一种嵌入式可编程智能调控系统的制作方法

本发明涉及调控系统技术领域，具体为一种嵌入式可编程智能调控系统。

背景技术：

现今社会早已经步入电气化时代，而且智能化的发展也是在逐步的改善，就目前而言常用的家电实现物联网、智能化已经不再是难题，但是不同的品牌、不同的厂家都有不同的控制系统，很难实现相互兼容，用户想同时控制多个厂家、品牌的电器设备的时候就需要有多个控制平台，这样以来就很混乱，可是在一些特殊的场所如工业现场的设备控制、实验室、展厅、报告厅等一些特殊场所的一些非标的电器控制就更加复杂了，比如自动窗帘、音响、投影机、灯光、大屏、门禁、环境参数检测等多种设备，这些设备很难由一个厂家完全的设计开发封装成一个独立的系统供给客户直接实现集中控制，往往需要在不同设备的厂家采购设备，这样以来设备在应用场景的控制就非常的混乱很难集中控制。想要克服这一难题，就要有一个兼容做多控制接口的控制系统，在常见的各类电控场景的电控设备主要分为：开关信号控制类、频率信号控制类、电压信号控制类、电流信号控制类、电阻信号控制类等几大部分，常用现场数据采集信号主要有：开关量、频率信号、电压信号、电流信号、电阻信号等几大类。由此也就找到了不同设备间的控制存在着共性，只要提取多数设备的共性特征，完善小部分的设备的差异特性，也就能实现不同重量的多个设备的集中控制的愿望了。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种嵌入式可编程智能调控系统，可通过简单操作实现各种设备的控制以及现场数据的采集，同时设计有自动的现场阻抗匹配功能，完成各个设备和模块通信和控制的动态调节，有效解决个各个定制化现场控制的技术复杂、灵活性差、稳定性不足的难题，实现简单、便捷、稳定的现场设备集中控制的系统搭建。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种嵌入式可编程智能调控系统，包括主处理系统、通讯系统、电源系统、采集与控制系统和人机交互系统；

人机交互系统：所述人机交互系统的内部设置有触摸屏和键盘；

通讯系统：所述通讯系统包括tcp/ip、wifi、rs485、rs232、can-bus、iic接口、spi接口；

采集与控制系统：所述采集与控制系统包括数据采集系统和驱动与输出控制系统，所述采集与控制系统的内部包括ntc接口、桥式压力接口、di接口、ai接口和脉冲信号接口，所述驱动与输出控制系统的内部包括do输出接口、ao输出接口、两相交流电机接口、四线步进电机接口、直流电机接口、直流无刷电机接口、伺服电机接口；

电源系统：所述电源系统包括电源处理和电源保护；

主处理系统：所述主处理系统包括主处理器和驱动电机；

所述主处理系统与通讯系统双向电连接，所述人机交互系统与主处理系统双向电连接，所述主处理系统和电源系统双向电连接，所述主处理系统和采集与控制系统双向电连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述人机交互系统内部的触摸屏设置为15寸电容触摸屏，支持多点触控、虚拟键盘。

作为本发明的一种优选技术方案，所述通讯系统主要设置有两个功能，一是控制系统通过网络与服务端、客户端进行通讯，实现对外数据通讯，二是与控制现场的设备、传感器进行通讯，实现设备控制、数据采集的功能，所述tcp/ip、wifi、rs485设置为对现场以外的数据通讯，所述rs232、can-bus、iic接口、spi接口设置为对现场内部设备、传感器之间的通讯。

作为本发明的一种优选技术方案，所述ntc接口、桥式压力接口、di接口、ai接口、脉冲信号接口、do输出接口、ao输出接口、两相交流电机接口、四线步进电机接口、直流电机接口、直流无刷电机接口、伺服电机接口的设置数量均不少于六个，所述驱动与输出控制系统主要是控制现场的各种设备。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电源系统通过220v50hz交流市电供电，所述电源系统中设计有防过压、防过流、防接反、防浪涌的保护措施。

作为本发明的一种优选技术方案，所述主处理器采用arm9内核处理器开发系统流程控制加六个次处理器cortex-m4内核处理器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本嵌入式可编程智能调控系统，可兼容绝大多数的电控设备的控制以及多种常用现场数据采集的传感器接口，可以将电器设备数量多、种类多的复杂控制现场的控制任务集中到一起控制，这样以来使现场的设备运行控制更安全、灵活、效率更高，有效解决复杂的现场设备控制过程。

