多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块的制作方法

1.本实用新型涉及工业自动化技术领域，具体涉及多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块。


背景技术：

2.智能多点数工业互联网远程输入输出控制器产品可以广泛应用于工业自动化系统中，配合主站或者plc可以实现各种自动控制、运动控制功能。例如：自动化设备、机器人、机械臂、大型工程车、楼宇自动化，等等。
3.传统的输入输出控制器产品传输速度较低，且不具有能够对扩展模块进行计数的硬件基础。


技术实现要素：

4.为至少解决现有技术存在的缺陷之一，本实用新型的目的在于提供多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块。
5.本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块，包括：
6.多路输入/输出控制电路，用于信号的输入/输出；
7.高速隔离电路，一端与所述多路输入/输出控制电路连接，用于加快信号的传输速度；
8.主控mcu，与所述高速隔离电路的另一端连接；
9.高速通讯电路，一端与所述主控mcu连接，用于加快信号的传输速度；
10.扩展接口-输入，与所述高速通讯电路的另一端连接，用于接入ext_con’信号；
11.扩展接口-输出，与所述主控mcu连接，用于输出所述mcu产生的ext_con信号
12.电源模块，与所述扩展接口-输出连接，用于对所述扩展模块进行供电。
13.进一步，所述扩展模块还包括，
14.can/spi接口，设置于所述主控mcu处，用于进行can或spi通信。
15.进一步，具体的，
16.所述电源模块包括，
17.电源管理单元，用于提供稳定的电源；
18.扩展接口-输入，与所述扩展接口-输出连接；
19.扩展接口-输出，与所述扩展接口-输入连接。
20.进一步，具体的，所述多路输入/输出控制电路包括基于74hc595芯片或74hc165芯片的相关电路。
21.进一步，具体的，
22.所述高速通讯电路采用全双工4线制通讯机制，起始端终端匹配电阻ra、ra’位于主模块上，有效终端匹配电阻rb、rb’位于最末端扩展模块上。
23.进一步，具体的，
24.所述高速通讯电路半双工2线制通讯机制，其驱动芯片采用200m~100mbps的m-lvds驱动芯片或20m~16mbps的rs-485驱动芯片。
25.进一步，具体的，
26.所述扩展模块还包括智能终端电阻匹配电路，所述智能终端阻抗匹配电路设置于所述主控mcu与高速通讯总线之间，
27.所述智能终端电阻匹配电路包括终端匹配电阻rd，所述终端匹配电阻rd一端接入x通讯信号线，另一端与光电开关u4的3号接口连接，所述光电开关u4的4号接口连接y通讯信号线；所述光电开关u4的2号接口连接mos管q1的3号引脚，所述mos管q1的2号引脚分别连接电容c20的一端以及接地，所述电容c20的另一端分别连接所述mos管q1的1号引脚以及电阻r19的一端，所述电阻r19的另一端分别连接电阻r4的一端以及电源，所述电阻r4的另一端连接所述光电开关u4的1号接口。
28.进一步，具体的，高速隔离电路包括基于ca-is3720hs、cbmud1200las8或adum120n0芯片构成的隔离ic。
29.本实用新型的有益效果：提供多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块，通过设置高速通讯电路以及高速隔离电路的配合，能够加快信号的传输速度，另外通过扩展接口-输入以及扩展接口-输出能够为扩展模块的计数功能提供硬件基础。
附图说明
30.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说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
31.图1为本实用新型多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块的结构原理框图；
32.图2为本实用新型多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块的智能终端阻抗匹配扩展连接示意图；
33.图3为本实用新型多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块的智能终端阻抗匹配电路示意图；
34.图4为本实用新型多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块的高速通讯电路框图；
35.图5为本实用新型多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块的串行输入/并行输出的结构原理图；
36.图6为本实用新型多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块的并行输入/串行输出的结构原理图。
具体实施方式
37.以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只
是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指元件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接元件，来组成更优的电路结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
38.参照图1，实施例1，多点数工业互联网远程输入输出控制器的扩展模块，包括：
