CN2482711Y - 智能仪表集散系统的条件控制器 - Google Patents

Abstract

一种智能仪表集散系统的条件控制器,是以单片机为核心的综合装置,由多个单片机协调工作,将其挂入智能仪表集散系统的通讯总线(RS422,RS485),它以总线监听方式获取所需要的数据,并经智能判断,给出多路控制输出,控制多个调控设备动作,并给出设备状态显示;还可通过红外线键盘输入,人为干预临时改变设备状态;也可从通讯总线上接受指令,实现设备的遥控。

Description

智能仪表集散系统的条件控制器

本实用新型涉及物理领域的信号装置，更详细地是智能仪表集散系统的条件控制器。

现有的条件控制器通常采用单CPU，自带传感器，采集控制参数，多个参数采用多个传感器巡回检测方式，获得数据后经判断给出控制输出。参数阈值多采用键输入，临时干预也通过键设定，多个控制器可以联网，改变状态，及参数阈值，但一旦失电参数会丢失，如要保存前设定数据须增加数据保存设备。

本实用新型的目的在于提供一种智能仪表集散系统的条件控制器，是以单片机为核心的综合装置，由多个单片机协调工作，将其挂入智能仪表集散系统的通讯总线(RS422，RS485)，它以总线监听方式获取所需要的数据(如温度，湿度值)，并经智能判断(可设置多个参数阈值)，给出多路(8路)控制输出，控制多个调控设备(如泵、阀、风机等)动作，并给出设备状态显示；本实用新型条件控制器还可通过红外线键盘输入，人为干预临时改变设备状态；也可从通讯总线上接受指令，实现设备的遥控。

如图1所示，本实用新型的智能仪表集散系统的条件控制器主要由主控制器1、从控制器2、光电隔离装置11、RS-485总线接口12、拨盘输入器7、光电隔离与动作指示器13、控制继电器阵列14、设定及控制指示器6、由编码键盘5，红外发送器4及红外接收器3组成的遥控收发装置、地址开关10、控制状态反馈输入接口8和9、光电隔离15及RS-422/485总线接口16构成的上通讯接口以及电源17构成；主控制器1与从控制器2直接连接，主控制器1通过光电隔离与动作指示器13与从控制器2连接，主控制器1通过地址开关10与从控制器2连接，主控制器1通过控制状态反馈输入接口8和9与从控制器2连接，主控制器1与红外接收器3、设定及控制指示器6、拨盘输入器7、光电隔离装置11连接，从控制器2、光电隔离15、RS-422/485总线接口16依次连接，光电隔离与动作指示器13与控制继电器阵列14连接，以上连接均是信号线连接。

其工作过程原理如下：它是一种双微控制器结构。主控制器1通过RS-485总线接口12及光电隔离装置11监听并读取各测试仪表所测得温、湿、光参数并与由拨盘输入器7输入的参数上下限值进行比较，根据设定的逻辑给出开关信号，通过光电隔离与动作指示器13驱动控制继电器阵列14使相应设备的电源接通或断开，从而实现调控设备的自动控制。从控制器2通过RS-422总线接口16及光电隔离15实现与上位机通信，接受来自上位计算机的控制指令，当有指令到达时，通过握手信号通知微控制器1，使微控制器2获得控制权，也通过光电隔离与动作指示器13驱动控制继电器阵列14实现设备的远距离遥控。设备的控制状态由动作指示器13显示。人为设定调控设备状态是通过遥控键盘5、4发送指令，由红外接收器3接收，送至微控制器1通过光电隔离13驱动继电器阵列14来实现。而设定的状态由设定及控制指示器6给出显示。

执行机构的运行状态可以被“状态反馈输入”8所采集，同时被输入至两个微控制器，作为控制参考。同时上位计算机可通过RS-422总线接口16、15从控制器2读取实际的设备运行状态。

