CN216486417U - 扩展卡及自动化设备 - Google Patents

Abstract

本申请适用于板卡技术领域，提供一种扩展卡及自动化设备，包括：第一光电耦合器；第二光电耦合器；以太网控制自动化技术芯片；电源接口，用于为所述扩展卡接入电源；输入接口，连接于所述第一光电耦合器的输入端；输出接口，连接于所述第二光电耦合器的输出端；第一网口，连接于所述以太网控制自动化技术芯片；处理芯片，连接于所述第一光电耦合器的输出端、所述第二光电耦合器的输入端以及所述以太网控制自动化技术芯片。本申请的实施例能实现快速响应。

Description

扩展卡及自动化设备

技术领域

本申请属于板卡技术领域，更具体地说，是涉及一种扩展卡及自动化设备。

背景技术

IO(Input Output，输入输出)扩展卡可以说是自动化设备中不可缺少的硬件，基本上自动化设备中都会用到IO扩展卡。IO扩展卡的种类很多。传统的IO扩展卡输入输出点较多时，输出响应慢。

实用新型内容

本申请的实施例提供一种扩展卡及自动化设备，能实现快速响应。

第一方面，本申请的实施例提供一种扩展卡，包括：

第一光电耦合器；

第二光电耦合器；

以太网控制自动化技术芯片；

电源接口，用于为所述扩展卡接入电源；

输入接口，连接于所述第一光电耦合器的输入端；

输出接口，连接于所述第二光电耦合器的输出端；

第一网口，连接于所述以太网控制自动化技术芯片；

处理芯片，连接于所述第一光电耦合器的输出端、所述第二光电耦合器的输入端以及所述以太网控制自动化技术芯片。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述扩展卡还包括：

第二网口，连接于所述以太网控制自动化技术芯片。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述扩展卡还包括：

第一连接口，连接于所述输入接口；

第二连接口，连接于所述输出接口；

第三连接口，连接于所述以太网控制自动化技术芯片；

第四连接口，用于连接所述第一连接口，且连接于所述第一光电耦合器的输入端；

第五连接口，用于连接所述第二连接口，且连接于所述第二光电耦合器的输出端；

第六连接口，用于连接所述第三连接口，且连接于所述处理芯片；

第一印刷电路板，设有所述以太网控制自动化技术芯片、所述电源接口、所述输入接口、所述输出接口、所述第一网口、所述第二网口、所述第一连接口、所述第二连接口以及所述第三连接口；

第二印刷电路板，设有所述第一光电耦合器、所述第二光电耦合器、所述处理芯片、所述第四连接口、所述第五连接口以及所述第六连接口。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述第一印刷电路板具有第一面和第二面，所述第二印刷电路板具有第三面和第四面，所述第二面与所述第三面正对，所述第一连接口、所述第二连接口和所述第三连接口设置于所述第二面，所述第四连接口、所述第五连接口和所述第六连接口设置于所述第三面。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述第一连接口与所述第四连接口插接，所述第二连接口与所述第五连接口插接，所述第三连接口与所述第六连接口插接。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述第一印刷电路板承载于所述第二印刷电路板。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述以太网控制自动化技术芯片、所述电源接口、所述输入接口、所述输出接口、所述第一网口和所述第二网口设置于所述第一面。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述第一光电耦合器、所述第二光电耦合器和所述处理芯片设置于所述第三面。

在第一方面的一些可能的实施方式中，所述第一光电耦合器的数量为一个或者多个且与所述输入接口的数量对应，所述第二光电耦合器的数量为一个或者多个且与所述输出接口的数量对应。

第二方面，本申请的实施例提供一种自动化设备，包括主站设备和上述任一项所述扩展卡。

本申请的实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

通过以太网控制自动化技术芯片在扩展卡的信号处理过程中加入 Ethercat协议，扩展设备插接于扩展卡的输入接口或输出接口，扩展卡通过第一网口连接于Ethercat主站设备，能实现只需用一根网线就能将多个扩展设备与Ethercat主站设备进行连接，实现总线连接，第一光电耦合器和第二光电耦合器对信号进行隔离，由以太网控制自动化技术芯片完成信号基于Ethercat 总线协议的通讯，由处理芯片完成信号的处理和执行，以太网控制自动化技术芯片和处理芯片是独立的两个芯片，代码指令单独封装，能降低代码指令的复杂程度，从而能实现快速响应。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的扩展卡的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的扩展卡的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的第一印刷电路板及其上的器件的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的第二印刷电路板及其上的器件的结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的第一印刷电路板与第二印刷电路板的连接方式示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1至5及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请的实施例提供一种扩展卡，具体为一种基于EtherCat(Ether ControlAutomation Technology，以太网控制自动化技术)总线协议的IO (Input Output，输入输出)扩展卡，能应用将扩展设备连接至自动化设备。前述扩展设备可以是外界的器件，比如传感器。

