CN218472843U - 一种智能远程io模块结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能远程IO模块结构，属于IO模块的技术领域。包括：控制电路；数据采集电路，电连接于所述控制电路；地址识别电路，电连接于所述控制电路；所述数据采集电路的输出端同时连接于所述地址识别电路的输入端；隔离芯片，电连接于所述控制电路的输出端；输出指示电路，电连接于所述隔离芯片的输出端，所述输出指示电路包含多个输出通道，能够适配多种采集接口。本实用新型采用光耦隔离，整体防干扰能力强，另设有16通道输出保证采集的效率和采集的全面性；通过地址识实现远程智能的控制和采集，同时设置了温度检测模块保证设备的正常运行。

Description

一种智能远程IO模块结构

技术领域

本实用新型属于IO模块技术领域，特别涉及用于一种智能远程IO模块结构。

背景技术

随着工业及电力自动化水平的不断提高，对工厂及电厂生产运行和管理提出了更高的要求，工业及电力控制系统中的IO模块，对于现场数据采集与控制，发挥着举足轻重的作用。IO 模块自带的数字、模拟等输入输出软硬件模块可以有效采集工业现场数据和实现控制任务，减轻PLC的工作负担。传统集中放置的控制系统已经无法满足控制距离较远的现场设备的要求，其次现有的IO模块其模拟输入AI采样很难兼顾采样精度和采样仪表的多样化，其采样通信接口通常为4接口或8接口下，通用性差难以适应不同自动化系统。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

为了解决现有技术中的控制系统缺乏远程智能控制和通信口不全面的问题，本实用新型一种智能远程IO模块结构。

本实用新型采用以下技术方案：一种智能远程IO模块结构，其特征在于，包括：

控制电路，

数据采集电路，电连接于所述控制电路；

地址识别电路，电连接于所述控制电路；所述数据采集电路的输出端同时连接于所述地址识别电路的输入端；

隔离芯片，电连接于所述控制电路的输出端；

输出指示电路，电连接于所述隔离芯片的输出端，所述输出指示电路包含多个输出通道，能够适配多种采集接口。通过上述技术方案，使用控制电路、数据采集电路和地址识别电路实现了现场设备的智能远程控制，使用隔离芯片隔离干扰信号，输出指示电路用于连接输出端子传递信号。

在进一步的实施例中，所述稳压电路中设有稳压芯片，在稳压芯片的作用下，所述稳压电路将5V电压输入转换为3.3V电压输出。

通过上述技术方案，设置稳压芯片提供3.3V电压。

在进一步的实施例中，所述输出指示电路存在至少16个输出通道且每个通道最大输出电流为0.5A。

在进一步的实施例中，还包括：晶振电路和复位电路；同时电性连接于所述控制电路的输入端。

在进一步的实施例中，所述数据采集电路包括：转换芯片U3、电阻R8、电阻R9、电感L1、电容C9、电容C10和电容C11，其对应的连接关系如下：所述转换芯片U3的管脚1与所述控制电路的RX1管脚相连，管脚4与所述述控制电路的TX1管脚相接,管脚3与所述控制电路的BUS_CTR管脚相连，管脚2并接在管脚3上，管脚5接地，管脚8与所述电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端连接3.3V电压，所述转换芯片U3的管脚6和管脚7均与所述地址识别电路连接；所述电容C9的一端连接在所述转换芯片U3的管脚5上，另一端连接在所述转换芯片U3的管脚8上，所述电容C10和所述电容C11均并接在所述电容C9的两端。

