专利名称：输入输出扩展模块及可编程控制器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及可编程逻辑控制器领域，尤其涉及一种用于输入输出扩展模块 及可编程控制器系统。
背景技术：
可编程控制器(Programmable Controller, PC )作为 一种通用的电子控制方 案，具有可靠性高，灵活性好等优点，被空调设备厂商广泛应用于空调设备产 品中。
目前，采用可编程控制器系统进行控制的空调设备普遍用到两个温度测量 通道和两个电压输入通道，如图1所示，所述可编程控制器系统包括中央处 理单元(Central Processing Unit, CPU)、温度测量模块11和电压输入模块12。
其中，温度测量模块11有一个模数转换器(Analog Digital Converter, ADC ), 通过多路开关或开关阵列连接多个温度传感器，ADC循环采样每个通道的输入 信号，采样结果将会通过背板总线传送给CPU。
电压输入模块12有一个ADC,通过多路开关或者开关阵列连接多个传感 器，ADC循环采样每个通道的输入信号，采样结果会通过背板总线传递给CPU。
由上述可知，目前空调设备的可编程控制器系统采用两个扩展模块(温度 测量模块和电压输入模块)，使得该系统占用空间大，成本高。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种输入输出扩展模块及可 编程控制器系统，实现了第一输入通道和第二输入通道的两种信号在一个模块 中输入，有效地减小了空间面积的占用，并降低了成本。
为了解决上述技术问题，本发明实施例的一种输入输出扩展模块，其包括 通道选择单元，用于选择第一输入通道或者第二输入通道以输入信号； 主控单元，用于控制所述通道选择单元工作，并将所述通道选择单元输入
的信号转换为数字信号；
总线接口，用于将所述主控单元处理后的结果输出。 优选地，所述扩展^^块还进一步包括
配置单元，用于配置所述扩展模块的工作参数，所述工作参数包括输入 类型、标定方向、测量单位、接线方式、故障检测。
其中，所述主控单元包括
模数转换器，用于将所述通道选择单元输入的信号转换为数字信号； 控制单元，用于根据所述配置单元配置的工作参数对所述通道选择单元以 及模数转换器进行控制。 所述控制单元包括
参数检测单元，用于检测所述配置单元所配置的工作参数； 通道控制单元，用于根据所述工作参数控制通道选择单元接通第一输入通 道或者第二输入通道；
参数调整单元，用于根据所述配置单元配置的工作参数调整模数转换器的 参数；
采样结果处理单元，用于对所述模数转换器处理后的数据做进一步的处理 具体包括查表与线性插值、单位换算、过量程检测、标记通道状态、平滑滤 波、截取16位有效位并计算校验值；
结果输出单元，用于将所述采样结果处理单元处理后的数据输出到总线接口 。
较佳地，所述第一输入通道为温度输入通道，第二输入通道为电压/电流输 入通道；所述通道选择单元为多路开关或开关阵列。
相应地，本发明还提供了一种可编程控制器系统，其包括CPU、第一传 感器及第二传感器，其中，所述系统还包括一用于将第一传感器和第二传感器 采集的第一信号和第二信号传送给CPU的输入输出扩展模块，其包括
通道选#^单元，通过第一输入通道和第二输入通道分别与第 一传感器和第 二传感器连接，用于选"^第一输入通道或者第二输入通道以输入信号；
主控单元，用于控制所述通道选择单元工作，并将所述通道选择单元输入 的信号转换为数字信号；
总线接口 ，用于将经过所述主控单元处理后的数据传送到CPU进行处理。
其中，所述输入输出扩展模块还包括一配置单元，用于配置所述扩展模块
的工作参数，所述工作参数包括输入类型、标定方向、测量单位、接线方式、
故障检测。
其中，所述主控单元包括
模数转换器，用于将所述通道选择单元输入的信号转换为数字信号； 控制单元，用于根据所述配置单元配置的工作参数对所述通道选择单元以 及模数转换器进行控制。
而所述控制单元包括
参数检测单元，用于检测配置单元所配置的工作参数；
通道控制单元，用于根据所述工作参数控制所述通道单元接通第一输入通 道或者第二输入通道；
参数调整单元，用于#4居所述配置单元配置的工作参数调整模数转换器的 参数；
釆样结果处理单元，用于对所述模数转换器处理后的数据做进一步处理具 体包括查表与线性插值、单位换算、过量程检测、标记通道状态、平滑滤波、 截取16位有效位并计算校验值；
结果输出单元，用于将所述采样结果处理单元处理后的数据输出到总线接c 。
