CN221303842U - 一种基于stm32微处理器的可编程逻辑控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于可编程逻辑控制器PLC领域，具体涉及一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器。一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器，包括STM32F微处理器、DS1302时钟电路、适配2片光耦HCPL2631隔离组成4路输入电路、4路AD转换输入电路、适配锁存器74HC5738加PC317隔离组成的8路输出电路、2片MAX232组成的4路近程通讯接口、2片MAX485组成的2路远程通讯接口、19264液晶显示芯片和继电器外控驱动电路；本实用新型的有益之处是制作简单、技术通用、没有技术后门，维修方便，外设丰富和低功耗，所有外设都通过光耦隔离，保护主芯片安全；能满足工业、矿业隧道、医疗和消费类市场的各种应用需求。
Description
技术领域
本实用新型属于可编程逻辑控制器PLC领域，具体涉及一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器。
背景技术
可编程逻辑控制器PLC在工业方面应用广泛，但是商品化的可编程逻辑控制器PLC基本控制在少数几个国外公司手中，价格昂贵不说还存有高端禁售、技术后门和互不兼容，因此很有必要自主开发可编程逻辑控制器。STM32 F1系列基础型MCU是意法半导体公司的代表作。STM32 F系列基础型MCU能满足了工业、医疗和消费类市场的各种应用需求。STM32F系列利用出色的外设和低功耗、低压操作实现了高性能，同时还以可接受的价格、利用简单的架构和简便易用的工具实现了高集成度。本实用新型以STM32微处理器为核心元件，适配时钟芯片提供时间，适配光耦HCPL2631隔离组成4路输入电路、加4路AD转换电路组成模数转换输入电路、适配锁存器74HC573加光耦PC317隔离组成8路输出电路、加2片MAX232组成4路近程通讯接口、加2片MAX485组成2路远程通讯接口、加19264液晶显示故障状态、加继电器外控驱动强电电路，组成功能强大的可编程逻辑控制器。具体应用方面，该可编程逻辑控制器与变频器、传感器、物联网组成矿用隧道风机监控系统，具有环境检测、气体浓度报警、智能变频运行和远程控制等功能的特点，实现了智能化、信息化、自动化和节能降耗，同时有效保障了煤矿工人的人身安全。
发明内容
针对商业化的可编程逻辑控制器PLC控制在少数几个国外公司手中，价格昂贵不说，还有高端禁售技术后门互不兼容等缺点，推出基于STM32微处理器可编程逻辑控制器。
一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器，包括STM32 F微处理器、DS1302时钟电路、适配2片光耦HCPL2631隔离组成4路输入电路、4路AD转换输入电路、适配锁存器74HC5738加PC317隔离组成的8路输出电路、2片MAX232组成的4路近程通讯接口、2片MAX485组成的2路远程通讯接口、19264液晶显示芯片和继电器外控驱动电路；其中，STM32 F微处理器是核心，DS1302时钟电路的时钟信号端8号引脚电路连接STM32 F微处理器的6号引脚,给STM32 F微处理器送入时钟信号；
4路输入电路的输入端：STM32 F微处理器的38、39引脚通过电阻分别电路连接光耦HCPL2631的6、7引脚，光耦HCPL2631的6、7引脚通过电阻连接3.3伏正极，光耦HCPL2631的6、7引脚通过电容连接3.3伏电源地，光耦HCPL2631的8引脚连接3.3伏正极，光耦HCPL2631的5引脚接3.3伏电源地；STM32 F微处理器的40、41引脚通过电阻分别电路连接另一片光耦HCPL2631的6、7引脚，另一片光耦HCPL2631的6、7引脚通过电阻连接3.3伏正极，另一片光耦HCPL2631的6、7引脚通过电容连接3.3伏电源地，另一片HCPL2631的8引脚连接3.3伏正极，另一片HCPL2631的5引脚接3.3伏电源地；4路输入电路的输出端：光耦HCPL2631的3、2引脚电路通过电阻连接输入插座接口，HCPL2631的4、1引脚电路通过电阻连接24伏电源正极，HCPL2631的发光二极管两端并联反向二极管、电容和电阻；同样另一片光耦HCPL2631的4、1引脚电路通过电阻连接24伏电源正极，HCPL2631的发光二极管两端并联反向二极管、电容和电阻；