图1为本实施例提供的扩展卡的结构示意图。本实施例提供的扩展卡包括第一光电耦合器1、第二光电耦合器2、以太网控制自动化技术芯片3、电源接口4、输入接口5、输出接口6、第一网口7和处理芯片9。

第一光电耦合器1和第二光电耦合器2均是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件，用于实现输入信号与输出信号的隔离。光电耦合器可简称为光耦。第一光电耦合器1和第二光电耦合器2的数量均可以是一个或者多个。

以太网控制自动化技术芯片3为Ethercat芯片，用于对采用Ethercat总线协议的信号进行处理。

电源接口4用于接入电源为整个扩展卡(或者说电路)供电。

输入接口5用于接入外界的输入信号，比如接入常用的各类传感器数字开关量信号。参考图1，输入接口5连接于第一光电耦合器1，具体是连接于第一光电耦合器1的输入端，以将输入信号输入至第一光电耦合器1的输入端。输入接口5的还用于与扩展设备(比如传感器)连接，以接入外界的输入信号，具体可以是扩展设备插接于输入接口5。其中，输入接口5的数量可以是一个或者多个；输入接口5的数量与第一光电耦合器1的数量是对应的，具体是一个输入接口5对应一个第一光电耦合器1。

输出接口6用于向外界输出信号，比如输出数字开关量信号。参考图1，输出接口6连接于第二光电耦合器2，具体是连接于第二光电耦合器2的输出端，以将第二光电耦合器2的输出端输出的信号输出至外界的器件。输出接口 6还用于与扩展设备(比如传感器)连接，以向扩展设备输出信号，具体可以是扩展设备插接于输出接口6。输出接口6的数量可以是一个或者多个；输出接口6的数量与第二光电耦合器2的数量是对应的，具体是一个输出接口6对应一个第二光电耦合器2。

参考图1，第一网口7连接于以太网控制自动化技术芯片3，第一网口7 还用于连接Ethercat主站设备，以实现在Ethercat主站设备与太网控制自动化技术芯片3之间传输信号。

参考图1，处理芯片9连接于第一光电耦合器1的输出端，以从第一光电耦合器1的输出端接收信号。处理芯片9还连接于第二光电耦合器2的输入端，以将信号输入至第二光电耦合器2的输入端。处理芯片9还连接于以太网控制自动化技术芯片3，以实现与以太网控制自动化技术芯片3相互传输信号。处理芯片9具体可以是ARM(Advanced RISC Machines)芯片。

本实施例提供的扩展卡工作时，电源接口4接入电源为整个扩展卡供电，扩展设备与输入接口5插接，扩展设备的输入信号经过输入接口5传输至第一光电耦合器1的输入端，然后由第一光电耦合器1的输出端输出信号至处理芯片9，由处理芯片9接收该信号并进行处理，得到第一处理结果；处理芯片9 还可以将前述第一处理结果交由以太网控制自动化技术芯片3通过第一网口7 传送给Ethercat主站设备，实现由处理芯片9将接收到的外界输入信号交由以太网控制自动化技术芯片3通过第一网口7传送给Ethercat主站设备；Ethercat主站设备与第一网口7插接，Ethercat主站设备的信号通过第一网口 7传入以太网控制自动化技术芯片3，由以太网控制自动化技术芯片3对 Ethercat主站设备的信号进行处理，得到第二处理结果并将第二处理结果传输给处理芯片9，交由处理芯片9执行；处理芯片9还可以产生输出信号输出至第二光电耦合器2的输入端，第二光电耦合器2的输出端将信号输出至输出接口6，由输出接口6将信号输出至外界。

根据上述可知，通过以太网控制自动化技术芯片3在扩展卡的信号处理过程中加入Ethercat协议，扩展设备插接于扩展卡的输入接口5或输出接口6，扩展卡通过第一网口7连接于Ethercat主站设备，能实现只需用一根网线就能将多个扩展设备与Ethercat主站设备进行连接，实现总线连接，第一光电耦合器1和第二光电耦合器2对信号进行隔离，由以太网控制自动化技术芯片3完成信号基于Ethercat总线协议的通讯，以及由处理芯片9完成信号的处理和执行，以太网控制自动化技术芯片3和处理芯片9是独立的两个芯片，代码指令单独封装，能降低代码指令的复杂程度，从而能实现快速响应，也能使得硬件的开发较容易。此外，总线连接能大大简化自动化设备里的布线，无需通过信号线将扩展设备逐一连接至Ethercat主站设备，同时能使得信号传输的抗干扰能力强。