较佳地，所述第一传感器为温度传感器、第二传感器为压力传感器；所述 第一输入通道为温度输入通道，第二输入通道为电压/电流输入通道。 所述通道选择单元为多路开关或开关阵列。
综上所述，本发明实施例的一种输入输出扩展模及可编程控制器系统的技 术放案通过在主控单元的控制下，通道选择单元选择输入第一输入通道或第二 输入通道的信号，主控单元将所述信号转换为数字信号经由总线接口输出到 CPU，从而使一个输入输出扩展模块实现了现有技术的温度测量模块和电压输 入模块两个模块的功能，有效地减小空间的占用，并降低了成本，在操作维护 中只需对一个模块进行操作，从而提高了系统的维护效率，提高了系统可靠性。
图l是现有的可编程控制系统的结构图2是本发明实施例的一种可编程控制器系统的结构示意图； 图3是本发明实施例的一种配置单元的结构示意图； 图4是本发明实施例的一种控制单元的结构示意图。
具体实施例方式
本发明实施例的 一种输入输出扩展模块及可编程控制器系统通过在主控单 元的控制下，通道选择单元选择第一输入通道或第二输入通道的信号，主控单 元将所述信号转换为数字信号经由总线接口输出到CPU处理，这样一个所述扩 展模块实现了第一输入通道和第二输入通道的两种信号的输入。
为了进一步阐述本发明实施例的技术方案，下面结合附图进一步说明。
参考图2，本发明实施例的一种可编程控制器系统的结构示意图；根据本图， 一种可编程控制器系统包括CPU1、输入输出扩展模块2、第一传感器(图示 为温度传感器27)及第二传感器(图示为压力传感器28),其中，CPU 1通过 数据总线与输入输出扩展模块2连接，而输入输出扩展;f莫块2通过两个第一输 入通道(如图2示，第一输入通道为温度输入通道25)与两个温度传感器27连 接，通过两个第二输入通道(如图2所示，第二输入通道为电压/电流输入通道 26)与两个压力传感器28 (具体可以为压电式传感器或压力信号变送器)连接， 当然输入输出扩展模块2通过数据总线还可以与其它模块连接。
在所述系统中，用于将温度传感器27和压力传感器28采集的温度信号(具 体可以用电压或电流信号表示)和压力信号(具体可以用电压或电流信号表示) 传送给CPU 1的输入输出扩展模块2具体包括
通道选择单元21,通过温度输入通道25和电压/电流输入通道26分别与温 度传感器27和压力传感器28连接，用于选择温度输入通道25或者电压/电流输 入通道26,以输入所述传感器采集到的信号；
主控单元22,用于控制通道选纟奪单元21工作，并将所述通道选纟奪单元输入 的信号转换为数字信号；
总线接口 23,用于将经过主控单元22处理后的数据传送到CPU进行处理。 优选地，输入输出扩展模块2进一步包括一个配置单元24 (如配置开关 或拨码开关)，用于配置所述扩展模块的工作参数(如输入类型、标定方向、 测量单位、接线方式、故障检测等)。如图3所示，配置单元24包括用于输
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入需要配置的所述工作参数的参数输入单元241和用于存储所述工作参数的参
数存储单元242。
其中，主控单元22至少包括
模数转换器222,用于将通道选择单元21输入的信号转换为数字信号，在 具体实现时，模数转换器222可以采用增量累加(Z-A)型ADC,以保证采样精 度和抗干扰能力；
控制单元221 ，用于根据配置单元24配置的工作参数对通道选择单元21以 及模数转换器222进行控制。
其中，结合图4，控制单元221具体包括
参数;险测单元41，用于检测配置单元24所配置的工作参数(如输入类型、 标定方向、测量单位、接线方式、故障检测等)；
通道控制单元42,用于根据所述工作参数控制通道选^^单元21接通温度输 入通道25或者电压/电流输入通道26，其中，电压/电流通道26选通的频率是温 度输入通道25的2~3倍；
参数调整单元43,用于根据所述配置单元24配置的工作参数调整模数转换 器222的参数，所述模数转换器222的参数包括参考源选择、调制器工作频 率、下采样频率、缓冲器选择、增益选择及数字滤波器选择等；
采样结果处理单元44，用于对模数转换器222处理后的数据做进一步处理， 具体包括查表与线性插值、单位换算、过量程检测、标记通道状态、平滑滤 波、截取16位有效位并计算校验值等处理；
线接口 23。
优选地，在本发明实施例中，控制单元221可以采用一个8位的微控制器 (Micro Controller Unit ， MCU)实现；
通道选择单元21可以用多路开关或开关阵列实现；
温度传感器27可以是电阻型温度传感器，包括负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC )热壽文电阻禾口热电阻(Resistive Temperature Detector, RTD );
