CN213781197U - 一种基于4g通讯网络的电机控制电路 - Google Patents

Abstract

一种基于4G通讯网络的电机控制电路，属于无线通讯技术领域，解决如何设计一种基于4G通讯网络的电机控制电路以解决以太网在复杂的工业现场环境中布线难度大的问题；包括数据采集电路，命令接收与发送电路，数据解析电路，外设控制电路、指示灯电路、手机卡座芯片、4G天线、数据通讯开关；所述的数据采集电路的输出端与数据解析电路连接，所述的命令接收与发送电路与数据解析电路连接，所述的4G天线、手机卡座芯片分别与命令接收与发送电路连接，数据通讯开关与数据解析电路连接，所述的外设控制电路与数据解析电路连接；现场安装方便，免布线，成本减少。

Description

一种基于4G通讯网络的电机控制电路

技术领域

本实用新型属于无线通讯技术领域，具体涉及一种基于4G通讯网络的电机控制电路。

背景技术

4G通信技术相较于之前的移动信息系统已经很大程度上实现了智能化的操作。这更符合我们当下的需求，我们日常中使用的手机便是4G通信技术智能化很好的一个体现的形式，智能化的4G通信技术可以根据人们在使用过程中不同的指令来做出更加准确无误的回应，对搜索出来的数据进行分析、处理和整理再传输到用户的手机上。4G手机作为人们越来越离不开的一个通信工具，极大地方便了人们的生活。

工业控制网络作为工业企业综合自动化系统的基础分为三个层次，即管理层、监控层和现场设备层。所指网络通信为工业控制网络分层中的监控层行为，是指工业控制应用中基于以太网所进行的数据报文传输以及以低速设备的报文传送过程。目前，工控领域内多用网络通信实现控制、监视和管理网络中的每一个电子设备。监控层网络主要用于监控、优化、调度等方面信息的传输，其特点是信息传输具有一定的周期性和实时性，数据吞吐量较大，因此要求网络具有较大的带宽，以前由专用网络如令牌网组成，召集这一层网络则主要由传输速率较高的网段组成。而最底层的现场设备层网络，与变送器、执行机构等现场设备相连，采集现场数据，并将控制数据送入设备。

虽然以太网通讯以高速、便捷及抗干扰强等优点，但以太网是一种有线通讯方式，很多现场环境复杂，布线难度大，为解决这一问题特设计一种基于4G通讯网络的电机控制电路。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于如何设计一种基于4G通讯网络的电机控制电路以解决以太网在复杂的工业现场环境中布线难度大的问题。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种基于4G通讯网络的电机控制电路，包括数据采集电路，命令接收与发送电路，数据解析电路，外设控制电路、指示灯电路、手机卡座芯片、4G天线、数据通讯开关；所述的数据采集电路的输出端与数据解析电路连接，所述的命令接收与发送电路与数据解析电路连接，所述的4G天线、手机卡座芯片分别与命令接收与发送电路连接，数据通讯开关与数据解析电路连接，所述的外设控制电路与数据解析电路连接。

数据采集电路采集外部传感器的输入信号，将信号送入数据解析电路，数据解析电路根据接收的信号发出指令送入命令接收与发送电路，建立与命令接收与发送电路的通讯连接，指示灯电路用于指示通讯连接的状态，手机卡座芯片发出控制指令，通过命令接收与发送电路再传回给数据解析电路用以对外设控制电路进行动作的控制，采用命令接收与发送电路命令接收与发送电路接收4G通道的数据和通过4G通道向外发送数据，解决了以太网在复杂的工业现场环境中布线难度大的问题。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的数据采集电路包括两个结构相同的信号采集子电路，两个信号采集子电路的输出端与数据解析电路连接；其中一个所述的信号采集子电路包括二极管D5、二极管D6，电阻R42、电阻R43，一个电容C25；+3.3V电源正极连接在二极管D5的阴极、二极管D5的阳极与二极管D6的阴极连接，二极管D6的阳极接地；电阻R42一端接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接公共点、另一端作为信号采集子电路的输出端；电阻R43的一端接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接公共点、另一端接地；电容C25的两端分别接在信号采集子电路的输出端与地之间。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的命令接收与发送电路包括双频4G模块芯片(U1)、电阻R107、电容C101、电容C102；电阻R107的一端与双频4G模块芯片(U1)的49#引脚连接，另一端与所述的4G天线连接；电容C101的一端连接在双频4G模块芯片(U1)的49#引脚连接、另一端接地；电容C102的一端连接在4G天线与电阻R107的连接公共点、另一端接地；所述的双频4G模块芯片(U1)的13#引脚、14#引脚、15#引脚、16#引脚、17#引脚分别与手机卡座芯片连接；

