控制装置和控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种控制装置和控制系统。


背景技术：

2.随着电子通信技术的发展，工控类机箱普遍集成了较多类型的电子设备，为达到灵活配置、按需搭配的目的，采用背板插卡式方案可有效地将主控模块和各类业务子卡模块进行连接。主控模块与各子卡模块之间通过特定的通信总线进行通信，根据实际业务需要选择合适的通信总线可实现较为灵活的子卡模块搭配和热插拔等。
3.目前，主控模块在与子卡模块进行通信时，子卡模块绑定固定的通信地址，若各子卡模块绑定不同的通信地址，存在主控模块由于无法事先获取通信地址而不能建立通信的问题，并且还存在地址池容量过小，无法为多子卡提供不同通信地址的风险；若同一类型子卡模块绑定相同通信地址，当接入2pcs以上子卡模块时存在由于总线上设备地址冲突而无法通信的情况。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种控制装置和控制系统，用以解决现有技术中子卡模块需绑定固定通信地址的缺陷，通过将子卡模块的通信地址与背板槽位相关联，实现主控模块与背板组件的一对多通信，提高通信灵活度和主控模块的可扩展性。
5.本实用新型提供一种控制装置，包括：主控模块、背板和至少一个子卡模块，其中：
6.所述背板上设置有多个槽位，各所述槽位内均设有连接器，所述连接器用于为所述子卡模块提供槽位号；
7.各所述子卡模块插设于所述槽位内，且与所述连接器连接，各所述子卡模块的通信地址为对应槽位的槽位号；
8.所述主控模块包括rs485单元，所述rs485单元与所述连接器连接，用于进行rs485协议与串口协议的双向转换，所述主控模块用于通过所述通信地址对各所述子卡模块进行控制和管理。
9.根据本实用新型提供的控制装置，所述连接器包括地址信号端，所述连接器通过所述地址信号端连接对应所述子卡模块的通信接口，且所述地址信号端输出的电平信号用于表征所述连接器所在槽位的所述槽位号。
10.根据本实用新型提供的控制装置，所述子卡模块包括第一状态信号端，所述连接器还包括第二状态信号端，所述子卡模块通过所述第一状态信号端连接所述连接器的所述第二状态信号端。
11.根据本实用新型提供的控制装置，所述第一状态信号端包括：第一在位状态信号端、第一中断信号端和第一复位信号端，所述第二状态信号端包括：第二在位状态信号端、第二中断信号端和第二复位信号端，在所述第一状态信号端与所述第二状态信号端连接的情况下，所述第一在位状态信号端连接所述第二在位状态信号端，所述第一中断信号端连
接所述第二中断信号端，所述第一复位信号端连接所述第二复位信号端。
12.根据本实用新型提供的控制装置，所述主控模块还包括微控制单元，所述微控制单元连接所述rs485单元，用于接收协议转换后的数据并向所述rs485单元发送控制指令。
13.根据本实用新型提供的控制装置，所述微控制单元还连接有i/o总线，且通过所述i/o总线连接所述子卡模块的第一状态信号端。
14.根据本实用新型提供的控制装置，所述rs485单元包括输入输出端和协议转换芯片，其中，所述输入输出端分别连接所述协议转换芯片和所述连接器的数据通信端，所述协议转换芯片连接所述微控制单元。
15.根据本实用新型提供的控制装置，所述rs485单元连接有rs485总线，所述输入输出端通过所述rs485总线连接所述连接器的数据通信端。
16.根据本实用新型提供的控制装置，所述rs485单元还包括防护芯片，所述防护芯片分别连接所述输入输出端和所述协议转换芯片，用于吸收所述子卡模块插接于所述连接器时产生的瞬时高电压。
17.本实用新型还提供一种控制系统，包括：外接设备和如上述任一项所述的控制装置，所述外接设备和所述子卡模块连接。
18.本实用新型提供的控制装置和控制系统，将子卡模块的通信地址与背板的槽位相关联，通过将各子卡模块插设于背板的槽位内，灵活的将各子卡模块所在槽位的槽位号设置为该子卡模块的通信地址，使得主控模块通过该通信地址与对应的子卡模块建立通信连接关系，实现对各子卡模块的控制和管理，大幅度提高通信灵活度，避免因通信地址固定造成主控模块与各子卡模块无法通信的问题，还可通过背板或增加背板的数量实现扩容，提高可扩展性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实用新型提供的控制装置的结构示意图；
21.图2是本实用新型提供的背板与子卡模块的连接示意图；
22.图3是本实用新型提供的背板与子卡模块的示例连接示意图；
23.图4是本实用新型提供的连接器的连接示意图；
24.图5是本实用新型提供的rs485单元的电路连接示意图；
