基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發模塊；本發明基于BACnet的數字輸入輸出模塊的數字量輸入接口可以外接如限位開關，數字量傳感器、中間繼電器等數字量信號，數字量輸出接口可控制輸出繼電器等設備，由于基于BACnet開放標準協議，BACnet網絡上所有的設備都可以方便的訪問該數字量輸入輸出模塊，從而可以獲取模塊所接數字量輸入設備的狀態信息，亦可控制該模塊的數字量輸出，具有通用性強、適用范圍廣的特點。
【專利說明】基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及樓宇自控系統【技術領域】，具體地，涉及一種基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊。
【背景技術】
[0002]計算機技術和微處理器的快速發展，產生了直接數字控制技術DDC，DDC技術在樓宇自控系統的應用極大地提高了樓宇設備的效率，并簡化了樓宇設備的運行和維護，逐漸發展成了樓宇設備的自控系統。但在很長的一段時間內各廠家的樓宇自控系統所用的通訊協議都是廠家自身專有，只能和廠家自有設備進行操作。限制了行業發展，為了推動樓宇自控系統更好的發展，減少樓宇自控系統的維護的工作量，制定開放、統一的通訊協議標準就成了必然。
[0003]1987年在紐約召開了由樓宇自控領域專家組成的關于“標準化能量管理系統協議”的圓桌會議，在美國供熱、制冷與空氣調節工程師學會ASHRAE的資助下經過了 8年的努力于1995年發布了正式的開放標準BACnet，統一了樓宇自控系統的開放性標準。
[0004]BACnet將一個樓控設備抽象成一個Device對象，由于往往一個樓控設備中包含了很多功能，如數字量輸入，數字量輸出(二進制輸入輸出)，模擬量輸入輸出，計時功能等等。BACnet將這些功能抽象成了許多標準對象,如數字量輸入可以抽象為Binary Input對象，數字量輸出可以抽象為Binary Output對象等，BACnet對象允許進行第三方擴展。BACnet物理層可基于以太網，RS485總線，ARCnet和LonTalk。
[0005]進入網絡時代，樓宇自控系統互操作能力更加重要。ASHRAE于2000年發布了有關設計DDC系統的標準(ASHRAE指南13_2000，DDC系統說明與設計)。該指南用于設計互操作DDC系統的開放性標準，對樓宇自控系統起著規范和指導的作用。該標準內容包括DDC系統的體系結構、輸入/輸出結構、通信、程序配置、系統測試和文檔等所有內容，定義五個互操作域(Interoperability Area):數據共享,報警和時間管理、時間表,趨勢以及設備和網絡管理。使得樓宇自控系統向著標準更加統一，更加開放的方向發展。
[0006]我國已加入世貿組織，知識產權將會在各行各業越來越受重視。研究開放性BACnet標準，開發具有自主產權且符合國際標準的BACnet產品并產業化，將在我國具有重大的現實意義。
[0007]目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。
【發明內容】
[0008]本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊。
[0009]本發明是通過以下技術方案實現的。
[0010]一種基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發模塊；其中:
[0011]所述低壓交流整流濾波模塊與外部電源相連接，并將外部24V交流電整流濾波形成兩路無高頻分量的直流電，其中一路直流電通過控制器供電電路模塊分別與控制器模塊和RS485收發模塊相連接，另一路直流電通過光耦隔離電路供電模塊與數字量輸入輸出光耦隔離模塊相連接；
[0012]所述RS485收發模塊包括:RS485總線發送模塊、RS485總線接收模塊和RS485收發控制模塊，其中，RS485總線發送模塊和RS485總線接收模塊分別通過RS485收發控制模塊與BACnet RS485總線通訊連接；
[0013]所述數字量輸入輸出光耦隔離模塊包括數字量輸入光耦隔離模塊和數字量輸出光奉禹隔尚1旲塊；
[0014]所述數字量輸入光耦隔離模塊、數字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發送模塊和RS485總線接收模塊分別與控制器模塊相連接。
[0015]優選地，還包括如下任一個或任多個模塊:
[0016]-電源指示燈模塊，設置于低壓交流整流濾波模塊的輸出端；
[0017]-數字量輸出指示燈模塊，與控制器模塊相連接；
[0018]-RS485收發指示燈模塊，與RS485收發控制模塊相連接；
[0019]-在線調試接口電路，與控制器模塊相連接；
[0020]-BACnet通訊速率設置模塊，與控制器模塊相連接；
[0021]-BACnet通訊地址設置模塊，與控制器模塊相連接；
[0022]優選地，所述控制器模塊采用基于COrteX-m3架構內核的32位微處理器STM32F103。
