一种矿用智能控制装置的制作方法

本技术涉及一种矿用智能控制装置。

背景技术：

1、在“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动背景下，矿山井下设备自动化控制是必然趋势。本装置采用 arm 芯片高性能运算能力，可以在模块化硬件基础上，通过适当修改嵌入软件，即可适应井下排水等各类设备的自动化控制，并实现无人值守。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是利用通用硬件模组，实现各类不同设备的智能化控制，在有效降低控制系统成本的同时，大幅提高控制系统开发效率，缩短项目时间。

2、为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

3、一种矿用智能控制装置，包括核心处理模块、输出模块和输入模块、电源模块、触控显示器。所述输入模块、输出模块，都可以以适当的数量叠加并与核心处理模块连接；所述触控显示器也与核心处理模块连接；所述电源模块与核心处理模块、触控显示器、输入模块、输出模块连接。核心处理模块具有 arm 处理器、存储器、hdmi 显示驱动器、usb 接口、iic接口、uatr 接口、ad 模拟信号采集接口及通用 io 接口。核心处理器通过嵌入式软件处理输入数据并通过输出模块控制设备。

4、作为优选，输入模块包含光电隔离的 485 输入单元、光电隔离输入 io 单元、存储单元。

5、所述光电隔离的 485 输入单元，由隔离电源 u6、电容 c46、c47、发光管 led1、电阻 r46、光耦 u3、电阻 r1、r2、光耦 u4、电阻 r4、r5、r6、场效应管 q1、485 芯片u5、场效应管 q2、电阻 r3、r8、r9、稳压管 dw5、dw6、电阻 r10、r11、r12、r13、放电管 f2、接线端子 p5组成，其主要功能是采集各类传感器感知数据。所述隔离电源 u6 电源输入端连接+5v，输出端连接作为 485 供电电源的+5v1；所述电容 c46 和 c47 分别连接于u6 的输入端和输出端；所述发光管 led1 通过串接 r46 连接到电源+5v；所述光耦 u3，输入端连接串口rxd 信号，输出端连接 u5，电阻 r1 将 u3 输入端上拉至 v33，电阻 r3 将 u3输出端上拉至+5v1；所述光耦 u4，其输入端将串口 txd 信号通过场效应管 q1 和电阻 r5接入，输出端通过场效应管 q2 接入 u5；所述 485 芯片 u5，输入信号来自 u3 和 q2，输出信号通过电阻 r10、r11、r12、r13 连接到输出端子 p5；所述放电管 f2，脚 1、3 分别连接输出端子p5 的 485a 和 485b，2 脚连接到大地；所述+5v1 电源来自隔离电源 u6；所述 rxd、txd信号来自所述核心处理模块；所述 v33 电源和+5v 电源来自电源模块。

6、所述光电隔离输入 io 单元，由 io 扩展芯片 u7、u13、光电隔离芯片 u8、u9、u10、u11、u14、u15、u16、u17、地址编码器 s1、输入端子 pin1-pin32（共 32 个端子）以及外围阻容器件组成。所述 io 扩展芯片 u7、u13，其 io 口分别与 u8、u9、u10、u11和 u14、u15、u16、u17 连接，其地址端与地址编码器 s1 连接，其通信端与总线 sda1 和scl1 连接；所述输入端子 pin1-pin32 通过 u8、u9、u10、u11、u14、u15、u16、u17光电隔离连接到u7、u13；u7、u13 由+5v 电源供电；u8、u9、u10、u11、u14、u15、u16、u17 由+5v1 电源供电；所述+5v1 电源来自隔离电源 u6；所述总线 sda1、scl1 和+5v电源，来自核心处理模块。

7、所述存储单元，由 u12 构成，与总线 sda1、scl1 和 v33 电源连接。所述总线sda1、scl1 来自核心处理模块；v33、+5v1 电源来自电源模块。