39.多路输入/输出控制电路，用于信号的输入/输出；
40.高速隔离电路，一端与所述多路输入/输出控制电路连接，用于加快信号的传输速度；
41.主控mcu，与所述高速隔离电路的另一端连接；
42.高速通讯电路，一端与所述主控mcu连接，用于加快信号的传输速度；
43.扩展接口-输入，与所述高速通讯电路的另一端连接，用于接入ext_con’信号；
44.扩展接口-输出，与所述主控mcu连接，用于输出所述mcu产生的ext_con信号
45.电源模块，与所述扩展接口-输出连接，用于对所述扩展模块进行供电。
46.进一步，所述扩展模块还包括，
47.can/spi接口，设置于所述主控mcu处，用于进行can或spi通信。
48.作为本实用新型的优选实施方式，具体的，
49.所述电源模块包括，
50.电源管理单元，用于提供稳定的电源；
51.扩展接口-输入，与所述扩展接口-输出连接；
52.扩展接口-输出，与所述扩展接口-输入连接。
53.在本优选实施方式中，电源模块用于为扩展模块提供优质的的隔离电源，输入12~36vdc，输出5v/1200ma。主体模块能独立供给5个扩展模块所需的电力能源，超过这个数量，就需要增加电源模块。电源模块的扩展接口与扩展模块完全一致，除了供给电源，不影响系统的通讯与扩展。
54.作为本实用新型的优选实施方式，具体的，所述多路输入/输出控制电路包括基于74hc595芯片或74hc165芯片的相关电路。
55.参照图5，多路输出：串行输入/并行输出
56.din
‑‑‑‑
串行数据输入
57.rl
‑‑‑‑‑
使能输入数据装载到并行输出口
58.clk
‑‑‑‑
时钟
59.sq
‑‑‑‑‑
串行输出
60.qn
‑‑‑‑‑
并行输出端n
61.采用的芯片如下：74hc595 或者类似功能ic
62.参照图6，
63.多路输入：并行输入/串行输出
64.dout
‑‑‑‑
串行数据输出
65.rl
‑‑‑‑‑
使能并行输入数据装载到串行寄存器
66.clk
‑‑‑‑
时钟
67.sq
‑‑‑‑‑
串行输入
68.qn
‑‑‑‑‑
并行输入端n
69.采用的芯片如下：74hc165 或者类似功能ic
70.作为本实用新型的优选实施方式，具体的，
71.所述高速通讯电路采用全双工4线制通讯机制，起始端终端匹配电阻ra、ra’位于主模块上，有效终端匹配电阻rb、rb’位于最末端扩展模块上。
72.作为本实用新型的优选实施方式，具体的，
73.所述高速通讯电路半双工2线制通讯机制，其驱动芯片采用200m~100mbps的m-lvds驱动芯片或20m~16mbps的rs-485驱动芯片。
74.参照图4，作为本实用新型的优选实施方式，高速通讯采用全双工4线制通讯机制，起始端终端匹配电阻ra、ra’位于主模块上，有效终端匹配电阻rb、rb’位于最末端扩展模块n上。因其他扩展模块（1~n-1）上的终端匹配电阻无效，故没有画出。根据实际实时性要求也可以采取半双工2线制通讯机制，可以省掉两个匹配电阻和两根通讯线。驱动芯片可以采用200m~100mbps的m-lvds驱动芯片，例如sn65mlvd203b/sn65mlvd206b；也可以采用20m~16mbps的rs-485驱动芯片例如tpt481/sp3077e/sp3078e等
75.作为本实用新型的优选实施方式，具体的，
76.所述扩展模块还包括智能终端电阻匹配电路，所述智能终端阻抗匹配电路设置于所述主控mcu与高速通讯总线之间，
77.所述智能终端电阻匹配电路包括终端匹配电阻rd，所述终端匹配电阻rd一端接入x通讯信号线，另一端与光电开关u4的3号接口连接，所述光电开关u4的4号接口连接y通讯信号线；所述光电开关u4的2号接口连接mos管q1的3号引脚，所述mos管q1的2号引脚分别连接电容c20的一端以及接地，所述电容c20的另一端分别连接所述mos管q1的1号引脚以及电阻r19的一端，所述电阻r19的另一端分别连接电阻r4的一端以及电源，所述电阻r4的另一端连接所述光电开关u4的1号接口。
78.参照图2以及图3在本优选实施方式中，为了避免高速通讯电路上收发信号发生反射，影响通讯质量，设计了智能终端阻抗匹配电路，如图2所示，该电路的作用是：保证仅使位于通讯链路最末端的那个扩展模块上的终端阻抗匹配电路起作用。该功能自动实现，不需要人为干预。从而，为模块数量的智能扩展做好了技术铺垫。图2中，x/y为高速通讯信号线，rd为终端匹配电阻，u4为光电开关，q1为mosfet，ext_con为使能信号。如果扩展模块为最末端一个，如图3所示，即为扩展模块n+1，由于其右侧没有扩展模块，因此，右边输出口中的ext_con n+1信号为高电平，故而u4 n+1光电开关导通，rdn+1匹配电阻接入x/y高速通讯信号线，且位于信号线最末端。如果模块不是位于最末端位置，如图3中的扩展模块n，则其右边输出口中的ext_con n使能信号，被其右侧的n+1模块左侧输入口的ext_con
’ꢀ
n+1信号拉低，故其u4 n光电开关断开，rd n不接入x/y高速通讯信号线，不起作用。其他的扩展模块n-i，（i=1，
…
， n-1）当中的ext_con n-i使能信号均被右侧模块输入口的ext_con
’ꢀ
n-i+1信号拉低，故其rd n-i电阻均不接入x/y高速通讯信号线，均不起作用。
79.作为本实用新型的优选实施方式，具体的，高速隔离电路包括基于ca-is3720hs、cbmud1200las8或adum120n0芯片构成的隔离ic。
80.在本优选实施方式中，采用基于ca-is3720hs、cbmud1200las8或adum120n0芯片构
成的新型高速隔离ic，能够较为适配的实现本方案，当然其他替代方案能够实现本方案也是可以的。
81.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。