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的双频4G模块芯片(U1)的型号为工业级EC200S芯片。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的指示灯电路包括发光二极管D702、电阻R701、三级管Q701；发光二极管D702的阳极接+5V电源，发光二极管D702的阴极与电阻R701的一端连接，电阻R701的另一端连接在三级管Q701的集电极，三级管Q701的基极与双频4G模块芯片(U1)的6#引脚连接，三级管Q701的发射极接地。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的数据解析电路包括单片机(U2)，所述的单片机(U2)的92#引脚、93#引脚分别与双频4G模块芯片(U1)的67#引脚、68#引脚连接，用于实现与双频4G模块芯片(U1)之间的数据和命令的发送和接收；单片机(U2)的33#引脚、34#引脚分别与数据采集电路连接，用于接收数据采集电路的数据；单片机(U2)的86#引脚与数据通讯开关连接。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的单片机(U2)其型号为STM32F207。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的外设控制电路包括驱动芯片(U3)、第一大功率继电器(K1)、第二大功率继电器(K2)、连接端子(J4)；驱动芯片(U3)的1#引脚、2#引脚分别与单片机(U2)的60#引脚、59#引脚连接；驱动芯片(U3)的18#引脚与第一大功率继电器(K1)连接，驱动芯片(U3)的17#引脚与第二大功率继电器(K2)连接，第一大功率继电器(K1)、第二大功率继电器(K2)的输出端分别与连接端子(J4)连接。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的驱动芯片(U3)的型号为ULN2803A。

本实用新型的优点在于：

(1)数据采集电路采集外部传感器的输入信号，将信号送入数据解析电路，数据解析电路根据接收的信号发出指令送入命令接收与发送电路，建立与命令接收与发送电路的通讯连接，指示灯电路用于指示通讯连接的状态，手机卡座芯片发出控制指令，通过命令接收与发送电路再传回给数据解析电路用以对外设控制电路进行动作的控制，采用命令接收与发送电路命令接收与发送电路接收4G通道的数据和通过4G通道向外发送数据，解决了以太网在复杂的工业现场环境中布线难度大的问题。

(2)采样电路稳定性好，采集的距离可达1000米，信号抗干扰能力强。

(3)现场安装方便，免布线，成本减少；不受时间、空间的限制，可以远程连接、控制4G技术可以在任何时间、任何地点都能快速方便地实现连接同时费用又很合理。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种基于4G通讯网络的电机控制电路的数据采集电路；

图2是本实用新型实施例的一种基于4G通讯网络的电机控制电路的命令接收与发送电路；

图3是本实用新型实施例的一种基于4G通讯网络的电机控制电路的指示灯电路；

图4是本实用新型实施例的一种基于4G通讯网络的电机控制电路的数据解析电路；

图5是本实用新型实施例的一种基于4G通讯网络的电机控制电路的外设控制电路。

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，对本实用新型实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：

实施例一

一种基于4G通讯网络的电机控制电路，包括数据采集电路，命令接收与发送电路，数据解析电路，外设控制电路、指示灯电路、手机卡座芯片、4G天线、数据通讯开关；所述的数据采集电路的输出端与数据解析电路连接，所述的命令接收与发送电路与数据解析电路连接，所述的4G天线、手机卡座芯片分别与命令接收与发送电路连接，数据通讯开关与数据解析电路连接，所述的外设控制电路与数据解析电路连接。

数据采集电路采集外部传感器的输入信号，将信号送入数据解析电路，数据解析电路根据接收的信号发出指令送入命令接收与发送电路，建立与命令接收与发送电路的通讯连接，指示灯电路用于指示通讯连接的状态，手机卡座芯片发出控制指令，通过命令接收与发送电路再传回给数据解析电路用以对外设控制电路进行动作的控制。

