CN220820480U - 一种工业控制板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业控制板，解决现有工业控制板功能接口不足，布局不合理的问题，包括CPU芯片，CPU芯片连接有工业通信接口组件，分别连接扩展传输接口组件、网络视频传输接口组件以及供电存储接口组件。本实用新型解决现有技术中工业控制板功能接口不足，布局不合理的问题，功能接口多，布局紧密有效。

Description

一种工业控制板

技术领域

本实用新型涉及自动化工业控制板技术领域，具体涉及一种新型布局的工业控制板。

背景技术

工业控制板是应用于工业场合的主板，应用在工业电脑中，能够根据需求适应多种温湿环境，长期高负荷工作，随着工业自动化技术的发展，对于工控系统的数据传输能力和数据处理能力需求更高，目前的工控板仅能提供少量的功能接口，无法满足工业控制对不同接口及工业协议的需求。

公开(公告)号：CN213276319U，公开(公告)日：2021-05-25涉及一种基于FPGA的工控板，包括板体、安装于板体的FPGA芯片、连接于FPGA芯片的第一光电耦合器、及连接于FPGA的第一连接芯片；所述FPGA芯片连接有第二连接芯片、第三连接芯片、第二光电耦合器及第三光电耦合器，所述第二光电耦合器连接有第一三极管，所述第三光电耦合器连接有第二三极管。但单其所使用的主控芯片为FPGA现场可编程逻辑阵列，对主控芯片为处理器的主控板走线以及布局并没有涉及。

发明内容

本实用新型是为了解决现有工业控制板功能接口不足，布局不合理的问题，提出一种兼顾布局合理性与工业总线接口多样性的新型布局的工业控制板。

为了实现上述目的，本实用新型提供的方案为：一种工业控制板，包括CPU芯片，CPU芯片连接有工业通信接口组件，CPU芯片分别连接扩展传输接口组件、网络传输接口组件、视频传输接口组件以及串口调试接口组件。通过CPU芯片的核心控制，工业通信接口组件能实现机-机之间串行通信与传输，网络传输接口组件能够实现联网，视频传输接口组件能够在安装显示屏后方便操作人员对工作情况进行实时监测，串口调试接口组件能够实现与上位机等连接，方便掌握系统当前工作情况。通过各组件与CPU芯片间的协同作用，能在最大程度上满足工业生产过程中所需的各种作业需求，在主控板上的合理布局也在最大程度上优化了主控板面积与生产难度，达到最优效果。

优选的，工业通信接口组件分别与GPIO接口和电源接口连接，工业通信接口组件包括工业总线接口和调试与串口接口，使用时，工业总线接口作为主要接口，工业通信接口组件通过GPIO接口与外界进行传输，调试与串口接口将外界指令信息进行解读调试输入到CPU芯片中，从而实现人工按键等机器指令的输入与CPU芯片对指令的正反馈。

优选的，扩展传输接口组件通过USB HUB与CPU芯片连接，扩展传输接口组件包括第一USB接口和USB HOST接口；USB HOST接口可外接USB设备，扩展系统的功能；通过扩展接口组件可实现工业控制板与外界的串行扩展和物理传输，外部电子设备可通过与扩展接口组件建立联系达到物理传输的目的，将必要信息无损快速传输给工作单元，更新数据，使其尽快进行投产。

优选的，网络传输接口组件包括以太网接口和4G/PCIE接口，可实现联网传输功能，4G/PCIE接口可外接4G模组，通过SIM卡接口插入SIM卡后，可以使用4G网络与云端数据进行通信。

优选的，视频传输接口组件包括HDMI接口和LVDS接口，将采集数据和工作情况实时的显示，方便操作人员进行检测，也可配合图像处理检测等功能对工作场景进行在线处理，方便排除可能存在的故障和显示当前工作数据。

优选的，串口调试接口组件包括DBG接口和复位接口，系统调试时，DBG接口通过USB转TTL模块与电脑或其他上位机连接，将系统相关信息通过上位机串口助手软件打印出来，方便掌握系统工作状态；当系统出现故障时，通过复位接口控制系统复位，恢复系统功能。

