控制器的控制电路及控制器的制作方法

1.本技术涉及控制器的技术领域，尤其涉及控制器的控制电路及控制器。


背景技术：

2.人、经济动物、经济植物、经济微生物的生活、成长、生长都离不开一个良好的生存环境。如何在人、经济动物、经济植物、经济微生物的生活、成长及生长过程中通过现代的技术手段低成本、高效率的实时监测其生活、成长、生长的环境数据，如何保证环境质量长期处于有利于人的健康成长、减少人的生病率和死亡率，或者在人工养殖和农业种植过程中，使环境质量长期处于有利于经济动物、经济植物、经济微生物健康生长的状态，减少经济动物、经济植物、经济微生物的生病率和死亡率是至关重要的，这个课题已经成为当代社会亟需解决的一项重大课题。近年来我国在针对环境质量控制方面出现了很多的新产品和新技术，国家各个主管部门也出台了一系列的政策用以制约人为造成的环境污染。
3.环境控制器可以适用于封闭式的或半封闭式的畜禽养殖场，或者封闭式的或半封闭式的温室大棚，或者实验动物房、粮库、粮站、农作物的储存场地等，但是现有的环境控制器的控制电路使控制器无法对环境参数进行精细化控制，不能满足上述场景的要求。因此，亟需设计一种能够稳定提供控制的控制电路，以满足实际应用的需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供控制器的继电器外围电路及控制器，解决现有的对控制器的控制电路的需求问题。
5.本技术的目的采用以下技术方案实现：
6.第一方面，本技术提供了一种控制器的控制电路，所述控制器的控制电路包括主控芯片、数模转换电路和放大电路；所述主控芯片的工作电压端接入第一预设电压，所述主控电路的第一信号端和第二信号端分别与所述控制器的通信电路电性连接，所述主控芯片还通过多个通用输入输出接口与所述控制器的通信电路电性连接，用于实现所述控制器和采集器之间的通信连接；所述主控芯片和所述数模转换电路电性连接，所述数模转换电路用于接收所述主控芯片输出的数字量并转换成模拟量。
7.本技术方案的有益效果为，通过主控芯片可以建立控制电路和通信电路的通信连接，使控制电路的功耗更低，达到降本增效的效果；通过数模转换电路，可以直接控制外围设备。综上，控制电路可以将输出的数字量转换成模拟量，将该控制电路用于对外围设备的控制器，实现环境参数的精细化控制。
8.在一些可选的实施例中，所述数模转换电路包括数模转换芯片，所述数模转换芯片的基准电压端和供电电源端接入所述第一预设电压，所述数模转换芯片的输出端用于模拟量的输出；所述模拟转换芯片的数据传输端通过i2c总线连接所述主控芯片的数据传输端，用于接收所述主控芯片输出的数字量；所述模拟转换芯片的同步时钟端通过i2c总线连接所述主控芯片的同步时钟端，用于接收实现所述数字量的传输所需的同步时钟脉冲。
9.本技术方案的有益效果为，在数模信号转换的过程中，数模转换电路和主控芯片之间线路的设置更简单，便于形成标准化和模块化，以节约用户成本。
10.在一些可选的实施例中，所述数模转换芯片还包括第一地址端、第二地址端和第三地址端；所述数模转换芯片的第一地址端、第二地址端和第三地址端分别接地或接入第二预设电压。
11.本技术方案的有益效果为，在无需额外添加硬件的情况下，通过同个i2c总线接入多个数模转换电路，可以实现一个主控芯片对多个数模转换电路分别进行模拟量输出，更节省成本。
12.在一些可选的实施例中，还包括放大电路，所述放大电路和所述数模转换电路电性连接，所述放大电路用于接收并放大所述数模转换电路输出的模拟量。
