一种可级联多通道无触点输出模块的制作方法

1.本发明属于智能制造自动化控制技术领域，是一种可级联多通道无触点输出模块。


背景技术：

2.现代工业生产过程中，部分设备具有多通道并行结构，在生产需求较低时，每次仅需启用一个或部分通道即可满足要求，而同时进行全部通道的启停往往费时费力，也会增加不必要的能源消耗。实现对多通道设备的有效控制成为了提高生产效率、节约人力物力消耗的关键点之一。
3.以空气压缩机的前置过滤器为例，一般前置过滤器往往具有数十个同时工作的滤筒，长时间使用后灰尘往往会由于静电、扩散等综合作用沉积在滤筒表面，影响过滤效果。通过反吹系统控制模块发出指令，每次控制四至五个滤筒的电磁阀开启，送出一股脉冲气流进行反吹即可实现对滤筒表面积灰的清理，而这种状态下其余滤筒不受影响，仍在执行过滤工作。
4.此类控制模块具有一定的市场需求，但目前市面上的类似产品普遍存在以下不足之处：（1）价格较高；（2）不具备通信接口，可拓展性差；（3）系统不够稳定，寿命较短；（4）控制电路为单板结构，出现故障需整机更换，维修成本高。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种具有级联功能的多通道无触点输出模块，克服上述现有技术的不足之处。
6.本发明的技术方案如下：一种可级联多通道无触点输出模块，包括单片机核心模块、多级联控制模块和可级联do多通道输出模块及各模块上的功能电路。所述的可级联do多通道输出模块可多块依次连接构成级联组合。所述的单片机核心模块包括单片机主芯片和拓展排针。所述的多级联控制模块包括双路电压转换模块和整流滤波电路、232通信电路、485通信电路、do串行输出电路和核心模块接口。所述的可级联do多通道输出模块包括寄存器芯片电路和可控硅输出电路。
7.所述的可级联do多通道输出模块中的寄存器芯片电路包括控制信号入口、tpic6b595寄存器芯片和控制信号出口。vdc工作电压和控制tpic6b595寄存器芯片的串行数据输入信号（serin）、移位寄存器时钟信号（srck）和寄存器时钟信号（rck）通过控制信号入口输入给寄存器芯片，通过将控制信号出口与另一可级联do多通道输出模块的控制信号入口相连接构成级联组合，将这三个信号向外串行输出给下一可级联do多通道输出模块，通过这种级联方式，可以实现输出通道数量按需求灵活增加或减少。所述的可级联do多通道输出模块中的可级联do多通道输出模块可控硅输出电路包括电阻、电容、moc3081光耦和bta08-600c可控硅，八路结构相同的可控硅输出电路构成八个输出通道，tpic6b595寄存器
芯片的八个并行输出串口分别控制一路通道，通过moc3081光耦过零触发控制bta08-600c可控硅的通断进而控制每个通道上220vac电压的通断实现多通道脉冲输出，220vac 与可控硅之间设计阻容吸收电路进行保护。
8.所述的单片机核心模块中的拓展排针为一对1x12结构排针和一对1x15结构排针，拓展排针实现单片机核心模块与多级联控制模块的连接，通过拓展排针将控制器需要使用的单片机引脚向外引出，同时向单片机核心模块引入3.3v直流电压为单片机主芯片供电。
9.所述的多级联控制模块中的双路电压转换模块和整流滤波电路包括保险管、压敏电阻、双路电压转换模块ap0524n10、滤波电容、tvs管和三端稳压器ams1117，外部220vac经过保险丝和压敏电阻组成的保护电路后输入双路电压转换模块ap0524n10，经过模块内部转换将分别输出一路24vdc电压和一路5vdc电压，24vdc电压经过滤波电路后通过接口向外输出，5vdc电压经过滤波电路后为485通信电路和do串行输出电路供电，再由三端稳压器ams1117和滤波电容处理后产生稳定的3.3vdc电压作为单片机核心模块和232通信电路的电源。