在温度输入通道25和电压/电流输入通道26中均设有无源抗混迭滤波电路， 2个温度输入通道的抗混迭滤波电路的截止频率与2个电压/电流输入通道不同，
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以适应不同信号带宽；
在电压/电流输入通道26中还可设置
内置采样电阻，可把电流输入信号转换为ADC输入范围内的电压信号； 电阻分压网络，用于把不同量程的电压输入信号转换为ADC输入范围内的 电压信号。
结合图2、图3、图4,详细阐述本发明实施例的技术方案。 在具体实现时，在每一个循环，测量2个电压/电流输入通道，具体为 控制单元221的参数检测单元41检测配置单元24的参数存储单元242中 配置的工作参数(如输入类型、标定方向、测量单位、接线方式、故障检测 等)，利用参数调整单元43调整模数转换器222的参数，包括选择内部参考， 打开緩冲器，选择增益，设定调制器工作频率和下采样频率，选择数字滤波器， 自校准；
控制单元221的通道控制单元42根据配置单元24的参数存储单元242中 配置的工作参数，控制通道选择单元21接通电压/电流输入通道26;模数转换 器222对电压/电流输入通道的信号采样4次，取最后1个采样值；
控制单元221的釆样结果处理单元44对模数转换器222处理后的数据计算 电压/电流值，并进行过量程检测、标记通道状态、计算校验值等处理，然后通 过结果输出单元45将处理后的数据输出到总线接口 23,最后总线接口 23通过 数据总线将所述数据传送到CPU 1。
每隔一个循环，测量l个温度输入通道，具体为
控制单元221的参数检测单元41检测配置单元24 (如配置开关或拨码开 关)的参数存储单元242中配置的工作参数(如输入类型、标定方向、测量 单位、接线方式、故障检测等)，利用参数调整单元43调整模数转换器222的 参数，包括选择外部参考，打开緩冲器，选择增益，设定调制器工作频率和 下采样频率，选择数字滤波器，自校准；
控制单元221的通道控制单元42根据配置单元24 (如配置开关或拨码开 关)的参数存储单元242中配置的工作参数，控制通道选择单元21接通溫度输 入通道25;模数转换器222对电压/电流输入通道的信号采样4次，取最后1个 采样值；
控制单元221的采样结果处理单元44对模数转换器222处理后的数据计算
电阻值，并进行查表、插值，计算温度值，过量程检测、标记通道状态、单位
换算，计算校验值等处理；然后通过结果输出单元45将处理后的数据输出到总 线接口 23,最后总线接口 23通过数据总线将所述数据传送到CPU 1。
在上述实施例中，每个循环都要检测配置单元的配置状态，即检测其配置 的工作参数；每4个循环检测1个温度输入通道是否断线，如果配置为3线接 法，则每8个循环检测1个温度输入通道的导线电阻，以消除其对测量结果的 影响。
上述是本发明的实施例而已，本发明不限于此，还可以将本发明实施例中 所述的扩展^f莫块集成到CPU;f莫块中，利用CPU实现本发明实施例的控制单元的 功能，同样可以实现本发明的技术方案，亦在本发明的保护范围之内。
由上述实施例可知，本发明实施例的一种输入输出扩展模及可编程控制器 系统的技术放案通过在主控单元的控制下，通道选择单元选择输入温度输入通 道或电压/电流通道的信号，主控单元将所述信号转换为数字信号经由总线接口 输出到CPU,从而使一个所述的输入输出扩展^^莫块实现了现有技术的温度测量 模块和电压输入模块两个模块的功能，有效地减小空间的占用，并降低了成本， 在操作维护中只需对一个模块进行操作，从而提高了系统的维护效率，提高了
系统可靠性，另外，本发明的实施例使用增量累加(Z-A)型ADC,保证了采 样精度，提高了抗千扰能力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这 些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种输入输出扩展模块，其特征在于，包括通道选择单元，用于选择第一输入通道或者第二输入通道以输入信号；主控单元，用于控制所述通道选择单元工作，并将所述通道选择单元输入的信号转换为数字信号；总线接口，用于将所述主控单元处理后的结果输出。
2、 如权利要求1所述的扩展模块，其特征在于，还包括 配置单元，用于配置所述扩展模块的工作参数。
3、 如权利要求2所述的扩展模块，其特征在于，所述工作参数包括输入 类型、标定方向、测量单位、接线方式、故障检测。
