CN218183362U - 一种智能执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能执行器，包括控制器、协议芯片、总线收发接口芯片、第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离模块和运行监控模块，控制器分别与协议芯片、运行监控模块连接，协议芯片分别与第一隔离模块的输入端、第二隔离模块的输出端、第三隔离模块的输入端连接，总线收发接口芯片分别与第一隔离模块的输出端、第二隔离模块的输入端、第三隔离模块的输出端连接，运行监控模块与第三隔离模块的输入端连接；本实用新型通过运行监控模块产生用于控制控制器复位和协议芯片复位的复位信号，解决了现有技术中由智能执行器掉电所导致的主站无法实时对从机设备进行寻址的问题。

Description

一种智能执行器

技术领域

本实用新型涉及执行器技术领域，具体涉及一种智能执行器。

背景技术

PROFIBUS是国际性的开放式的现场总线标准，PROFIBUS-DP是一种通讯协议，波特率最高可达12M bit/s，为高速传输用户数据而优化的PROFIBUS协议适用于可编程控制器与现场级分散的I/O设备之间的通讯。目前，智能执行器PROFIBUS-DP通信采用差分总线收发器接口芯片收发来自总线上的数据，并通过光耦进行隔离传输至PROFIBUS-DP总线通信智能协议芯片，然后与微控制器(MCU)进行数据交互，完成PROFIBUS总线通信功能。在客户使用现场，发现某台智能执行器突然断电，在掉电瞬间，该网段其他在线的从机设备会掉线，使得主站无法实时对从机设备进行寻址，无法正常接收到应答报文数据，从而认为当前轮询的从站设备已经掉线，出现通信故障，引起系统误报警，直到从站设备重新初始化后上线建立通信。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种智能执行器，用于解决现有技术中由智能执行器掉电所导致的主站无法实时对从机设备进行寻址的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种智能执行器，其特征在于，包括：

控制器、协议芯片、总线收发接口芯片、第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离模块和运行监控模块，所述控制器分别与所述协议芯片、所述运行监控模块连接，所述协议芯片分别与所述第一隔离模块的输入端、所述第二隔离模块的输出端、所述第三隔离模块的输入端连接，所述总线收发接口芯片分别与所述第一隔离模块的输出端、所述第二隔离模块的输入端、所述第三隔离模块的输出端连接，所述运行监控模块与所述第三隔离模块的输入端连接；

其中，所述智能执行器掉电时，所述运行监控模块产生用于控制所述控制器复位和所述协议芯片复位的复位信号；

当所述智能执行器掉电且总线收发接口芯片处于数据发送状态时，所述运行监控模块拉低所述第三隔离模块的输入端电压，使得所述总线收发接口芯片切换为数据接收状态。

可选地，所述运行监控模块包括运行监控芯片和控制开关，所述运行监控芯片分别与所述控制器和所述控制开关的控制端连接，所述控制开关的一端与所述第三隔离模块的输入端连接，所述控制开关的另一端接地；

其中，所述智能执行器掉电时，所述运行监控芯片产生用于控制所述控制器复位和所述协议芯片复位的复位信号；

当所述智能执行器掉电且总线收发接口芯片处于数据发送状态时，所述控制开关导通，所述第三隔离模块的输入端电压下拉到地，使得所述总线收发接口芯片切换为数据接收状态。

可选地，所述运行监控芯片的复位引脚与所述控制器的复位引脚连接，所述运行监控芯片的看门狗喂狗信号输入引脚与所述控制器的看门狗喂狗信号输出引脚连接，所述运行监控芯片的接地引脚接地，所述运行监控芯片的电源电压引脚与第一工作电压连接。

可选地，所述控制开关包括PMOS管，所述PMOS管的源极接地，所述PMOS管的栅极经串联的电阻后与所述运行监控芯片的复位引脚连接，所述PMOS管的漏极与所述第三隔离模块的输入端连接。

可选地，所述第三隔离模块包括隔离单元和与非门，所述隔离单元的输入端作为所述第三隔离模块的输入端，所述隔离单元的输出端接与非门的第一输入端，所述与非门的第二输入端接第二工作电压，所述与非门的输出端作为所述第三隔离模块的输出端。

可选地，所述第一隔离模块包括光耦，所述第二隔离模块包括光耦，所述隔离单元包括光耦。

可选地，所述控制器的复位引脚与所述协议芯片的复位引脚连接，所述协议芯片的接收/发送选择引脚与所述第三隔离模块的输入端连接。

可选地，所述总线收发接口芯片的接收/发送选择引脚与所述第三隔离模块的输出端连接，所述总线收发接口芯片的发送引脚与所述第一隔离模块的输出端连接，所述总线收发接口芯片的接收引脚与所述第二隔离模块的输入端连接。

