專利名稱:一種增強型通訊控制接口模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種增強型通訊控制接口模塊,包括信號控制模塊、通訊控制模塊和主控模塊，信號控制模塊通過電平信號對接入的設備進行快速的控制；通訊控制模塊通過有線數據傳輸通道與設備進行連接，用于采集設備的運行狀態和下發設置參數；主控制模塊是作為信號控制模塊和通訊控制模塊的主控單元，控制兩個模塊之間的協同工作。本實用新型通過在一個模塊中集成了目前常用的兩種控制方式，接線時可以靈活選擇，可適用于傳統電平方式接線場合或者帶數據采集功能的場合。本實用新型解決了目前某些既需要快速動作，也需要數據采集功能的場合，抗干擾能力強，不會因為現場環境干擾導致控制命令沒有成功執行。
【專利說明】一種増強型通訊控制接口模塊
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種通訊傳輸控制接口，尤其涉及到一種要在快速對接入設備進 行動作并且需要和接入設備進行數據傳輸的增強型通訊傳輸控制接口。
【背景技術】
[0002] 在工業控制領域中需要進行通訊控制的場合下，目前普遍采用兩種方式進行控制 設備和多個從設備的連接，一種是使用RS485接口，另一種是使用電平接口。
[0003] 在使用RS485接口進行多設備連接通訊時，這種方式的優點是設備之間可以進行 數據通訊，控制設備可以采集各設備的狀態和控制各裝置進行動作，對采集到的狀態和數 據進行實時分析后進行控制和告警。但因為RS485接口的通訊方式在數據傳輸中有一定的 時延，所以此種方式不適合在需要進行快速控制的場合，并且RS485通訊抗干擾能力較差， 在環境比較惡劣的工業應用場合下，數據通訊非常容易受到干擾，也會導致在需要嚴格控 制動作時間的應用場合中不能使用RS485接口。
[0004] 使用電平接口進行多設備連接時，這種方式的優點是設備間的信號發送基本沒有 時延，在控制設備進行電平信號發送時，通過電平接口進行連接的設備幾乎是同時間收到 信號，并且抗干擾能力強。但使用電平接口因為無法進行設備間的通訊，所以控制設備就無 法采集各從設備的狀態數據和對設備進行參數設置，無法根據當前各設備的狀態進行控制 和告警。
[0005] 因此，在工業領域涉及到需要通訊和控制的設備中，目前還沒有既可以進行快速 動作控制，又可以進行通訊采集的設備。 實用新型內容
[0006] 本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種能夠將RS485 接口和電平接口的功能集成起來以解決目前通訊和控制設備中無法做到既能快速進行控 制又可以進行通訊采集的問題的通訊控制接口模塊。
[0007] 為了解決以上技術問題，本實用新型提供一種增強型通訊控制接口模塊，包括信 號控制模塊、通訊控制模塊和主控模塊，其特征在于：所述信號控制模塊包括上升沿觸發鎖 存器芯片，所述主控模塊包括微型控制器，所述通訊控制模塊包括串口轉換芯片，所述微型 控制器的輸入輸出端口分別連接至串口轉換芯片的輸出輸入端口，所述微型控制器的并口 輸出端連接至上升沿觸發鎖存器芯片的輸入端口，所述上升沿觸發鎖存器芯片的輸出端連 接反相器，所述反相器的輸出連接有一個電阻，所述電阻的輸出端連接一個光耦，所述光耦 的第一輸出端口連接電平輸出端口和一個反向二極管，所述反向二極管的另一端連接至輸 入公共端，所述光耦第二輸出端口連接三極管，所述三極管的基極和射極連接至輸出公共 端。
[0008] 本實用新型進一步限定的技術方案是：
[0009] 進一步的，所述信號控制模塊內部采用的接口電路由4片具有8通道的上升沿觸 發鎖存器芯片構成，用以觸發電平信號對設備進行快速的控制。
[0010] 進一步的，所述芯片為74HC374芯片，所述芯片引腳由8個數據輸入線、8個數據輸 出線、一個允許輸出線和一個時鐘脈沖信號線組成。當允許輸出線為低電平時，8個數據輸 出線為正常邏輯狀態，可用來驅動負載或總線，當允許輸出線為高電平時，8個數據輸出線 呈高阻態，既不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響，當時鐘 脈沖信號在上升沿的作用下，8個數據輸出端的狀態變為與8個數據輸入端該時刻同樣的 狀態。本實用新型所述信號控制模塊，可以控制最多24路的設備。
