总线型IO信号检测与控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种开关量检测控制系统

背景技术：

随着计算机信息技术的发展，物联网和互联网、无线通信一起已成为人们获取信息和人际沟通的不可或缺的基础设施，其中物联网设备的发展给人们生活很多的便利。在一些重要的场所如楼宇建筑、蔬菜大棚、仓库、冷库以及机房中，为了实时监控火灾、漏水等危险情况的发生，可能会安装如水淹传感器、火灾报警传感器和凝结传感器等开关量信号的传感器，如果需要采集的点较多，单个采集会使采集过程变得繁琐，造成处理不及时，对采集到的数据无法进行有效处理和进行控制。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决传统开关量IO检测装置采集点较少，导致后续控制不及时的问题，提供了一种总线型IO检测与控制装置。

本实用新型所述的一种总线型IO检测与控制装置包括微处理器、干接点输入模块、继电器输出模块、485通信模块、数据存储模块、外部指示灯模块、接线端子台A、接线端子台B、电源电路；

微处理器通过UART端口与485通信模块的RXD、TXD连接进行通信参数设置，干接点输入模块的输入端与接线端子台A连接，干接点输入模块的输出端与微处理器的电压信号输入端连接，微处理器的电压信号输出与继电器输出模块的输入端连接，继电器输出模块的输出端与接线端子台B连接，数据存储模块通过I2C接口与微处理器连接，微处理器通过IO输出引脚与外部指示灯模块连接，电源电路为整个装置供电。

本实用新型的有益效果为，多个干接点信号采集并同时将采集到的数据传送到上位机当中，通过上位机的指令进行继电器输出，或将多个干接点信号通过微处理器内的现有程序对继电器输出模块进行控制，同时将继电器输出情况传送到上位机当中，对现场的情况进行更好的掌握。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种总线型IO信号检测与控制装置的整体原理框图；

图2为具体实施方式二中微处理器的电路图；

图3为具体实施方式三中485通信模块的电路图；

图4为具体实施方式四中干接点输入模块的电路图；

图5为具体实施方式五中数据存储模块的电路图；

图6为具体实施方式六中外部指示灯模块的电路图；

图7为具体实施方式七中继电器输出模块的电路图；

图8为具体实施方式八中电源电路的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种总线型IO信号检测与控制装置包括微处理器1、干接点输入模块2、继电器输出模块3、485通信模块4、数据存储模块5、外部指示灯模块6、接线端子台A7、接线端子台B8、电源电路9；

微处理器1通过UART端口与485通信模块4的RXD和TXD连接进行通信参数设置，干接点输入模块2的输入端与接线端子台A7连接，干接点输入模块2的输出端与微处理器1的电压信号输入端引脚连接，微处理器1的电压信号输出引脚与继电器输出模块3的输入端连接，继电器输出模块3的开关量信号输出端与接线端子台B8连接，数据存储模块5通过I2C接口与微处理器1连接，微处理器1通过电压信号输出引脚与外部指示灯模块6连接，电源电路9为整个装置供电；

干接点输入模块2采集到的外部IO信号通过输出端传送到微处理器1中，微处理器1将接收到的输入信号通过微处理器1现有内部程序处理后，对继电器输出模块3的输入端传送电压信号，或微处理器1同时将干接点输入模块2的电压输入信号通过485通信模块4传送到上位机，通过上位机传送的MODBUS指令控制继电器输出模块3的输出，同时微处理器1将继电器输出模块3的输出信息传送到上位机；

电源电路9分别提供+5V、+3.3V和数字电源DVCC；

外部指示灯模块6对本装置的工作情况进行显示；

任何一个数字系统如果想要达到一个更安全、稳定、高效的工作标准，则离不开微处理器系统，在微处理器1采用时下非常流行并且应用十分广泛的ARM微处理器；

数字信号处理包括数据提取和数据封装两部分，其中数据提取是将收集到的输入和输出的数据进行数据提取，同时将提取后的数据进行临时存储，数据封装则是将提取后临时存储的数据进行封装，由于每个设备的数据需要有相应的识别标识，所以收集器在封装数据时需要按照通信协议为数据注明识别码，以此来区分数据的来源；