4路AD转换输入电路：4路AD转换输入电路是4路取样电路；电阻R1R2串联电路组成取样电路，R2的两端并联电容C，电容C用于滤除杂乱信号；取样电路中电阻阻值满足24*R1/(R1+R2)小于3.3；取样电路中R1分别是R30、R31、R32、R33，四个电阻阻值相同；取样电路中R2分别是R34、R35、R36、R37，这四个电阻阻值相同；STM32 F微处理器的15号、16号、17号、18号引脚分别电路连接4路取样电路R1R2串联电路的中间端，R1的另一端连接模拟信号输入端插座，R2另一端连接电源地；
8路输出电路：STM32 F微处理器的29号、30号、31号、32号、33号、34号、35号、36号引脚顺序电路连接8路锁存器74HC573输入端的2、3、4、5、6、7、8引脚，8路74HC573输出端12、13、14、15、16、17、18、19引脚串联电阻后顺序电路连接8个光耦PC317的1引脚，8个PC317的2引脚串联发光二极管后接电源地，8个PC317的4引脚电路连接续流三极管的集电极、二极管的负极和输出插座接口，8个PC317的3引脚电路连接续流三极管的基极和下偏置电阻一端，续流三极管的发射极电路连接下偏置电阻另一端、二极管的正极和电源地；
19264液晶显示芯片：STM32 F微处理器的89号、90号、91号、92号、93号引脚顺序电路连接19264液晶显示器的YJ0、YJ1、YJ2、YJ3、YJ4、YJ5引脚，19264液晶显示器的VCC引脚连接5伏电源正极，19264液晶显示器的VSS引脚连接电源地；
继电器驱动电路：光耦3521的1、2引脚之间是发光管，光耦3521的4、3引脚之间是光电管；STM32 F微处理器的65引脚电路连接光耦3521的2引脚，光耦3521的1引脚通过电阻连接3.3伏电源正极，光耦3521的3引脚连接电源地，光耦3521的4引脚连接发光二极管负极、保护二极管负极和继电器线圈，发光二极管正极通过电阻连接电源正极，保护二极管正极和继电器线圈另一端连接电源正极，继电器的常开、常闭和公共端分别连接继电器接口插座；
通讯电路：STM32 F微处理器的69号、26号、68号、25号引脚顺序电路连接RS-232芯片的RX1、RX2、TX1、TX2引脚，RS-232芯片的R1、R2、T1、T2引脚电路连接通讯接口插座；STM32F微处理器的48号、79号、80号、78号引脚顺序电路连接另一RS-232芯片的RX3、RX4、TX3、TX4引脚，另一RS-232芯片的R3、R4、T3、T4引脚电路连接另一通讯接口插座；
远程通讯电路：STM32 F微处理器的79号、78号、81号引脚分别电路连接RS485的RX4、TX4、485引脚，RS485的A4、B4引脚电路连接远程通讯接口插座；STM32 F微处理器的83号、80号、82号引脚分别电路连接另一RS485的RX4、TX4、485引脚，另一RS485的A5、B5引脚电路连接另一远程通讯接口。
一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的工作说明：可编程逻辑控制器的电源分为24伏电源、5伏电源(vcc)和3.3伏电源。时钟电路：DS1302时钟电路是自带后备电池的时钟电路。DS1302时钟电路给STM32 F微处理器的时钟信号，在液晶显示器上时间：年月日小时分秒。为了精简控制器，只用4路数字输入电路和4路AD转换电路：STM32 F微处理器经过光耦电路连接外部信号输入，光耦起到信号隔离作用，保护了STM32 F微处理器安全。八路输出电路：STM32 F微处理器经过74HC573锁存后电路连接光耦，74HC573电路维持STM32F微处理器数据不变，光耦再电路连接输出端，可以防止输出端杂信号破坏STM32 F微处理器的正常工作。模数转换电路：R1R2串联降压电路的R1端连接模拟信号输入端、R2连接接地端，R2两端还并联电容C，电容C可以滤除模拟信号的杂波；工业控制电压是24伏，R1/R1+R2比值小于79.2，保证模拟信号不大于3.3伏，使STM32 F微处理器可以正常模数转换；近程通讯电路：STM32 F微处理器使用两片RS-232芯片，可以实现四路外部近程通讯；如STM32F微处理器使用RS-232芯片连接4G5G网络，实现数据外传。远程通讯电路：STM32 F微处理器使用两片RS-485芯片，可以实现四路外部远程通讯。