25.图6是本实用新型提供的控制装置的通信流程示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范
围。
27.随着电子通信技术的发展，工控类机箱普遍集成了较多类型的电子设备，为达到灵活配置、按需搭配的目的，采用背板插卡式方案可有效地将主控模块和各类业务子卡模块进行连接。主控模块与各子卡模块之间通过特定的通信总线进行通信，根据实际业务需要选择合适的通信总线可实现较为灵活的子卡模块搭配和热插拔等。
28.目前，主控模块在与子卡模块进行通信时，子卡模块绑定固定的通信地址，若各子卡模块绑定不同的通信地址，存在主控模块由于无法事先获取通信地址而不能建立通信的问题，并且还存在地址池容量过小，无法为多子卡提供不同通信地址的风险；若同一类型子卡模块绑定相同通信地址，当接入2pcs以上子卡模块时存在由于总线上设备地址冲突而无法通信的情况。
29.此外，现有技术中，子卡模块与主控模块还可采用uart(universal asynchronous receiver/transmitter，通用异步收发器)总线、spi(serial peripheral interface，串行外设接口)总线和隔离rs485总线进行通信，其中：
30.uart总线仅可以进行一对一通信，不能实现一对多通信，主控模块仅可以与1pcs子卡模块通信。在采用uart总线的基础上，采用switch进行链路切换，可实现一对多通信，但会提高软件开发难度和成本，且子卡模块在随意混插时不便区分，使得灵活度和可扩展性较差。
31.spi总线允许接入多个从设备，但需要主控模块具有相应数量的cs(片选)管脚，即使可用普通io扩展，占用io资源也会相应增加。且spi总线为单端高速信号，跨多板卡走线对信号影响较大，通信质量较难保证。
32.隔离rs485总线是指为每个子卡模块单独分配一条rs485总线，以使子卡模块可以混插，导致对主控模块的rs485资源的需求增加，对于常规的微控制器mcu，rs485资源有限，无法满足需求，同时，子卡模块的可扩展性较差，若采用具备多个rs485资源的微控制器mcu，会导致成本增加。
33.针对上述问题，本实用新型提供一种控制装置，图1是本实用新型提供的控制装置的结构示意图，图2是本实用新型提供的背板与子卡模块的连接示意图，如图1-图2所示，该控制装置100，包括：主控模块110、背板120和至少一个子卡模块130，其中：
34.所述背板120上设置有多个槽位121，各所述槽位121内均设有连接器122，所述连接器122用于为所述子卡模块130提供槽位121号；
35.各所述子卡模块130插设于所述槽位121内，且与所述连接器122连接，各所述子卡模块130的通信地址为对应槽位121的槽位121号；
36.所述主控模块110包括rs485单元111，所述rs485单元111与所述连接器122连接，用于进行rs485协议与串口协议的双向转换，所述主控模块110用于通过所述通信地址对各所述子卡模块130进行控制和管理。
37.具体地，由于现有技术中子卡模块130需要预先绑定固定通信地址，而主控模块110不能事先获取子卡模块130的通信地址，使得子卡模块130与主控模块110之间无法建立通信连接关系，因此，本实用新型中提供一种控制装置100，背板120上设有多个槽位121，且对槽位121进行编号，子卡模块130可以混插在槽位121内，并与槽位121内的连接器122连接，子卡模块130不必预设通信地址，而将子卡模块130所处槽位121内的槽位121号作为该
子卡模块130的通信地址，避免子卡模块130间出现通信地址重复或不便检测子卡模块130所在槽位121的问题。此外，子卡模块130在插入背板120的槽位121后，将所在槽位121的槽位121号作为子卡模块130的通信地址，主控模块110可通过连接器122主动获取槽位121内的在位状态信号，在该在位状态信号为低电平的情况下，主控模块110获取槽位121号作为需要进行通信的子卡模块130的通信地址，并与子卡模块130建立通信连接关系，以便与子卡模块130进行数据交互。
38.可选地，所述连接器122包括地址信号端，所述连接器122通过所述地址信号端连接对应所述子卡模块130的通信接口，且所述地址信号端输出的电平信号用于表征所述连接器122所在槽位121的所述槽位121号。
39.具体地，连接器122包括地址信号端，地址信号端可以为多根地址线，且根据槽位121号预先设置每根地址线的电平信号为高电平或低电平，多根地址线的电平信号拼接后用于表示对应槽位121的槽位121号，在子卡模块130插入槽位121的情况下，使得子卡模块130的通信接口与连接器122的地址信号端连接，使得子卡模块130的通信地址为对应连接器122的地址信号端输出的电平信号。