图2为本申请另一实施例提供的扩展卡的结构示意图。参考图2，在一些实施例中，扩展卡还包括第二网口8。

第二网口8用于将以太网控制自动化技术芯片3与Ethercat从站设备连接。

Ethercat从站设备与第二网口8插接，处理芯片9将前述第一处理结果交由以太网控制自动化技术芯片3通过第二网口8传送给Ethercat从站设备，实现由芯片9将接收到的输入信号交由以太网控制自动化技术芯片3通过第二网口8传送给Ethercat从站设备；Ethercat从站设备的信号通过第二网口8进入以太网控制自动化技术芯片3，由以太网控制自动化技术芯片3对Ethercat 从站设备的信号进行处理，得到第三处理结果并将第三处理结果传输给处理芯片9，交由处理芯片9执行；以太网控制自动化技术芯片3通过第一网口7将来自Ethercat从站设备的信号传送给Ethercat主站设备。

图3为本申请一实施例提供的第一印刷电路板17及其上的器件的结构示意图。图4为本申请一实施例提供的第二印刷电路板18及其上的器件的结构示意图。图5为本申请一实施例提供的第一印刷电路板17与第二印刷电路板18的连接方式示意图。参考图3至图5，在一些实施例中，扩展卡还可以包括第一连接口11、第二连接口12、第三连接口13、第四连接口14、第五连接口15、第六连接口16、第一印刷电路板17和第二印刷电路板18。

第一连接口11连接于输入接口5。

第二连接口12连接于输出接口6。

第三连接口13连接于以太网控制自动化技术芯片3。

参考图3和图4，第四连接口14用于连接第一连接口11，具体而言，第一连接口11与第四连接口14可以为子母接口，两者相互配合，比如插接在一起。第四连接口14还连接于第一光电耦合器1的输入端。如此，输入接口5通过第一连接口11和第四连接口14连接至第一光电耦合器1的输入端；那么，输入接口5接入扩展设备的输入信号，该信号经过第一连接口11和第四连接口14 传输至第一光电耦合器1的输入端，再由第一光电耦合器1的输出端输出至处理芯片9。

参考图3和图4，第五连接口15用于连接第二连接口12，具体而言，第二连接口12与第五连接口15可以为子母接口，两者相互配合，比如插接在一起。第五连接口15还连接于第二光电耦合器2的输出端。如此，输出接口6通过第二连接口12和第五连接口15连接至第二光电耦合器2的输出端；那么，处理芯片9产生的输出信号输出至第二光电耦合器2的输入端，再由第二光电耦合器2的输出端将信号输出至第五连接口15，该信号经过第五连接口15和第二连接口12传输至输出接口6，由输出接口6将信号输出至外界。

参考图3和图4，第六连接口16用于连接第三连接口13的另一端，具体而言，第三连接口13与第六连接口16可以为子母接口，两者相互配合，比如插接在一起。第六连接口16还连接于处理芯片9。如此，以太网控制自动化技术芯片3通过第三连接口13和第六连接口16连接至处理芯片9。

参考图3，第一印刷电路板17设有以太网控制自动化技术芯片3、电源接口4、输入接口5、输出接口6、第一网口7、第二网口8、第一连接口11、第二连接口12以及第三连接口13，这些器件均固定于第一印刷电路板17，作为第一个模块。

参考图4，第二印刷电路板18设有第一光电耦合器1、第二光电耦合器2、处理芯片9、第四连接口14、第五连接口15以及第六连接口16，这些器件均固定于第二印刷电路板18，作为第二个模块。

根据上述内容可知，第一连接口11、第二连接口12和第三连接口13位于第一印刷电路板17，第四连接口14、第五连接口15和第六连接口16位于第二印刷电路板18，第一连接口11、第二连接口12和第三连接口13能分别连接第四连接口14、第五连接口15和第六连接口16，那么，第一连接口11、第二连接口12、第三连接口13、第四连接口14、第五连接口15以及第六连接口16 就可以将两层印刷电路板连接起来，实现扩展卡的模块化连接，使得整个扩展卡能够灵活安装于各种场合。

此外，第一印刷电路板17及其上的器件(以太网控制自动化技术芯片3、电源接口4、输入接口5、输出接口6、第一网口7和第二网口8)作为第一电路，该第一电路用于驱动，工作电流较大；第二印刷电路板18及其上的器件(第一光电耦合器1、第二光电耦合器2和处理芯片9)则作为第二电路，该第二电路用于控制，工作电流较小；如此，将工作电流较大的电路与工作电流较小的电路分开(比如分层)，这样能减少器件相互之间的干扰，进而保证扩展卡的稳定性。

在一些实施例中，参考图5，第一印刷电路板17具有第一面171和第二面 172；具体而言，第一印刷电路板17可以为薄板，具有正反面，其中，正面为前述第一面171，反面为前述第二面172。