8、作为优选，输出模块包括 io 扩展单元、继电器单元组成。

9、所述 io 扩展单元由 io 扩展芯片 u21、u22、驱动芯片 u23、u24、u25、u26、地址编码器 s2 及外围阻容器件构成。所述 u21 与 u23、u24 连接，同时与 sda1、scl1 总线连接，其地址引脚还与 s2 连接；所述 u22 与 u25、u26 连接，同时与 sda1、scl1 总线连接，其地址引脚还与 s2 连接；u21、u22 输出端亦即 u23、u24、u25、u26 输入端通过阻排rp1、rp2、rp3、rp4 与电源+5v 连接；u21、u22、u23、u24、u25、u26 电源与+5v 连接；所述总线sda1、scl1 来自核心处理模块；电源+5v 来自电源模块。

10、所述继电器单元由继电器 kj1-kj16（16 个继电器）、jj1-jj16（16 个继电器）、输出端子 j1-j32（32 个端子）、发光管 led1- led32（32 个发光管）、阻排 rp5、rp6、rp7、rp8组成。所述继电器 kj1-kj16 的线圈一端与驱动芯片 u8、u9、u11、u12 连接，另一端与电源+5v 连接。继电器触点与输出端子 j1-j32 连接。所述发光管 led1- led32 阴极与对应的驱动芯片 u23、u24、u25、u26 连接，阳极通过相应阻排 rp5、rp6、rp7、rp8 与电源+5v 连接。所述电源+5v，来自电源模块。

11、所述触控显示器，具有触控输入和运行状态图形化显示功能，与核心处理器通过hdmi和 usb 连接，其电源端与电源模块+5v 连接。

12、本实用新型的有益效果如下：本实用新型将设备控制硬件通用化，可以通过输入、输出模块的叠加扩展，以及通过核心处理模块嵌入式软件的定制，适用于多种复杂的设备控制操作。 具有采集各种传感器感知数据的 485 总线；具有可扩展的信号输入端（最多可达32x8=256 个）；具有可扩展的信号输出控制端（最多可达 32x8=256 个）；核心处理器模块具有 4 核高性能 arm 处理器及 4g 内存芯片，具有触控显示屏输入及显示输出功能，能够适用于多数复杂的设备控制领域。本实用新型，为快速开发复杂设备控制系统，降低硬件成本及系统开发成本提供了新的可能。

技术特征：

1.一种矿用智能控制装置，其特征在于，包括触控显示器（1）、核心处理模块（2）、输入模块（3）、输出模块（4）、电源模块（5），输入模块可最多叠加至 8 块，输出模块也可最多叠加至 8 块，核心处理模块（2）的 iic 总线与每个输入、输出模块相连；核心处理模块（2）的串口 rxd、txd 与第一个输入模块（3）连接；核心处理模块（2）的 usb、hdmi与触控显示器（1）连接；电源模块（5）的+5v、v33 电源与核心处理模块（2）、每个输入模块、输出模块连接；电源模块（5）的+5v 电源与触控显示器（1）连接。

2.根据权利要求 1 所述一种矿用智能控制装置，其特征在于，输入模块（3）包含光电隔离的 485 输入单元、光电隔离输入 io 单元、存储单元。

3.根据权利要求 2 所述一种矿用智能控制装置，其特征在于，所述光电隔离的 485输入单元，由隔离电源 u6、电容 c46、c47、发光管 led1、电阻 r46、光耦 u3、电阻 r1、r2、光耦 u4、电阻 r4、r5、r6、场效应管 q1、485 芯片 u5、场效应管 q2、电阻 r3、r8、r9、稳压管 dw5、dw6、电阻 r10、r11、r12、r13、放电管 f2、接线端子 p5 组成，其主要功能是采集各类传感器感知数据，所述隔离电源 u6 电源输入端连接+5v；所述电容 c46 和 c47 分别连接于 u6 的输入端和输出端；所述发光管 led1 通过串接 r46 连接到电源+5v；所述光耦u3，输入端连接串口 rxd 信号，输出端连接 u5，电阻 r1 将 u3 输入端上拉至 v33；所述光耦u4，其输入端将串口 txd 信号通过场效应管 q1 和电阻 r5 接入，输出端通过场效应管 q2接入 u5；所述 485 芯片 u5，输入信号来自 u3 和 q2，输出信号通过电阻 r10、r11、r12、r13 连接到输出端子 p5；所述放电管 f2，脚 1、3 分别连接输出端子 p5 的 485a 和485b，2脚连接到大地；所述 rxd、txd 信号来自所述核心处理模块；所述 v33 电源和+5v电源来自电源模块。