40.示例地，图3是本实用新型提供的背板120与子卡模块130的示例连接示意图，如图3所示，以背板120上槽位121号的数量为8个为例，在将十进制的槽位121号0-7转换为二进制的槽位121号的情况下，连接器122内地址信号端的地址线数量可以为3，可分别通过电平信号000、001、010、011、100、101、110、111分别表示0-7共计8个槽位121的槽位121号，其中，0表示该地址线接地，处于低电平，1表示该地址线处于高电平。
41.可选地，所述子卡模块130包括第一状态信号端，所述连接器122还包括第二状态信号端，所述子卡模块130通过所述第一状态信号端连接所述连接器122的所述第二状态信号端。
42.具体地，子卡模块130还通过第一状态信号端与连接器122的第二状态信号端连接，用于通过连接器122的第二状态信号端接收对子卡模块130的状态控制信号，且便于检测各槽位121上是否插接有子卡模块130。
43.可选地，所述第一状态信号端包括：第一在位状态信号端、第一中断信号端和第一复位信号端，所述第二状态信号端包括：第二在位状态信号端、第二中断信号端和第二复位信号端，在所述第一状态信号端与所述第二状态信号端连接的情况下，所述第一在位状态信号端连接所述第二在位状态信号端，所述第一中断信号端连接所述第二中断信号端，所述第一复位信号端连接所述第二复位信号端。
44.具体地，在子卡模块130插设于槽位121上后，子卡模块130的第一状态信号端的三个状态控制信号与连接器122的第二状态信号端的三个状态控制信号一一对应连接，即，第一在位状态信号端与第二在位状态信号端连接，第一中断信号端与第二中断信号端连接，第一复位信号端连接第二复位信号端，以便获取子卡模块130的在位状态信息，并进行中断告警及复位控制。
45.可选地，连接器122的第二在位状态信号端输出在位状态信号prn，第二中断信号端输出中断控制信号int，第二复位信号端输出复位控制信号rst，且初始状态下，在位状态信号prn、中断控制信号int和复位控制信号rst均为高电平，且低电平有效。
46.可选地，在主控模块110与子卡模块130建立通信连接关系后，主控模块110可获取
子卡模块130的类型信息，并对子卡模块130进行配置或管理。
47.可选地，所述主控模块110还包括微控制单元，所述微控制单元连接所述rs485单元111，用于接收协议转换后的数据并向所述rs485单元111发送控制指令。
48.具体地，在微控制单元对接收数据进行处理或需发送控制指令时，需在对接收数据进行处理前，通过rs485单元111将rs485协议转换为串口协议，或者在发送控制指令后，通过rs485单元111将串口协议转换为rs485协议。
49.可选地，串口协议可以为rs232协议。
50.可选地，所述微控制单元还连接有i/o总线，且通过所述i/o总线连接所述子卡模块130的第一状态信号端。
51.具体地，在主控模块110与子卡模块130建议通信连接关系之前，可通过i/o总线获取子卡模块130是否插设于槽位121内的在位状态信号，并获取槽位121号作为子卡模块130的通信地址，从而建立主控模块110与子卡模块130的通信连接关系。此外，还可以使微控制单元通过i/o总线检测子卡模块130是否发送中断控制信号，在发送中断控制信号的情况下，微控制单元可以通过i/o总线发送复位控制信号，从而对子卡模块130进行复位操作。
52.可选地，所述rs485单元111包括输入输出端和协议转换芯片1111，其中，所述输入输出端分别连接所述协议转换芯片1111和所述连接器122的数据通信端，所述协议转换芯片1111连接所述微控制单元。
53.具体地，rs485单元111的输入输出端与连接器122的数据通信端连接，协议转换芯片1111可对连接器122的数据通信端发送至输入输出端的数据或者微控制器发送的控制指令进行协议转换。
54.可选地，所述rs485单元111连接有rs485总线，所述输入输出端通过所述rs485总线连接所述连接器122的数据通信端。
55.具体地，rs485单元111的输入输出端通过rs485总线与多个子卡模块130连接，以使主控模块110与多个子卡模块130实现多点数据通信。
56.可选地，所述rs485单元111还包括防护芯片1112，所述防护芯片1112分别连接所述输入输出端和所述协议转换芯片1111，用于吸收所述子卡模块130插接于所述连接器122时产生的瞬时高电压。