[0011] 進一步的，所述通訊控制模塊為數據報文傳輸模塊，對外接口為一個RJ-45端口， 模塊內部接口電路采用串口轉換芯片作為接口芯片進行數據傳輸。
[0012] 進一步的，所述串口轉換芯片為MAX13085EESA芯片，所述芯片包含了一路驅動器 和一路接收器，芯片內置失效保護電路。當接收器輸入開路或短路時，確保接收器輸出邏輯 高電平。如果禁用掛接在終端匹配總線上的所有發送器（高阻），接收器將輸出邏輯高電 平。主要的芯片引腳有接收器輸出線（RO)、接收器輸出使能線（ZT)、驅動器輸出使能線 (DE)、驅動器輸入線（DI)等…，當17為邏輯0時，芯片處于接收狀態，當DE為邏輯1時，芯 片處于發送狀態。本實用新型所述通訊控制模塊，可以控制最多32臺設備。
[0013] 進一步的，所述主控模塊中的微型控制器為STM32F103芯片，片內含256K字節的 可反復擦寫的只讀FLASH程序存儲器和48K字節的隨機存取數據存儲器，最高工作頻率 72MHz〇
[0014] 本實用新型的有益效果是：本實用新型在一個模塊中集成了目前常用的兩種控制 方式，接線時可以靈活選擇，可適用與傳統電平方式接線場合或者帶數據采集功能的場合。 本實用新型解決了目前某些既需要快速動作，也需要數據采集功能的場合，抗干擾能力強， 不會因為現場環境干擾導致控制命令沒有成功執行。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型的功能模塊示意框圖。
[0016] 圖2為本實用新型的結構示意框圖。
[0017] 圖3為本實用新型的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018] 實施例1
[0019] 本實施例提供的一種增強型通訊控制接口模塊，如圖1和圖2所示：包含信號控制 模塊、通訊控制模塊和主控模塊。
[0020] 信號控制模塊，輸出端的電平控制信號是根據主控模塊對其輸入端的信號設置而 取得的；通訊控制模塊，是根據主控模塊對通訊模塊的控制進行數據報文的發送和接收； 主控模塊，是本實施例所述實用新型的中央控制單元，由它來確定本次信號的發出是由信 號控制模塊還是通訊控制模塊進行發出。
[0021] 本實用新型的電路連接關系為如圖3所示：STM32單片機的PA8、PA9、PA10管腳分 別連接串口轉換芯片MAX13085的M_KZ485、M_TXD1、M_RXD1管腳，MAX13085的輸出經過電 阻均壓后以網口形式輸出；STM32單片機的并口輸出PD4?roil連接74HC374的DO?D7， PCKKPC11連接74HC374的使能信號管腳LE、0E，74HC374的輸出連接24路電平轉換電路， 以第一路為例，74HC374的輸出連接反相器，反相器的輸出連接電阻，電阻的輸出連接光耦， 光耦的輸出一端連接電平輸出端口和反向二極管，反向二極管的另一端連接公共端KC0M， 光耦輸出的另一端三極管的基極和射極連接公共端KC0M。
[0022] 信號控制模塊，硬件上采用STM32單片機并行輸出24路高低電平信號，通過后端 對信號的鎖存、隔離及驅動放大后輸出至設備，以對接入的設備進行快速的控制；所述通訊 控制模塊如圖3所示硬件上采用STM32單片機USART 口上的輸入輸出信號經過光耦隔離再 通過串口轉換芯片MAX13085后，以網口的形式輸出，以用于采集設備的運行狀態和下發設 置參數；所述主控模塊是信號控制模塊和通訊控制模塊的主控單元，如圖3所示硬件上采 用STM32單片機用以控制兩個模塊之間的協同工作。信號控制模塊是整個電路的動作控制 端，信號控制模塊的電路是由4片74HC374芯片組成，74HC374芯片為8通道上升沿觸發鎖 存器，內部由八根輸入數據線（D[7:0])，8根輸出數據線（Q[7:0])，允許輸出信號（斤）， 時鐘脈沖信號（CP)構成。在本實施方式中，允許輸出信號（^ )始終處于低電平有效狀 態，使得芯片始終處于驅動總線或負載的作用，在需要改變信號接口狀態時，只需要把輸入 數據線（D[7:0])的各位置于對應的狀態后，再使得時鐘脈沖信號（CP)觸發一個上升沿信 號，就可以把輸入數據線的8位數據傳輸到8根輸出數據線（Q [7:0])，接入設備就可以根據 連接的信號線的電平狀態，做相對應的動作操作。