2）本嵌入式可编程智能调控系统，采用嵌入式技术开发了现场可编程智能控制系统，支持温度、压力、湿度、重量、ai接口、di接口、adc接口、脉冲信号采集接口等现场数据采集；各种交直流接触器、继电器、可控硅、电阻信号输出、pwm输出、do、ao等多种设备控制接口；以及rs485接口、rs232接口、can总线接口、以太网、usb、sd卡等多种通讯接口，同时在复杂的现场通讯网络中系统兼容多模块之间通讯，对于特殊的模块间的交互通讯，系统可实现通讯网络中自动阻抗匹配，保障系统通讯的稳定性。

3）本嵌入式可编程智能调控系统，兼容了各种场景下的大多数电控设备的通讯、控制接口；内置有双核高速处理器，用户可通过触摸屏、pc端上位机软件对系统内各个资源进行配置，各个资源之间的业务逻辑用户可通过界面结合自己需求任意的组合、调整，有效解决了工控现场、实验室、展厅、报告厅、会议中心、酒店等众多场景下多中设备集中控制、协调工作的难题。

4）本嵌入式可编程智能调控系统，解决不同场景下多种电器设备集中控制的实地需求、个性化需求不易实现的难题，通过简单的界面、参数设定，解决实际的技术实现难题。

附图说明

图1为本发明系统整体框图；

图2为本发明人机交互框图；

图3为本发明通讯系统框图；

图4为本发明采集与控制系统框图；

图5为本发明电源系统框图；

图6为本发明主处理系统框图；

图7为本发明系统设置界面；

图8为本发明数据采集页面；

图9为本发明输出控制页面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种嵌入式可编程智能调控系统，包括主处理系统、通讯系统、电源系统、采集与控制系统和人机交互系统；

人机交互系统：所述人机交互系统的内部设置有触摸屏和键盘；

通讯系统：所述通讯系统包括tcp/ip、wifi、rs485、rs232、can-bus、iic接口、spi接口；

采集与控制系统：所述采集与控制系统包括数据采集系统和驱动与输出控制系统，所述采集与控制系统的内部包括ntc接口、桥式压力接口、di接口、ai接口和脉冲信号接口，所述驱动与输出控制系统的内部包括do输出接口、ao输出接口、两相交流电机接口、四线步进电机接口、直流电机接口、直流无刷电机接口、伺服电机接口；

电源系统：所述电源系统包括电源处理和电源保护；

主处理系统：所述主处理系统包括主处理器和驱动电机；

所述主处理系统与通讯系统双向电连接，所述人机交互系统与主处理系统双向电连接，所述主处理系统和电源系统双向电连接，所述主处理系统和采集与控制系统双向电连接。

优选的：所述人机交互系统内部的触摸屏设置为15寸电容触摸屏，支持多点触控、虚拟键盘，用户可通过触摸屏或者键盘进行设备运行参数、模式设定，可通过显示屏对现场设备运行情况和采集的现场数据进行查看，实现良好的人机交互过程。

优选的：所述通讯系统主要设置有两个功能，一是控制系统通过网络与服务端、客户端进行通讯，实现对外数据通讯，二是与控制现场的设备、传感器进行通讯，实现设备控制、数据采集的功能，所述tcp/ip、wifi、rs485设置为对现场以外的数据通讯，所述rs232、can-bus、iic接口、spi接口设置为对现场内部设备、传感器之间的通讯，rs485、can-bus通讯网络中为了兼容现场多个节点同时接入，在其通讯接口端设计有阻抗自动匹配，保障其通讯的稳定性。

优选的：所述ntc接口、桥式压力接口、di接口、ai接口、脉冲信号接口、do输出接口、ao输出接口、两相交流电机接口、四线步进电机接口、直流电机接口、直流无刷电机接口、伺服电机接口的设置数量均不少于六个，所述驱动与输出控制系统主要是控制现场的各种设备，设备的控制信号类型常见有：数字型信号、模拟型信号、功率信号。例如：电压信号驱动控制、电流信号驱动控制、电阻信号驱动控制、脉冲信号驱动控制以及常用的电机接口，每种接口至少有6个通道能满足现场多种设备的集中控制。

另外数据采集系统和设备驱动系统可通过软件设置进行数据交换、过程控制，使其实现简单的逻辑过程控制，大大的节省了额外的工作量，例如系统控制一个加热器，同时采集加热器边上的温度传感器的温度信号，可以通过在系统上设定加热曲线、启停点、报警点温度，系统就能自动的完成这一控制过程的监听无需人工参与无需外部过多设备即可方便灵活的实现繁琐的控制功能。

优选的：所述电源系统通过220v50hz交流市电供电，电源系统主要是为整个系统中各个模块单元进行供电，由于各个模块所需的电压均不相同，所以电源系统需要将市电转换成系统各个模块单元需要的电压，由于系统需要对外输出向外部设备、传感器进行供电所以系统的电源既要保证其稳定性还要保证其功率能满足更多设备的需求，本系统由多组开关电源构成，通过继电器控制各个输出点的通断，所述电源系统中设计有防过压、防过流、防接反、防浪涌的保护措施。