57.示例地，图4是本实用新型提供的连接器122的连接示意图，如图4所示，连接器122设有18个引脚，其中，m1引脚和m2引脚均表示机械孔的引脚，用于在槽位121内固定该连接器122；a1引脚和a2引脚用于连接供电电源，a3引脚、a4引脚和a5引脚为地址信号端的三根地址线，且a5引脚处于高位，a4引脚次之，a3引脚处于最低位，a3引脚、a4引脚和a5引脚可组合构成8个槽位121号，即生成8个通信地址；a6引脚和a16引脚悬空，表示高电平，a7引脚至a10引脚接地；a11引脚为连接器122的第二中断信号端，连接子卡模块130的第一中断信号端，a12引脚和a13引脚用于连接rs485单元111的输入输出端，a14引脚为连接器122的第二在位状态信号端，连接子卡模块130的第一在位状态信号端，a15引脚为连接器122的第二复位信号端，连接子卡模块130的第一复位信号端。
58.示例地，图5是本实用新型提供的rs485单元111的电路连接示意图，如图5所示，协议转换芯片1111的rd引脚和di引脚连接微控制单元，协议转换芯片1111的de引脚输入使能信号，且de引脚与re引脚连接后串联两个电阻后接地，vcc引脚连接供电电源，gnd引脚接
地，b引脚和a引脚连接rs485单元111的输入输出端，且b引脚和a引脚分别连接一个防护芯片1112，用于吸收子卡模块130插接于连接器122时产生的瞬时高电压。
59.可选地，图6是本实用新型提供的控制装置100的通信流程示意图，如图6所示，主控模块110与子卡模块130可以通过以下步骤实现通信：
60.(1)、主控模块110主动获取连接器122第二状态在位端输出的在位状态信号，若为高电平，则表示对应槽位121内子卡模块130未插入，主控模块110不与子卡模块130通信；若为低电平，则表示子卡模块130插入对应槽位121内，并将槽位121内的在位状态信号拉低。
61.(2)、在子卡模块130在位的情况下，主控模块110获取对应槽位121的槽位121号，并将该槽位121号作为子卡模块130的通信地址，与子卡模块130建议通信连接关系。
62.(3)、主控模块110通过该通信地址，读取子卡模块130的配置信息，配置信息包括但不限于：类型信息和运行状态。
63.(4)、主控模块110通过配置信息，判断对应子卡模块130是否工作正常，在子卡模块130工作正常时不作处理，主控模块110轮询子卡模块130数据，继续监测子卡模块130的工作状态；在子卡模块130工作异常时，执行步骤(5)。
64.(5)、通过在位状态信号判断子卡模块130是否在位，判断是否因子卡模块130被拔出而导致子卡模块130工作异常，若在位状态信号为高电平，则表示子卡模块130已拔出，相应槽位121的在位状态信号调节为高电平，中断主控模块110与子卡模块130的通信连接关系；若在位状态信号为低电平，则执行步骤(6)。
65.(6)、判断子卡模块130的中断信号是否为低电平，若为低电平，则子卡模块130向主控模块110发送告警信息，由主控模块110进行处理；若为高电平，则说明子卡模块130发生故障，子卡模块130将复位信号拉低，即由高电平调节为低电平，对子卡模块130进行复位处理，并返回执行步骤(4)。
66.本实用新型提供的控制装置100，将子卡模块130的通信地址与背板120的槽位121相关联，通过将各子卡模块130插设于背板120的槽位121内，灵活的将各子卡模块130所在槽位121的槽位121号设置为该子卡模块130的通信地址，使得主控模块110通过该通信地址与对应的子卡模块130建立通信连接关系，实现对各子卡模块130的控制和管理，大幅度提高通信灵活度，避免因通信地址固定造成主控模块110与各子卡模块130无法通信的问题，还可通过背板120或增加背板120的数量实现扩容，提高可扩展性。
67.本实用新型还提供一种控制系统，包括：外接设备和如上述所述的控制装置100，所述外接设备和所述子卡模块130连接。
68.可选地，子卡模块130可以为供电板，外接设备可以为多类型用电器，如灯具、摄像头，主控模块110对子卡模块130进行配置，使得子卡模块130输出各用电器所需的电压；子卡模块130还可以为交换机，外接设备还可以为摄像头等网络设备，子卡模块130可将摄像头采集的数据上传至主控模块110进行处理，外接设备还可以为多类型的传感器，可通过主控模块110控制传感器采集数据。
69.本实用新型提供的控制系统，可实现控制装置100和外接设备的一对多控制，降低控制成本和控制复杂度。
70.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：
其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。