一种数字量输出扩展装置的制作方法

本实用新型涉及自动化控制领域，尤其涉及一种数字量输出扩展装置。

背景技术：

数字量的输出控制是自动化设备中最基本的控制，数字量输出模块一般连接电磁阀、接触器、小功率电机、灯以及电机启动器等电气元件，用于使电气元件受控下进行工作。

现有自动化设备的数字量输出模块通常采用数据采集卡或者PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制。数据采集卡或者PLC的输入输出端口决定数字量输出模块的资源，如果在大型设备中需要运用到较多输出信号时，就需要选择一种点位较多的控制器，然而这样将增加设备成本，不利于大批量生产；或者，有时只是缺少一两个点位就需要选择IO资源更多的板卡或是增加一个PLC扩展模块，这样将使得数据采集卡或者PLC的端口没有充分利用，造成资源的浪费。另外，有些控制器的输出驱动能力弱，输入范围小，不能应用于很多供电电源为12V和24V的工业应用场合，输出必须经过驱动芯片转换才能够驱动电气元件。

因此，现有的数字量输出模块存在输出端口少、资源利用率低、驱动能力弱、成本高以及工业应用场合狭窄等问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种数字量输出扩展装置，旨在解决现有的数字量输出模块存在输出资源少、资源利用率低、驱动能力弱、成本高以及工业应用场合狭窄等问题。

本实用新型是这样实现的，一种数字量输出扩展装置，与外部的控制器和控制设备连接，所述数字量输出扩展装置包括电源模块、主控模块以及驱动模块；所述主控模块包括控制芯片以及复位单元；所述复位单元具有复位按键。

所述主控模块的第一输入端连接所述控制器的输出端，所述主控模块的第二输入端连接所述电源模块，所述主控模块的输出端连接所述驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接所述控制设备；所述控制芯片的第一输入端和第二输入端对应所述主控模块的第一输入端和第二输入端，所述控制芯片的复位端连接所述复位单元的输出端。

当所述电源模块开始工作且所述复位单元的所述复位按键被按下时，所述控制芯片进行复位，同时采集所述控制器输出的控制信号，并根据所述控制信号输出对应的输出信号至所述驱动模块，所述驱动模块将所述输出信号进行放大后输出驱动信号至所述控制设备，驱动所述控制设备工作。

在本实用新型中，当电源模块开始工作且复位单元的复位按键被按下时，控制芯片进行复位，同时采集控制器输出的控制信号，并根据控制信号输出对应的输出信号至驱动模块，驱动模块将输出信号进行放大后输出驱动信号至控制设备，以驱动控制设备工作，从而解决现有的数字量输出模块存在的输出端口少、资源利用率低、驱动能力弱、成本高以及工业应用场合狭窄的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置另一结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的电源模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的光耦隔离模块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的驱动模块的结构示意图；

图6本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的主控模块的具体电路图；

图7本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的电源模块的具体电路图；

图8本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的光耦隔离模块的具体电路图；

图9本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的驱动模块的具体电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

一种数字量输出扩展装置，与外部的控制器100和控制设备104连接，数字量输出扩展装置包括电源模块101、主控模块102以及驱动模块103；主控模块102包括控制芯片200以及复位单元201；复位单元201具有复位按键S0。

主控模块102的第一输入端连接控制器100的输出端，主控模块102的第二输入端连接电源模块101，主控模块102的输出端连接驱动模块103的输入端，驱动模块103的输出端连接控制设备104；控制芯片200的第一输入端和第二输入端对应主控模块102的第一输入端和第二输入端，控制芯片200的复位端连接复位单元201的输出端。

在本实用新型实施例中，控制器100为数字运算操作的电子系统，可以是数据采集卡，也可以是PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器100)，主要用于输出控制信号控制相应的电气元件，例如气缸的电磁阀，三色灯蜂鸣器，继电器，电动机的交流接触器等。