10.所述的多级联控制模块中的232通信电路包括max3232芯片、电容和9针dsub接口，单片机主芯片的u1tx和u1rx引脚分别连接max3232芯片的t1in和r1out引脚，max3232芯片的r1in、t1out和gnd引脚分别连接至9针dsub接口的2、3和5号引脚，向外联接控制屏进行通信。
11.所述的多级联控制模块中的485通信电路包括max485芯片、电容、电阻以及cdsot23静电保护二极管，单片机主芯片的u2rx和u2tx引脚分别连接max485芯片的ro与di引脚，rb12引脚连接re#与de引脚，通过向外引出max485芯片的a和b引脚接入plc或上位机，利用modbus通讯协议实现控制信号的传输，cdsot23静电保护二极管接在485的两个信号输出通道之间实现静电浪涌防护。
12.所述的多级联控制模块中的do串行输出电路包括电阻和tlp521隔离光耦，单片机主芯片的rb13、rb14和rb15引脚通过三个tlp521光耦u7、u8和u9将多级联控制模块与外部输出信号进行隔离，避免外部信号的干扰，rb13、rb14和rb15引脚分别对应控制tpic6b595寄存器芯片的串行数据输入信号（serin）、移位寄存器时钟信号（srck）和寄存器时钟信号（rck）。通过对单片机主芯片编写软件程序，控制tpic6b595寄存器芯片的8个并行输出通道按照程序设定的8位串行输入数据和时序信号进行输出。
13.所述的多级联控制模块中的核心模块接口包括一对1x12结构排母和一对1x15结构排母，排母与单片机核心模块拓展排针对应实现单片机核心模块与多级联控制模块的连接。
14.主要工作原理：模块按照所编写程序进行有规律的串行信号输出，通过tpic6b595寄存器芯片将串行信号转换为并行信号输出，从而控制单个可级联do输出模块上八个220vac通道按程序编写的规律进行通断，实现八个通道输出控制。根据现场实际需求，可以将多个do输出模块依次进行级联，增加输出通道的数量，按通道数量相应调整程序即可实现多输出模块级联组合的输出控制。通过232通信接口与控制屏通信可以实现通过屏幕调整参数。通过485通信接口可实现控制器与plc或上位机进行通信，实现对模块的远程操控。
15.本发明的优点：多通道输出模块之间可级联，通过模块级联的方式可按照实际需求实现输出通道数量的灵活增减，大大增强模块的兼容性和适用性。采用工业级微处理器
作为主控制芯片，稳定性强。通过单片机核心模块与多级联控制模块分体设计排针连接的方式，减小了单个模块的整体尺寸，便于现场安装，分体设计也有利于在出现故障时快速找到故障部位，无需整机更换，易于维护。相较于传统的整流器转换方案，本发明使用的双路电压转换模块结构小巧且输出电压稳定，降低了电路结构的复杂程度，提高了供电的稳定性，有利于控制器长期持久运行。
附图说明
16.图1为本发明系统框图。
17.图2为单片机核心模块单片机芯片原理图。
18.图3为单片机核心模块拓展排针原理图。
19.图4为多级联控制模块双路电压转换模块和整流滤波电路原理图。
20.图5为多级联控制模块232通信电路原理图。
21.图6为多级联控制模块485通信电路原理图。
22.图7为多级联控制模块do串行输出电路原理图。
23.图8 为多级联控制模块与核心模块连接接口电路原理图。
24.图9为可级联do多通道输出模块寄存器芯片电路原理图。
25.图10为可级联do多通道输出模块可控硅输出电路前4路输出通道原理图。
26.图11 为可级联do多通道输出模块可控硅输出电路后4路输出通道原理图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图的实施例作进一步描述。
28.图1所示：可级联多通道无触点输出模块的系统框图包括：单片机核心模块、双路电压转换模块和整流滤波电路、232通信电路、485通信电路和do多通道输出模块级联组合。220vac经过双路电压转换模块和整流滤波电路后可产生稳定的24vdc、5vdc和3.3vdc为各个功能电路提供工作电压，通过232和485通信电路可以与控制屏、plc或上位机建立通信实现远程控制，通过可do多通道输出模块级联组合可以按实际需求灵活配置输出通道数量，实现控制功能。