本实用新型的有益之处是制作简单、开发简单、技术通用、没有技术后门，高性能使用广泛、维修方便，外设丰富和低功耗，所有外设都通过光耦隔离，保护主芯片安全，实现了高集成度；能满足工业、矿业隧道、医疗和消费类市场的各种应用需求。STM32 F微处理器已经实现国产量产，价格便宜、满足供应、不会断供。
附图说明
图1是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的模块图。
图2是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的STM32微处理器图。
图3是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的4路输入电路图。
图4是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的输出电路图。
图5是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的74HC573电路图。
图6是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的RS-232通讯电路图。
图7是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的RS-485通讯电路图。
图8是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的4路AD转换电路图。
图9是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的时钟电路图
图10是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的继电器驱动电路图。
图11是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的液晶屏驱动电路图。
图12是一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器的应用举例。
具体实施方式
实施例以某公司生产的HX2022-6矿用主隧道通风机在线监测与通信系统为例，结合说明书附图图1到11说明如下：如图1所示，一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器，包括STM32 F微处理器、DS1302时钟电路、适配2片光耦HCPL2631隔离组成4路输入电路、4路AD转换输入电路、适配锁存器74HC5738加PC317隔离组成的8路输出电路、2片MAX232组成的4路近程通讯接口、2片MAX485组成的2路远程通讯接口、19264液晶显示芯片和继电器外控驱动电路；如图2所示，STM32 F微处理器是核心电路；如图3所示，DS1302时钟电路的时钟信号端8号引脚电路连接STM32 F微处理器的6号引脚,给STM32 F微处理器送入时钟信号；
如图4所示，4路输入电路的输入端：STM32 F微处理器的38、39引脚通过电阻分别电路连接光耦HCPL2631的6、7引脚，光耦HCPL2631的6、7引脚通过电阻连接3.3伏正极，光耦HCPL2631的6、7引脚通过电容连接3.3伏电源地，光耦HCPL2631的8引脚连接3.3伏正极，光耦HCPL2631的5引脚接3.3伏电源地；STM32 F微处理器的40、41引脚通过电阻分别电路连接另一片光耦HCPL2631的6、7引脚，另一片光耦HCPL2631的6、7引脚通过电阻连接3.3伏正极，另一片光耦HCPL2631的6、7引脚通过电容连接3.3伏电源地，另一片HCPL2631的8引脚连接3.3伏正极，另一片HCPL2631的5引脚接3.3伏电源地；4路输入电路的输出端：光耦HCPL2631的3、2引脚电路通过电阻连接输入插座接口，HCPL2631的4、1引脚电路通过电阻连接24伏电源正极，HCPL2631的发光二极管两端并联反向二极管、电容和电阻；同样另一片光耦HCPL2631的4、1引脚电路通过电阻连接24伏电源正极，HCPL2631的发光二极管两端并联反向二极管、电容和电阻；