数据解析电路通过数据采集电路采集外部各种传感器的数据，并与设定的阈值相比较，通过外设控制电路做出各种控制动作，并将相应的执行结果告知控制中心，数据解析电路同时接收控制中心发送过来的各种命令报文，根据相应命令执行各种动作，并将执行结果反馈至控制中心；为降低能耗，处理器每隔设定时间采集各种传感器数据，数据处理完毕后进入睡眠状态。

如图1所示，所述的数据采集电路包括两路信号采集子电路，两个信号采集子电路的结构相同，以其中一路的信号采集子电路为例，所述的信号采集子电路包括两个型号为IN4148的二极管，二极管D5、二极管D6，两个电阻，电阻R42、电阻R43，一个电容C25；+3.3V电源正极连接在二极管D5的阴极、二极管D5的阳极与二极管D6的阴极连接，二极管D6的阳极接地；电阻R42一端接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接公共点、另一端作为信号采集子电路的输出端；电阻R43的一端接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接公共点、另一端接地；电容C25的两端分别接在信号采集子电路的输出端与地之间。

数据采集电路采集外部传感器的4-20mA信号(其中，AC1引脚为光照传感器信号，AC2引脚为CO2传感器信号)，ADC1、ADC2为4-20mA信号的正极接入点，负极信号接入电源地，二极管D5-D8起保护作用，防止接入传感器信号过高或过低而损坏数据解析模块中的芯片，R43、R45是精密电阻，将4-20mA电流信号转换为电压信号，R42、C25和R44、C26组成低通滤波电路，起抗干扰的作用，外部传感器的4-20mA信号经此链路转换为模拟电压信号；该电路成本低，稳定性好，采集的距离可达1000米，信号抗干扰能力强。

如图2所示，所述的命令接收与发送电路包括双频4G模块芯片U1、电阻R107、电容C101、电容C102；电阻R107的一端与双频4G模块芯片U1的49#引脚连接，另一端与所述的4G天线连接；电容C101的一端连接在双频4G模块芯片U1的49#引脚连接、另一端接地；电容C102的一端连接在4G天线与电阻R107的连接公共点、另一端接地；所述的双频4G模块芯片U1的13#引脚、14#引脚、15#引脚、16#引脚、17#引脚分别与手机卡座芯片连接，用于双频4G模块芯片U1与手机卡座芯片之间进行数据交互；所述的双频4G模块芯片U1的型号为工业级EC200S芯片。

命令接收与发送电路接收4G通道的数据和通过4G通道向外发送数据，工业级双频4G模块EC200S，工作频段为900/1800Mhz双频：通过AT指令集，可以实现低功耗数据和信息的传输。

如图3所示，所述的指示灯电路包括发光二极管D702、电阻R701、三级管Q701；发光二极管D702的阳极接+5V电源，发光二极管D702的阴极与电阻R701的一端连接，电阻R701的另一端连接在三级管Q701的集电极，三级管Q701的基极与双频4G模块芯片U1的6#引脚连接，三级管Q701的发射极接地；双频4G模块芯片U1的6#引脚输出指示灯的信号，当为高电平时，发光二极管D702亮，当为低电平时，发光二极管D702灭，用于指示电路的4G网络通讯的状态。

如图4所示，所述的数据解析电路包括单片机U2，其型号为STM32F207，所述的单片机U2的92#引脚、93#引脚分别与双频4G模块芯片U1的67#引脚、68#引脚连接，用于实现与双频4G模块芯片U1之间的数据和命令的发送和接收；单片机U2的33#引脚、34#引脚分别与数据采集电路连接，用于接收数据采集电路的数据；单片机U2的86#引脚与数据通讯开关(POWERKEY)连接，以控制双频4G模块芯片U1的开和关，当POWERKEY为高电平，双频4G模块芯片U1为不工作状态，当POWERKEY为低电平，双频4G模块芯片U1处于工作状态，可以进行正常的数据通讯。

如图5所示，所述的外设控制电路包括驱动芯片U3、第一大功率继电器K1、第二大功率继电器K2、连接端子J4；所述的驱动芯片U3的型号为ULN2803A，驱动芯片U3的1#引脚、2#引脚分别与单片机U2的60#引脚、59#引脚连接；驱动芯片U3的18#引脚与第一大功率继电器K1连接，驱动芯片U3的17#引脚与第二大功率继电器K2连接，第一大功率继电器K1、第二大功率继电器K2的输出端分别与连接端子J4连接。