[0023] 通訊控制模塊是整個電路的通訊端，通訊控制模塊的電路是由MAX13085EESA芯 片構成，MAX13085EESA芯片包含了一路驅動器和一路接收器，芯片內置失效保護電路，當接 收器輸入開路或短路時，確保接收器輸出邏輯高電平。如果禁用掛接在終端匹配總線上的 所有發送器（高阻），接收器將輸出邏輯高電平。主要的芯片引腳有接收器輸出線（R0)、接 收器輸出使能線OT )、驅動器輸出使能線OE)、驅動器輸入線（DI)等…，當i為邏輯0 時，芯片處于接收狀態，當DE為邏輯1時，芯片處于發送狀態。通過通訊控制模塊接入的設 備，就可以通過數據的實時收發進行設備狀態的查詢和參數設置功能。
[0024] 控制模塊是整個電路的控制中心，由控制模塊決定對需要發送的控制動作和數據 查詢操作通過哪個模塊進行發送，它是一個高性能、低成本、低功耗的32位微控制器，型號 為STM32F103VC。片內含256K字節的可反復擦寫的只讀FLASH程序存儲器和48K字節的隨 機存取數據存儲器，最高工作頻率72MHz。信號控制模塊、通訊控制模塊的信號線和STM32 單片機相連接，芯片內部的控制邏輯由程序進行控制，然后在需要快速控制時，通過信號控 制模塊發送控制命令，在需要采集設備運行狀態和參數設置時，通過通訊控制模塊進行數 據收發。
[0025] 本實用新型的連接控制方式有3種方式供用戶進行自由選擇：電平方式、總線方 式和混合方式。混合方式是本實用新型的接線方式，這種方式不僅克服了上述電平和總線 兩種方式的缺點而且集成了上述兩種方式的優點。如說圖2所示，在使用中，首先按照電平 方式和總線方式進行接線。控制邏輯由程序進行控制，在需要進行快速控制時，通過信號控 制模塊發送控制命令，在需要采集設備運行狀態和參數設置時，通過通訊控制模塊進行數 據收發。
[0026] 以上是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員 來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和修飾，而不脫離本實用新 型發明的精神和范圍內的任何修改或局部替換，也視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種增強型通訊控制接口模塊，包括信號控制模塊、通訊控制模塊和主控模塊，其 特征在于：所述信號控制模塊包括上升沿觸發鎖存器芯片，所述主控模塊包括微型控制器， 所述通訊控制模塊包括串口轉換芯片，所述微型控制器的輸入輸出端口分別連接至串口轉 換芯片的輸出輸入端口，所述微型控制器的并口輸出端連接至上升沿觸發鎖存器芯片的輸 入端口，所述上升沿觸發鎖存器芯片的輸出端連接反相器，所述反相器的輸出連接有一個 電阻，所述電阻的輸出端連接一個光親，所述光親的第一輸出端口連接電平輸出端口和一 個反向二極管，所述反向二極管的另一端連接至輸入公共端，所述光耦第二輸出端口連接 三極管，所述三極管的基極和射極連接至輸出公共端。2. 根據權利要求1所述的增強型通訊控制接口模塊，其特征在于：所述信號控制模塊 內部采用的接口電路由4片具有8通道的上升沿觸發鎖存器芯片構成。3. 根據權利要求2所述的增強型通訊控制接口模塊，其特征在于：所述芯片為74HC374 芯片，所述芯片引腳由8個數據輸入線、8個數據輸出線、一個允許輸出線和一個時鐘脈沖 信號線組成。4. 根據權利要求1所述的增強型通訊控制接口模塊，其特征在于：所述通訊控制模塊 為數據報文傳輸模塊，對外接口為一個RJ-45端口，模塊內部接口電路采用串口轉換芯片 作為接口芯片進行數據傳輸。5. 根據權利要求4所述的增強型通訊控制接口模塊，其特征在于：所述串口轉換芯片 為MAX13085EESA芯片，所述芯片包含了 一路驅動器和一路接收器，芯片內置失效保護電 路。6. 根據權利要求1所述的增強型通訊控制接口模塊，其特征在于：所述主控模塊中的 微型控制器為STM32F103芯片，片內含256K字節的可反復擦寫的只讀FLASH程序存儲器和 48K字節的隨機存取數據存儲器，最高工作頻率72MHz。
【文檔編號】G05B19-042GK204302718SQ201420771284
【發明者】徐魁, 常新平, 楊剛 [申請人]江蘇南自通華電力自動化有限公司