如图5所示，4路AD转换输入电路：4路AD转换输入电路是4路取样电路；电阻R1R2串联电路组成取样电路，R2的两端并联电容C，电容C用于滤除杂乱信号；取样电路中电阻阻值满足24*R1/(R1+R2)小于3.3；取样电路中R1分别是R30、R31、R32、R33，四个电阻阻值相同；取样电路中R2分别是R34、R35、R36、R37，这四个电阻阻值相同；STM32 F微处理器的15号、16号、17号、18号引脚分别电路连接4路取样电路R1R2串联电路的中间端，R1的另一端连接模拟信号输入端插座，R2另一端连接电源地；
如图11所示，8路输出电路：STM32 F微处理器的29号、30号、31号、32号、33号、34号、35号、36号引脚顺序电路连接8路锁存器74HC573输入端的2、3、4、5、6、7、8引脚；如图6所示，8路74HC573输出端12、13、14、15、16、17、18、19引脚串联电阻后顺序电路连接8个光耦PC317的1引脚，8个PC317的2引脚串联发光二极管后接电源地，8个PC317的4引脚电路连接续流三极管的集电极、二极管的负极和输出插座接口，8个PC317的3引脚电路连接续流三极管的基极和下偏置电阻一端，续流三极管的发射极电路连接下偏置电阻另一端、二极管的正极和电源地；
如图7所示，19264液晶显示芯片：STM32 F微处理器的89号、90号、91号、92号、93号引脚顺序电路连接19264液晶显示器的YJ0、YJ1、YJ2、YJ3、YJ4、YJ5引脚，19264液晶显示器的VCC引脚连接5伏电源正极，19264液晶显示器的VSS引脚连接电源地；
如图8所示，继电器驱动电路：光耦3521的1、2引脚之间是发光管，光耦3521的4、3引脚之间是光电管；STM32 F微处理器的65引脚电路连接光耦3521的2引脚，光耦3521的1引脚通过电阻连接3.3伏电源正极，光耦3521的3引脚连接电源地，光耦3521的4引脚连接发光二极管负极、保护二极管负极和继电器线圈，发光二极管正极通过电阻连接电源正极，保护二极管正极和继电器线圈另一端连接电源正极，继电器的常开、常闭和公共端分别连接继电器接口插座；
如图9所示，通讯电路：STM32 F微处理器的69号、26号、68号、25号引脚顺序电路连接RS-232芯片的RX1、RX2、TX1、TX2引脚，RS-232芯片的R1、R2、T1、T2引脚电路连接通讯接口插座；STM32 F微处理器的48号、79号、80号、78号引脚顺序电路连接另一RS-232芯片的RX3、RX4、TX3、TX4引脚，另一RS-232芯片的R3、R4、T3、T4引脚电路连接另一通讯接口插座；
如图10所示，远程通讯电路：STM32 F微处理器的79号、78号、81号引脚分别电路连接RS485的RX4、TX4、485引脚，RS485的A4、B4引脚电路连接远程通讯接口插座；STM32 F微处理器的83号、80号、82号引脚分别电路连接另一RS485的RX4、TX4、485引脚，另一RS485的A5、B5引脚电路连接另一远程通讯接口。
实施例再结合说明书附图图12说明如下：本实用新型的可编程逻辑控制器，与变送器、变频器、物联网组成矿用隧道风机监控系统。该系统具有环境检测、气体浓度报警、智能变频运行和远程控制等功能的特点。系统中，STM32 F微处理器通过RS-232芯片，连接4G/5G网络；STM32 F微处理器通过RS-232芯片，使用MODBUS协议连接显示器、触摸屏。STM32 F微处理器使用RS-485芯片，使用MODBUS协议读取风机的转速、风速、风流量、轴振动和电能数据，接受变频器数据；4路输入分别是风机合闸、分匝、开阀和关阀；三路模数转换分别接受风机前轴/后轴/定子的温度参数；8路输出分别印证风机的风机合闸、分匝、开阀和关阀。矿用主隧道通风机在线监测与通信系统”问世，此系统增加了多种采集模块和智能变送器，主要检测以下参数：风机的启动和停止、二级主轴温度、电压电流、轴振动、风速和风流量等。矿用隧道风机监控系统故障诊断的智能化.矿用隧道风机监控系统控制的智能化。利用变频技术控制矿用隧道通风机，实现资源节约。与4G物联网技术相结合，实现远程监控。