可选地，所述协议芯片的发送引脚与所述第一隔离模块的输入端连接，所述协议芯片的接收引脚与所述第二隔离模块的输出端连接。

可选地，所述运行监控芯片包括TPS3824-33DBVT。

本实用新型提供了一种智能执行器，包括控制器、协议芯片、总线收发接口芯片、第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离模块和运行监控模块，控制器分别与协议芯片、运行监控模块连接，协议芯片分别与第一隔离模块的输入端、第二隔离模块的输出端、第三隔离模块的输入端连接，总线收发接口芯片分别与第一隔离模块的输出端、第二隔离模块的输入端、第三隔离模块的输出端连接，运行监控模块与第三隔离模块的输入端连接；本实用新型通过运行监控模块产生用于控制控制器复位和协议芯片复位的复位信号，解决了现有技术中由智能执行器掉电所导致的主站无法实时对从机设备进行寻址的问题。

附图说明

图1为本实用新型的智能执行器的一结构示意图；

图2为本实用新型的智能执行器的另一结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1和图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1，本实用新型提供一种智能执行器，智能执行器包括：控制器、协议芯片、总线收发接口芯片、第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离模块和运行监控模块，控制器分别与协议芯片、运行监控模块连接，协议芯片分别与第一隔离模块的输入端、第二隔离模块的输出端、第三隔离模块的输入端连接，总线收发接口芯片分别与第一隔离模块的输出端、第二隔离模块的输入端、第三隔离模块的输出端连接，运行监控模块与第三隔离模块的输入端连接；其中，智能执行器掉电时，运行监控模块产生用于控制控制器复位和协议芯片复位的复位信号；当智能执行器掉电且总线收发接口芯片处于数据发送状态时，运行监控模块拉低第三隔离模块的输入端电压，使得总线收发接口芯片切换为数据接收状态。通过运行监控模块产生用于控制控制器复位和协议芯片复位的复位信号，解决了现有技术中由智能执行器掉电所导致的主站无法实时对从机设备进行寻址的问题。

在一实施例中，运行监控模块包括运行监控芯片和控制开关，运行监控芯片分别与控制器和控制开关的控制端连接，控制开关的一端与第三隔离模块的输入端连接，控制开关的另一端接地；其中，智能执行器掉电时，运行监控芯片产生用于控制控制器复位和协议芯片复位的复位信号；当智能执行器掉电且总线收发接口芯片处于数据发送状态时，即总线收发接口芯通过第二隔离模块将数据发送至协议芯片，控制开关导通，第三隔离模块的输入端电压下拉到地，使得总线收发接口芯片切换为数据接收状态，即协议芯片通过第一隔离模块将数据发送至总线收发接口芯片。

在一实施例中，运行监控芯片的复位引脚与控制器的复位引脚连接，运行监控芯片的看门狗喂狗信号输入引脚与控制器的看门狗喂狗信号输出引脚连接，运行监控芯片的接地引脚接地，运行监控芯片的电源电压引脚与第一工作电压连接。

在一实施例中，控制开关包括PMOS管，PMOS管的源极接地，PMOS管的栅极经串联的电阻后与运行监控芯片的复位引脚连接，PMOS管的漏极与第三隔离模块的输入端连接。

在一实施例中，第三隔离模块包括隔离单元和与非门，隔离单元的输入端作为第三隔离模块的输入端，隔离单元的输出端接与非门的第一输入端，与非门的第二输入端接第二工作电压，与非门的输出端作为第三隔离模块的输出端。第一隔离模块包括光耦，第二隔离模块包括光耦，隔离单元包括光耦。

在一实施例中，控制器的复位引脚与协议芯片的复位引脚连接，协议芯片的接收/发送选择引脚与第三隔离模块的输入端连接。总线收发接口芯片的接收/发送选择引脚与第三隔离模块的输出端连接，总线收发接口芯片的发送引脚与第一隔离模块的输出端连接，总线收发接口芯片的接收引脚与第二隔离模块的输入端连接。协议芯片的发送引脚与第一隔离模块的输入端连接，协议芯片的接收引脚与第二隔离模块的输出端连接。