29.图2、图3 所示： 单片机核心模块包括单片机芯片和拓展排针，单片机芯片内部集成了eeprom存储和异步串行通信（usart）电路等模块，通过一对1x12和一对1x15的拓展排针将单片机引脚向外引出，同时从多级联控制模块引入3.3vdc电压为单片机芯片供电。
30.图4所示：多级联控制模块双路电压转换模块和整流滤波电路：包括保险管、压敏电阻、双路电压转换模块ap0524n10、滤波电容、tvs管和三端稳压器ams1117。外部220vac经过保险丝f1和压敏电阻r9组成的保护电路后输入双路电压转换模块ap0524n10，经过模块内部转换将分别输出一路24vdc的工作电压和一路5vdc的工作电压，24vdc经过滤波电路后通过接口向外输出，为控制屏供电，5vdc经过滤波电路后为485通讯电路和do串行输出电路供电，再由三端稳压器ams1117和滤波电容处理后产生稳定的3.3vdc工作电压，作为单片机核心模块和232通讯电路的电源。
31.图5所示：多级联控制模块232通信电路：包括max3232芯片、电容和9针dsub接口。
单片机主芯片的u1tx和u1rx引脚分别连接max3232芯片的t1in和r1out引脚，max3232芯片的r1in、t1out和gnd引脚分别连接至9针dsub接口的2、3和5号引脚，向外联接控制屏进行通信。
32.图6所示：多级联控制模块485通信电路：包括：max485芯片、电容、电阻以及cdsot23静电保护二极管。单片机主芯片的u2rx和u2tx引脚分别连接max485芯片的ro与di引脚，rb12引脚连接re#与de引脚，通过向外引出max485芯片的a和b引脚接入plc或上位机，利用modbus通讯协议实现控制信号的传输，cdsot23静电保护二极管接在485的两个信号输出通道之间，其作用是实现静电浪涌防护。
33.图7所示：多级联控制模块do串行输出电路：包括电阻和tlp521隔离光耦。单片机主芯片的rb13、rb14和rb15引脚通过三个tlp521光耦u7、u8和u9将多级联控制模块与外部输出信号进行隔离，避免外部信号的干扰，rb13、rb14和rb15引脚对分别对应控制tpic6b595寄存器芯片的串行数据输入信号（serin）、移位寄存器时钟信号（srck）和寄存器时钟信号（rck），通过对单片机主芯片编写软件程序，控制tpic6b595寄存器芯片的8个并行输出通道按照程序设定的8位串行输入数据和时序信号进行输出。
34.图8所示：多级联控制模块与核心模块连接接口电路：包括一对1x12结构排母和一对1x15结构排母，排母与单片机核心模块拓展排针对应，实现单片机核心模块与多级联控制模块的连接。
35.图9所示：可级联do多通道输出模块寄存器芯片电路：包括tpic6b595寄存器芯片、控制信号入口和控制信号出口。5vdc工作电压和控制tpic6b595寄存器芯片的串行数据输入信号（serin）、移位寄存器时钟信号（srck）和寄存器时钟信号（rck）通过控制信号入口输入给寄存器芯片，通过控制信号出口可将这三个信号向外输出给下一块do多通道输出模块，实现多个模块的级联，拓展输出通道数量。
36.图10、图11所示：可级联do多通道输出模块可控硅输出电路：单个模块包括八路结构相同的由电阻、电容、moc3081光耦和bta08-600c可控硅组成的脉冲输出通道。tpic6b595寄存器芯片的八个并行输出串口分别控制一路输出通道，通过moc3081光耦过零触发控制bta08-600c可控硅的通断，进而控制每个通道上220vac电压的通断，实现多通道脉冲输出。220vac 与可控硅之间设计了阻容吸收电路进行保护。