地址开关10提供了本实用新型装置的总线地址，以便接入多台本设备入网时上位监控计算机辨认。

本设备为双电源供给体制，实现了外部控制与内部运行的全光电隔离，有较高的抗干扰能力。

本实用新型装置可应用于各类智能仪表集散控制系统中，如花卉，蔬菜，菌类养殖；各类组培苗的培育；家畜家禽乃至鱼类水产养殖环境的监控，以及生态环境模拟等场合。

本实用新型是智能仪表集散系统中的设备之一，如图1，本设备具有两组通信总线：RS-422与上位机通讯；RS-485总线与多只智能测试仪表通讯。本设备是一个条件控制器，它根据从测试仪表读取的现场温度、湿度、光照度与设定的控制值比较，经逻辑判断给出控制信号，以启动执行机构，完成对上述参数的控制。

由于本控制器用于智能仪表集散系统，控制参数已经由前端智能仪表检测，多个参数只须从总线获取，不需自己采集变换；控制参数阈值采用数字拨盘，直观且失电后数据自然保存；另外人为干预采用红外键盘，不会被非操作人员误操作，也可以实现总线遥控。因此本控制器的优点和特点是：1、采用总线监听方式，获取被控参数数据；2、采用数字拨盘方式设定多个参数阈值，失电参数自然保存；3、采用红外键盘，实现人为干预；4、可通过总线实现远程遥控；5、有状态反馈接口相互影响；6、采用多单片机并行协调工作方式，因此响应速度快，且功能间很少。

图1是本实用新型智能仪表集散系统的条件控制器的结构方框图；

图2是图1的一种外形图；

图3、图4、图5、图6、图7、图8是图1的电路原理图；

图9是图3、图4、图5、图6、图7、图8的连接关系图。

下面结合实施例和附图进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例

前面已对图1作出说明。

如图2所示，装置由控制器主机及红外遥控键盘组成。主机电源由电源插座19引入。面板上设有电源开关18；红外输入接收器20；30对数码拨轮24(设置温度，湿度及光照的上下限阈值)；通道设定指示灯25；通道动作指示26；设定/运行指示27；以及总线工作方式指示22，23(22为RS-422，23为RS-485)。总线通过侧面引线孔引入控制器主机。红外线键盘21，包括20个键，10个数字键，10个功能键。目前应用实例中只安排如下键功能：R键进入及退出遥控功能；T键为打开通道；H为关闭通道；L为通道开始打开，5分钟后关闭；A键为打开全部通道；B键为关闭全部通道。

下面结合图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9说明本实用新型装置的各构件工作原理及其电路原理。

1、主控制器1

主控制器1采用Intel公司单片机89C51，时钟18.432MHZ。具有32路I/O端口。其各端口应用如下：

1)P2.7~P2.0用于继电器阵列驱动，此8路控制信号送入光电隔离与动作指示器13。13中有8只双与门74HCO8，再送至光电隔离与驱动芯片(4N33)以驱动继电器，各继电器的动作情况，可直接显示在前面板上。

2)P1.3~P1.0用于启动芯片接口。启动芯片采用X25045，它既是E2PROM具有512字节电可改写的非易失性存储器；又具有“看门狗”功能。它需要四端与单片机连接。“看门狗”芯片的使用进一步提高了微控制器的抗干扰能力。

3)P1.7~P1.4应用于设备地址输入，此4端与地址设定10连接，当系统上电初始化时，单片机将读取此4位的值，将其确定为本设备入网地址，以示与其他设备的区别。

4)P3.5(T1)，P3.6(WR)，P3.7(RD)用于拨盘接口

设备具有6只数字拨盘，用于设置控制值：最高温度限、最低温度限、最高湿度限、最低湿度限、最高及最低光照度限。共6个字节计48位，为了将48位输入主控制器1，使用6片74HC165组成48位移位寄存器。此芯片具有并行输入串行输出功能。P3.5发出装入脉冲，将48位同时装入移位寄存器，P3.6则发48个移位脉冲将数据逐位输出，此输出数据组成48位长链逐位输入P3.7由主控制器1接收，详见图7。