在一实施例中，控制器可以是单片机，协议芯片可以是PROFIBUS-DP协议芯片，运行监控芯片可以是TPS3824-33DBVT。

请参阅图2，图2为本实施例中一智能执行器的结构示意图，智能执行器包括控制器U1(MCU)、协议芯片U2(PROFIBUS-DP协议芯片)、第一隔离模块U3、第二隔离模块U4、隔离单元U5、与非门U6、运行监控芯片U7、PMOS管和总线收发接口芯片U8，在485通信下，总线收发接口芯片通过A线和B线与总线屏蔽线缆连接。运行监控芯片的型号为TPS3824-33DBVT，运行监控芯片U7的复位引脚1通过依次串联的电阻R2、电阻R1与第一工作电压VCC1连接，运行监控芯片U7的复位引脚通过串联1的电阻R2与控制器U1的复位引脚RESET连接，运行监控芯片U7的接地引脚2接地，运行监控芯片U7的看门狗喂狗信号输入引脚4与控制器U1的看门狗喂狗信号输出引脚WDI连接，运行监控芯片U7的电源引脚5与第一电源连接，运行监控芯片U7的接地引脚通过串联的电容C1与控制器U1的复位引脚RESET，运行监控芯片U7的电源引脚通过串联的电容C2接地,运行监控芯片U7的看门狗喂狗信号输入引脚4通过串联的电阻R3接地。控制器U1的数据/地址引脚与协议芯片U2的数据/地址引脚连接，控制器U1的中断引脚INT与协议芯片U2的终端引脚INT连接，控制器U1的WR/RD引脚与协议芯片U2的WR/RD引脚连接，控制器U1的复位引脚RESET1与协议芯片U2的复位引脚RESET1连接。协议芯片U2为PROFIBUS-DP协议芯片，协议芯片U2的发送引脚TXD通过串联的第一隔离模块U3与总线收发接口芯片U8的发送引脚D连接，协议芯片U2的发送引脚RXD通过串联的第二隔离模块U4与总线收发接口芯片U8的发送引脚R连接，协议芯片的协议芯片的接收/发送选择引脚RTS通过依次串联的电阻R4、隔离单元U5、与非门U6与总线收发接口芯片U8的接收/发送选择引脚9连接，总线收发接口芯片U8的接收/发送选择引脚9包括接收引脚RE和发送引脚DE，第一隔离模块U3、第二隔离模块U4和隔离单元U5均为光耦，隔离单元的输出端通过串联的电阻R5与第二工作电压连接。隔离单元U5的输出端和与非门U6的第一输入端6连接，与非门U6的第二输入端7通过串联的电阻R6与第二工作电压VCC2连接，与非门U6的输出端与总线收发接口芯片的接收/发送选择引脚9连接，其中第一工作电压的电压值为3.3V，第二工作电压的电压值为5V。运行监控芯片U7的欠电压阈值为2.93V，智能执行器正常上电后VCC1的正常供电电压为3.3V，控制器U1会发送间隔小于1.6s的脉冲波形至运行监控芯片U7的看门狗喂狗信号输入引脚4，保证运行监控芯片U7正常接收喂狗信号，运行监控芯片U7的复位引脚1输出高电平。一旦控制器U1受外界影响，导致程序跑飞，控制器U1不能在1.6s内发出周期脉冲信号后，运行监控芯片U7的复位引脚1输出低电平，使得控制器U1复位，系统重启；直到恢复正常状态后，运行监控芯片U7的复位引脚1输出高电平，从而能够实时监控控制器U1的运行，提高系统的抗干扰性能。此外，运行监控芯片U7对系统供电电压VCC1进行监控，当智能执行器断电后，VCC1从3.3V掉电至2.93V时，运行监控芯片U7的复位引脚1输出保持低电平，控制器U1保持复位状态，从而使智能执行器快速下线，减少了总线占用时间。

智能执行器增加PMOS管(PMOS管芯片)，PMOS管芯片的型号为SI2305DS，用来快速拉低隔离单元U5输入端的电压。如果没有PMOS管芯片，当智能执行器处于发送状态时，智能执行器突然断电，电压降至欠电压阈值，控制器复位后智能执行器无应答下线；但是如果此时智能执行器处于发送状态，U2的RTS脚不受控，会随着电源电压掉电过程慢慢降低，导致光耦U5左侧输入导通，光耦U5右侧输出为低电平，即与非门U6的第一输入端6为低。在系统供电电压还未降至U6、U8的最小工作电压的时间内，U6能够正常工作，输出为高。总线接口芯片U8的收发控制线为高电平，此时U8处于发送状态，经测试该状态持续时间为78mS。这段时间范围内会影响该网段其他从机设备的通信，导致该网段其他从机设备与主站无法建立通信而掉线，直到从机设备初始化，重新建立连接，恢复通信。增加PMOS管芯片后可以在控制器复位时快速拉低隔离单元U5左侧输入电压，导致输入截止，隔离单元U5右侧输出上拉到第二工作电压。此时与非门U6的第一输入端和第二输入端脚都为高电平，输出为低电平，即总线接口芯片U8的收发控制线为低电平，U8处于接收状态，避免占用总线影响主站与其他从机设备的通信，提高总线通信的实时性。本实施例通过引入运行监控芯片对系统供电电压进行监控，一旦达到设定的监控阈值电压，迅速拉低总线收发接口芯片的电压使总线收发接口芯片进入接收状态，避免占用PROFIBUS-DP总线引起通信故障。电源管理芯片带有MCU运行监控功能，可以在程序受干扰跑飞时，快速复位系统，使其正常运行。

