专利名称：基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控节点控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及短距离无线控制系统的受控节点控制器，特别涉及基 于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控节点控制器。
背景技术：
在传统的工业应用中，短距离(数百米内)的控制是通过线缆实现控 制器的信号传递，需要大量、繁缛的布线，增加成本的同时带来了安全隐
患和不易维护等问题。而GSM等传统中低频无线通信技术适合长距离的 通信领域，成本高，抗干扰性差，用于工业现场控制时，极容易受到工业 现场的中低频段的电磁波的干扰，故中低频通信技术不适合工业领域的无 线控制应用。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种基于紫蜂技术的用于 炼钢净化系统的受控节点控制器，其能够省去大量、繁缛的布线，并具有 极强的抗干扰性。
本实用新型采用如下技术方案来解决技术问题-
一种基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控节点控制器，包含控制 模块1、电源模块6、光电耦合输出模块5、电源模块6向控制模块1提供 工作电源，控制模块1向光电耦合输出模块5输出继电器使能信号 RelayOut，其特征在于，
还包含射频发送匹配模块3、射频收发控制模块2和射频接收匹配模 块4，上述控制模块1输出的第一、第二射频输出信号RfOutl、 RfDut2 分别接射频发送匹配模块3的第一、第二输入端，射频发送匹配模块3输 出的射频发送信号RfTx接射频收发控制模块2的第一输入端，控制模块 1输出的射频控制信号RfSd接射频收发控制模块2的第二输入端，射频收发控制模块2输出的射频接收信号Rffix接射频接收匹配模块4的输入 端，射频接收匹配模块4输出的第一、第二射频输入信号Rflnl、 Rfln2接 控制模块l的第一、第二输入端，由射频收发控制模块(2)发送/接收2.4GHz 信号。
与现有技术相对比，本实用新型的优点在于通过2.4GHz无线射频 模块发送、接收数据，不依靠线缆通信，从而省去了繁縟的布线，彻底解 决了由繁缛布线所带来的安全隐患、不稳定性。另外，无线射频模块工作 在2.4GHz频段，不易受到工业现场的中低频段的电磁波的干扰，具有极 强的抗干扰性，还有比传统工业控制器更加美观、方便、实用。
图1是本实用新型的基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控节点 控制器的总电路框图。
图2是本实用新型的控制模块1的电路图。
图3是本实用新型的射频收发控制模块2的电路图。
图4是本实用新型的射频发送匹配模块3的电路图。
图5是本实用新型的射频接收匹配模块4的电路图。
图6是本实用新型的光电耦合输出模块5的电路图。
图7是本实用新型的电源模块6的电路图。
图8是本实用新型的程序流程结构示意图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本实用新型的实施方式。 如图1， 一种基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控节点控制器， 包含控制模块l、电源模块6、光电耦合输出模块5、电源模块6向控制模 块1提供工作电源，控制模块1向光电耦合输出模块5输出继电器使能信 号RdayOut，还包含射频发送匹配模块3、射频收发控制模块2和射频接 收匹配模块4，上述控制模块l输出的第一、第二射频输出信号RfOutl、 RfDut2分别接射频发送匹配模块3的第一、第二输入端，射频发送匹配模 块3输出的射频发送信号RfTx接射频收发控制模块2的第一输入端，控制模块1输出的射频控制信号RfSd接射频收发控制模块2的第二输入端， 射频收发控制模块2输出的射频接收信号Rffix接射频接收匹配模块4的 输入端，射频接收匹配模块4输出的第一、第二射频输入信号Rflnl、 Rfln2 接控制模块1的第一、第二输入端，由射频收发控制模块(2)发送/接收 2.4GHz信号。
如图2，控制模块1采用飞思卡尔公司的处理器芯片MC13213， MC13213的47脚输出上述继电器使能信号RelayOut， 44脚输出上述射频 控制信号RfSel， MC13213的34脚输出第一偏置电压CT—Bias, MC13213 的33脚输出第二偏置电压VDDA， MC13213的39脚、38脚输出上述第 一、第二射频输出信号(RfOutl、 RfOut2)，上述第一、第二射频输入信 号(Rflnl、 Rfln2)分别接MC13213的36脚、35脚。