4.根据权利要求 2 所述一种矿用智能控制装置，其特征在于，所述光电隔离输入 io单元，由芯片 u7、u13 以及外围阻容器件组成，所述芯片 u7、u13，其 io 口分别与 u8、u9、u10、u11 和 u14、u15、u16、u17 连接，其地址端与地址编码器 s1 连接，其通信端与核心处理模块的总线 sda1 和 scl1 连接；输入端子 pin1-pin32 通过u8、u9、u10、u11、u14、u15、u16、u17 光电隔离连接到 u7、u13；u7、u13 由+5v电源供电。

5.根据权利要求 2 所述一种矿用智能控制装置，其特征在于，所述存储单元，由 u12构成，与总线 sda1、scl1 和 v33 电源连接，所述总线 sda1、scl1 来自核心处理模块。

6.根据权利要求 1 所述一种矿用智能控制装置，其特征在于，输出模块（4）包含 io扩展单元和继电器单元。

7.根据权利要求 6 所述一种矿用智能控制装置，其特征在于，所述 io 扩展单元由io 扩展芯片 u7、u10、驱动芯片 u8、u9、u11、u12、地址编码器 u1 及外围阻容器件构成，所述u7 与 u8、u9 连接，同时与 sda1、scl1 总线连接，其地址引脚还与 u1 连接；所述 u10与 u11、u12 连接，同时与 sda1、scl1 总线连接，其地址引脚还与 u1 连接；u7、u10 与电源+5v 连接；所述 u8、u9、u11、u12 与 u6 的输出端+5v1 连接；所述总线 sda1、scl1 来自核心处理模块；电源+5v 来自电源模块。

8.根据权利要求 6 所述一种矿用智能控制装置，其特征在于，所述继电器单元由继电器kj1-kj16、jj1-jj16、输出端子 j1-j32、发光管 led1- led32、阻排 rpack3、rpack4、rpack7、rpack8 组成，所述继电器 kj1-kj16 的线圈一端与驱动芯片 u8、u9、u11、u12 连接，另一端与电源+5v 连接，同时与输出端子 j1-j32 连接，所述发光管 led1- led32 阴极与对应的驱动芯片 u8、u9、u11、u12 连接，阳极通过相应阻排 rpack3、rpack4、rpack7、rpack8 与电源+5v 连接，所述电源+5v，来自电源模块。

技术总结
本技术公开了一种矿用智能控制装置，包括核心处理模块、输出模块和输入模块、电源模块、触控显示器。所述输入模块、输出模块，都可以以适当的数量叠加并与核心处理模块连接；所述触控显示器也与核心处理模块连接；所述电源模块与核心处理模块、触控显示器、输入模块、输出模块连接。核心处理器通过嵌入式软件处理输入数据并通过输出模块控制设备。本技术将设备控制硬件通用化，可以通过输入、输出模块的叠加扩展，以及通过核心处理模块嵌入式软件的定制，适用于多种复杂的设备控制操作。本技术，为快速开发复杂设备控制系统，降低硬件成本及系统开发成本提供了新的可能。

技术研发人员：全桂光,陈永光
受保护的技术使用者：哈尔滨世元科技发展有限公司
技术研发日：20230116
技术公布日：2024/1/13