一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器的制作方法

1.本发明属于工业自动化控制与电子电路设计技术领域，应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的控制系统中，具体为一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器。


背景技术：

2.现有工业控制器以plc为代表，以主控模块为核心可用外扩不同模块单元。核心单元含有不同开关量与模拟量，用户可根据实际需要选购扩展单元模块。但是模块类型相对固定无法满足不同用户。同时在应用不匹配时存在严重的资源浪费。没有电路层的模块化更加灵活达到资源精准定位。
3.1、现有技术中，也存在部分控制器以电路为模块加减式设计，为电路冗余设计。电路预留功能对应电路不使用，用户根据实际需求选择性加减电路硬件电路。这样的设计节省了用户成本，但是灵活性有局限而且控制器体积大、利用率低。
4.2、现有技术中，现有仪器及控制器电路设计指向性强，但是随着社会与科技发展，用户需求多元、多样化，不同应用领域控制原理相近，但是却需要衍生出不同多样的控制器与控制仪表。这样繁琐了控制系统，同时也增加了用户在组件与研发过程的成本。在工业与一些新兴行业，用户创新点在对应领域设计，但是实现过程中的电路与检测控制部分现有支持匮乏，无专用或可直接应用的控制仪器仪表。所以浪费的大量的时间、资源与精力在系统的组装与搭建上。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，包括主控部分和接口部分，所述主控部分的主控板包括电路部分的电路板和控制器外壳，所述接口部分的接口电路板包括数字通讯、数字io、模拟量以及芯片结构五种接口类型；主控部分的主控板和接口部分的接口电路板，二者规范接口标准，通过软件算法自识别，算法层面基于接口分类，打包分块处理，通过地址指向，根据实际电路进行映射调用，电路层面进行归类电路的接口形式，简化模块控制器面对不同应用的冗余现象，算法层面通过电路识别进行对应代码调用，配合独特映射算法，所有有效输入输出数据格式规范易用；
7.其中，模块控制器的编程算法包括以下设计内容：将所有数据分为两块，分为地址信息和数据本身，地址为数据的区分标志，数据为有效信息，将所有数据二次打包为重新定义地址的数据，接口部分的所有接口的信息转换成通用的地址数据，主控部分的主控板将应用信息转换为规范的接口，再将规范的接口转换成指定的数据信息，并打包常用的逻辑处理类型，用于实现用户只需要选用什么型号并且需要如何处理信息即可；
8.其中，模块控制器的模块化电路设计包括以下设计内容：基于主控板的管脚复用性、功能性ic存在通用接口标准、硬件线路的电平特性，将电路部分区分为主控电路、接口电路两大类；主控电路与接口电路基于接口三态特性，即高电平、低电平和高阻，通过主控板内部识别算法区分接口电路，规范的接口电气要求使得主控电路与接口电路双向可识别兼容。
9.进一步优化本技术方案，所述模块控制器的编程算法打包的常用的逻辑处理类型包括常用的四大处理类型：数据传输、数据运算、数据逻辑条件、程序指令，用户可用基于打包的处理方式处理不同数据实现想用的应用目的。
10.进一步优化本技术方案，所述主控电路包含主控运行及电气支持相关电路；所述接口电路包含信号转换及电源供给相关电路，模块控制器的控制系统根据原理区分：数据输入、数据处理、数据输出；对应的电路就是输入输出的接口电路、负责逻辑控制的主控电路。
11.进一步优化本技术方案，所述模块控制器的模块化电路设计中的规范的接口电气要求用于统一电路的输入输出接口形式与电路结构与外形，结合当下芯片的接口灵活性，以控制基本单元的信号输入、信号处理、信号输出三大块为模型为核心进行分块设计。
12.进一步优化本技术方案，所述规范的接口电气要求用于规范硬件电路设计，并将电路分为处理单元与接口单元，并规范处理单元与接口单元的连接硬件规范和管脚定义与整体尺寸，配合独特处理算法，实现两者的自识别与易使用的设计效果。
13.进一步优化本技术方案，所述模块控制器在不约束应用场景的情况下，电路高度兼容，包括离散开关控制、离散开关输入、脉冲数输入、脉宽监测、脉冲输出、pwm、模拟量输入输出、主流通讯：485
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can电路可以兼容切换，通过电路识别进行对应代码调用，配合独特映射算法，所有有效输入输出数据格式规范易用。
14.与现有技术相比，本发明提供了一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，具备以下有益效果：
15.1、该基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，从控制原理为出发点，打包控制与输人输出电路，规范设计追求兼容与通用性，用户可用根据自身对于控制的需求，定义控制器的输入输出电路，编写相应的逻辑控制算法实现自身所需系统的快速组件与验证。
16.2、该基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，采用模块控制器的控制模块化层面为电路级别的方式，使得用户享有更紧凑小巧的解决方案，同时也增大了电路的利用率降低了用户选用控制器的成本，原理层面的模块化更加开放而且通用性强，也降低了用户对不同信息的获取门槛。