本实用新型采用运行监控芯片对系统供电电压进行监控，当供电电压掉电下降到达运行监控芯片的监控阈值电压时，会产生复位信号对微控制器MCU及PROFIBUS-DP总线通信协议芯片进行复位，缩短当前设备的下线时间，减少对总线的影响时间，提高总线的响应速度；同时增加PMOS芯片，通过复位信号驱动PMOS芯片，快速拉低控制总线收发接口芯片的收发控制引脚，使其处于接收状态，提高系统的实时性，避免掉电时因系统处于发送状态影响主站与其他从机设备之间的通信，导致其他从机设备无法正确响应主站，其他从机设备无法实时传输当前设备信息，造成主站可能误判断，影响电厂、化工厂、钢铁厂或者水泥厂等生产现场的生产工艺流程，造成客户重大损失。同时运行监控芯片带有MCU运行监控功能，一旦系统受外界干扰跑飞，系统不能响应时，可以产生快速复位，恢复系统正常运行，提高系统的抗干扰性能。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种智能执行器，其特征在于，包括：

控制器、协议芯片、总线收发接口芯片、第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离模块和运行监控模块，所述控制器分别与所述协议芯片、所述运行监控模块连接，所述协议芯片分别与所述第一隔离模块的输入端、所述第二隔离模块的输出端、所述第三隔离模块的输入端连接，所述总线收发接口芯片分别与所述第一隔离模块的输出端、所述第二隔离模块的输入端、所述第三隔离模块的输出端连接，所述运行监控模块与所述第三隔离模块的输入端连接；

其中，所述智能执行器掉电时，所述运行监控模块产生用于控制所述控制器复位和所述协议芯片复位的复位信号；

当所述智能执行器掉电且总线收发接口芯片处于数据发送状态时，所述运行监控模块拉低所述第三隔离模块的输入端电压，使得所述总线收发接口芯片切换为数据接收状态。

2.根据权利要求1所述的智能执行器，其特征在于，所述运行监控模块包括运行监控芯片和控制开关，所述运行监控芯片分别与所述控制器和所述控制开关的控制端连接，所述控制开关的一端与所述第三隔离模块的输入端连接，所述控制开关的另一端接地；

其中，所述智能执行器掉电时，所述运行监控芯片产生用于控制所述控制器复位和所述协议芯片复位的复位信号；

当所述智能执行器掉电且总线收发接口芯片处于数据发送状态时，所述控制开关导通，所述第三隔离模块的输入端电压下拉到地，使得所述总线收发接口芯片切换为数据接收状态。

3.根据权利要求2所述的智能执行器，其特征在于，所述运行监控芯片的复位引脚与所述控制器的复位引脚连接，所述运行监控芯片的看门狗喂狗信号输入引脚与所述控制器的看门狗喂狗信号输出引脚连接，所述运行监控芯片的接地引脚接地，所述运行监控芯片的电源电压引脚与第一工作电压连接。

4.根据权利要求2所述的智能执行器，其特征在于，所述控制开关包括PMOS管，所述PMOS管的源极接地，所述PMOS管的栅极经串联的电阻后与所述运行监控芯片的复位引脚连接，所述PMOS管的漏极与所述第三隔离模块的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的智能执行器，其特征在于，所述第三隔离模块包括隔离单元和与非门，所述隔离单元的输入端作为所述第三隔离模块的输入端，所述隔离单元的输出端接与非门的第一输入端，所述与非门的第二输入端接第二工作电压，所述与非门的输出端作为所述第三隔离模块的输出端。

6.根据权利要求5所述的智能执行器，其特征在于，所述第一隔离模块包括光耦，所述第二隔离模块包括光耦，所述隔离单元包括光耦。

7.根据权利要求1所述的智能执行器，其特征在于，所述控制器的复位引脚与所述协议芯片的复位引脚连接，所述协议芯片的接收/发送选择引脚与所述第三隔离模块的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的智能执行器，其特征在于，所述总线收发接口芯片的接收/发送选择引脚与所述第三隔离模块的输出端连接，所述总线收发接口芯片的发送引脚与所述第一隔离模块的输出端连接，所述总线收发接口芯片的接收引脚与所述第二隔离模块的输入端连接。

9.根据权利要求8所述的智能执行器，其特征在于，所述协议芯片的发送引脚与所述第一隔离模块的输入端连接，所述协议芯片的接收引脚与所述第二隔离模块的输出端连接。

10.根据权利要求2所述的智能执行器，其特征在于，所述运行监控芯片包括TPS3824-33DBVT。

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