为了实现矿用隧道风机监控系统故障诊断的智能化，研究使用固定传感器和移动传感器对风机数据和环境气体数据进行采集，在各种模块的通讯中使用了MODBUS协议。为了实现矿用隧道风机监控系统的节能运行，研究将变频调速技术应用到风机的转速控制中，系统可以根据有害气体浓度自动调节风机转速，浓度高则高速，反之则低速，不同风速之间矿业平滑无级变速，实现节能降耗。为了保障监测结果的准确性和控制的准确度，对变送器、变频器、矿用隧道风机进行了选型。为了实现矿用隧道风机监控系统故障诊断的智能化，研究使用固定传感器和移动传感器对风机数据和环境气体数据进行采集，在各种模块的通讯中使用了MODBUS协议。为了实现矿用隧道风机监控系统的节能运行，研究将变频调速技术应用到风机的转速控制
中，系统可以根据风机数据和气体浓度调节风机转速，实现不同风速之间的平滑无级变速。为了保障监测结果的准确性和控制的准确度，对变送器、变频器、矿用隧道风机进行了选型。可以实时监测电机(前、后)轴承温度，并在超限时报警；监测电机定子绕组温度，并在超限时报警；实时监测通风机性能参数：静压、全压、风速、风流量、风机效率；实时监测风机电机的电气参数：电流、电压、功率、功率因数；实时监测通风机的振动，并在超限时报警；对主扇通风机实施就地控制、远程控制；实时监测并控制主扇通风机的启/停(现场、远控)；实时监测并控制主扇通风机的抽风/反风(现场、远控)；实时监测并控制风门或蝶阀的开启与关闭(现场、远控)；实时监测并控制风机的电控设备；实时监测并控制变频装置，以达到调节风量的目的；实现一键启动、一键切换、一键反风、不停风倒机功能。数据实时显示、存储、查询。(数据存储1年以上)。自动生成各种曲线(工况、功率、风量、效率等)。自动生成各种报表、可存储、查询、打印。可接入云端，实现无人值守功能。为了实现人机互动，在PLC控制柜上组态软件界面，并将控制柜通过4G技术与云端相连，可以在手机端APP中进行操作，实现随时随地查看并控制风机运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于STM32微处理器的可编程逻辑控制器，其特征是，该可编程逻辑控制器包括STM32 F微处理器、DS1302时钟电路、适配2片光耦HCPL2631隔离组成4路输入电路、4路AD转换输入电路、适配锁存器74HC5738加PC317隔离组成的8路输出电路、2片MAX232组成的4路近程通讯接口、2片MAX485组成的2路远程通讯接口、19264液晶显示芯片和继电器外控驱动电路；STM32F微处理器是核心电路；DS1302时钟电路的时钟信号端8号引脚电路连STM32F微处理器的6号引脚，给STM32 F微处理器送入时钟信号；4路输入电路的输入端：STM32 F微处理器的38、39引脚通过电阻分别电路连接光耦HCPL2631的6、7引脚，光耦HCPL2631的6、7引脚通过电阻连接3.3伏正极，光耦HCPL2631的6、7引脚通过电容连接3.3伏电源地，光耦HCPL2631的8引脚连接3.3伏正极，光耦HCPL2631的5引脚接3.3伏电源地；STM32 F微处理器的40、41引脚通过电阻分别电路连接另一片光耦HCPL2631的6、7引脚，另一片光耦HCPL2631的6、7引脚通过电阻连接3.3伏正极，另一片光耦HCPL2631的6、7引脚通过电容连接3.3伏电源地，另一片HCPL2631的8引脚连接3.3伏正极，另一片HCPL2631的5引脚接3.3伏电源地；4路输入电路的输出端：光耦HCPL2631的3、2引脚电路通过电阻连接输入插座接口，HCPL2631的4、1引脚电路通过电阻连接24伏电源正极，HCPL2631的发光二极管两端并联反向二极管、电容和电阻；同样另一片光耦HCPL2631的4、1引脚电路通过电阻连接24伏电源正极，HCPL2631的发光二极管两端并联反向二极管、电容和电阻；4路AD转换输入电路：4路AD转换输入电路是4路取样电路；电阻R1R2串联电路组成取样电路，R2的两端并联电容C，电容C用于滤除杂乱信号；取样电路中电阻阻值满足24*R1/(R1+R2)小于3.3；取样电路中R1分别是R30、R31、R32、R33，四个电阻阻值相同；取样电路中R2分别是R34、R35、R36、R37，这四个电阻阻值相同；STM32 