附图说明
17.图1为本发明提出的一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器的工作流程示意图；
18.图2为本发明提出的一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器中的主控部分示意图；
19.图3为本发明提出的一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器中的
接口部分示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明的实施例，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。
21.实施例一：
22.如图2和图3所示，一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，包括主控部分和接口部分，所述主控部分的主控板包括电路部分的电路板和控制器外壳，所述接口部分的接口电路板包括数字通讯、数字io、模拟量以及芯片结构五种接口类型；主控部分的主控板和接口部分的接口电路板，二者规范接口标准，通过软件算法自识别，算法层面基于接口分类，打包分块处理，通过地址指向，根据实际电路进行映射调用，电路层面进行归类电路的接口形式，简化模块控制器面对不同应用的冗余现象，算法层面通过电路识别进行对应代码调用，配合独特映射算法，所有有效输入输出数据格式规范易用；其中，主控板的电路部分分为多个单元并通过识别算法连接到若干个任意的接口电路板上，主控板的外壳又分为无外壳的小体积电路和标准轨道式仿plc外壳，小体积电路外壳方便嵌入由人自己设计的电路中，标准轨道式仿plc外壳方便放入标准配电柜与其他电气件设计使用。
23.其中，模块控制器的编程算法包括以下设计内容：将所有数据分为两块，分为地址信息和数据本身，地址为数据的区分标志，数据为有效信息，将所有数据二次打包为重新定义地址的数据，接口部分的所有接口的信息转换成通用的地址数据，主控部分的主控板将应用信息转换为规范的接口，再将规范的接口转换成指定的数据信息，并打包常用的逻辑处理类型，用于实现用户只需要选用什么型号并且需要如何处理信息即可；如图1所示，此设计面向控制原理相对简单，数据结构相对简单的控制应用，减少了用户硬件开发的周期与产品落地时间，减少了产品设计的门槛，简化了原理到应用的电路层面工作，同时在兼顾兼容性的同时避免了嵌入式移植方式的繁琐与周期长、人员要求成本高等弊端，用户不需要指定实现与转换过程，只需要考虑选用了什么接口板或连接了什么模块，根据介绍了解在相应的数据写入数据会有什么样的效果即可。
24.其中，模块控制器的模块化电路设计包括以下设计内容：基于主控板的管脚复用性、功能性ic存在通用接口标准、硬件线路的电平特性，将电路部分区分为主控电路、接口电路两大类；主控电路与接口电路基于接口三态特性，即高电平、低电平和高阻，通过主控板内部识别算法区分接口电路，规范的接口电气要求使得主控电路与接口电路双向可识别兼容。
25.具体的，所述模块控制器的编程算法打包的常用的逻辑处理类型包括常用的四大处理类型：数据传输、数据运算、数据逻辑条件、程序指令，用户可用基于打包的处理方式处理不同数据实现想用的应用目的。
26.具体的，所述主控电路包含主控运行及电气支持相关电路；所述接口电路包含信号转换及电源供给相关电路，模块控制器的控制系统根据原理区分：数据输入、数据处理、数据输出；对应的电路就是输入输出的接口电路、负责逻辑控制的主控电路。根据接口规范
设计，丰富接口电路实现形式就可以满足不同控制应用了。接口电路区分：通过简单的类比分析，将接口电路区分为：数字通信类、数字io类、模拟类、ic接口类，具体细分如图3所示，将接口电路细分为类型、种类以及电气类型。
27.具体的，所述模块控制器的模块化电路设计中的规范的接口电气要求用于统一电路的输入输出接口形式与电路结构与外形，结合当下芯片的接口灵活性，以控制基本单元的信号输入、信号处理、信号输出三大块为模型为核心进行分块设计。
28.具体的，所述规范的接口电气要求用于规范硬件电路设计，并将电路分为处理单元与接口单元，并规范处理单元与接口单元的连接硬件规范和管脚定义与整体尺寸，配合独特处理算法，实现两者的自识别与易使用的设计效果。
29.具体的，所述模块控制器在不约束应用场景的情况下，电路高度兼容，包括离散开关控制、离散开关输入、脉冲数输入、脉宽监测、脉冲输出、pwm、模拟量输入输出、主流通讯：485
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can电路可以兼容切换，通过电路识别进行对应代码调用，配合独特映射算法，所有有效输入输出数据格式规范易用。
30.实施例二：
31.一种基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，包括主控部分和接口部分，所述主控部分的主控板包括电路部分的电路板和控制器外壳，所述接口部分的接口电路板包括数字通讯、数字io、模拟量以及芯片结构五种接口类型；主控部分的主控板和接口部分的接口电路板，二者规范接口标准，通过软件算法自识别，算法层面基于接口分类，打包分块处理，通过地址指向，根据实际电路进行映射调用，电路层面进行归类电路的接口形式，简化模块控制器面对不同应用的冗余现象，算法层面通过电路识别进行对应代码调用，配合独特映射算法，所有有效输入输出数据格式规范易用；接口整合了异步串行通讯、can通讯、io输入输出、脉宽脉冲输入输出、编码器计数、单双路adc、单路dac、标准iic与spi等。满足了96％以上的接口原理需求。主控板根据用户选用的接口板的电位属性自动识别，内部调用相应的解析程序，将对应接口板的检测或输出信息转换为内部固定地址的数据。这样用户无论使用什么接口电路只需要操作或获取相应地址信息即可，不需要知道具体实现方式与转换过程。