13.本技术方案的有益效果为，通过设置放大电路，对模数转换电路输出的模拟量进行放大，使模拟量可以适用于更多种类的外围设备，进而满足封闭式的或半封闭式的畜禽养殖场、或者封闭式的或半封闭式的温室大棚、或者实验动物房、粮库、粮站、农作物的储存场地等场景下对更多外围设备选用的需求。由此，设置放大器对模拟量进行放大，有利于对控制电路的推广和应用。
14.在一些可选的实施例中，所述放大电路包括放大芯片、第一电阻和第一电容；所述放大芯片的正向输入端接入所述数模转换芯片的输出端，所述放大芯片的输出端用于放大后的模拟量输出，所述放大芯片的输出端还通过所述第一电容接地，所述放大芯片的反向输入端通过所述第一电阻接地。
15.本技术方案的有益效果为，放大电路可以实现模拟量的放大，且成本低、结构简单，便于推广和应用。
16.在一些可选的实施例中，还包括第一时钟电路，所述第一时钟电路与所述主控芯片的第一晶振输入端和第一晶振输出端电性连接，所述第一时钟电路用于提供所述主控芯片的时钟信号。
17.本技术方案的有益效果为，第一时钟电路用于提供主控芯片的时钟信号，提高了控制电路运行的稳定性，降低了主控芯片的发热量。
18.在一些可选的实施例中，所述第一时钟电路包括第一晶振、第二电容和第三电容；所述第一晶振的第一端连接所述主控芯片的第一晶振输入端，所述第一晶振的第一端还通过所述第二电容接地；所述第一晶振的第二端连接所述主控芯片的第一晶振输出端，所述第一晶振的第二端还通过所述第三电容接地。
19.本技术方案的有益效果为，第三电容和第二电容分别作为第一晶振的负载电容，降低采集器中其它杂散电容对第一晶振的干扰，增强第一时钟电路工作的稳定性。
20.在一些可选的实施例中，所述控制器的控制电路还包括第二时钟电路，所述第二时钟电路包括第二晶振、第四电容和第五电容，所述第一晶振的频率和所述第二晶振的频率的取值不相同；所述第二晶振的第一端连接所述主控芯片的第二晶振输入端，所述第二晶振的第一端还通过所述第四电容接地；所述第二晶振的第二端连接所述主控芯片的第二晶振输出端，所述第二晶振的第二端还通过所述第五电容接地。
21.本技术方案的有益效果为，通过设置第一时钟电路和第二时钟电路，以满足控制芯片的不同时钟信号需求。
logic controller，可编程采集器件)等微采集器(mcu)。主控芯片u1可以通过通用输入输出接口等接口，便于扩展。通用输入输出接口(gener al purpose input output,gpio)可以用于芯片内部信号和芯片外部信号之间的传输和交换。通用输入输出接口通常用于将芯片内部提供的数据进行电平转换和驱动以产生对外的数据信号，和/或将来自芯片外部的数据进行电平转换得到能够被芯片识别的数据信号。通用输入输出接口具有低功耗、小封装、低成本、等优点。因此，控制电路的功耗更低，成本能更好的控制。
39.本技术实施例对主控芯片u1的选用不做限定，主控芯片u1的型号例如是stm32h743vit6。当主控芯片u1的型号是stm32h743vit6时，主控芯片u1的复位端的标号例如是nrst；主控芯片u1的第一晶振输入端的标号例如是ph0；主控芯片u1的第一晶振输出端的标号例如是ph1；主控芯片u1的第二晶振输入端的标号例如是ph2；主控芯片u1的第二晶振输出端的标号例如是ph3；主控芯片u1的工作电压端的标号例如是vdd；主控芯片u1的接地端的标号例如是vss。主控芯片u1可以直接通过多路数字量输出直接控制外围设备启停，也可以通过控制电路转换的模拟量来控制外围设备的参数调整，例如电机的转速、转向，或照明设备的照度和色温，或加热设备的热量释放量等。其中多路数字量输出可以是8路、16路，本技术不以此为限。