在本实用新型实施例中，控制芯片200是与控制器100配套使用的微控制器，与复位单元201连接，内部连接有源晶振电路，采集控制器100输出的控制信号，判断出当前的输入状态，根据控制信号选择输出信号并输出至驱动模块103。其中，控制器100输入的控制信号与控制芯片200输出的输出信号之间的对应关系为：输出信号的个数＝2输入的控制信号的个数。

在具体应用中，控制芯片200可以采用ATMEL公司生产的AVR系列单片机，例如采用MEGA16单片机作为控制芯片200。ATMEGA16总共有32路输入/输出口，在具体应用中可以仅使用其中5路作输入端，16路作输出端控制。同时，也可以通过控制器100输入的控制信号与控制芯片200输出的输出信号之间的对应关系，根据实际情况选择不同的模式来实现相对应的功能，比如需要一次控制单个输出，一次控制两个输出等。

当电源模块101开始工作且复位单元201的复位按键S0被按下时，控制芯片200进行复位，同时采集控制器100输出的控制信号，判断控制信号的输入状态，并根据控制信号输出对应的输出信号至驱动模块103，驱动模块103将输出信号进行放大后输出驱动信号至控制设备104，驱动控制设备104工作。

为了适应更多用户的实际需要，如图2所示，在图1的基础上数字量输出扩展装置的主控模块102还包括下载线202，下载线202连接控制芯片200的下载通信接口。在本实用新型实施例中，下载线202接口通过下载通信接口将预设程序写入控制芯片200，具体地，下载线202可以是ISP下载线，通过下载通信接口用户在电路板上即可在线写入单片机程序。

图6示出了主控模块102一实施例的具体电路图，其中，ATMEGA16作为控制芯片200，XTAL1和XTAL2内接有源晶振电路；ATMEGA16的5路作输入端连接控制器100，采集控制器100输出的控制信号；ATMEGA16的复位端连接复位单元201；ATMEGA16的ISP下载线接口连接下载线202。

在本实用新型中，当电源模块101开始工作且复位单元201的复位按键S0被按下时，控制芯片200进行复位，同时采集控制器100输出的控制信号，并根据控制信号输出对应的输出信号至驱动模块103，驱动模块103将输出信号进行放大后输出驱动信号至控制设备104，以驱动控制设备104工作，从而使数字量输出控制器100有效的增加了输出点位，提高资源利用率，增加了输出端的驱动能力，能够直接控制执行元件，也能够方便地嵌入自动化设备中应用，同时也有效地节约设备开发成本。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的电源模块101的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

进一步的，在图1所示架构的基础上，如图3所示，电源模块101包括变压器300、第一开关按键301、第二开关按键302、桥式整流单元303、第一输入滤波单元304、第一稳压单元306以及第一输出滤波单元308。

在本实用新型实施例中，第一输入滤波单元304可以是包括第一电容C1和第二电容C2的滤波单元，第一输出滤波单元308可以是包括第三电容C3和第四电容C4的滤波单元，更具体地，第一电容C1和第三电容C3可以是极性电容；第一稳压单元306在具体应用中可以是三端稳压集成电路LM7805。

变压器300的输入端连接交流电压源，变压器300的第一输出端通过第一开关按键301连接桥式整流单元303的第一输入端，变压器300的第二输出端通过第二开关按键302连接桥式整流单元303的第二输入端；第一输入滤波单元304的第一端和第一稳压单元306的输入端共接于桥式整流单元303的正极端；第一稳压单元306的输出端和第一输出滤波单元308的第一端共接于电源模块101的第一输出端；第一输入滤波单元304的第二端、第一稳压单元306的接地端、第一输出滤波单元308的第二端以及桥式整流单元303的负极端共接于地。

当第一开关按键301和第二开关按键302按下时，变压器300将输入的交流电源电压降压后转为交流低电压，桥式整流单元303和第一输入滤波单元304将交流低电压整流滤波后输出第一直流低电压，第一稳压单元306稳压和第一输出滤波单元308将第一直流低电压进行稳压和滤波后输出第一直流电压源。在具体应用中，交流电源电压源输入的交流电源电压可以是220V，第一直流电压源可以是+5V的直流电源，用于主控模块102的供电。