[0023]本發明提供的基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，基于BACnet控制器級別下的BACnet RS485總線令牌網網絡，所有的通信都通過RS485收發模塊與總線通信。RS485總線接收模塊接收來自BACnet RS485總線上其他設備發來的應用層服務請求或者廣播，傳達給控制器模塊STM32F103，經過其中運行的BACnet協議處理后，如果需要應答，則在控制器模塊獲得令牌時將應答報文通過RS485總線發送模塊發送至BACnet RS485總線，以實現允許其他BACnet設備對本發明提供的數字量輸入輸出模塊數字量輸入輸出信號的讀取和控制。由于RS485是半雙工工作，為了避免碰撞，所以必須要通過RS485收發控制模塊進行收發控制，RS485收發狀態和數字量輸出的打開和關閉狀態通過各自的指示燈電路實現指
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[0024]BACnet通訊速率設置模塊和BACnet通訊地址設置模塊用于修改模塊BACnet通訊速率和通訊地址，使得本發明提供的數字量輸入輸出模塊可以靈活的匹配當前所在的BACnet RS485通訊網絡。在線調試接口用于方便之后的Firmware固件的更新，以方便功能的增強。
[0025]數字量輸入輸出隔離光藕用于使得本發明提供的數字量輸入輸出模塊與外接器件實現電氣隔離，進而保護模塊和外接的數字量輸入輸出設備，數字量輸入輸出光耦隔離電路的一端和外部器件相連，另一端和控制器模塊STM32F103對應的引腳相連。數字量輸入信號的變化可以被另一端的STM32H03的引腳偵測到，送到STM32F103微處理器進行處理，其它的BACnet設備通過BACnet協議就能夠得到其最新得狀態值。同理，BACnet設備也可以通過BACnet通訊對模塊的數字量輸出進行控制，由STM32F103微處理器對應的引腳輸出至數字量輸出隔離光耦，以控制外部器件的閉合和斷開。
[0026]與現有技術相比，本發明具有如下有意效果:
[0027]1、由于BACnet通訊協議具有可擴展的豐富的樓控設備標準對象、標準應用層服務、和廠商間的互操作標準性的特點，因此，只要設計的樓控設備符合BACnet協議，則可以完全和其他廠商的BACnet設備相互兼容和互相通信；而本發明基于BACnet的數字輸入輸出模塊的數字量輸入接口可以外接如限位開關，數字量傳感器、中間繼電器等數字量信號，數字量輸出接口可控制輸出繼電器等設備，由于基于BACnet開放標準協議，所以BACnet網絡上所有的設備都可以方便的訪問該數字量輸入輸出模塊，從而可以獲取模塊所接數字量輸入設備的狀態信息，亦可控制該模塊的數字量輸出，具有通用性強、適用范圍廣的優勢，具有高開放性的特點；
[0028]2、由于控制器模塊采用基于32位COrteX-m3的微處理器，所以具有性能穩定可靠、高性價比的特點；
[0029]3、本發明可以廣泛應用于大型交通樞紐、大樓建筑、別墅、商場建筑等中大型建筑范圍和節能事業中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0031]圖1為本發明整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面對本發明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
[0033]本實施例提供了一種基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發模塊；其中:
[0034]所述低壓交流整流濾波模塊與外部電源相連接，并將外部24V交流電整流濾波形成兩路無高頻分量的直流電，其中一路直流電通過控制器供電電路模塊分別與控制器模塊和RS485收發模塊相連接，另一路直流電通過光耦隔離電路供電模塊與數字量輸入輸出光耦隔離模塊相連接；
[0035]所述RS485收發模塊包括:RS485總線發送模塊、RS485總線接收模塊和RS485收發控制模塊，其中，RS485總線發送模塊和RS485總線接收模塊分別通過RS485收發控制模塊與BACnet RS485總線通訊連接；
[0036]所述數字量輸入輸出光耦隔離模塊包括數字量輸入光耦隔離模塊和數字量輸出光率禹隔尚+旲塊；
[0037]所述數字量輸入光耦隔離模塊、數字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發送模塊和RS485總線接收模塊分別與控制器模塊相連接。
[0038]進一步地，還包括如下任一個或任多個模塊:
[0039]-電源指示燈模塊，設置于低壓交流整流濾波模塊的輸出端；
[0040]-數字量輸出指示燈模塊，與控制器模塊相連接；
[0041 ] -RS485收發指示燈模塊，與RS485收發控制模塊相連接；
[0042]-在線調試接口電路，與控制器模塊相連接；
[0043]-BACnet通訊速率設置模塊，與控制器模塊相連接；
[0044]-BACnet通訊地址設置模塊，與控制器模塊相連接；
[0045]進一步地，所述控制器模塊采用基于cortex-m3架構內核的32位微處理器STM32F103。
[0046]具體為:
[0047]本實施例提供的基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，基于BACnet通訊協議，主電路模塊包括一個32位基于COrtex-m3架構內核的控制器STM32F103、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、數字量輸入輸出光耦隔離電路供電模塊、數字量輸入光耦隔離模塊、數字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發送模塊、RS485總線接收模塊、RS485收發控制模塊、電源指示燈模塊、數字量輸出指示燈模塊、RS485收發指示燈模塊、在線調試接口電路、BACnet通訊速率設置模塊以及BACnet通訊地址設置模塊。
