[發明專利]低成本現場總線遠程輸入輸出系統

無效

• 申請號: 201010213701.5
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN102314161A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 于海斌;王宏;趙海燕;林躍;張群青
• 申請（專利權）人: 沈陽中科博微自動化技術有限公司;廣州中國科學院工業技術研究院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明涉及自動控制領域，具體地說是一種低成本現場總線遠程輸入輸出系統。

背景技術

隨著32位單片機應用的日益普及，信息共享的程度不斷提高。對于以單片機應用系統為中心的小型嵌入式設備，成為當今電子產品開發的重點。

其中，利用單片機實現嵌入式方案的技術難點在于：1、如何利用單片機自身有限的資源對信息進行MODBUS協議處理，使之變成可以在RS485上傳輸的數據包。2、在單片機中運行實時內核。從解決這一技術問題出發，目前有如下幾種方案：

1.Gateway+專用網：采用專用網絡(如RS-232，RS-485，CAN?Bus等)把一小批單片機連接在一起，然后再將該專用網絡連接到一個PC上，該PC作為網關將專用網絡上的信息轉換為協議數據包，然后發到網上實現信息共享。該方案可以連接多種單片機。缺點：a.需要依賴PC機作網關進行協議轉換，在多個單片機系統分散的情況下，專用網絡布線極為不便；b.需要在PC機上安裝專門的協議轉換軟件，該軟件通常由專門的第三方軟件商提供，費用較高。

2.32位MCU+RTOS：采用32位的高檔單片機，在RTOS(實時多任務操作系統)的平臺上進行軟件開發，在嵌入式系統中實現TCP/IP的協議處理。由于采用高檔單片機，該方案可以完成很多復雜的功能。但這種方案存在如下缺點：需要購買或選用免費的RTOS開發軟件，對開發人員的開發能力要求較高。

發明內容

為了克服PC機的高費用、8位或16位機外圍資源少，運行實時內核上的困難，本發明的目的是提供一種不依賴PC機、費用低、易推廣、使用靈活、易于維護、外圍資源豐富，采用占先式實時操作系統的低成本現場總線遠程輸入輸出系統。

為了實現上述目的，本發明的具體技術方案如下：一種低成本現場總線遠程輸入輸出系統，包括控制模塊和I/O模塊；所述控制模塊中存儲有控制程序；所述控制模塊通過內部總線管理I/O模塊；所述I/O模塊完成現場信號的采集、轉換，所述控制模塊通過I/O模塊控制現場設備。

所述控制模塊內存有MODBUS通訊協議，該控制模塊運行MODBUS-RTU協議棧；所述MODBUS通訊協議包括MODBUS從站協議和MODBUS主站協議；所述MODBUS主站協議通過MODBUS從站協議實現現場設備的數據采集和遠程監控。

所述控制模塊包括：

-單片機；

-動態數據存儲器，用于存儲單片機運行的控制程序，還存儲所述I/O模塊采集的現場數據；

-非易失性數據存儲器，用于儲存為控制模塊設定的信息參數，供單片機讀取；

-程序存儲器，用于儲存操作系統內核程序、MODBUS-RTU協議、控制邏輯程序，供單片機運行控制；

-時鐘，為控制模塊提供時間信息；

-物理層，用于與單片機連接，完成MODBUS-RTU協議中的第一層協議；

-內部總線，用于控制模塊與I/O模塊進行數據通訊連接。

所述I/O模塊主要包括：模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊；所述模擬量輸入模塊主要由模/數轉換器、光電隔離器、保護電路組成；所述內部總線通過光電隔離器選擇輸入現場信號，信號經模/數轉換器轉換后，再通過光電隔離器傳遞至控制模塊。所述模擬量輸出模塊主要由數/模轉換器、光電隔離器、保護電路組成；所述內部總線通過光電隔離器選擇輸出單片機信號，該信號經過光電隔離隔離輸出至數/模轉換器，再通過數/模轉換器輸出信號送至現場設備。所述開關量輸入模塊主要由光電隔離器、保護電路組成；所述開關信號通過采集保護電路、光電隔離器輸入至內部總線，所述內部總線將信號輸入至單片機。

開關量輸出模塊主要由達林頓驅動器、光電隔離器組成；控制模塊通過內部總線選擇需要輸出的通道，再通過光電隔離器輸出至達林頓驅動器；所述達林頓驅動器輸出共陽極信號至現場設備。