5)P0.2，P0.3，P3.2(INTO)用于红外键盘输入。

红外接收器3是8位并行输出，主控制器1因端口数的限制，只可用1只接口芯片74HC165完成，P0.3发出装入脉冲，将8位并行码读入74HC165，P0.2发出8个移位脉冲将8位码串行输出至P3.2，读入1中。应当注意的是P0.2，P0.3及串行输出同时送至“设定及控制指示”6，将8位并行码送入6中一个8位寄存器。

6)P0.4，P0.5，P0.6用于状态反馈输入8。

I2~I16共8位反馈输入也是通过一片74HC165输入微控制器1的。P0.4发出装入脉冲，使8位输入值进入74HC165，P0.5发8位移位脉冲，将数据串行移至P0.6，微控制器1检测P0.6的状态，逐位接收。

7)P3.0，P3.1，P0.7用于RS-485总线

RS-485总线是一种半双工运行的串行通讯总线。由专用芯片751构成总线驱动12，P3.1为数据发送端，串行数据通过光电隔离11送至75176发送端，转换为电平为0-5V差分信号送出。接收到外来的差分信号在75176接收端形成为TTL电平的单极性信号，再通过11送达P3.0，主控制器1接收。

8)P3.3，P3.4，P0.0，P0.1构成与微控制器2通讯的握手言号。两只主控制器1与从控制器2的通讯使用此四位端口，可以由相应软件完成相互状态检测。

2、从控制器2

从控制器2也选用89C51芯片，时钟频率18.432MHZ，其端口分配如下：

1)P0.7~P0.0用于反馈状态输入8：I1~I15共8位输入信号送至P0口，可以简单的执行读P0指令，完成输入操作。

2)P2..7~P2.0用于继电器阵列驱动，其原理同上。

3)P1.3~P1.0用于“启动芯片”接口。

4)P1.7~P1.4设备地址输入。

5)P3.0，P3.1，P3.5用于RS-422总线。

RS-422总线是全双工运行的串行总线。由两只专用芯片75176构成总线驱动16，P3.0，P3.1与P3.5通过光电隔离15与16相连。P3.1为数据发送端，P3.0为数据接收端，而P3.5为发送控制端。RS-422总线控制权在上位机，本设备在总线上为下位机，各下位机在平时处于发送关闭状态，得到上位机许可，才可以执行发送数据操作。

3、输出控制电路

输出控制电路由两部分构成：继电器阵列14与光电隔离13。继电器阵列14由8只继电器组成，继电器为常开型，接点负荷：220V，5A。可以启/停小于1KW的功率设备。

光电隔离13除完成电隔离任务外，内部设有8只双与门，可以以“或”逻辑方式接收来自主控制器1与从控制器2两方向输入的驱动信号，或门输出驱动1只发光二极管与光电偶合器件4N33，发光二极管引至前面板作为继电器动作指示，4N33的输出足以驱动继电器(40ma)，完成驱动操作。

4、状态反馈输入电路8

为检测外部执行机构状态，机内设置了8位状态反馈输入。反馈信号可取自外倥设备的任何环节，但电路输入必须为电流型，即当有1~3ma电流输入既表示“0”，无电流表示“1”(负逻辑)。各输入回路有限流电阻，视输入电压而调节。此输入电路要送入两个微控制器1与2，而增加了二极管隔离。为使外控电路与内部微控制器具有较好的电平隔离，采用了光电偶合芯片TLP521-4。

5、设定控制指示6

图7中的6对应图1中的6，是用于在前面板指示设定状态与控制状态。它也应用了一片简化的微控制器芯片89C2051。它设有一个位寄存器74HC164，它可以借助于红外输入脉冲将红外输入收到此寄存器中，当89C2051在P3.2处产生INTO时，既读取此寄存器，收到键盘码再经过译码处理，将设定的状态显示于面板上，设定状态由8只发光二极管指示。