40.在一具体应用中，在封闭式的或半封闭式的温室大棚内设置的传感器可以用于感测环境参数的测量数据并发送至采集器。其中，传感器可以是电子传感器、压力传感器、热学传感器、力学传感器、火焰传感器、流量传感器、水质传感器、振动传感器、粉尘传感器、空气质量传感器、化学传感器、物理传感器、生物传感器、光学传感器、磁学传感器和辐射传感器等中的任意一种或多种。当传感器是作用于气体的传感器时，传感器可以是实现对温湿度，和/或一氧化碳、硫化氢、氧气、环氧乙烷、氯气、氯化氢、氟化氢、氨气、二氧化硫、臭氧、二氧化氮、苯、氢气、甲苯、氯乙烯、二氧化氮、酒精、环氧乙烷、二甲二硫醚、三甲胺、苯乙烯、甲醇、甲硫醇、磷化氢、乙烯、氰化氢、甲醛、六氟化硫、氦气、氖气、氩气、氪气、氧化亚氮、氟利昂、甲烷、氢氟碳化物、全氟碳化物、氙气、氡气、voc气体、气奥、丙酮、烟雾、可燃气体、天然气、液化气、煤气、烷类、等气体中的一种或多种进行感测的传感器，也可以是实现对汽油、醇、酮、苯等有机溶剂蒸汽的浓度检测、对环境的气体进行定性测量或定量测量的传感器，可以通过传感器获得定性数据或定量数据作为测量数据。采集器用于将传感器发送的环境参数的测量数据发送至控制器的通信电路，所述控制器的控制电路和通信电路连接以获取传感器感测的环境参数。通过数模转换电路，可以将控制电路输出的数字量转换为可以适用外围设备的模拟量。所输出的模拟量可以直接控制外围换气风机的风速、加热设备的送热量等，进而影响温室大棚的温度、二氧化碳含量等环境参数，形成闭环控制，智能化程度更高。
41.在一具体应用中，外围设备还可以是设置在实验动物房的照明设备，通过控制电路的数字量转换成的模拟量可以根据光线传感器调整照明亮度，满足实验人员在动物光照实验中对光照精度的要求，帮助实验人员获得光度对动物生长试验的精准的结果。
42.在一具体应用中，外围设备还可以是电动推杆，电动推杆设置在封闭式的或半封闭式的畜禽养殖场的通风窗上，通过电动推杆的进给度可以控制通风窗的启闭，进而实现畜牧养殖场的通风。室外温度过低时，通风窗开启过大会使畜禽养殖场温度过低；室外温度过高时，通风窗开启过小达不到通风效果。通过控制电路的数字量转换成的模拟量可以控
制电动推杆实现不同的进给度，不同进给度下的电动推杆使通风窗实现不同的开度，相比现有技术提高了通风的效果。
43.在一具体应用中，主控芯片u1可以有多个第一信号端和多个第二信号端，主控模块通过多个第一信号端、多个第二信号端和多个通用输入输出接口与多个通信电路连接，第一信号端和第二信号端与通信电路之间可以串联跨接电阻。多个通信电路和控制器的控制电路连接可以分别实现4g通信、wifi通信和zigbe e通信中的一种或多种。
44.由此，通过主控芯片u1可以建立控制电路和通信电路的通信连接，使控制电路的功耗更低，成本能更好的控制；通过数模转换电路，可以直接控制外围设备。综上，控制电路可以将输出的数字量转换成模拟量，将该控制电路用于对外围设备的控制器，实现环境参数的精细化控制。
45.参见图2，在一些实施方式中，所述数模转换电路包括数模转换芯片u2，所述数模转换芯片u2的基准电压端和供电电源端接入第二预设电压，所述数模转换芯片u2的输出端用于模拟量的输出。所述模拟转换芯片的数据传输端第一晶振输出端通过i2c总线连接所述主控芯片u1的数据传输端，用于接收所述主控芯片u1输出的数字量第一晶振输出端；所述模拟转换芯片的同步时钟端第一晶振输出端通过i2c总线连接所述主控芯片u1的同步时钟端，用于接收同步时钟脉冲。其中第二预设电压的电压值可以是dc5v、dc5.3v、dc5.5v。
46.其中，i2c(inter－integrated circuit)总线是一种两线式串行总线，i2c总线只需要一根数据线和一根时钟线两根线，总线接口已经集成在芯片内部，不需要特殊的接口电路。因此i2c总线简化了硬件电路pcb布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。i2c总线除了这两根线，与系统再没有连接的线，可以很容易形成标准化和模块化，便于用户重复利用。