单片机U2的主要功能为：1)把外部传感器传过来的模拟信号转换为数字信号(33#引脚、34#引脚，此两脚为单片机AD转换模块的接入引脚，最终外部传感器接入的4-20mA信号转换为数字信号被数据解析模块获取)；2)与EC200S模块进行数据交互和控制开断(92#引脚、93#引脚、86#引脚)；3)对外设控制模块进行控制(60#引脚、59#引脚)。

外设控制电路通过驱动芯片U3驱动外部的两个大功率的继电器，以控制相应的外设(例如风机和卷帘等)；驱动芯片U3的1#引脚、2#引脚接收单片机U2的控制信号，RELAY1和RELAY2是从STM32F207传过来的控制信号，J4是外设接线端口，接外设的电源线，可根据需要接继电器的常开、常闭点，当RELAY1或RELAY2为低电平时，RL1或RL2为低电位，继电器动作，常开触点吸合，外设的电源线导通，外设工作；当RELAY1或RELAY2为高电平时，RL1或RL2为高电位，继电器不动作，外设不工作。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，包括数据采集电路，命令接收与发送电路，数据解析电路，外设控制电路、指示灯电路、手机卡座芯片、4G天线、数据通讯开关；所述的数据采集电路的输出端与数据解析电路连接，所述的命令接收与发送电路与数据解析电路连接，所述的4G天线、手机卡座芯片分别与命令接收与发送电路连接，数据通讯开关与数据解析电路连接，所述的外设控制电路与数据解析电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的数据采集电路包括两个结构相同的信号采集子电路，两个信号采集子电路的输出端与数据解析电路连接；其中一个所述的信号采集子电路包括二极管D5、二极管D6，电阻R42、电阻R43，一个电容C25；+3.3V电源正极连接在二极管D5的阴极、二极管D5的阳极与二极管D6的阴极连接，二极管D6的阳极接地；电阻R42一端接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接公共点、另一端作为信号采集子电路的输出端；电阻R43的一端接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接公共点、另一端接地；电容C25的两端分别接在信号采集子电路的输出端与地之间。

3.根据权利要求1所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的命令接收与发送电路包括双频4G模块芯片(U1)、电阻R107、电容C101、电容C102；电阻R107的一端与双频4G模块芯片(U1)的49#引脚连接，另一端与所述的4G天线连接；电容C101的一端连接在双频4G模块芯片(U1)的49#引脚连接、另一端接地；电容C102的一端连接在4G天线与电阻R107的连接公共点、另一端接地；所述的双频4G模块芯片(U1)的13#引脚、14#引脚、15#引脚、16#引脚、17#引脚分别与手机卡座芯片连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的双频4G模块芯片(U1)的型号为工业级EC200S芯片。

5.根据权利要求3所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的指示灯电路包括发光二极管D702、电阻R701、三级管Q701；发光二极管D702的阳极接+5V电源，发光二极管D702的阴极与电阻R701的一端连接，电阻R701的另一端连接在三级管Q701的集电极，三级管Q701的基极与双频4G模块芯片(U1)的6#引脚连接，三级管Q701的发射极接地。

6.根据权利要求3所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的数据解析电路包括单片机(U2)，所述的单片机(U2)的92#引脚、93#引脚分别与双频4G模块芯片(U1)的67#引脚、68#引脚连接，用于实现与双频4G模块芯片(U1)之间的数据和命令的发送和接收；单片机(U2)的33#引脚、34#引脚分别与数据采集电路连接，用于接收数据采集电路的数据；单片机(U2)的86#引脚与数据通讯开关连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的单片机(U2)其型号为STM32F207。

8.根据权利要求6所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的外设控制电路包括驱动芯片(U3)、第一大功率继电器(K1)、第二大功率继电器(K2)、连接端子(J4)；驱动芯片(U3)的1#引脚、2#引脚分别与单片机(U2)的60#引脚、59#引脚连接；驱动芯片(U3)的18#引脚与第一大功率继电器(K1)连接，驱动芯片(U3)的17# 引脚与第二大功率继电器(K2)连接，第一大功率继电器(K1)、第二大功率继电器(K2)的输出端分别与连接端子(J4)连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于4G通讯网络的电机控制电路，其特征在于，所述的驱动芯片(U3)的型号为ULN2803A。

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