[發明專利]總線式IO采集與控制擴展裝置

有效

• 申請號: 201210082630.9
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102591244A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 李恩;梁自澤;譚民;趙曉光;楊國棟
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種總線式IO采集與控制擴展裝置，其特征在于，該裝置包括：ARM控制模塊、電源變換模塊、CAN總線通信模塊、開關量輸入模塊、模擬量輸入模塊、脈寬調制PWM輸出模塊和模擬量輸出模塊，其中，

所述ARM控制模塊包括ARM處理器以及連接到所述ARM處理器的復位電路、時鐘電路、編程接口，所述ARM控制模塊向外擴展系統總線，所述CAN總線通信模塊、所述開關量輸入模塊、所述模擬量輸入模塊、所述PWM輸出模塊和所述模擬量輸出模塊分別通過該系統總線與所述ARM控制模塊相連；

所述電源變換模塊將9～30V的輸入直流電壓轉換為5V的直流電壓，向ARM控制模塊和其他模塊供電；

所述開關量輸入模塊與開關量輸入設備相連，所述ARM控制模塊通過掃描開關量輸入模塊與系統總線連接的端口的引腳電平來采集所述開關量輸入設備的開關狀態數據；

所述模擬量輸入模塊與模擬量輸入設備相連，所述ARM控制模塊通過系統總線的串行同步接口SPI訪問所述模擬量輸入模塊來采集所述模擬量輸入設備的電壓或電流變化數據；

所述ARM控制模塊將采集到的開關狀態數據和電壓或電流變化數據進行處理后，按照規定的數據格式通過所述CAN總線通信模塊發送給系統主控制器；

同時，該擴展裝置通過所述CAN總線通信模塊接收來自系統主控制器的控制命令，所述ARM控制模塊對所述控制命令解析后得到控制信號，通過所述PWM輸出模塊將相應的控制信號輸出給與所述PWM輸出模塊相連的PWM控制設備，通過所述模擬量輸出模塊對與其相連的模擬量控制設備進行實時調整，實現對所述模擬量控制設備的驅動。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述ARM控制模塊根據用戶配置情況，對所述開關量輸入模塊和所述模擬量輸入模塊進行信號類型選擇和模式配置：選擇開關量輸入或是模擬量輸入，選擇電壓型模擬量輸入信號或是電流型模擬量輸入信號。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述CAN總線通信模塊具有1路CAN總線通信接口；所述CAN總線通信模塊依次由光電隔離電路、電平轉換電路、CAN總線通信接口電路連接組成，所述光電隔離電路連接到所述系統總線的CAN通信功能引腳上，所述CAN總線通信接口電路與系統主控制器連接。

4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述開關量輸入模塊具有16路相同的開關量輸入電路，相應具有16路電平信號輸入接口；每個開關量輸入電路依次由光電隔離電路、運算放大器電路、開關量輸入接口電路連接組成，所述光電隔離電路連接到所述系統總線的通用輸入輸出GPIO引腳上，所述開關量輸入接口電路與外部的開關量輸入設備相連。

5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述開關量輸入電路中：

表示某一開關量輸入設備的開關狀態的開關量輸入信號DI從電阻R1的一端輸入，R1的另一端分別與電阻R2、穩壓二極管D1的負極、隔離運算放大器U1的正向輸入端相連，D1的正極接地，U1的負向輸入端分別與U1的輸出端、帶有施密特觸發功能的緩沖器U2的輸入端相連，U2的輸出端信號P0經過光電隔離后輸入到所述系統總線的輸入引腳中，以供ARM控制模塊對某一開關量輸入設備的開關狀態數據進行采集；

所述系統總線的輸出引腳輸出的模式配置信號經過光電隔離后成為配置信號P1，分別從電阻R3、R4的一端輸入，R3的另一端與PNP型晶體管Q1的基極相連，R4的另一端與NPN型晶體管Q2的基極連接，Q1的射極連接到電源正端VCC上，Q2的射極接地，Q1的集電極和Q2的集電極連接在一起，共同連接到電阻R2的另一端。

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述穩壓二極管D1起到過壓保護的功能，當開關量輸入信號DI的電壓值超過穩壓二極管D1的穩壓值時，電壓就會降落在電阻R1上，從而保證了U1輸入端的電壓不會超過其安全電壓，進而保證了U1不會被損壞。

7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模擬量輸入模塊具有16路相同的模擬量輸入電路，包括8路電壓型模擬量輸入電路和8路電流型模擬量輸入電路，相應具有8路電壓型模擬量輸入接口和8路電流型模擬信號接口；每個模擬量輸入電路依次由光電隔離電路、模數轉換電路、運算放大器電路、模擬量輸入接口電路連接組成，所述光電隔離電路連接到所述系統總線的SPI接口和通用輸入輸出GPIO引腳上，所述模擬量輸入接口電路與外部的模擬量輸入設備相連。