通讯协议的制定：采用国际上较为通用的MODBUS协议，利用该协议的约定以及国家标准对数据进行处理以及报文传输；

通讯接口的制定：考虑到目前市场上的各种工控软件对通讯接口的支持，采用国际上应用十分广泛的RS-485作为通讯接口，有了RS-485接口和应用层MODBUS通讯协议的支持，总线型IO信号检测与控制装置的应用范围大为提升。

具体实施方式二：结合图2、图3、图4、图5和图7说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种总线型IO信号检测与控制装置进行进一步说明，所述微处理器1包括电阻R24、电阻R33、电阻R40、电阻R36、电阻R37、电容C13、电容C15、电容C27、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21，稳压二极管D20、晶振元件Y1和单片机U3，单片机U3型号为STM32F103RBT6；

单片机U3的15号、16号、17号、20号、21号、22号和23号引脚作为电压信号输入端与干接点输入模块2的输出端连接；

单片机U3的42号和43号引脚作为USART接口与485通信模块4连接；

单片机U3的44号和45号引脚作为I2C接口与外部的数据存储模块5连接；

单片机U3的60号引脚与电阻R33的一端连接，同时与接线端子台A7的一个接线端连接，电阻R33的另一端与GND连接；

单片机U3的30号引脚与电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端与电阻R37的一端和稳压二极管D20的正极连接，电阻R37的另一端与电源模块9提供的+3.3V电源连接，稳压二极管D20的负极与接线端子台A7的一个接线端连接；

单片机U3的54号、51号、52号和53号引脚与继电器输出模块3的电压信号输入端连接；

单片机U3的5号引脚与电阻R24的一端、晶振元件Y1的一端和电容C13的一端连接，单片机U3的6号引脚与电阻R24的另一端、晶振元件Y1的另一端和电容C15的一端连接，电容C13和电容C15的另一端与GND连接；

单片机U3的7号引脚与电阻R40的一端和C27的一端连接，电阻R40的另一端与电源模块9提供的+3.3V电源连接，电容C27的另一端与GND连接；

单片机U3的1号引脚与+3.3V电源和单片机U3的32号引脚连接，单片机U3的32号引脚与电源模块9提供的+3.3V电源和电容C17的一端连接，单片机U3的48号引脚与电容C17的一端和电容C18的一端连接，单片机U3的64号引脚与电容C18的一端和电容C19的一端连接，单片机U3的19号引脚与电容C19、电容C20、单片机U3的13号引脚和电容C21的一端连接，电容C17的另一端、电容C18的另一端、电容C19的另一端、电容C20的另一端和电容C21的另一端与GND连接；

单片机U3的28号、31号、47号、63号、18号和12号引脚与GND连接。

具体实施方式三：结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种总线型IO信号检测与控制装置进行进一步说明，所述485通信模块4采用485通信芯片(U5)实现，型号为UT-M3485；

所述485通信芯片U5有八个引脚，其中485通信芯片U5的1号引脚与所述微处理器1的43号引脚连接，485通信芯片(U5)的2号引脚与所述微处理器1的42号引脚连接,485通信芯片(U5)的3号引脚接电源模块9提供的+3.3V电源,485通信芯片U5的4号引脚接地，485通信芯片U5的5号和6号引脚共同连接接线端子台A7的同一个接线端，485通信芯片(U5)的7号引脚和8号引脚分别连接接线端子台A7的两个接线端。

总线型IO信号检测与控制装置集成了RS-485通讯接口，并以MODBUS作为应用层报文传输的协议，很好地兼容了市场上各大工控和组态软件，与此同时，也尽最大可能地扩展了总线型IO信号检测与控制装置的应用范围和应用领域；

在RS-485现场总线技术以及MODBUS通信协议中规定，通信前需要对总线型IO信号检测与控制装置的通信地址和通信速率以及数据格式进行设置，微处理器1置了一个CFG接口，将其接地然后接上电源，将其上拉使其置1，再采用上位机软件或者直接以RS-485通讯的形式发送相应的数据对总线型IO信号检测与控制装置的波特率以及地址进行修改，从而完成了的参数设置。