47.本技术实施例对数模转换芯片u2的选用不做限定，数模转换芯片u2的型号例如是pcf8591。当数模转换芯片u2的型号是pcf8591时，数模转换芯片u2的基准电压端和供电电源端的标号分别例如是vdd、vref，数模转换芯片u2的输出端的标号例如是aout，数模转换芯片u2的数据传输端的标号例如是sda，数模转换芯片u2的同步时钟端的标号例如是scl，数模转换芯片u2的接地端的标号例如是gnd，数模转换芯片u2的第一地址端、第二地址端、第三地址端的标号例如是a0、a1、a2。
48.数模转换芯片u2的基准电压端还可以通过滤波电阻接地，滤波电阻吸收电路中的杂波，减少供电波动造成的电路故障，提高数模转换芯片u2的使用寿命。
49.由此，在数模信号转换的过程中，数模转换电路和主控芯片u1之间线路的设置更简单，便于形成标准化和模块化，以节约用户成本。
50.在一些实施方式中，所述数模转换芯片u2还可以包括第一地址端、第二地址端和第三地址端。所述数模转换芯片u2的第一地址端、第二地址端和第三地址端分别接地或接入第二预设电压。通过第一地址端、第二地址端和第三地址端的接地或接入第二预设电压的状态不同，最多可以实现8种不同的激活地址的组合。
51.在一个具体应用中，有1#数模转换电路、2#数模转换电路和3#数模转换电路，分别包括1#数模转换芯片u2、2#数模转换芯片u2、3#数模转换芯片u2。其中，1#数模转换芯片u2的第一地址端、第二地址端和第三地址端分别接地；2#数模转换芯片u2的第一地址端接入第二预设电压，第二地址端和第三地址端分别接地；3#数模转换芯片u2的第一地址端和第
二地址端接入第二预设电压，第三地址端分别接地。通过地址端的接地或接入第二预设电压，数模转换芯片u2可以获得不同的激活地址。根据i2c总线协议，同个i2c总线可以接入1#数模转换电路、2#数模转换电路和3#数模转换电路，实现不同的模拟量输出。
52.由此，在无需额外添加硬件的情况下，通过同个i2c总线接入多个数模转换电路，可以实现一个主控芯片u1对多个数模转换电路分别进行模拟量输出，更节省成本。
53.在一些实施方式中，控制器的控制电路还包括放大电路，所述放大电路和所述数模转换电路电性连接，所述放大电路用于接收并放大所述数模转换电路输出的模拟量。
54.通过设置放大电路，对模数转换电路输出的模拟量进行放大，使模拟量可以适用于更多种类的外围设备，进而满足封闭式的或半封闭式的畜禽养殖场、或者封闭式的或半封闭式的温室大棚、或者实验动物房、粮库、粮站、农作物的储存场地等场景下对更多外围设备选用的需求。由此，设置放大器对模拟量进行放大，有利于对控制电路的推广和应用。
55.参加图3，在一些实施方式中，所述放大电路包括放大芯片u3、第一电阻r1和第一电容c1；所述放大芯片u3的正向输入端接入所述数模转换芯片u2的输出端，所述放大芯片u3的输出端用于放大后的模拟量输出，所述放大芯片u3的输出端还通过所述第一电容c1接地，所述放大芯片u3的反向输入端通过所述第一电阻r1接地。放大芯片u3的供电端接入第三预设电压，用于给放大电路提供供电，放大芯片u3的接地端接地。其中第三预设电压的电压值可以是dc12v、dc12.5v、dc11.5v，
56.本技术实施例对放大芯片u3的选用不做限定，放大芯片u3的型号例如是lm324，当选用lm324时，放大芯片u3的输出端的标号例如是out；放大芯片u3的正向输入端的标号例如是in ；放大芯片u3的反向输入端的标号例如是in-；lm324具有4个相同的放大器，可以实现4路放大的功能。