如图3，射频收发控制模块2选用飞思卡尔公司的射频芯片IC115， 上述射频控制信号RfSd接IC115的6脚，上述MC13213的34脚接IC115 的4脚，IC115的3脚接地，上述射频发送信号RfTx接IC115的1脚，IC115 的2脚输出上述射频接收信号RfRx， IC115的5脚经10pF电容发^/接收 2.4GHz信号。
如图4，上述射频发送匹配模块3由不平衡变压器INDCT0R1、电感、 电容组成，上述第一射频输出信号(RfOutl)串联4.7nH电感后接不平衡 变压器INDCT0R1的1脚，上述第二射频输出信号(RfOut2)串联4.7nH 电感后接INDCTOR1的3脚，且INDCTOR1的1脚、3脚并联电容1.0pF， INDCTOR1的2脚接上述MC13213的33脚且经过10pF电容后接地， INDCTOR1的6脚经10pF电容后输出射频发送信号(RfTx)， INDCT0R1 的5脚接地，4脚悬空。
如图5，射频接收匹配模块4由不平衡变压器INDCTOR2、电感、电 容组成，上述射频接收信号RfRx串联10pF电容后接不平衡变压器 INDUCTOR2的6脚，INDUCT0R2的5脚、2脚接地，4脚悬空，1脚和 3脚并联1.8pF电容，INDUCTOR2的1脚串联3nH电感后输出上述第一 射频输入信号Rflnl， INDUCTOR2的3脚串联3nH电感后输出上述第二 射频输入信号Rfln2。
如图6，上述光电耦合输出模块5采用双向光电耦合器MOC3081，上述继电器使能信号RelayOut接MOC3081的2脚。
在图1中，在控制模块1输出射频控制信号RfSel至射频收发控制模 块2，选择射频接收模式后，射频收发控制模块2可以接收射频信号并将 射频接收信号RfRx输入至射频接收匹配模块4的射频输入信号端口 ，经 射频接收匹配模块4匹配后输出射频输入信号(RFInl、 RFIn2)至控制模块 1，完成数据的无线接收任务。控制模块1通过循环执行无线接收任务， 侦听是否有主控制器发来的射频控制信号，如果有，将控制信号转换为对 应的继电器使能信号RdayOut输入至光电耦合输出模块5，电耦合输出模 块5据此信号控制输出220V+、 220V-，以开启或关闭外接电磁阀。每完 成一次开启或关闭动作后，控制模块1输出射频控制信号RfSd至射频收 发控制模块2，选择射频发送模式，并将处理结果数据通过控制模块1输 出射频输出信号(RFOutl、 RFOut2)经过射频发送匹配模块3后输入射 频发送信号(RfTx)至射频收发控制模块2，以2.4GHz射频信号发送出 去，完成数据的无线发送任务。模块2可以选择的2.4GHz射频信号的信 道有16个，与主控制器的信道一致，只有在此信道内的射频模块会接收 到信号。同一空间区域内的不同信道之间不会产生干扰。对于用户来说， 本节点控制器的使用和传统485线缆控制的使用几乎没有差别；对系统来 说，用2.4GHz射频信号取代短距离的线缆信号，可以屏蔽绝大部分的工 业现场干扰，并且在百米内的通信是可靠的，适用于大部分的短距离工业 控制领域。
在图2、图3中，控制模块1的44脚(GPI01像送射频控制信号RfSel 至射频收发控制模块2的6脚，射频收发控制模块2根据信号RfSel选择 射频发送或者接收模式。控制模块1的34脚(CT一Bias)输出3v偏置电压至 射频收发控制模块2的4脚；当模块2选择了射频发送模式时，控制模块 1的引脚39(PAO_M)、 38(PAO一P)输出射频输出信号RKhitl和RfOut2至 射频发送匹配模块3，经过阻抗匹配后由模块3输出射频发送信号RfTx 至射频收发控制模块2的1脚，由射频收发控制模块2的引脚5串联10pF 电容后通过天线发送出去。当射频收发控制模块2选择了射频接收模式时, 射频收发控制模块2由天线接收射频信号，并输出射频接收信号RfRx至 射频接收匹配模块4，经过阻抗匹配后由模块4输出射频输入信号Rflnl、
7Rfln2至控制模块l的射频信号输入引脚36 (RFIN—P)、 35 (RFIN—M);
射频收发控制模块2的引脚5串联一个10pF电容后连接射频天线； 模块2的引脚6输入来自控制模块1发来的射频控制信号RfSd，用以选 择射频模块的发送或者接收模式；当选择了射频发送模式后，射频收发控 制模块2的引脚1输入由射频发送匹配模块3输出的射频发送信号RFTx， 从射频收发控制模块2的引脚5以2.4GHz射频信号发送出去；当选择了 射频接收模式后，模块2通过天线接收射频信号，从引脚2输出射频接收 信号RFRx至射频接收匹配模块4的射频信号接收端，经过射频接收匹配 模块4的匹配后输出射频输入信号Rflnl、 Rfln2至控制模块1的射频信号 输入端口，即引脚36 (RFIN一P)、 35(RFIN一M);射频收发控制模块2的 引脚4输入由控制模块1引脚34 (CT_Bias)提供的3v偏置电压2;射频 收发控制模块2的引脚3由电源模块5的引脚2 (GND)提供电源地。
图4中，本实用新型的射频发送匹配模块3起阻抗匹配作用。 INDUCT0R1为JOHANSON TECHNOLOGY公司的不平衡变压器 2450BL14C050,把作为差分射频信号的第一、第二射频输出信号(RfDutl 和RfOut2)转换为单端射频信号，即射频发送信号RfTx。
当选择了射频发送模式后，控制模块1的引脚39 (PAO一M)，即射频 信号输出端口 1，输出的射频输出信号RfFOutl串联4.7nH电感后输入至 射频发送匹配模块3的引脚1;控制模块1的引脚38 (PAO—P)，即射频 信号输出端口 2，输出的射频输出信号RfFOut2串联4.7nH电感后输入至 频发送匹配模块3的引脚3;弓,1与引脚3引出后分别连接1个1.0pF 电容；频发送匹配模块3的引脚2引出后分为2路， 一路输入由控制模块 1的引脚6提供的3v偏置电压(VDDA)，另一路串联10pF电容后连接电 压模块5的引脚2 (GND)，即电源地；模块3的引脚6把匹配后的信号 经过10pF电容输出射频发送信号RfTx至模块2的引脚1，由射频收发控 制模块2的引脚5通过射频天线发送出去射频发送匹配模块3的引脚5输 入由电源模块5的引脚2 (GND)提供的电源地；射频发送匹配模块3的 引脚4悬空。
图5中，本实用新型的射频接收匹配模块4起阻抗匹配作用。 INDUCTOR2为JOHANSON TECHNOLOGY公司的不平衡变压器2450BL14C050,把单端射频信号，即射频接收信号RfRx，转换为差分射 频信号，即第一、第二射频输入信号(Rflnl、 Rfln2)。
当选择了射频接收模式后，射频收发控制模块2的引脚2输出的射频 接收信号RfRx串联10pF电容后输入至模块4的引脚6;射频接收匹配模 块4的引脚1串联3nH电感后输出射频输入信号1 (Rflnl)至控制模块1 的36脚(RFIN—P)，即射频信号输入接口l;模块4的引脚2串联3nH电 感后输出射频输入信号2 (Rfln2)至控制模块l的35脚(RFIN一M)，即 射频信号输入接口 2;射频接收匹配模块4的引脚1和引脚3引出后通过 1个1.8pF电容相连;模块4的引脚2、5由连接电源模块5的引脚2(GND) 输入电源地；模块4的引脚4悬空。模块4的电路作用为接收射频信号的 阻抗匹配。
在图6中，光电耦合输出模块5采用双向光电耦合器MOC3081及其 匹配电路。模块5的MOC3081的引脚1输入电源模块6的引脚6提供的 5v工作电压，模块5的MOC3081的引脚2输入控制模块1的引脚47输 出的继电器使能信号RelayOut。模块5的RELAY_OUT为4引脚排针插 座，RELAY_OUT的引脚3、 4分别连接外接电磁阀的输入端。当RdayOut 信号为开启命令时(低电平)，RELAY_OUT的引脚3、引脚4分别输出 220V电压的2端V+、 220V-,开启电磁阀。光电耦合输出模块5的内部 电路参考MOC3081的说明文档，MOC3081的引脚6串联27k电阻后连接 RELAY—OUT的引脚1， MOC3081的引脚4串联330k电阻后连接 RELAY_OUT的引脚2。 MOC3081的引脚6、引脚4依次并联可控硅 BTA06、431k电阻、高压陶瓷电容103M/2KV。模块5的电阻均采用AXIAL 0.4封装。
在图7中，电源模块7采用无锡迅达自动化有限公司生产的的内嵌开 关电源的变压器EE16。模块7的引脚1、 4输入220V电源，引脚5输出 电源地(GND)，引脚2输出5v工作电压(VCC5)。电源模块7的其余引 脚悬空。
如图8所示，节点控制器在上电后进行微处理器和外围接口初始化， 并选择射频信道，然后设置本地地址为节点地址，然后进入主循环体 首先进入侦听模式，循环侦听射频模块是否接收到数据。如果有，则通过射频数据包的目的地址与本地地址是不是相同，如果是，则解析数据 包并保持相关信息，然后进入射频发送模式，回送确认信号。之后根据保 存的数据包信息响应命令。
在用于炼钢净化系统时，1个控制器控制若干个受控节点，每个受控 节点的组成相同，仅节点的地址号(即每个受控节点的本地地址)不同， 以区分控制器发来的命令。当受控节点接收到发送给本节点的命令并保 存、回送确认信号后，即进入命令相应部分，根据命令控制继电器使能信
号RelayOnt的高电平或低电平输出，从而控与其外接电磁阀的开启或关 闭。通过1个控制器和若干个受控节点的协同工作，有序开启、关闭电磁 阀，达到炼钢净化的目的。
权利要求1、一种基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控节点控制器，包含控制模块(1)、电源模块(6)、光电耦合输出模块(5)、电源模块(6)向控制模块(1)提供工作电源，控制模块(1)向光电耦合输出模块(5)输出继电器使能信号(RelayOut)，其特征在于，还包含射频发送匹配模块(3)、射频收发控制模块(2)和射频接收匹配模块(4)，上述控制模块(1)输出的第一、第二射频输出信号(RfOut1、RfOut2)分别接射频发送匹配模块(3)的第一、第二输入端，射频发送匹配模块(3)输出的射频发送信号(RfTx)接射频收发控制模块(2)的第一输入端，控制模块(1)输出的射频控制信号(RfSel)接射频收发控制模块(2)的第二输入端，射频收发控制模块(2)输出的射频接收信号(RfRx)接射频接收匹配模块(4)的输入端，射频接收匹配模块(4)输出的第一、第二射频输入信号(RfIn1、RfIn2)接控制模块(1)的第一、第二输入端，由射频收发控制模块(2)发送/接收2.4GHz信号。
2、 根据权利要求1所述的基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控 节点控制器，其特征在于，上述控制模块(1)采用飞思卡尔公司的处理器芯片MC13213， MC13213的47脚输出上述继电器使能信号(RelayOut)， 44脚输出上述 射频控制信号(RfSd)， MC13213的34脚输出第一偏置电压(CT—Bias)， MC13213的33脚输出第二偏置电压(VDDA)， MC13213的39脚、38 脚输出上述第一、第二射频输出信号(RfOutl、 RfOut2)，上述第一、第 二射频输入信号(Rflnl、 Rfln2)分别接MC13213的36脚、35脚。
3、 根据权利要求2所述的基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控 节点控制器，其特征在于，上述射频收发控制模块(2)选用飞思卡尔公司的射频芯片IC115，上 述射频控制信号(RfSd)接IC115的6脚，上述MC13213的34脚接IC115 的4脚，IC115的3脚接地，上述射频发送信号(RfTx)接IC115的1脚， IC115的2脚输出上述射频接收信号(RfRx)， IC115的5脚经10pF电容 发送/接收2.4GHz信号。
4、 根据权利要求2所述的基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控 节点控制器，其特征在于，上述射频发送匹配模块(3)由不平衡变压器INDCTORl、电感、电 容组成，上述第一射频输出信号(RfOutl)串联4.7nH电感后接不平衡变 压器INDCTORl的1脚，上述第二射频输出信号(RfOut2)串联4.7nH 电感后接INDCTORl的3脚，且INDCTORl的1脚、3脚并联电容1.0pF， INDCTORl的2脚接上述MC13213的33脚且经过10pF电容后接地， INDCTORl的6脚经10pF电容后输出射频发送信号(RfTx)， INDCTORl 的5脚接地，4脚悬空。
5、 根据权利要求2所述的基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控 节点控制器，其特征在于，射频接收匹配模块(4)由不平衡变压器INDCTORl、电感、电容组 成，上述射频接收信号(RfRx)串联10pF电容后接不平衡变压器 INDUCTOR2的6脚，INDUCTOR2的5脚、2脚接地，4脚悬空，1脚和 3脚并联1.8pF电容，INDUCTOR2的1脚串联3nH电感后输出上述第一 射频输入信号(Rflnl)， INDUCTOR2的3脚串联3nH电感后输出上述第 二射频输入信号(Rfln2)。
专利摘要一种基于紫蜂技术的用于炼钢净化系统的受控节点控制器，包含控制模块(1)、光电耦合输出模块(5)、电源模块(6)、射频发送匹配模块(3)、射频收发控制模块(2)、射频接收控制模块(4)，主要通过控制模块(1)输出的射频控制信号(RfSel)控制射频收发控制模块(2)接收或发送2.4GHz信号，与同一信道的主控器进行通信，并根据主控器发来的命令有序对受控节点控制器连接的电磁阀进行有序的开启或关闭，达到空气洁净的目的。本实用新型能够省去大量、繁缛的布线，并具有极强的抗干扰性。
文档编号G05B19/418GK201259632SQ200820160760
公开日2009年6月17日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者昊 刘, 轩 张, 晨 方, 王成玉, 虞建立, 璟 钱 申请人:东南大学