[0048]交流24V經過低壓交流整流濾波模塊分出兩路無高頻分量的直流電源，分別給32位控制器、RS485收發模塊、數字量輸入輸出光耦隔離模塊供電。
[0049]STM32F103控制器實現對BACnet協議報文的處理、數字量輸入信號的處理及控制數字量信號的輸出。
[0050]BACnet通訊協議的優勢:可擴展的豐富的樓控設備標準對象、標準應用層服務、和廠商間的互操作標準性，因此只要設計的樓控設備符合BACnet協議，則可以完全和其他廠商的BACnet設備相互兼容和互相通信。基于BACnet的數字輸入輸出模塊的數字量輸入接口可以外接如限位開關，數字量傳感器、中間繼電器等數字量信號，數字量輸出接口可控制輸出繼電器等設備。由于基于BACnet開放標準協議，所以BACnet網絡上所有的設備都可以方便的訪問該數字量輸入輸出模塊，從而可以獲取模塊所接數字量輸入設備的狀態信息，亦可控制該模塊的數字量輸出，所以具有通用性強、適用范圍廣的優勢。同時由于基于32位cortex-m3微處理器,所以有性能穩定可靠、高性價比的特點。
[0051]低壓交流整流濾波模塊將AC24V經過整流濾波，提供出兩個無高頻分量的直流電電源，分別通過控制器供電模塊和光耦隔離模塊供電模塊，其中，前者供電給控制器模塊和RS485收發模塊，后者為數字量輸入輸出光耦隔離電路供電。
[0052]因為本實施例是基于BACnet控制器級別下的BACnet RS485總線令牌網網絡，所以所有的通信都通過RS485收發模塊與總線通信。RS485接收模塊接收來自RS485總線上其他設備發來的應用層服務請求或者廣播，傳達給STM32F103，經過其中運行的BACnet協議處理后，如果需要應答，則在該模塊獲得令牌時將應答報文通過RS485發送模塊發送至RS485總線。以實現允許其他BACnet設備對本實施例數字量輸入輸出信號的讀取和控制。由于RS485是半雙工工作，為了避免碰撞，所以必須要進行收發控制。RS485收發狀態和數字量輸出的打開和關閉狀態都有指示燈電路實現指示。
[0053]BACnet通訊速率設置模塊和BACnet通訊地址設置模塊可以修改模塊BACnet通訊速率和通訊地址，使得本實施例可以靈活的匹配當前所在的BACnet RS485通訊網絡。在線調試接口可以方便之后的Firmware固件的更新，以方便功能的增強。
[0054]數字量輸入輸出隔離光藕可以使得本實施例和外接器件實現電氣隔離，用于保護模塊和外接的數字量輸入輸出設備，數字量輸入輸出光I禹隔離電路的一端和外部器件相連，另一端和STM32F103對應的引腳相連。數字量輸入信號的變化可以被另一端的STM32H03的引腳偵測到，送到STM32F103控制器進行處理，其它的BACnet設備通過BACnet協議就能夠得到其最新得狀態值。同理，BACnet設備也可以通過BACnet通訊對模塊的數字量輸出進行控制，由STM32F103對應的引腳輸出至數字量輸出隔離光耦，以控制外部器件的閉合和斷開。
[0055]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，其特征在于，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發模塊；其中: 所述低壓交流整流濾波模塊與外部電源相連接，并將外部24V交流電整流濾波形成兩路無高頻分量的直流電，其中一路直流電通過控制器供電電路模塊分別與控制器模塊和RS485收發模塊相連接，另一路直流電通過光耦隔離電路供電模塊與數字量輸入輸出光耦隔離模塊相連接； 所述RS485收發模塊包括:RS485總線發送模塊、RS485總線接收模塊和RS485收發控制模塊，其中，RS485總線發送模塊和RS485總線接收模塊分別通過RS485收發控制模塊與BACnet RS485總線通訊連接； 所述數字量輸入輸出光耦隔離模塊包括數字量輸入光耦隔離模塊和數字量輸出光耦隔離模塊； 所述數字量輸入光耦隔離模塊、數字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發送模塊和RS485總線接收模塊分別與控制器模塊相連接。
2.根據權利要求1所述的基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，其特征在于，還包括如下任一個或任多個模塊: 電源指示燈模塊，設置于低壓交流整流濾波模塊的輸出端； 數字量輸出指示燈模塊，與控制器模塊相連接； RS485收發指示燈模塊，與RS485收發控制模塊相連接； 在線調試接口電路，與控制器模塊相連接； BACnet通訊速率設置模塊，與控制器模塊相連接； BACnet通訊地址設置模塊，與控制器模塊相連接。
3.根據權利要求1或2所述的基于總線通訊的數字量輸入輸出模塊，其特征在于，所述控制器模塊采用基于c0rtex-m3架構內核的32位微處理器STM32F103。
【文檔編號】G05B19/042GK104267651SQ201410582469
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】陽杰, 饒威, 丘軍, 程嘉 申請人:上海龍創節能系統股份有限公司