57.由此，放大电路可以实现模拟量的放大，且成本低、结构简单，便于推广和应用。
58.参见图4，在一些实施方式中，还包括第一时钟电路，所述第一时钟电路与所述主控芯片u1的第一晶振输入端和第一晶振输出端电性连接，所述第一时钟电路用于提供所述主控芯片u1的时钟信号。
59.通过设置第一时钟电路，一方面，相比主控芯片u1的内部时钟信号具有更高的时钟精度，控制电路运行更稳定；一方面，进一步降低了主控芯片u1的耗能，降低了控制器的发热量，主控芯片u1等电子部件减少发热的影响，使控制器在多种应用场景中使用更稳定。
60.由此，第一时钟电路用于提供主控芯片u1的时钟信号，提高了控制电路运行的稳定性，降低了主控芯片u1的发热量。
61.在一些实施方式中，所述第一时钟电路包括第一晶振y1、第二电容c2和第三电容c3所述第一晶振y1的第一端连接所述主控芯片u1的第一晶振输入端，所述第一晶振y1的第一端还通过所述第二电容c2接地。所述第一晶振y1的第二端连接所述主控芯片u1的第一晶振输出端，所述第一晶振y1的第二端还通过所述第三电容c3接地。
62.其中，第一晶振y1和主控芯片u1的第一晶振输入端之间还可以设置跨接电阻，第一晶振y1和主控芯片u1的第一晶振输出端之间也可以设置跨接电阻。
63.由此，第三电容c3和第二电容c2分别作为第一晶振y1的负载电容，降低采集器中其它杂散电容对第一晶振y1的干扰，增强第一时钟电路工作的稳定性。
64.参见图5，在一些实施方式中，所述控制器的控制电路还包括第二时钟电路，所述
第二时钟电路包括第二晶振y2、第四电容c4和第五电容c5，所述第一晶振y1的频率和所述第二晶振y2的频率的取值不相同。所述第二晶振y2的第一端连接所述主控芯片u1的第二晶振输入端，所述第二晶振y2的第一端还通过所述第四电容c4接地。所述第二晶振y2的第二端连接所述主控芯片u1的第二晶振输出端，所述第二晶振y2的第二端还通过所述第五电容c5接地。
65.在一个具体应用中，所述第一晶振y1的频率的取值为8mhz，所述第二晶振y2的频率的取值为32.768khz。包括第一晶振y1的第一时钟电路可以为控制芯片提供外部高频，性能好；包括第二晶振y2的第二时钟电路为控制芯片提供常用外部低频，用在待机等低功耗场景，功耗低。
66.由此，通过设置第一时钟电路和第二时钟电路，以满足控制芯片的不同时钟信号需求。
67.参见图6，在一些实施方式中，控制器的控制电路还包括复位电路，所述复位电路包括第一开关sw1、第二电阻r2、第三电阻r3和第六电容c6。所述主控芯片u1的复位端通过顺次串联的所述第一开关sw1、所述第三电阻r3接地，所述主控芯片u1的复位端还通过所述第二电阻r2接入所述第一预设电压。所述第六电容c6和所述第一开关sw1并联。
68.由此，当第一开关sw1导通时，主控芯片u1的复位端接入低电平，以实现主控芯片u1的硬件复位。通过设置具有复位功能的复位电路，在软复位出现异常的情况下给用户人性化的提供更多解决途径；第一开关sw1未按下时对第六电容c6进行充电，当按下第一开关sw1时，由于第一开关sw1的弹性性能使开关多次抖动，充电的第六电容c6对复位电路起到防抖效果，使主控芯片u1的硬件复位更稳定。
69.参见图7，在一些实施方式中，所述控制器的控制电路还包括外部存储电路，所述外部存储电路包括存储芯片u4。所述主控芯片u1还通过多个通用输入输出接口与所述存储芯片u4电性连接，用于实现主控芯片u1的信息存储。
70.其中，所述存储芯片u4的供电端可以接入所述第一预设电压，所述存储芯片u4的接地端接地。