在进一步的实施例中，所述地址识别电路包括：电阻R11、电阻R12和电阻R13、稳压二极管ZD1和稳压二极管ZD2、分离式半导体D1和分离式半导体D2、总线BUSF1A、总线BUSF1B和总线BUSFB1，其中，所述总线BUSF1A的管脚1连接5V电压，所述稳压二极管ZD1的输出端连接在所述总线BUSF1A的管脚1上，所述二极管ZD1的输入端接地；所述总线BUSF1A的管脚2接地，所述总线BUSF1A的管脚3与电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与控制电路的管脚TOKEN_OUT连接，所述总线BUSF1A的管脚3还直接与所述控制电路的TP3管脚连接，所述总线BUSF1A的管脚4与所述总线BUSF1B的管脚10连接，还与所述总线BUSFB1的管脚3连接，所述总线BUSF1A的管脚4直接与所述控制电路的管脚TP4相连；所述总线BUSF1A的管脚5直接与所述转换芯片U3的管脚6相接，所述总线BUSF1A的管脚6直接与所述转换芯片U3的管脚7相接，所述电阻R10的一端与所述总线BUSF1A的管脚3连接，另一端连接所述总线BUSF1A的管脚2；所述BUSFB1的管脚1与所述总线BUSF1B的管脚7一同接在5V电压上，所述BUSFB1的管脚2与所述总线BUSF1B的管脚8一同接地，所述BUSFB1的管脚3与所述总线BUSF1B的管脚9一同接在控制电路的管脚TP5上，所述电阻R12一端与所述控制电路的管脚TIKEN_IN连接，另一端分两路，一路与所述总线BUSF1B的管脚9连接，另一路与所述BUSFB1的管脚3连接；所述BUSFB1的管脚5与所述总线BUSF1B的管脚11一同接所述总线BUSF1A的管脚5上，所述BUSFB1的管脚6与所述总线BUSF1B的管脚12一同接所述总线BUSF1A的管脚6上；所述电阻R13的一端与所述控制电路的EXT1管脚连接，另一端与所述总线BUSF1A的管脚5相接，另一端还与所述稳压二极管ZD2连接，所述稳压二极管的输入端接地；所述分离式半导体D1的管脚3接地，管脚1与所述BUSF1A的管脚3连接，管脚2与所述电阻R12的另一端连接；所述分离式半导体D2的管脚3接地，管脚1于所述转换芯片U3的管脚7相接，管脚2与所述转换芯片U3的管脚6相接。

在进一步的实施例中，所述隔离芯片设置有至少4个隔离光耦，所述输出指示电路至少包括两个8通道高端驱动器；其中每两个隔离光耦与一个8通道高端驱动器连接。

在进一步的实施例中，所述8通道高端驱动器外接至少一组高温检测模块。

通过上述技术方案，防止因有电性连接而引起的干扰，特别是整个模块结构的低压控制电路和现场设备高压电路之间。

在进一步的实施例中，所述8通道高端驱动器外接至少一组高温检测模块。

本实用新型的有益效果：通过设置输出指示电路，输出指示电路中包含多个IO单元，有效扩展了上位机的带载能力，使得上位机能承载更多的传感器和被控设备，以达到16个输出通道的目的；此外每个IO单元还设置了隔离芯片，保证模块不受外界设备的干扰，通过设置温度检测单元，在整个结构工作温度异常时发出警报，减少设备的损失。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型控制电路的电路图；

图3是本实用新型的稳压电路的电路图；

图4是本实用新型的调试接口；

图5是地址识别电路和数据采集电路的电路图；

图6是隔离芯片的电路图；

图7是输出通道的电路图；

具体实施方式

基于上述背景内容，本实用新型采用以下方法实现，现场设备的智能远程控制，如附图1所示，整个智能远程IO模块结构包括以下电路部分：控制电路、数据采集电路、地址识别电路、隔离芯片、现场24V输入回路、输出指示电路和接地回路；数据采集电路实质为现场设备的通信标准接口，一端与控制电路连接，另一端通过数据采集电路中转换器的总线与地址识别电路连接；以控制电路、数据采集电路和地址识别电路之间组成的回路以实现现场设备信息的采集和远程智能控制；在接收到数据采集电路所传输的信号后，控制电路的另一输出端，输出信号至隔离芯片，隔离芯片进行信号隔离过滤后，将信号传递给输出指示电路，输出指示电路上设有通道输出端子，输出端子可与现场设备连接，从而完成整个控制流程。现场设有24V输入回路，将现场的电压转换为24V输出给隔离芯片和输出指示电路；设有稳压电路为各个电路提供稳定的电压。

此外，为保证控制电路的正常运行，控制电路上设有晶振电路和复位电路；另设有可用于外接的调试接口，用于IO模块结构的故障检测和调试；模块结构还设有接地回路，利用共地线方式将线路多余回馈电流与干扰导入接地，以免造成线路与信号的错乱。对于每个电路的详细叙述，下文中将以实施例的方式进行说明，在本实用新型中所述控制电路是单片机MCU，所述数据采集电路是RS485电路。

实施例1

附图2所示为控制电路以及设置在MCU上的晶振电路和复位电路，其中，MCU管脚BOOT0通过电阻R4连接到大地，以此设置程序的启动方式，R4的电阻值为10K欧，防止MCU被烧毁。

晶振电路包括：电容C1、电容C2、晶振Y1以及电阻R1；其连接方式如附图2中，值得注意的是为匹配电路的阻抗在这里额外的设置了电阻R1。

复位电路包括：电阻R2、电阻R3、电容C7、电容C8和复位芯片U2；具体的连接方式如附图2；其功能原理为：设置了电容C7用于电源滤波，电阻R3防止MCU看门狗复位引脚变输出时与复位芯片U2的2脚输出对冲，电阻R2和电阻C8用于复位,此外在此实施例中复位芯片U2的信号为：MAX809S。

MCU包括：单片机U1、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6；其连接方式如附图2，其中电容C3、电容C4、电容C5、电容C6均为退耦电容，防止电路通过电源形成的正反馈通路而引起的寄生振荡，在此实施例中单片机U1的型号是：STM32F030。

稳压电路包括：电容C30、电容C31、电容C32、电容C33和稳压芯片U6，其具体的连接关系如附图3所示，其中电容C30和电容C32过滤输入电压5V的滤波，电容C31和电容C33输出3.3V电压，整个电路输入5V的电压，通过电容和稳压芯片LDO的过滤，输出为3.3V，在此实施例中，所示稳压芯片LDO的型号是：SPX1117M3-L-3-3。

调试接口包括：插针连接器SWDBG1、电阻R5、电阻R6、电阻R7，电路内部的连接方式如图4所示，电阻R5和电阻R6为上拉，保证电路能够稳定的提供高电平信号，电阻R7用于复位；SWDBG1的脚6和管8脚为外部串口调试接口，管脚2和管脚3 为MCU SWD程序调试接口。

实施例2

如附图5所示，所述数据采集电路包括：转换芯片U3、电阻R8、电阻R9、电感L1、电容C9、电容C10和电容C11，其对应的连接关系如下：所述转换芯片U3的管脚1与所述控制电路的RX1管脚相连，管脚4与所述述控制电路的TX1管脚相接,管脚3与所述控制电路的BUS_CTR管脚相连，管脚2并接在管脚3上，管脚5接地，管脚8与所述电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端连接3.3V电压，所述转换芯片U3的管脚6和管脚7均与所述地址识别电路连接；所述电容C9的一端连接在所述转换芯片U3的管脚5上，另一端连接在所述转换芯片U3的管脚8上，所述电容C10和所述电容C11均并接在所述电容C9的两端。在此电路中电阻R8为高电平，电阻R9为低电平，防止转换芯片受损；电容C9、电容C10和电容C11为退藕电阻，电感L1用于隔离外界的干扰，在此实施例中转换芯片的型号是：MAX14783EASE+。

地址识别电路包括：所述地址识别电路包括：电阻R11、电阻R12和电阻R13、稳压二极管ZD1和稳压二极管ZD2、分离式半导体D1和分离式半导体D2、总线BUSF1A、总线BUSF1B和总线BUSFB1，其中，所述总线BUSF1A的管脚1连接5V电压，所述稳压二极管ZD1的输出端连接在所述总线BUSF1A的管脚1上，所述二极管ZD1的输入端接地；所述总线BUSF1A的管脚2接地，所述总线BUSF1A的管脚3与电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与控制电路的管脚TOKEN_OUT连接，所述总线BUSF1A的管脚3还直接与所述控制电路的TP3管脚连接，所述总线BUSF1A的管脚4与所述总线BUSF1B的管脚10连接，还与所述总线BUSFB1的管脚3连接，所述总线BUSF1A的管脚4直接与所述控制电路的管脚TP4相连；所述总线BUSF1A的管脚5直接与所述转换芯片U3的管脚6相接，所述总线BUSF1A的管脚6直接与所述转换芯片U3的管脚7相接，所述电阻R10的一端与所述总线BUSF1A的管脚3连接，另一端连接所述总线BUSF1A的管脚2；所述BUSFB1的管脚1与所述总线BUSF1B的管脚7一同接在5V电压上，所述BUSFB1的管脚2与所述总线BUSF1B的管脚8一同接地，所述BUSFB1的管脚3与所述总线BUSF1B的管脚9一同接在控制电路的管脚TP5上，所述电阻R12一端与所述控制电路的管脚TIKEN_IN连接，另一端分两路，一路与所述总线BUSF1B的管脚9连接，另一路与所述BUSFB1的管脚3连接；所述BUSFB1的管脚5与所述总线BUSF1B的管脚11一同接所述总线BUSF1A的管脚5上，所述BUSFB1的管脚6与所述总线BUSF1B的管脚12一同接所述总线BUSF1A的管脚6上；所述电阻R13的一端与所述控制电路的EXT1管脚连接，另一端与所述总线BUSF1A的管脚5相接，另一端还与所述稳压二极管ZD2连接，所述稳压二极管的输入端接地；所述分离式半导体D1的管脚3接地，管脚1与所述BUSF1A的管脚3连接，管脚2与所述电阻R12的另一端连接；所述分离式半导体D2的管脚3接地，管脚1于所述转换芯片U3的管脚7相接，管脚2与所述转换芯片U3的管脚6相接。

此外，另设有24V输入回路为地址识别电路和数据采集电路提供24V电压。

实施例3

需要进行说明的是，输出指示电路包括输出电路和指示电路；如附图6所示，隔离芯片和输出电路之间的连接关系如图所示，主要包括：4个TCMT4100光耦16路输出信号，两个8通道高端驱动器VN808和两个高温检测信号，输出驱动，电容C38、电容C39、电容C40和电容C41退耦电容。MCU上DO1-DO16是16通道输出端口，MCU上每4个输出端口接在1个TCMT4100光耦上，每个光耦接VN808上4个输出信号端 ，因此MCU上DO1-DO16与两个VN80816路输出信号端一一对应。每个VN808又接有一个高温检测信号。

所述指示电路如附图7所示，指示电路上的16个通道输出OUTPUT1- OUTPUT16与上述两个VN808上16个输出端相连接，其中单通道最大输出电流0.5A；所述指示电路上每条通道设有KDZTR36B二极管吸收各通道干扰，各1000pF/2kV高压电容滤波，各10电阻提供一个轻的负载，最终连接到输出端子J4。

结合上述所以实施例和附图对本实用新型的工作原理进行说明：通过数据采集电路对现场设备的数据进行收集，收集到的数据传输至MCU，远程主控制端通过地址识别电路，对MCU收集到的数据进行下发指令，MCU通过连接隔离芯片过滤外界设备和通道之间的干扰，将控制指令传递给输出指示电路，经过输出和指示电路的再次防干扰和过滤，信号可以由16通道输出至输出端子，连接对应输出端子的现场设备，对下发的控制指令进行反应，从而达到远程设备的智能控制。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能远程IO模块结构，其特征在于，包括：

控制电路；

数据采集电路，电连接于所述控制电路；

地址识别电路，电连接于所述控制电路；所述数据采集电路的输出端同时连接于所述地址识别电路的输入端；

隔离芯片，电连接于所述控制电路的输出端；

输出指示电路，电连接于所述隔离芯片的输出端，所述输出指示电路包含多个输出通道，能够适配多种采集接口。

2.根据权利要求1所述的一种智能远程IO模块结构，其特征在于，还包括：

稳压电路，电性连接于所述控制电路的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种智能远程IO模块结构，其特征在于，所述输出指示电路存在至少16个输出通道，且每个通道最大输出电流为0.5A。

4.根据权利要求1所述的一种智能远程IO模块结构，其特征在于，还包括：晶振电路和复位电路；同时电性连接于所述控制电路的输入端。

5.根据权利要求1所述的一种智能远程IO模块结构，其特征在于，所述数据采集电路包括：转换芯片U3、电阻R8、电阻R9、电感L1、电容C9、电容C10和电容C11。

6.根据权利要求1所述的一种智能远程IO模块结构，其特征在于，所述地址识别电路包括：电阻R11、电阻R12和电阻R13、稳压二极管ZD1和稳压二极管ZD2、分离式半导体D1和分离式半导体D2、总线BUSF1A、总线BUSF1B和总线BUSFB1。

7.根据权利要求1所述的一种智能远程IO模块结构，其特征在于，所述隔离芯片设置有至少4个隔离光耦，所述输出指示电路至少包括两个8通道高端驱动器；其中每两个隔离光耦与一个8通道高端驱动器连接。

8.根据权利要求7所述的一种智能远程IO模块结构，其特征在于，所述8通道高端驱动器外接至少一组高温检测模块。

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