具体实施方式四：结合图2、图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种总线型IO信号检测与控制装置进行进一步说明，所述干接点输入模块2由七个相同的干接点输入电路和稳压二极管D8组成；

干接点输入电路包括：稳压二极管、电阻和光电隔离器；

干接点输入模块2的电路结构为：第一个稳压二极管D2-1至第七个稳压二极管D2-7的负极与接线端子台A7的接线端连接，第一个稳压二极管D2-1至第七个稳压二极管D2-7的正极分别与第一个光电隔离器G1至第七个光电隔离器G7的阴极连接，第一个光电隔离器G1至第七个光电隔离器G7的阳极分别与第一个电阻R2-1至第七个电阻R2-7的一端连接，第一个光电隔离器G1至第七个光电隔离器G7的发射极与GND连接，第一个光电隔离器G1至第七个光电隔离器G7的集电极分别与微处理器1的七个电压信号输入端连接，第一个光电隔离器G1至第七个光电隔离器G7的集电极分别和第八个电阻R2-10至第十四个电阻R2-16的一端连接，第一个电阻R2-1至第七个电阻R2-7的另一端与第八个稳压二极管D8的负极连接，第八个稳压二极管D8的正极连接电源模块9提供的DVCC电源，第八个电阻R2-10至第十四个电阻R2-16的另一端与电源模块9提供的+3.3V电源连接；

总线型IO信号检测与控制装置采用光电隔离器作为采集干接点信号的中间介质，电源电路9提供三种电源，包括+3.3V、+5V和通过电源隔离芯片隔离出来的数字电源DVCC，数字电源DVCC用于光电隔离器的阳极，光电隔离器的集电极则与微处理器1相连，在将各个接口连接好后，其中干接点输入电路的输入端若有干接点信号产生，信号经过光电隔离器进一步传给微处理器1。

具体实施方式五：结合图2、图5说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种总线型IO信号检测与控制装置进行进一步说明，所述数据存储模块5包括：E2PROM芯片U6、电容C22、电阻R31和电阻R32，E2PROM芯片U6的型号为AT24C02；

E2PROM芯片U6的1、2、3和4号引脚连接GND，E2PROM芯片U6的5号和6号引脚分别连接微处理器1的30号和29号引脚，E2PROM芯片U6的5号和6号引脚分别通过电阻R31和电阻R32的与电源模块9提供的+3.3V电源连接，E2PROM芯片U6的7号引脚连接GND的同时与电容C22的一端连接，电容C22的另一端与电源模块9提供的+3.3V电源连接，E2PROM芯片U6的8号引脚与电容C22的另一端连接。

具体实施方式六：结合图2、图6说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种总线型IO信号检测与控制装置进行进一步说明，所述外部指示灯模块6包括发光二极管D21、发光二极管D22、电阻R38和电阻R39；

电阻R38和电阻R39的一端分别与发光二极管D21和发光二极管D22的负极连接，发光二极管D21和发光二极管D22的正极连接电源模块9提供的+3.3V电源，电阻38和电阻39的另一端分别连接微处理器1的8号和9号引脚；

发光二极管D21和发光二极管D22为红绿双色发光二极管，通过现有内部程序设置，上电后发光二极管为红色，此状态表示模块上电，但程序未正常工作；

当发光二极管为绿色时，表示模块程序正常运行但是没有进行通讯；

如果总线型IO信号检测与控制装置处于稳定的通讯状态时，发光二极管则以3Hz的频率闪烁。

具体实施方式七：结合图2、图7说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种总线型IO信号检测与控制装置进行进一步说明，述继电器输出模块3包括四个相同的继电器输出电路，继电器输出电路3包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C11、发光二极管D7、稳压二极管电容D6、三极管Q1和继电器K1，继电器型号ATX209；

电阻R5的一端连接微处理器1的电压信号输出端引脚，电阻R5另一端连接电阻R7、电容C11的一端和三极管Q1的基极，电阻R7的另一端、电容C11的另一端和三极管Q1的发射极与GND连接，三极管Q1的集电极与发光二极管D7负极、稳压二极管D6的正极和继电器K1的1号引脚连接，发光二极管D7正极通过电阻R6和稳压二极管D6的负极、继电器K1的2号引脚连接，继电器的2号引脚与VCC5连接，继电器K1的4号、6号和8号引脚连接接线端子台B8的接线端。