以太网控制自动化技术芯片3、电源接口4、输入接口5、输出接口6、第一网口7和第二网口8均设置于前述第一面171，也即设置于第一印刷电路板 17的正面。

相应的，在一些实施例中，参考图5，第二印刷电路板18具有第三面183 和第四面184；具体而言，第二印刷电路板18可以为薄板，具有正反面，其中，正面为前述第三面183，反面为前述第四面184。

第一光电耦合器1、第二光电耦合器2和处理芯片9设置于前述第三面163，也即设置于第二印刷电路板18的正面。

参考图5，第一印刷电路板17的第二面172(也即反面)与第二印刷电路板18的第三面183(也即正面)正对；第一连接口11、第二连接口12和第三连接口13均设置于第一印刷电路板17的第二面172；第四连接口14、第五连接口15和第六连接口16则设置于第二印刷电路板18；第一连接口11与第四连接口14插接，第二连接口12与第五连接口15插接，第三连接口13与第六连接口16插接。如此，第一印刷电路板17承载于第二印刷电路板18，实现扩展卡的上下两层模块化结合，能够减小扩展卡占用的安装面积。

此外，以太网控制自动化技术芯片3、电源接口4、输入接口5、输出接口 6、第一网口7和第二网口8位于上层，第一光电耦合器1、第二光电耦合器2 和处理芯片9则位于下层，中间相隔第一印刷电路板17，由第一印刷电路板17 隔开一定距离，有利于进一步减少器件之间的干扰。

本申请的实施例还提供一种自动化设备，该设备包括主站设备和上述实施例的扩展卡。

本申请的实施例提供的扩展卡能实现Ethercat协议与扩展卡的结合，响应快速，信号抗干扰能力强，能简化多设备之间的扩展接线。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扩展卡，其特征在于，包括：

第一光电耦合器；

第二光电耦合器；

以太网控制自动化技术芯片；

电源接口，用于为所述扩展卡接入电源；

输入接口，连接于所述第一光电耦合器的输入端；

输出接口，连接于所述第二光电耦合器的输出端；

第一网口，连接于所述以太网控制自动化技术芯片；

处理芯片，连接于所述第一光电耦合器的输出端、所述第二光电耦合器的输入端以及所述以太网控制自动化技术芯片。

2.如权利要求1所述的扩展卡，其特征在于，所述扩展卡还包括：

第二网口，连接于所述以太网控制自动化技术芯片。

3.如权利要求2所述的扩展卡，其特征在于，所述扩展卡还包括：

第一连接口，连接于所述输入接口；

第二连接口，连接于所述输出接口；

第三连接口，连接于所述以太网控制自动化技术芯片；

第四连接口，用于连接所述第一连接口，且连接于所述第一光电耦合器的输入端；

第五连接口，用于连接所述第二连接口，且连接于所述第二光电耦合器的输出端；

第六连接口，用于连接所述第三连接口，且连接于所述处理芯片；

第一印刷电路板，设有所述以太网控制自动化技术芯片、所述电源接口、所述输入接口、所述输出接口、所述第一网口、所述第二网口、所述第一连接口、所述第二连接口以及所述第三连接口；

第二印刷电路板，设有所述第一光电耦合器、所述第二光电耦合器、所述处理芯片、所述第四连接口、所述第五连接口以及所述第六连接口。

4.如权利要求3所述的扩展卡，其特征在于，所述第一印刷电路板具有第一面和第二面，所述第二印刷电路板具有第三面和第四面，所述第二面与所述第三面正对，所述第一连接口、所述第二连接口和所述第三连接口设置于所述第二面，所述第四连接口、所述第五连接口和所述第六连接口设置于所述第三面。

5.如权利要求4所述的扩展卡，其特征在于，所述第一连接口与所述第四连接口插接，所述第二连接口与所述第五连接口插接，所述第三连接口与所述第六连接口插接。

6.如权利要求4所述的扩展卡，其特征在于，所述第一印刷电路板承载于所述第二印刷电路板。

7.如权利要求4所述的扩展卡，其特征在于，所述以太网控制自动化技术芯片、所述电源接口、所述输入接口、所述输出接口、所述第一网口和所述第二网口设置于所述第一面。

8.如权利要求7所述的扩展卡，其特征在于，所述第一光电耦合器、所述第二光电耦合器和所述处理芯片设置于所述第三面。

9.如权利要求1至8任一项所述的扩展卡，其特征在于，所述第一光电耦合器的数量为一个或者多个且与所述输入接口的数量对应，所述第二光电耦合器的数量为一个或者多个且与所述输出接口的数量对应。

10.一种自动化设备，其特征在于，包括主站设备和如权利要求1至9任一项所述扩展卡。

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