进一步的，如图3所示，数字量输出扩展模块装置需要用到另一组电压值的直流稳压电源，因此电源模块101还包括第二输入滤波单元305、第二稳压单元307以及第二输出滤波单元309。

在本实用新型实施例中，第二输入滤波单元305可以是包括第五电容C5和第六电容C6的滤波单元，第二输出滤波单元309可以是包括第七电容C7和第八电容C8的滤波单元，更具体地，第五电容C5和第七电容C7可以是极性电容；第二稳压单元307在具体应用中可以是三端稳压集成电路LM7824。

第二输入滤波单元305的第一端和第二稳压单元307的输入端共接于桥式整流单元303的正极端，第二稳压单元307的输出端与第二输出滤波单元309的第一端共接于电源模块101的第二输出端，第二输入滤波单元305的第二端、第二稳压单元307的接地端、第二输出滤波单元309的第二端以及桥式整流单元303的负极端共接于地。

当第一开关按键301和第二开关按键302按下时，变压器300将输入的交流电源电压降压后转为交流低电压，桥式整流单元303和第二输入滤波单元305将交流低电压整流滤波后输出第二直流低电压，第二稳压单元307稳压和第二输出滤波单元309将第二直流低电压进行稳压和滤波后输出第二直流电压源。在具体应用中，输出第二直流电压源可以是+24V的直流电源，用于驱动模块103以及外部控制设备104的供电。

进一步的，如图3所示，为了进一步保护电源模块101持续稳定工作，电源模块101还包括第一保护器件310和第二保护器件311。

第一保护器件310的第一端与第一输入滤波单元304的第一端、第一稳压单元306的输入端共接，第一保护器件310的第二端、第一稳压单元306的输出端以及第一输出滤波单元308的第一端共接；第二保护器件311的第一端与第二输入滤波单元305的第一端、第二稳压单元307的输入端共接，第二保护器件311的第二端、第二稳压单元307的输出端以及第二输出滤波单元309的第一端共接。

在本实用新型实施例中，第一保护器件310可以是第一二极管D1，第一二极管D1的负极端为第一保护器件310的第一端，第一二极管D1的正极端为第一保护器件310的第二端；第二保护器件311可以是第二二极管D2，第二二极管D2的负极端为第二保护器件311的第一端，第二二极管D2的正极端为第二保护器件311的第二端。在第一稳压单元306的输入端和输出端加入第一二极管D1，在第二稳压单元307的输入端和输出端加入第二二极管D2，能够防止第一稳压单元306和第二稳压单元307受到回路电流的冲击。

进一步的，如图3所示，为了进一步监督电源模块101工作的工作情况，电源模块101还包括第一指示单元312和第二指示单元313。

第一指示单元312的第一端、第一稳压单元306的输出端以及第一输出滤波单元308的第一端共接，第一指示单元312的第二端接地；第二指示单元313的第一端、第二稳压单元307的输出端以及第二输出滤波单元309的第一端共接，第二指示单元313的第二端接地。

第一指示单元312用于当第一输出滤波单元308输出第一直流电压源时作发光指示，第二指示单元313用于当第二输出滤波单元309输出第二直流电压源时作发光指示。

在本实用新型实施例中，第一指示单元312包括第一电阻R1和第一发光二极管LED1，第一电阻R1的第一端为第一指示单元312的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一发光二极管LED1的正极端，第一发光二极管LED1的负极端为第一指示单元312的第二端。

在本实用新型实施例中，第二指示单元313包括第二电阻R2和第二发光二极管LED2，第二电阻R2的第一端为第二指示单元313的第一端，第二电阻R2的第二端连接第二发光二极管LED2的正极端，第二发光二极管LED2的负极端为第二指示单元313的第二端。

根据上述，在图3的基础上，图7示出了电源模块101一实施例的具体电路图，其中，电源模块101的第一组直流稳压电源为+5V的直流电源，用于主控模块102的供电；第二组直流稳压电源为+24V的直流电源，用于驱动模块103以及外部控制设备104的供电。