在总线型IO信号检测与控制装置进行通讯的过程中，微处理器1接收到控制继电器输出的命令，微处理器1再进一步进行操作，来控制继电器的输出，同时微处理器1也会采集继电器的输出状态，根据继电器输出信号的方式有所不同，继电器输出是通过微处理器1电压信号输出引脚的电平变化来控制的，所以采集继电器的输出信号只需读取微控制器的IO引脚电平状态即可；

在干接点输入模块3中的4个发光二极管为单色发光二极管，4个单色发光二极管分别与四个继电器输出电路并联在一起，当继电器为常开状态时发光二极管不亮，当继电器为常闭状态时发光二极管发光，工作人员可以通过发光二极管的状态直接看到继电器的状态。

具体实施方式八：结合图8说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种总线型IO信号检测与控制装置进行进一步说明，所述电源电路9包括瞬变抑制二极管D1、瞬变抑制二极管D2、瞬态抑制二极管D3、自恢复保险丝F1、电解电容C1、电解电容C4、电解电容C5、电解电容C6、电解电容C23、电解电容C25、电容C2、电容C3、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C24、电容C26、电阻R4、电阻R3、电阻R1、电源隔离芯片U2、电源转换芯片U1、稳压芯片U7和电感L1，电源隔离芯片U2的型号为F0505S，稳压芯片U7的型号为AMS1117-3.3，电源转换芯片U1的型号为TPS5430DDA；

外部输入电压Vin通过自恢复保险丝F1与瞬变抑制二极管D1的正极和瞬变抑制二极管D3的负极连接，瞬变抑制二极管D1的负极与电解电容C5的正极连接，电解电容C5的负极与瞬变抑制二极管D3的正极和GND连接，电解电容C5的正极与电源转换芯片U1的7号引脚连接，电源转换芯片U1的6号和9号引脚连接GND，电源转换芯片U1的4号引脚与电容C9的一端、电容C7的一端、电阻R3的一端、电阻R1的一端和电容C10的一端连接，电容C7的另一端与电阻R4的一端连接，电容C9的另一端、电阻R4的另一端、电阻R3的另一端和电解电容C4的负极与GND连接，电容C2的一端与瞬变抑制二极管D2的负极和电感L1的一端连接，瞬变抑制二极管D2的正极与电解电容C4的负极连接，电源转换芯片U1的8号引脚与电容C2的一端和电感L1的一端连接，电容C2的另一端与电源转换芯片U1的1号引脚连接，电感L1的另一端与电解电容C4的正极连接，电感L1的另一端、电解电容C4的正极、电阻R1的另一端和电容C10的另一端连接，连接点作为所述电源电路(9)的+5V电源输出端，电容C10的另一端与电阻R1的另一端连接，电源隔离芯片U2的1号引脚与电解电容C1的正极、电容C3的一端和通过电源转换芯片(U1)转换出的+5V电源连接，电源隔离芯片U2的2号引脚与电解电容C1的负极、电容C3的另一端和GND连接，电源隔离芯片U2的5号引脚与电解电容C6的负极、电容C8的一端和DGND连接，电源隔离芯片U2的7号引脚与电解电容C6的正极和电容C8连接，连接点作为所述电源电路(9)的DVCC电源输出端；

稳压芯片U7的输入Vin引脚与过电源转换芯片(U1)转换出的+5V电源连接、电解电容C23的正极和电容C24的一端连接，稳压芯片U7的GND引脚与GND、电容C24的另一端、电解电容C23的负极、电解电容C25的负极和电容C26的一端连接，稳压芯片U7的Vout引脚与电解电容C25的正极和电容C26的另一端连接，连接点作为所述电源电路(9)的+3.3V电源输出端。

本实用新型所述的总线型IO信号检测与控制装置的具体结构不局限于上述各实施方式所记载的具体技术方案，还可以是上述各个实施方式所记载的技术特征的合理组合。