F微处理器的15号、16号、17号、18号引脚分别电路连接4路取样电路R1R2串联电路的中间端，R1的另一端连接模拟信号输入端插座，R2另一端连接电源地；8路输出电路：STM32 F微处理器的29号、30号、31号、32号、33号、34号、35号、36号引脚顺序电路连接8路锁存器74HC573输入端的2、3、4、5、6、7、8引脚；8路74HC573输出端12、13、14、15、16、17、18、19引脚串联电阻后顺序电路连接8个光耦PC317的1引脚，8个PC317的2引脚串联发光二极管后接电源地，8个PC317的4引脚电路连接续流三极管的集电极、二极管的负极和输出插座接口，8个PC317的3引脚电路连接续流三极管的基极和下偏置电阻一端，续流三极管的发射极电路连接下偏置电阻另一端、二极管的正极和电源地；19264液晶显示芯片：STM32 F微处理器的89号、90号、91号、92号、93号引脚顺序电路连接19264液晶显示器的YJ0、YJ1、YJ2、YJ3、YJ4、YJ5引脚，19264液晶显示器的VCC引脚连接5伏电源正极，19264液晶显示器的VSS引脚连接电源地；继电器驱动电路：光耦3521的1、2引脚之间是发光管，光耦3521的4、3引脚之间是光电管；STM32 F微处理器的65脚电路连接光耦3521的2引脚，光耦3521的1引脚通过电阻连接3.3伏电源正极，光耦3521的3引脚连接电源地，光耦3521的4引脚连接发光二极管负极、保护二极管负极和继电器线圈，发光二极管正极通过电阻连接电源正极，保护二极管正极和继电器线圈另一端连接电源正极，继电器的常开、常闭和公共端分别连接继电器接口插座；通讯电路：STM32 F微处理器的69号、26号、68号、25号引脚顺序电路连接RS-232芯片的RX1、RX2、TX1、TX2引脚，RS-232芯片的R1、R2、T1、T2引脚电路连接通讯接口插座；STM32F微处理器的48号、79号、80号、78号引脚顺序电路连接另一RS-232芯片的RX3、RX4、TX3、TX4引脚，另一RS-232芯片的R3、R4、T3、T4引脚电路连接另一通讯接口插座；远程通讯电路：STM32 F微处理器的79号、78号、81号引脚分别电路连接RS485的RX4、TX4、485引脚，RS485的A4、B4引脚电路连接远程通讯接口插座；STM32F微处理器的83号、80号、82号引脚分别电路连接另一RS485的RX4、TX4、485引脚，另一RS485的A5、B5引脚电路连接另一远程通讯接口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322822615.XU CN221303842U (zh) | 2023-10-20 | 2023-10-20 | 一种基于stm32微处理器的可编程逻辑控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322822615.XU CN221303842U (zh) | 2023-10-20 | 2023-10-20 | 一种基于stm32微处理器的可编程逻辑控制器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN221303842U true CN221303842U (zh) | 2024-07-09 |
Family
ID=91758576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322822615.XU Active CN221303842U (zh) | 2023-10-20 | 2023-10-20 | 一种基于stm32微处理器的可编程逻辑控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN221303842U (zh) |
-
2023
- 2023-10-20 CN CN202322822615.XU patent/CN221303842U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |