专利名称：多协议开放式组合型执行机构专用控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种可符合于几种总线通讯协议的电动执行机构专用控制电路， 特别涉及一种用于HART通讯协议的多协议开放式组合型执行机构专用控制电路。
背景技术：
目前市场上的电动执行机构所采用的控制电路在通讯方面，一般是某一种电路只能使用某一种总线通讯协议。其结果是在不同的通讯协议系统里，采用不同的控制电路，使得操作繁复，维护不便。
发明内容
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明提供出一种电动执行机构专用控制电路。该控制电路采用了串行通讯开放和协议模块拆卸组合的方式，并辅以仪表专用控制外围电路， 实现了可在一种控制电路上，符合多种不同总线通讯协议的技术创新。本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是一种多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，包括电平转换及报警输出电路、功率驱动电路、微处理器及其外围电路、 隔离电路及控制开关量输入电路，其特征在于还包括电源整流稳压电路、串行通信接口电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、显示电路及位置检测电路，所述微处理器及其外围电路分别与隔离电路、位置检测电路、显示电路、电平转换及报警输出电路、电源整流稳压电路连接，所述隔离电路分别与模拟量输入电路、模拟量输出电路、开关量输入电路、串行通信接口电路、功率驱动电路连接，所述功率驱动电路与电源整流稳压电路连接，所述电源整流稳压电路与电平转换及报警输出电路连接。本发明的特点是1.利用宽温度点阵式液晶屏，实现人机信息交互；2.采用大功率线性电源，为控制电路提供各种动力源；3.使用专业相序检测电路实现对输入电源电压与相序的监控；4.利用电平转换模块和微型继电器实现报警信号的输出；5.采用高分辨率，高线性度A/D，D/A芯片和光电耦合器实现模拟信号的输入与输出；6.大电流可控硅及保护电路实现对下级功率电路的驱动；7.高档单片机处理信息与控制，并利用开放式串行通讯实现与多种总线协议的通讯。
图1为本发明电路连接框图。图2为本发明电源整流稳压电路原理图。图3为本发明电平转换及报警输出电路原理图。图4为本发明功率驱动电路原理图。图5为本发明模拟量输入电路原理图。图6为本发明模拟量输出电路原理图。图7为本发明位置检测电路原理图。
图8为本发明串行通信接口电路原理图。图9为本发明开关量输入电路原理图。图10为本发明显示电路原理图。图11为本发明隔离电路原理图。图12为本发明微处理器及其外围电路原理图。
具体实施例方式如图1所示，多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，包括电平转换及报警输出电路、功率驱动电路、微处理器及其外围电路、隔离电路及控制开关量输入电路，还包括电源整流稳压电路、串行通信接口电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、显示电路及位置检测电路，微处理器及其外围电路分别与隔离电路、位置检测电路、显示电路、电平转换及报警输出电路、电源整流稳压电路连接，隔离电路分别与模拟量输入电路、模拟量输出电路、开关量输入电路、串行通信接口电路、功率驱动电路连接，功率驱动电路与电源整流稳压电路连接，电源整流稳压电路与电平转换及报警输出电路连接。如图2所示，电源整流稳压电路的连接关系为，变压器Bl的1脚、2脚接220V电源，变压器Bl的3脚、4脚接整流桥Dl的交流端，整流桥Dl的直流输出端与电容Cl并联， 电容器Cl的正端接集成稳压电路Ul的1脚，电容器Cl的负端接集成稳压电路Ul的2脚， 电容C3、电容C4并联，电容C3的正端分别接集成稳压电路Ul的3脚及正24V电源，电容C3 的负端分别接集成稳压电路Ul的2脚及地；变压器Bl的5脚、6脚接整流桥D2的交流端， 整流桥D2的直流输出端与电容器C2并联，电容器C2的正端接集成稳压电路U2的1脚，电容器C2的负端接集成稳压电路U2的2脚，电容C5、电容C6并联，电容C5的正端分别接集成稳压电路U2的3脚及MV电源，电容C5的负端接集成稳压电路U2的2脚及地；集成稳压电路Ul、集成稳压电路U2为LM78M。如图5所示，模拟量输入电路连接为瞬态抑制二极管D8的K极分别接二极管D9 的A极及接口 P9的2 口，二极管D9的K极分别接运算放大电路U14的8脚、线性光耦合器U15A的2脚、稳压二极管DlO的K极、电容C30的一端，线性光耦合器U15A的1脚通过电阻R56接三极管Q5的C极，电容C30的另一端分别接稳压二极管DlO的A极、三极管Q5 的E极、运算放大电路U14B的4脚、线性光耦合器U15B的3脚、电阻R55、电阻R53的一端， 电阻R55的另一端接运算放大器U14B的6脚并通过电容以9接三极管Q5的B极及运算放大电路U14B的7脚，接口 P9的1 口接瞬态抑制二极管D8的A极、电阻R53的另一端、电阻 R54的一端，电阻R54的另一端接线性光耦合器U15的4脚、运算放大器U14B的5脚；运算放大器U13A的2脚接线性光耦合器U15C的6脚、电阻R52、电容以8的一端，线性光耦合器 U15C的5脚接运算放大电路的U13A的3脚、4脚及模拟地AGNDl，电容C28、电阻R52的另一端接运算放大电路U13A的1脚及电阻R51的一端，运算放大电路U13A的8脚接正5伏电源，电阻R51的另一端接A/D转换器Ull的2脚及电容C27的一端，电容C27的另一端接 A/D转换器Ull的3脚、4脚及模拟地AGNDl，A/D转换器Ull的1脚接电容C26、电容C25、 电阻R49、电阻R48、可调节稳压电路U12的1脚，电容C26、电容C25的另一端接可调节稳压电路U12的2脚、3脚、6脚、7脚、电阻R50的一端及模拟地AGND1，电阻R50的另一端接电阻R49的另一端及可调节稳压电路U12的8脚，电阻R48的另一端接电容C24、电容C23的一端及A/D转换器Ull的8脚，电容C24、电容C23的另一端接模拟地AGND1，A/D转换器 Ull的5脚、6脚、7脚、分别接微处理器及其外围电路单片机Ul的27脚、26脚、25脚；所述运算放大电路U13A、U14B为LM358，所述可调节稳压电路U12为TL431，所述A/D转换电路 Ull 为 MCP3201。如图6所示，模拟量输出电路连接为数字模拟转换器U7的1脚2脚、3脚分别接微处理器及其外围电路单片机Ul的61脚、60脚、59脚，数字模拟转换器U7的8脚接电阻 R39的一端及正5伏电源，电阻R39的另一端接数字模拟转换器U7的6脚、电容C17、电容 C18的一端及可调节稳压电路TO的1脚，电容C17、电容C18的另一端接数字模拟转换器U7 的5脚及可调节稳压电路TO的2脚、3脚、6脚、7脚及模拟地AGND1，数字模拟转换器U7的 7脚接电阻R40的一端，电阻R40的另一端接电容C19、线性光耦合器U8B的3脚及运算放大电路U9B的6脚，电容C19的另一端接运算放大器U9B的7脚及三极管Q2的B极，三极管Q2的C极接线性光耦合器U8A的1脚，线性光耦合器U8A的2脚通过电阻R41接正5伏电源，三极管Q2的E极接运算放大电路U8B的4脚、5脚、线性光耦合器U8B的4脚及模拟地AGNDl ；三极管Q3的C极接电阻43、电容C20、电阻R44、电阻R45、电阻R47的一端及运算放大器UlOA的4脚、线性光耦合器U8C的6脚，电阻R43的另一端接二极管D7的A极及三极管Q3的B极，电容C20的另一端接二极管D7的K极及三极管Ql的C极及运算放大器 UlOA的8脚，电阻R44的另一端接三极管Q4的C极，电阻R45的另一端接运算放大器UlOA 的2脚及电容C21的一端，电容C21的另一端接三极管Q4的B极及运算放大器UlOA的1 脚，电阻R47的另一端接电阻R46 —端、瞬态抑制二极管D6的A极、二极管D5的A极及接口 P8的2 口，电阻R46的另一端接线性光耦合器U8C的5脚及运算放大器UlOA的3脚，运算放大器UlOA的1脚接电容C21的另一端及三极管Q4的B极，三极管Q4的E极接三极管 Ql的E极、电阻R42的一端及瞬态抑制二极管D6的K极、二极管D4、二极管D5的K极，二极管D4的A极与接口 P8的1 口相接，电阻R42的另一端接三极管Q3的E极、三极管Ql的B 极；所述模拟转换器U7为TLC5615，所述可调节稳压电路TO为TL431，所述运算放大器U9B 和 UlOA 为 LM358。如图7所示，位置检测电路的连接关系为，A/D转换器U5的5脚、6脚、7脚分别接微处理器及其外围电路单片机Ul的30脚、31脚、32脚，A/D转换器U5的1脚分别接电阻 R35、电阻R36、电容C13、电容C14的一端及接口 P7的1 口、可调节稳压电路U4的1脚，电阻 R35的另一端分别电容C12、电容Cll的一端及A/D转换器U5的8脚和5V电源，电容C12、 电容Cll的另一端接地，可调节稳压电路U4的2脚、3脚、6脚、7脚短接后分别接电容C13、 电容C14的另一端、电阻R37的一端及地，电阻R37的另一端接电阻R36的另-端及可调节稳压电路U4的8脚，A/D转换器U5的3脚、4脚短接后接电感L5、电容C16、电容C15、电阻 R38的-端，电感器L5的另一端接5V电源的地，电容C16、电容C15的另一端接A/D转换器 U5的2脚及接口 P7的2 口，电阻R38的另一端接接口 P7的3 口，所述A/D转换器U5为 MCP3201，所述调节稳压电路U4为TL431。如图8所示，串行通信接口电路的连接关系为，二极管D2的A极接接口 Pl的1 口， 二极管D2的K极接电容C7的一端、电感器L3的3脚，电容C7的另一端接接口 Pl的2 口及电感器L3的2脚，电感器L3的4脚分别接电容C8、电容C9的一端、集成稳压电路U3的 1脚及正24V电源，电容器C8、电容C9的另一端分别接电感器L3的1脚、集成稳压电路U3的3脚和5脚、二极管D3的A极、电容ClO的一端及地，集成稳压电路U3的2脚接二极管 D3的K极、电感器L4的一端，电感器L4的另一端接电容ClO的另一端、集成电路U3的4号脚及5V电源，可调节稳压电路U16的1脚、8脚短接后接电阻器R57、电阻器R58的一端，电阻器R58的另一端通过电阻R59接可调节稳压电路U16的2脚、3脚、6脚、7脚及地，所述集成稳压电路为LM2576，可调节稳压电路U16为1431ACD。如图10所示，显示电路连接为电阻R31 —端接发光二极管DSl的A极，发光二极管DSl的K极接微处理器及其外围电路单片机Ul的51 口，电阻R32 —端接发光二极管DS2的A极，发光二极管DS2的K极接微处理器及其外围电路单片机口 Ul的50 口，电阻R33 —端接发光二极管DS3的A极，发光二极管DS3的K极接口 P2的1 口、15 口、20 口及地，电阻R31、电阻R32、电阻R33另一端短接后接5V电源，电阻R34 —端接接口 P2的17 口，电阻R34另一端接接口 P2的19 口、2 口、3 口及正5V电源。工作原理如图1 12所示，整流、稳压电路将输入的交流电路整理成Mv，5ν及 1. 25ν等直流电源供其他电路使用；位置检测电路将1-5V的位置信号转换为数字信号提供给微处理器处理，模拟量输入电路和开关量输入电路经过隔离电路传输给微处理器，微处理器将各种输入信号进行整理分析后，将一些信息通过显示电路，显示处理，并对一些参数设置进行保存和修改。然后根据预先设置好的程序，经过隔离电路后，发出指令使驱动电路发生动作，并将某些特定信息通过电平转换电路和报警输出电路输出至远方。另外微处理器可以通过隔离电路与通讯电路接收或发出，特定数据格式的数字信号，与远方的通讯设备进行数据交换。
权利要求
1.一种多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，包括电平转换及报警输出电路、 功率驱动电路、微处理器及其外围电路、隔离电路及控制开关量输入电路，其特征在于还包括电源整流稳压电路、串行通信接口电路、模拟量输入电路、模拟量输出电路、显示电路及位置检测电路，所述微处理器及其外围电路分别与隔离电路、位置检测电路、显示电路、 电平转换及报警输出电路、电源整流稳压电路连接，所述隔离电路分别与模拟量输入电路、 模拟量输出电路、开关量输入电路、串行通信接口电路、功率驱动电路连接，所述功率驱动电路与电源整流稳压电路连接，所述电源整流稳压电路与电平转换及报警输出电路连接。
2.根据权利要求1所述的多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，其特征在于 所述的电源整流稳压电路的连接关系为，变压器Bl的3脚、4脚接整流桥Dl的交流端，整流桥Dl的直流输出端与电容Cl并联，电容器Cl的正端接集成稳压电路Ul的1脚，电容器 Cl的负端接集成稳压电路Ul的2脚，电容C3、电容C4并联，电容C3的正端分别接集成稳压电路Ul的3脚及正MV电源，电容C3的负端分别接集成稳压电路Ul的2脚及地；变压器Bl的5脚、6脚接整流桥D2的交流端，整流桥D2的直流输出端与电容器C2并联，电容器C2的正端接集成稳压电路U2的1脚，电容器C2的负端接集成稳压电路U2的2脚，电容 C5、电容C6并联，电容C5的正端分别接集成稳压电路U2的3脚及MV电源，电容C5的负端接集成稳压电路U2的2脚及地；所述集成稳压电路U1、集成稳压电路U2为LM78M。
3.根据权利要求1所述的多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，其特征在于 所述模拟量输入电路连接为瞬态抑制二极管D8的K极分别接二极管D9的A极及接口 P9 的2 口，二极管D9的K极分别接运算放大电路U14的8脚、线性光耦合器U15A的2脚、稳压二极管DlO的K极、电容C30的一端，线性光耦合器U15A的1脚通过电阻R56接三极管 Q5的C极，电容C30的另一端分别接稳压二极管DlO的A极、三极管Q5的E极、运算放大电路U14B的4脚、线性光耦合器U15B的3脚、电阻R55、电阻R53的一端，电阻R55的另一端接运算放大器U14B的6脚并通过电容以9接三极管Q5的B极及运算放大电路U14B的7 脚，接口 P9的1 口接瞬态抑制二极管D8的A极、电阻R53的另一端、电阻R54的一端，电阻 R54的另一端接线性光耦合器U15的4脚、运算放大器U14B的5脚；运算放大器U13A的2 脚接线性光耦合器U15C的6脚、电阻R52、电容以8的一端，线性光耦合器U15C的5脚接运算放大电路的U13A的3脚、4脚及模拟地AGND1，电容C28、电阻R52的另一端接运算放大电路U13A的1脚及电阻R51的一端，运算放大电路U13A的8脚接正5伏电源，电阻R51的另一端接A/D转换器Ull的2脚及电容C27的一端，电容C27的另一端接A/D转换器Ull的 3脚、4脚及模拟地AGNDl，A/D转换器Ull的1脚接电容C26、电容C25、电阻R49、电阻R48、 可调节稳压电路U12的1脚，电容C26、电容C25的另一端接可调节稳压电路U12的2脚、3 脚、6脚、7脚、电阻R50的一端及模拟地AGND1，电阻R50的另一端接电阻R49的另一端及可调节稳压电路U12的8脚，电阻R48的另一端接电容C24、电容C23的一端及A/D转换器 Ull的8脚，电容C24、电容C23的另一端接模拟地AGNDl ；所述运算放大电路U13A、U14B为 LM358，所述可调节稳压电路U12为TL431，所述A/D转换电路Ull为MCP3201。
4.根据权利要求1所述的多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，其特征在于 所述模拟量输出电路连接为数字模拟转换器U7的8脚接电阻R39的一端及正5伏电源， 电阻R39的另一端接数字模拟转换器U7的6脚、电容C17、电容C18的一端及可调节稳压电路U6的1脚，电容C17、电容C18的另一端接数字模拟转换器U7的5脚及可调节稳压电路U6的2脚、3脚、6脚、7脚及模拟地AGND1，数字模拟转换器U7的7脚接电阻R40的一端， 电阻R40的另一端接电容C19、线性光耦合器U8B的3脚及运算放大电路U9B的6脚，电容 C19的另一端接运算放大器U9B的7脚及三极管Q2的B极，三极管Q2的C极接线性光耦合器U8A的1脚，线性光耦合器U8A的2脚通过电阻R41接正5伏电源，三极管Q2的E极接运算放大电路U8B的4脚、5脚、线性光耦合器U8B的4脚及模拟地AGNDl ；三极管Q3的C极接电阻43、电容C20、电阻R44、电阻R45、电阻R47的一端及运算放大器UlOA的4脚、线性光耦合器U8C的6脚，电阻R43的另一端接二极管D7的A极及三极管Q3的B极，电容C20 的另一端接二极管D7的K极及三极管Ql的C极及运算放大器UlOA的8脚，电阻R44的另一端接三极管Q4的C极，电阻R45的另一端接运算放大器UlOA的2脚及电容C21的一端， 电容C21的另一端接三极管Q4的B极及运算放大器UlOA的1脚，电阻R47的另一端接电阻R46 —端、瞬态抑制二极管D6的A极、二极管D5的A极及接口 P8的2 口，电阻R46的另一端接线性光耦合器U8C的5脚及运算放大器UlOA的3脚，运算放大器UlOA的1脚接电容C21的另一端及三极管Q4的B极，三极管Q4的E极接三极管Ql的E极、电阻R42的一端及瞬态抑制二极管D6的K极、二极管D4、二极管D5的K极，二极管D4的A极与接口 P8 的1 口相接，电阻R42的另一端接三极管Q3的E极、三极管Ql的B极；所述模拟转换器U7 为TLC5615，所述可调节稳压电路U6为TL431，所述运算放大器U9B和UlOA为LM358。
5.根据权利要求1所述的多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，其特征在于 所述位置检测电路的连接关系为，A/D转换器TO的1脚分别接电阻R35、电阻R36、电容C13、 电容C14的一端及接口 P7的1 口、可调节稳压电路U4的1脚，电阻R35的另一端分别电容 C12、电容Cll的一端及A/D转换器U5的8脚和5V电源，电容C12、电容Cll的另一端接地， 可调节稳压电路U4的2脚、3脚、6脚、7脚短接后分别接电容C13、电容C14的另一端、电阻 R37的一端及地，电阻R37的另一端接电阻R36的另-端及可调节稳压电路U4的8脚，A/D 转换器U5的3脚、4脚短接后接电感L5、电容C16、电容C15、电阻R38的-端，电感器L5的另一端接5V电源的地，电容C16、电容C15的另一端接A/D转换器U5的2脚及接口 P7的2 口，电阻R38的另一端接接口 P7的3 口，所述A/D转换器TO为MCP3201，所述调节稳压电路 U4 为 TL431。
6.根据权利要求1所述的多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，其特征在于 所述串行通信接口电路的连接关系为，二极管D2的A极接接口 Pl的1 口，二极管D2的K 极接电容C7的一端、电感器L3的3脚，电容C7的另一端接接口 Pl的2 口及电感器L3的 2脚，电感器L3的4脚分别接电容C8、电容C9的一端、集成稳压电路U3的1脚及正MV电源，电容器(C8)、电容C9的另一端分别接电感器L3的1脚、集成稳压电路U3的3脚和5脚、 二极管D3的A极、电容ClO的一端及地，集成稳压电路U3的2脚接二极管D3的K极、电感器L4的一端，电感器L4的另一端接电容ClO的另一端、集成电路U3的4号脚及5V电源， 可调节稳压电路U16的1脚、8脚短接后接电阻器R57、电阻器R58的一端，电阻器R58的另一端通过电阻R59接可调节稳压电路U16的2脚、3脚、6脚、7脚及地，所述集成稳压电路为LM2576，可调节稳压电路U16为YL431ACD。
7.根据权利要求1所述的多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，其特征在于 所述显示电路连接为电阻R31 —端接发光二极管DSl的A极，电阻R32 —端接发光二极管DS2的A极，电阻R33 —端接发光二极管DS3的A极，发光二极管DS3的K极接口 P2的、1 口、15 口、20 口及地，电阻R31、电阻R32、电阻R33另一端短接后接5V电源，电阻RM — 端接接口 P2的17 口，电阻R34另一端接接口 P2的19 口、2 口、3 口及正5V电源。
全文摘要
本发明涉及一种多协议开放式组合型执行机构专用控制电路，该电路微处理器及其外围电路分别与隔离电路、位置检测电路、显示电路、电平转换及报警输出电路、电源整流稳压电路连接，隔离电路分别与模拟量输入电路、模拟量输出电路、开关量输入电路、串行通信接口电路、功率驱动电路连接，功率驱动电路与电源整流稳压电路连接，电源整流稳压电路与电平转换及报警输出电路连接。该电路，实现人机信息交互；为控制电路提供各种动力源；实现模拟信号的输入与输出；实现与多种总线协议的通讯。
文档编号G05B19/042GK102279576SQ201110129730
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者刘素艳, 权良跃, 牟进勇, 索维, 金雷, 陈俊 申请人:天津津伯仪表技术有限公司