用于监测现场电源的监测模块6，监测模块6与MCU的第二输出引脚连接。

具体的，为了提高数字量输出板卡的可靠性，采用监测模块6进行现场电源的监视，在现场电源出故障时，由MCU把报警信息通过冗余485通道上传到上位机，由操作人员进行实时监视。

其中，本实施例中MCU的第二输出引脚是MCU中不同于第一输出引脚的任一个输入引脚，监测模块具体与MCU的哪个输出引脚连接，本实施例在此不进行限定，只要能够实现MCU获取监测模块发送的监测信号即可。

进一步地，如图4所示，数字量输出板卡还可以包括：用于提供通信RS485 接口的通讯模块7，通讯模块7与MCU的输入引脚连接。

其中，通讯模块7可以是冗余串口RS485通讯模块。

具体的，通讯模块7通过物理接口RS485进行组网，从而实现MCU与中心控制器设备的数据交换，方便扩展和工业控制。

本实施例中，通过RS485总线接口进行通讯，实现了通过常用串口通信控制满足工业现场控制，为现有技术存在的项目现场调试难度大和不易控制等问题提供了切实可行的解决方案和技术手段。同时采用冗余RS485通讯，可以为数字量输出板卡提供了可靠性，在一路485通讯出现故障的情况下，数字量输出板卡可以无扰切换到另外一个通道。

其中，本实施例中MCU的输入引脚是MCU中的任一个输出引脚，通讯模块具体与MCU的哪个输入引脚连接，本实施例在此不进行限定，只要能够实现MCU接收串行信号即可。

进一步地，如图4所示，数字量输出板卡还可以包括：用于提供下载调试串行线调试(Serial Wire Debug，简称SWD)接口的下载调试模块8，下载调试模块8与MCU的第三输出引脚连接。

具体的，MCU下载调试接口采用SWD模式，引线只占用2根，减少空间的同时，也方便了PCB布线。

其中，本实施例中MCU的第三输出引脚是MCU中不同于第一输出引脚和第二输出引脚的任一个输出引脚，下载调试模块具体与MCU的哪个输出引脚连接，本实施例在此不进行限定，只要能够实现MCU芯片与下载调试模块之间进行下载调试信号的通信即可。

进一步地，如图4所示，数字量输出板卡还可以包括：用于提供电源的电源模块9，其中，电源模块9与数字量输出板卡中的各个模块连接。

具体的，电源模块9主要利用欧式插针提供的5V的电源转为3.3V，以供整个数字量输出板卡使用，为数字量输出板卡中的各个模块提供电源。

可选的，电源模块9可以是低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，简称LDO)电源。其中，采用低压差线性稳压器为数字量输出板卡中的各个模块提供电源，可以实现低功耗。

进一步地，如图4所示，数字量输出板卡还可以包括：复位模块10，其中，复位模块10与MCU的复位引脚连接。

具体的，在MCU出现故障时，可以通过复位模块10实现MCU的复位，可有效地保证数字量输出板卡上电正确复位。

进一步地，在上述实施例中，数字量输出板卡的各个模块的实现原理均与现有技术相同，本实施例在此不进行限定和赘述。

本实用新型提供的数字量输出板卡，将光电隔离接口、数字量输出接口、冗余RS485总线接口、电源接口和核心控制模块1电路等集成一体，可靠地实现了对现场设备的控制，具有抗干扰能力强、体积小和功耗低的多通道数字量输出量卡件，其具体具有以下有益效果：1、增加了数字量输出的通道数量。2、抗干扰性能高，静电抗扰度测试可以达到3级。3、体积小，功耗低。 4、可以实现大电流驱动。5、通用性强、应用范围广。6、通过选焊模式可以实现内供电或者外供电模式。

在本实用新型中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种数字量输出板卡，其特征在于，包括：用于发送输出指令的控制模块、用于根据所述输出指令将一个串行输出信号转换为N个并行输出信号的串转并模块、以及用于输出所述N个并行输出信号的输出模块，其中：

所述控制模块、所述串转并模块和所述输出模块依次连接，N为大于1的整数。

2.根据权利要求1所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述控制模块为微控制单元MCU，所述串转并模块为移位寄存器，所述输出模块为智能电源开关IPS。

3.根据权利要求2所述的数字量输出板卡，其特征在于，N＝32，所述串转并模块包括4个8位的移位寄存器，所述输出模块包括八个四通道上桥臂IPS；其中：

4个移位寄存器串联，第一移位寄存器的输入端与所述MCU的第一输出引脚连接；

八个IPS并联，八个IPS的32个输入端分别与4个移位寄存器的32个输出端一一对应连接。

4.根据权利要求3所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述数字量输出板卡还包括：N个用于信号隔离的信号隔离模块，8个IPS的32个输入端与4个移位寄存器的32个输出端之间设置32个所述信号隔离模块；其中：

N个信号隔离模块并联，每一个信号隔离模块的输出端与一个IPS的一个通道端口连接，每一个信号隔离模块的输入端与一个移位寄存器的一个输出端连接。

5.根据权利要求4所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述信号隔离模块为光耦隔离芯片。

6.根据权利要求4或5所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述输出模块还包括：用于输出所述N个并行输出信号的DB37接口，其中：

每一个IPS的输出端均与所述DB37接口连接。

7.根据权利要求2-5任一项所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述数字量输出板卡还包括：用于监测现场电源的监测模块，所述监测模块与所述MCU的第二输出引脚连接。

8.根据权利要求2-5任一项所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述数字量输出板卡还包括：用于提供通信RS485接口的通讯模块，所述通讯模块与所述MCU的输入引脚连接。

9.根据权利要求2-5任一项所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述数字量输出板卡还包括：用于提供下载调试串行线调试SWD接口的下载调试模块，所述下载调试模块与所述MCU的第三输出引脚连接。

10.根据权利要求2-5任一项所述的数字量输出板卡，其特征在于，所述数字量输出板卡还包括：复位模块，其中，复位模块与MCU的复位引脚连接。