71.本技术实施例对存储芯片u4控制电路的选用不做限定，存储芯片u4控制电路的型号例如是m95m01-rdw6tp。当存储芯片u4控制电路的型号是m95m01-rdw6tp时，主控芯片u1通过多个通用输入输出接口与存储芯片u4控制电路的串行时钟端、写保护端、芯片保护端、数据传输端、同步时钟输入端和保持输入端相连接。存储芯片u4控制电路的串行时钟端的标号例如是cs；存储芯片u4控制电路的写保护端的标号例如是w；存储芯片u4的芯片保护端的标号例如是sdo；存储芯片u4控制电路的数据传输端的标号例如是sdi；存储芯片u4的同步时钟输入端的标号例如是sclk；存储芯片u4的保持输入端的标号例如是hold；存储芯片u4的供电端的标号例如是vcc；存储芯片u4控制电路的接地端的标号例如是vss。
72.其中，存储芯片u4的串行时钟端、写保护端、芯片保护端、数据传输端、同步时钟输入端和保持输入端与主控芯片u1的通用输入输出接口之间还可以分别串联跨接电阻。
73.由此，通过设置外部存储电路，提升了控制器的控制电路的性能。
74.网络标号(net label)是一个电气连接点，一般由字母、符号、数字等组成，具有相同网络标号的电气连接线、引脚及网络是连接在一起的，网络标号不同的是不连接的。
75.本技术实施例对网络标号的设置不做限定，第一预设电压的网络标号例如是
p3v3，第二预设电压的网络标号例如是p5v，第三预设电压的网络标号例如是p12v，接地端的网络标号例如是gnd和vss。
76.本技术实施例对第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3的选用不做限定，第一电阻r1和第三电阻r3的阻值例如是1kω、1.2kω、1.4kω，第二电阻r2的阻值例如是10kω、12kω、14kω。
77.本技术实施例对第一电容c1至第六电容c6的电容量不做限定，第一电容c1的电容量例如是100μf、105μf、110μf，第二电容c2至第四电容c4的电容量例如是19pf、20pf、21pf，第六电容c6的电容量是0.1μf、0.11μf、0.2μf。
78.参见图8，本技术实施例还提供了一种控制器，所述控制器包括上述任一实施例所述的控制器的控制电路。
79.在一个具体应用中，控制器100包括通信电路102和与通信电路102电性连接的控制电路101。控制电路101可以通过通信电路102以实现采集器200和控制器100之间的通信连接。
80.由此，包括上述控制电路101的控制器100可以减少与控制器200之间的现场布线，提高了控制器200与采集器100之间连接的稳定性，更适合封闭式的或半封闭式的畜禽养殖场，或者封闭式的或半封闭式的温室大棚，或者实验动物房、粮库、粮站、农作物的储存场地等场景。
81.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”、“第九”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“对应于”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
82.本技术从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本技术以上的说明书及说明书附图，仅为本技术的较佳实施例而已，并非以此局限本技术，因此，凡一切与本技术构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本技术专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本技术的专利申请保护的范围之内。