6、红外系统

本设备为了便于操作，设有遥控红外键盘，包括编码键盘5、红外发送4、红外接收解码3，统称红外系统。

编码键盘5：是一个由导电橡胶构成的20键手持式键盘，采用二极管矩阵编码，其8位编码送达红外发送器4

1)红外发送器4：采用专用芯片SM5021，它自8位并行口接收8位码，经SM5021变换，编制成专用38KH的红外通讯串行码，由第15脚发出，经三极管驱动红外发光管IR-LED转换为红外光脉冲发送。

2)红外接收解码3：采用与SM5021相互配套的芯片SM5032完成。首先由红外光电管完成红外光脉冲接收，再解调38KH，得到串行数字脉冲，经SM5032解码恢复8位并行码，由74HC165送入主控制器1，完成红外码接收。

7、电源供给17

本设备电源取自220V交流电网，为实现光隔离，具有两组不共地电源，原理图见图6。

以光隔离为界面，界面以内由+12，+5，G供给，界面以外由+12(2)，+5(2)，G(2)供给。

8、软件

本设备的主控制器1和从控制器2为实现多功能测定与控制，都有相应程序，固化与对应的单片机的程序存储器中。

1)主控制器1：程序原程序约15K，机器码程序3.5K。包括

RS-485通信模

块红外键盘分析模块

拨盘输入模块

判别控制模块

2、从控制器2：汇编语言程序12K，机器码程序3K，包括

RS-422通信模块

状态判别模块

控制模块等

使用时，

1、按标准总线要求将系统的RS-422及RS-485总线引入控制器，并连接到相应的接线端子；

2、将控制器的输出(既控制继电器触点)连入被控设备的电源电路；

3、按控制要求，设定参数的上下限值(既用数字拨抡进行设置)；

4、在系统数据采集系统正常工作情况下(既总线工作正常)，打开控制器电源开关及状态反馈所须电源，控制器既进入自动控制状态。此时总线指示为RS-485灯亮；设定/运行灯灭；通道动作指示(既各控制器控制的被控设备的实际状态)及通道设定指示(控制器输出状态)将显示控制器输出及实际的被控设备状态；

5、控制器的控制策略由程序确定，针对不同的控制对象，条件策略略有不同，都固化于对应的单片计算机中；

6、当调试或人为干预改变设备状态时，可用红外键盘。即首先按R键，使控制器进入设定状态，此时设定/运行指示灯亮，然后设置通道号(1-8)，及开关键(T或H)，然后退出设定(再按R键)即可；

7、在总线控制情况下，当控制器接收到控制指令时，控制权转由上位计算机遥控，此时总线指示灯RS-422亮(RS-485熄灭)，通道动作指示，及通道设定指示将有相应变化。一旦上位计算机退出控制，控制器控制权自动转回RS-485，恢复自动控制状态；

Claims (1)

1、一种智能仪表集散系统的条件控制器，其特征在于主要由主控制器、从控制器、光电隔离装置、RS-485总线接口、拨盘输入器、光电隔离与动作指示器、控制继电器阵列、设定及控制指示器、由编码键盘，红外发送器及红外接收器组成的遥控收发装置、地址开关、控制状态反馈输入接口和、光电隔离及RS-422/485总线接口构成的上通讯接口以及电源构成；主控制器与从控制器直接连接，主控制器通过光电隔离与动作指示器与从控制器连接，主控制器通过地址开关与从控制器连接，主控制器通过控制状态反馈输入接口和与从控制器连接，主控制器与红外接收器、设定及控制指示器、拨盘输入器、光电隔离装置连接，从控制器、光电隔离、RS-422/485总线接口依次连接，光电隔离与动作指示器与控制继电器阵列连接，以上连接均是信号线连接。

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