优选的，工业通信接口组件与同CPU芯片连接的第一音频接口和SPI接口构成第一扩展接口，第一扩展接口可实现SPI信号传输、音频传输和作为工业接口RS232接口等功能，工业通信接口组件与同CPU芯片连接的I2C接口和第二USB接口构成第二扩展接口，第二扩展接口可实现I2C通信和作为USB接口、工业接口RS485、工业接口CAN等功能。

优选的，第二USB接口与USB HUB连接，第一USB接口、第二USB接口、USB HOST接口均为USB HUB的扩展接口。

优选的，CPU芯片控制WIFI模块，CPU芯片连接有背光接口和SIM卡接口，通过接入背光接口可控制液晶背光亮度，实现不同时间显示屏光亮的人工或智能调控。

优选的，CPU芯片通过电源转换模块与电源接口连接，通过电源接口接入直流电，电源转换模块将12V或24V直流电转换成工业控制板的安全工作电压，CPU芯片连接有USBOTG接口和SATA接口，USB OTG接口，用于升级系统固件，提高系统运行效率，SATA接口可安装扩展存储硬盘，进行数据的存储，方便后续工作过程中对工作数据进行汇总统计。

优选的，CPU芯片连接有第二音频接口和LED灯，第二音频接口可与电脑进行连接实现音频传输功能，LED灯作工业控制板工作的指示作用，当控制板正常运行，绿色LED灯常亮，红色LED灯为心跳灯；若发生故障，红色LED灯常亮。

本实用新型的有益效果是：

(1)工业总线接口多样，适用于各类工业人机界面、IOT网关、便携医疗设备、智能控制系统等应用场景。

(2)布局合理，使用时布线和连接方便，节省空间。

附图说明

图1是本实用新型的连接框图。

图2是本实用新型的工业总线接口电路图。

图3是本实用新型的以太网接口电路图。

图4是本实用新型的4G/PCIE接口电路图。

图5是本实用新型的HDMI接口电路图。

图6是本实用新型的LVDS接口电路图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于如下所述实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本实施例提供一种技术方案：一种工业控制板，包括CPU芯片，CPU芯片安装在主板上，CPU芯片为ARM系列处理器，顶部装有散热器。

如图1所示，CPU芯片连接有工业通信接口组件，CPU芯片分别连接扩展传输接口组件、网络传输接口组件、视频传输接口组件以及串口调试接口组件。

工业通信接口组件分别与GPIO接口和电源接口连接，工业通信接口组件包括如图2所示工业总线接口和调试与串口接口，电源接口为3.3V/5V直流电源输出。

扩展传输接口组件通过USB HUB与CPU芯片连接，扩展传输接口组件包括第一USB接口和USB HOST接口，第一USB接口引脚包括5V、D4-、D4+、GND。

网络传输接口组件包括如图3所示以太网接口和如图4所示4G/PCIE接口。

视频传输接口组件包括如图5所示HDMI接口和如图6所示LVDS接口，LVDS接口引脚包括VCC、VCC、GND、VCC、GND、GND、0_T0P 0_T0N、0_T1P、0_T1N、0_T2P、0_T2N、GND、GND、0_CKP、0_CKN、0_T3P、0_T3N、1_T0P、1_T0N、1_T1P、1_T1N、1_T2P、1_T2N、GND、GND、1_CKP、1_CKN、1_T3P、1_T3N三十个。

串口调试接口组件包括DBG接口和复位接口，DBG接口引脚包括RX、TX、GND三个，复位接口引脚包括PWKEY、GND、GND、RESET四个。

工业通信接口组件与同CPU芯片连接的第一音频接口、SPI接口和工业接口RS232接口构成第一扩展接口，工业通信接口组件与同CPU芯片连接的I2C接口、第二USB接口、工业接口RS485和工业接口CAN接口构成第二扩展接口。

第二USB接口与USB HUB连接。

CPU芯片控制WIFI模块，CPU芯片连接有背光接口和SIM卡接口,背光接口引脚包括DCIN、DCIN、EN、PWM、GND、GND六个。

CPU芯片通过电源转换模块与电源接口连接，CPU芯片连接有USB OTG接口和SATA接口。

CPU芯片通过第一扩展接口和第二扩展接口连接扩展板，其中：

第一扩展接口引脚包括：

电源引脚：1号、2号(5V)、3号、4号、7号、14号、25号、26号、33号、34号、39号、40号(GND)；

音频输入输出引脚：5号(LINEOUT_R)、6号(LINEOUT_L)、8号(MIC_IN)、11号(AUDIOPAEN)、12号(BEEP)；

调试与串口引脚：9号(DBG_RX)、10号(DBG_TX)、35号(UART3_TX)、36号(UART3_TX)；工业接口引脚：15号(232_TX2)、16号(232_RX2)、17号(232_TX3)、18号(232_RX3)；SPI接口引脚：27号(CSPI_CLK)、28号(SPI_MOSI)、29号(SPI_MISO)、30号(SPI_CS0)、31号(SPI_CS1)；

触摸屏接口引脚：21号(TP_RST)、22号(TP_INT)、23号(TP_SDA)、24号(TP_SCL)；电源控制及复位引脚：37号(POWER_BIN)、38号(RESET_IN)；

GPIO引脚：13号、19号、20号。

第二扩展接口引脚包括：

电源引脚：35号、36号(SYS_3.3V)、39号、40号(DCIN)、1号、2号、16号、27号、28号、31号、32号、37号、38号(GND)；

蓝牙接口引脚：23号(BT_WK)、24号(BT_REN)、25号(BT_PWEN)、26号(BT_STA)；工业接口引脚：11号(CAN_TXD)、12号(CAN_RXD)、14号(CAN_SMODE)、19号(485_TXD)、20号(485_RXD)；

USB接口引脚：29号(USB1_D1_N)、30号(USB1_D1_P)、33号(USB1_D2_N)、34号(USB1_D2_P)；

LCD控制引脚：13号(LCD_BLPWM)、15号(LCD_BLEN)；

GPIO引脚：3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号、10号、17号、18号、21号、22号。

以上通过四种接口组件的分割，将不同类别的接口分配在主板不同位置，实际操作时接入方案更加清晰。

产线生产时，将CPU芯片放置在电路板的中部；将第一扩展接口和第二扩展接口设置在电路板一侧，第一扩展接口和第二扩展接口之间焊接有复位接口，DBG接口焊接在第一扩展接口另一侧；电路板第二扩展接口对侧焊接以太网接口，电路板第一扩展接口对侧焊接有HDMI接口，以太网接口与HDMI接口之间依次为SIM卡接口、USB HOST接口、USB OTG接口，HDMI接口另一侧设置有音频接口，以太网接口另一侧设置有电源接口；电路板上与第二扩展接口和电源接口相邻的边依次焊接有SD卡接口、第一USB接口、背光接口，电路板上与DBG接口和音频接口相邻的边依次焊接有LVDS接口和SATA接口。

以上展示和描述了本实用新型的基本特征、原理和本实用新型的优点。应当指出，本实用新型不受上述实施例的限制，仅为部分实施例，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，做出的若干改进和补充均视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1. 一种工业控制板，其特征在于，包括CPU芯片，所述CPU芯片连接有工业通信接口组件，CPU芯片分别连接扩展传输接口组件、网络传输接口组件、视频传输接口组件以及串口调试接口组件，所述工业通信接口组件分别与GPIO接口和电源接口连接，工业通信接口组件包括工业总线接口和调试与串口接口，所述扩展传输接口组件通过USB HUB与CPU芯片连接，扩展传输接口组件包括第一USB接口和USB HOST接口。

2.根据权利要求1所述的一种工业控制板，其特征在于，所述网络传输接口组件包括以太网接口和4G/PCIE接口。

3.根据权利要求1所述的一种工业控制板，其特征在于，所述视频传输接口组件包括HDMI接口和LVDS接口。

4.根据权利要求1所述的一种工业控制板，其特征在于，所述串口调试接口组件包括DBG接口和复位接口。

5. 根据权利要求1所述的一种工业控制板，其特征在于，所述工业通信接口组件与同CPU芯片连接的第一音频接口和SPI接口构成第一扩展接口，所述工业通信接口组件与同CPU芯片连接的I2C接口和第二USB接口构成第二扩展接口，所述第二USB接口与USB HUB连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种工业控制板，其特征在于，所述CPU芯片控制WIFI模块，CPU芯片连接有背光接口和SIM卡接口。

7. 根据权利要求1-5任一项所述的一种工业控制板，其特征在于，所述CPU芯片通过电源转换模块与电源接口连接，CPU芯片连接有USB OTG接口和SATA接口。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种工业控制板，其特征在于，所述CPU芯片连接有第二音频接口和LED灯。