4、 如权利要求2所述的扩展模块，其特征在于，所述主控单元包括 模数转换器，用于将所述通道选择单元输入的信号转换为数字信号； 控制单元，用于根据所述配置单元配置的工作参数对所述通道选择单元以及;^莫数转换器进行控制。
5、 如权利要求4所述的扩展模块，其特征在于，所述控制单元包括 参数检测单元，用于检测所述配置单元所配置的工作参数； 通道控制单元，用于根据所述工作参数控制所述通道选择单元接通第 一输入通道或者第二输入通道；参数调整单元，用于根据所述配置单元配置的工作参数调整所述模数转换 器的参数；采样结果处理单元，用于对所述模数转换器处理后的数据做进一步的处理； 结果输出单元，用于将所述采样结果处理单元处理后的数据输出到总线接
6、如权利要求5所述的扩展模块，其特征在于，所述采样结果处理单元对 模数转换器处理后数据做进一步处理具体包括查表与线性插值、单位换算、 过量程纟企测、标记通道状态、平滑滤波、截取16位有效位并计算校验值。
7、 如权利要求1至6任意一项所述的扩展模块，其特征在于，所述第一输 入通道为温度输入通道，第二输入通道为电压/电流输入通道。
8、 如权利要求1至6任意一项所述的扩展模块，其特征在于，所述通道选 择单元为多路开关或开关阵列。
9、 一种可编程控制器系统，其包括CPU、第一传感器及第二传感器，其 特征在于，所述系统还包括一用于将第 一传感器和第二传感器采集的第 一信号 和第二信号传送给CPU的输入输出扩展模块，该输入输出扩展模块包括通道选择单元，通过第一输入通道和第二输入通道分别与第 一传感器和第 二传感器连接，用于选^^第一输入通道或者第二输入通道以输入信号；主控单元，用于控制所述通道选择单元工作，并将所述通道选择单元输入 的信号转换为数字信号；总线接口 ，用于将经过所述主控单元处理后的数据传送到CPU进行处理。
10、 如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述输入输出扩展模块还包括配置单元，用于配置所述扩展模块的工作参数。
11、 如权利要求IO所述的系统，其特征在于，所述工作参数包括输入类 型、标定方向、测量单位、接线方式、故障;险测。
12、 如权利要求IO所述的系统，其特征在于，所述主控单元包括 模数转换器，用于将所述通道选择单元输入的信号转换为数字信号；控制单元，用于根据所述配置单元配置的工作参数对所述通道选择单元以及模数转换器进行控制。
13、 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括 参数检测单元，用于检测所述配置单元所配置的工作参数；通道控制单元，用于根据所述工作参数控制通道单元接通第一输入通道或 者第二输入通道；参数调整单元，用于根据所述配置单元配置的工作参数调整所述模数转换器的参数；采样结果处理单元，用于对所述模数转换器处理后的数据做进一步处理； 结果输出单元，用于将所述采样结果处理单元处理后的数据输出到总线接C 。
14、 如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述采样结果处理单元对模 数转换器处理后数据做进一步处理具体包括查表与线性插值、单位换算、过 量程检测、标记通道状态、平滑滤波、截取16位有效位并计算校验值。
15、 如权利要求9至14任意一项所述的系统，其特征在于，所述第 一传感器为用于检测温度的温度传感器、第二传感器为用于检测压 力的压力传感器；所述第一输入通道为温度输入通道，第二输入通道为电压/电流输入通道。
16、 如权利要求9至14任意一项所述的系统，其特征在于，所述通道选择 单元为多路开关或开关阵列。
全文摘要
本发明公开了一种输入输出扩展模块及可编程控制器系统，所述系统包括CPU、第一传感器及第二传感器和输入输出扩展模块，其中输入输出扩展模块包括通道选择单元，通过第一输入通道和第二输入通道分别与第一传感器和第二传感器连接，用于选择第一输入通道或者第二输入通道以输入信号；主控单元，用于控制所述通道选择单元工作，并将所述通道选择单元输入的信号转换为数字信号；总线接口，用于将经过主控单元处理后的数据传送到CPU进行处理。本发明通过利用一个所述扩展模块实现了第一输入通道和第二输入通道的两种信号的输入，有效地减小了空间面积的占用，并降低了成本。
文档编号F24F11/00GK101105691SQ200710028149
公开日2008年1月16日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者周云宇, 戎思吉, 郭伟强, 陈海峰 申请人:深圳市合信自动化技术有限公司