优选的：所述主处理器采用arm9内核处理器开发系统流程控制加六个次处理器cortex-m4内核处理器，系统对接现场的所有接口都是由次处理器完成的，cortex-m4内核处理器实时性好，外设资源丰富，支持多路pwm、串口、iic、spi等，由于系统需要多通道数据所以系统中有6个stm32f429igt6型处理器，6个次处理器的工作调度受控于arm9内核的主处理器，主处理器负责与界面、网络进行数据交互，解析用户在界面端的参数设置与业务逻辑，然后协调控制各个次处理器进行工作，双处理器各司其职相互交互保障整个系统安全流畅的运行。另外系统需要外接各种外设所以需要各种不同的驱动电路进行匹配，驱动电路主要是外设与cpu支间架接的桥梁，保障各个外设能在系统中正常工作。

在使用时：在主处理器上搭载linux操作系统，然后基于linux对系统中的控制软件进行开发，本系统的控制软件主要采用c++（qt）开发的人机交互界面以及业务逻辑控制，采用qt开发控制系统可实现跨平台应用，软件的远程端是windows版本客户端，其控制逻辑和界面显示和本地端是完全同步、一致的数据。这样以来大大的节省了开发周期，而且软件的通用性和兼容性更好。界面端主要是设置系统的工作参数和显示设备采集的现场数据。

系统中所有被控设备、采集设备都可以有用户在软件上执行合适的名称、电器参数，然后软件就能自动的进行数据处理，设备的命名没有特殊的要求，用户在逻辑控制中直接拿到设备的名字即可指定控制关系，从而实现了采集与控制的一体化，同样多个设备之间同样可以通过系统采集的数据进行交互控制，比如一个开关可以触发一个设备运行，设备运行的一些参数同样可以控制另外的设备的状态，这样以来整个现场的设备就能方便的集中在这一个可自由编程控制的系统中，本系统的编程控制十分简单，就是约束好各个设备的参数关系，从而实现协调集中的控制，同时系统还可以很方便的将现场全部电源、部分电源进行通电、断电，同时具备异常报警处理等功能，使整个现场在本系统的控制下更加的安全灵活。

系统设置界面主要是设置设备一些配置参数，配置完成后系统见按照配置的参数进行工作，系统设置界面如图7所示；

数据采集页面主要是设置现场传感器参数，并且显示不同种类信号类型的传感器的各个通道的采集数据，可配置设置采集电压、电流、电阻、频率以及数字接口的传感器类型的各种详细参数，通过设定信号名称，信号范围，传感器量程范围系统会自动的计算出传感器输出的电信号与测量实际物理量之间的对应关系，然后根据传感器的采集值进行计算得出传感器的测量值，界面如图8所示；

输出控制主要是设置系统的控制动作，可设置各个类型的输出控制端口进行控制，例如想要控制一个步进电机进行向称台上100公斤的料，转速有快中慢3个调节等级，并且结合系统采集传感器的数据进行控制，可以在数据采集界面找到外接称重传感器接口，在界面设定信号名称为：料1信号，根据传感器电器参数设定信号范围和满量程值，这样名为料1信号的通道便可采集外接称重传感器的重量数据；然后再输出控制界面找到步进电机控制，假设外面电机接到1号电机上，即可在1号电机上设定控制参数，设定电机额定功率，设定转速范围为快中慢3挡，填写各种速度控制条件，如下图所示，用料1信号的值作为电机动作的条件,同样电机的启动与停止也可又系统通过采集端的数据进行控制。输出控制如图9所示。

本发明专利采用嵌入式技术开发了现场可编程智能控制系统，支持温度、压力、湿度、重量、ai接口、di接口、adc接口、脉冲信号采集接口等现场数据采集；各种交直流接触器、继电器、可控硅、电阻信号输出、pwm输出、do、ao等多种设备控制接口；以及rs485接口、rs232接口、can总线接口、以太网、usb、sd卡等多种通讯接口，同时在复杂的现场通讯网络中系统兼容多模块之间通讯，对于特殊的模块间的交互通讯，系统可实现通讯网络中自动阻抗匹配，保障系统通讯的稳定性。兼容了各种场景下的大多数电控设备的通讯、控制接口；内置有双核高速处理器，用户可通过触摸屏、pc端上位机软件对系统内各个资源进行配置，各个资源之间的业务逻辑用户可通过界面结合自己需求任意的组合、调整。有效解决了工控现场、实验室、展厅、报告厅、会议中心、酒店等众多场景下多中设备集中控制、协调工作的难题。解决不同场景下多种电器设备集中控制的实地需求、个性化需求不易实现的难题，通过简单的界面、参数设定，解决实际的技术实现难题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。