图4示出了本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的光耦隔离模块105的结构图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

进一步的，在图1所示架构的基础上，数字量输出扩展装置还包括光耦隔离模块105，光耦隔离模块105连接在控制器100和控制芯片200之间；光耦隔离模块105用于对控制器100输出的控制信号进行隔离，并输出隔离后的控制信号至控制芯片200，起到保护作用。

在本实用新型实施例中，如图4所示，光耦隔离模块105包括光耦隔离芯片400、第一电阻排401、第二电阻排402以及第三指示单元403，第一电阻排401通过第三指示单元403连接光耦隔离芯片400的第一控制端，第二电阻排402连接光耦隔离芯片400的第二控制端，光耦隔离芯片400的第一执行端连接控制芯片200的第一输入端。

第一电阻排401用于使光耦隔离芯片400的第一控制端的初始状态保持在高电平状态；第二电阻排402用于使光耦隔离芯片400的第二控制端的初始状态保持在高电平状态；光耦隔离芯片400用于对控制器100输出的控制信号进行隔离，并输出隔离后的控制信号至控制芯片200；第三指示单元403用于当隔离芯片输出隔离后的控制信号至控制芯片200时作发光显示。

在本实用新型实施例中，光耦隔离芯片400可以是TLP521系列光耦，具体地，光耦隔离芯片400可以是光耦TLP521-4，更具体地，可以是两个光耦TLP521-4的组合；第一电阻排401可以是8通道的具有供电电压为+24V的电阻排；第二电阻可以是8通道的具有供电电压为+5V的电阻排；第三指示单元403可以是由8个发光二极管组D01合成的指示单元。

根据上述，在图4的基础上，图8示出了光耦隔离模块105一实施例的具体电路图。

图5示出了本实用新型实施例提供的一种数字量输出扩展装置的驱动模块103的结构图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

进一步的，在图1所示架构的基础上，如图5所示，驱动模块103包括驱动芯片501和下拉电阻单元500，下拉电阻单元500的第一端为驱动模块103的输入端，下拉电阻单元500的第二端连接驱动芯片501的输入端，驱动芯片501的输出端为驱动模块103的输出端。

下拉电阻单元500用于使驱动芯片501的输出端的初始状态保持在高电平状态，驱动芯片501用于将输出信号进行放大后输出驱动信号至控制设备104，驱动控制设备104工作。

在本实用新型实施例中，驱动芯片501可以是ULN2803芯片，更具体地，可以是两个ULN2803芯片的组合。ULN2803芯片是由8个NPN达林顿晶体管，连接如电灯、电磁阀、继电器或其他类似的负载。ULN2803芯片与下拉电阻单元500连接，使ULN2803芯片输出端的初始状态保持在高电平。具体地，ULN2803芯片的每一对达林顿晶体管可以都串联一个4.7k的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

进一步的，在图1所示架构的基础上，如图5所示，驱动模块103还包括第四指示单元502，第四指示单元502连接驱动芯片501的输出端，用于当驱动芯片501将驱动信号输出至控制设备104时作发光指示。

在本实用新型实施例中，第四指示单元502可以是由16个发光二极管组D02合成并且连接+24电源的指示单元。

根据上述，在图5的基础上，图9示出了驱动模块103一实施例的具体电路图。

本实施例提供的数字量输出扩展装置，与外部的控制器100和控制设备104连接，包括电源模块101、主控模块102以及驱动模块103，主控模块102包括控制芯片200以及复位单元201，复位单元201具有复位按键S0。当电源模块101开始工作且复位单元201的复位按键S0被按下时，控制芯片200进行复位，同时采集控制器100输出的控制信号，并根据控制信号输出对应的输出信号至驱动模块103，驱动模块103将输出信号进行放大后输出驱动信号至控制设备104，以驱动控制设备104工作，从而解决现有的数字量输出模块存在的输出端口少、资源利用率低、驱动能力弱、成本高以及工业应用场合狭窄的问题。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。