32.其中，模块控制器的编程算法包括以下设计内容：将所有数据分为两块，分为地址信息和数据本身，地址为数据的区分标志，数据为有效信息，将所有数据二次打包为重新定义地址的数据，接口部分的所有接口的信息转换成通用的地址数据，主控部分的主控板将应用信息转换为规范的接口，再将规范的接口转换成指定的数据信息，并打包常用的逻辑处理类型，用于实现用户只需要选用什么型号并且需要如何处理信息即可；
33.其中，模块控制器的模块化电路设计包括以下设计内容：基于主控板的管脚复用性、功能性ic存在通用接口标准、硬件线路的电平特性，将电路部分区分为主控电路、接口电路两大类；主控电路与接口电路基于接口三态特性，即高电平、低电平和高阻，通过主控板内部识别算法区分接口电路，规范的接口电气要求使得主控电路与接口电路双向可识别兼容。
34.在规范的接口电气要求下，可以降低电路设计的重复套用性，减少电路设计研发周期，增加产品的稳定性与简化产品的维修难度，同时增大了设计人员的产品复用性，使得一次设计可供后续多次延用。同时也做到了不同电路的平行兼容性，增加了电路的灵活性。
规范中电路分为两部分：主控部分与接口部分。主控部分引出接口电路连接部分，主控与接口电路双方通讯为0
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5v通用数字量信号或模拟信号。可用为接口板提供5v电源或从接口板获取5v电源。此5v电源部分为双向限流0.2a及1w的供给。主控与接口双方各自负责esd处理。接口电路部分两侧为输入输出，输入部分与主控板相连接，输出部分直接外引或通过主控板外引出端口。输入侧信号管脚通过保护电路直接与主控板的主控ic相连接，电源管脚为5v电源，双向供给限流0.2a。输出侧信号管脚通过主控板直接外引端子，接口板电路板也可直接处理信号或自身信号外引。电源部分为8
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30v/10
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60v主电源供给，此电源在主控板上不同接口板之间互联，主控板限流1a。接口板可用根据具体设计取电。这样接口板输出部分为应用层面的表现，电源部分满足了工业及通讯多行业的12/24/48多规格电源。使得电路按照控制系统中角色分类规范设计，按照所定协议与规范独立设计电路。电路可以相互兼容互连，配合独特的算法与接口识别方式可以平行兼容。
35.具体的，所述模块控制器的编程算法打包的常用的逻辑处理类型包括常用的四大处理类型：数据传输、数据运算、数据逻辑条件、程序指令，用户可用基于打包的处理方式处理不同数据实现想用的应用目的。
36.具体的，所述主控电路包含主控运行及电气支持相关电路；所述接口电路包含信号转换及电源供给相关电路，模块控制器的控制系统根据原理区分：数据输入、数据处理、数据输出；对应的电路就是输入输出的接口电路、负责逻辑控制的主控电路。
37.具体的，所述模块控制器的模块化电路设计中的规范的接口电气要求用于统一电路的输入输出接口形式与电路结构与外形，结合当下芯片的接口灵活性，以控制基本单元的信号输入、信号处理、信号输出三大块为模型为核心进行分块设计。
38.具体的，市面上有很多面向应用的电路，如某种ic的教学研发性电路，以功能与商业价值为出发点。电路设计初衷为特定ic的学习与研究，不具备良好的通用。因此，所述规范的接口电气要求用于规范硬件电路设计，并将电路分为处理单元与接口单元，并规范处理单元与接口单元的连接硬件规范和管脚定义与整体尺寸，配合独特处理算法，实现两者的自识别与易使用的设计效果。
39.具体的，所述模块控制器的设计规范下涉及了：离散开关量的输入输出、主流串行与can通讯(串行可表现为485
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422等)、模拟量输入输出、脉宽脉冲输入输出、spi/iic等，涉及了现有大部分的应用底层原理。所以在对应不同处理单元与接口的搭配下可以应付当下大部分的控制应用场景。
40.本发明的有益效果是：
41.1、该基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，从控制原理为出发点，打包控制与输人输出电路，规范设计追求兼容与通用性，用户可用根据自身对于控制的需求，定义控制器的输入输出电路，编写相应的逻辑控制算法实现自身所需系统的快速组件与验证。
42.2、该基于模块化电路设计与简易编程算法的模块控制器，采用模块控制器的控制模块化层面为电路级别的方式，使得用户享有更紧凑小巧的解决方案，同时也增大了电路的利用率降低了用户选用控制器的成本，原理层面的模块化更加开放而且通用性强，也降低了用户对不同信息的获取门槛。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.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。