專利名稱：智能儀表集散系統(tǒng)的條件控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及物理領(lǐng)域的信號(hào)裝置，更詳細(xì)地是智能儀表集散系統(tǒng)的條件控制器。
現(xiàn)有的條件控制器通常采用單CPU，自帶傳感器，采集控制參數(shù)，多個(gè)參數(shù)采用多個(gè)傳感器巡回檢測(cè)方式，獲得數(shù)據(jù)后經(jīng)判斷給出控制輸出。參數(shù)閾值多采用鍵輸入，臨時(shí)干預(yù)也通過鍵設(shè)定，多個(gè)控制器可以聯(lián)網(wǎng)，改變狀態(tài)，及參數(shù)閾值，但一旦失電參數(shù)會(huì)丟失，如要保存前設(shè)定數(shù)據(jù)須增加數(shù)據(jù)保存設(shè)備。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種智能儀表集散系統(tǒng)的條件控制器，是以單片機(jī)為核心的綜合裝置，由多個(gè)單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，將其掛入智能儀表集散系統(tǒng)的通訊總線(RS422，RS485)，它以總線監(jiān)聽方式獲取所需要的數(shù)據(jù)(如溫度，濕度值)，并經(jīng)智能判斷(可設(shè)置多個(gè)參數(shù)閾值)，給出多路(8路)控制輸出，控制多個(gè)調(diào)控設(shè)備(如泵、閥、風(fēng)機(jī)等)動(dòng)作，并給出設(shè)備狀態(tài)顯示；本實(shí)用新型條件控制器還可通過紅外線鍵盤輸入，人為干預(yù)臨時(shí)改變?cè)O(shè)備狀態(tài)；也可從通訊總線上接受指令，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遙控。
如

圖1所示，本實(shí)用新型的智能儀表集散系統(tǒng)的條件控制器主要由主控制器1、從控制器2、光電隔離裝置11、RS-485總線接口12、撥盤輸入器7、光電隔離與動(dòng)作指示器13、控制繼電器陣列14、設(shè)定及控制指示器6、由編碼鍵盤5，紅外發(fā)送器4及紅外接收器3組成的遙控收發(fā)裝置、地址開關(guān)10、控制狀態(tài)反饋輸入接口8和9、光電隔離15及RS-422/485總線接口16構(gòu)成的上通訊接口以及電源17構(gòu)成；主控制器1與從控制器2直接連接，主控制器1通過光電隔離與動(dòng)作指示器13與從控制器2連接，主控制器1通過地址開關(guān)10與從控制器2連接，主控制器1通過控制狀態(tài)反饋輸入接口8和9與從控制器2連接，主控制器1與紅外接收器3、設(shè)定及控制指示器6、撥盤輸入器7、光電隔離裝置11連接，從控制器2、光電隔離15、RS-422/485總線接口16依次連接，光電隔離與動(dòng)作指示器13與控制繼電器陣列14連接，以上連接均是信號(hào)線連接。
其工作過程原理如下它是一種雙微控制器結(jié)構(gòu)。主控制器1通過RS-485總線接口12及光電隔離裝置11監(jiān)聽并讀取各測(cè)試儀表所測(cè)得溫、濕、光參數(shù)并與由撥盤輸入器7輸入的參數(shù)上下限值進(jìn)行比較，根據(jù)設(shè)定的邏輯給出開關(guān)信號(hào)，通過光電隔離與動(dòng)作指示器13驅(qū)動(dòng)控制繼電器陣列14使相應(yīng)設(shè)備的電源接通或斷開，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控設(shè)備的自動(dòng)控制。從控制器2通過RS-422總線接口16及光電隔離15實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，接受來自上位計(jì)算機(jī)的控制指令，當(dāng)有指令到達(dá)時(shí)，通過握手信號(hào)通知微控制器1，使微控制器2獲得控制權(quán)，也通過光電隔離與動(dòng)作指示器13驅(qū)動(dòng)控制繼電器陣列14實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)距離遙控。設(shè)備的控制狀態(tài)由動(dòng)作指示器13顯示。人為設(shè)定調(diào)控設(shè)備狀態(tài)是通過遙控鍵盤5、4發(fā)送指令，由紅外接收器3接收，送至微控制器1通過光電隔離13驅(qū)動(dòng)繼電器陣列14來實(shí)現(xiàn)。而設(shè)定的狀態(tài)由設(shè)定及控制指示器6給出顯示。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)可以被“狀態(tài)反饋輸入”8所采集，同時(shí)被輸入至兩個(gè)微控制器，作為控制參考。同時(shí)上位計(jì)算機(jī)可通過RS-422總線接口16、15從控制器2讀取實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
地址開關(guān)10提供了本實(shí)用新型裝置的總線地址，以便接入多臺(tái)本設(shè)備入網(wǎng)時(shí)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)辨認(rèn)。
本設(shè)備為雙電源供給體制，實(shí)現(xiàn)了外部控制與內(nèi)部運(yùn)行的全光電隔離，有較高的抗干擾能力。
本實(shí)用新型裝置可應(yīng)用于各類智能儀表集散控制系統(tǒng)中，如花卉，蔬菜，菌類養(yǎng)殖；各類組培苗的培育；家畜家禽乃至魚類水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)控，以及生態(tài)環(huán)境模擬等場(chǎng)合。
本實(shí)用新型是智能儀表集散系統(tǒng)中的設(shè)備之一，如圖1，本設(shè)備具有兩組通信總線RS-422與上位機(jī)通訊；RS-485總線與多只智能測(cè)試儀表通訊。本設(shè)備是一個(gè)條件控制器，它根據(jù)從測(cè)試儀表讀取的現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、光照度與設(shè)定的控制值比較，經(jīng)邏輯判斷給出控制信號(hào)，以啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成對(duì)上述參數(shù)的控制。
由于本控制器用于智能儀表集散系統(tǒng)，控制參數(shù)已經(jīng)由前端智能儀表檢測(cè)，多個(gè)參數(shù)只須從總線獲取，不需自己采集變換；控制參數(shù)閾值采用數(shù)字撥盤，直觀且失電后數(shù)據(jù)自然保存；另外人為干預(yù)采用紅外鍵盤，不會(huì)被非操作人員誤操作，也可以實(shí)現(xiàn)總線遙控。因此本控制器的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是1、采用總線監(jiān)聽方式，獲取被控參數(shù)數(shù)據(jù)；2、采用數(shù)字撥盤方式設(shè)定多個(gè)參數(shù)閾值，失電參數(shù)自然保存；3、采用紅外鍵盤，實(shí)現(xiàn)人為干預(yù)；4、可通過總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控；5、有狀態(tài)反饋接口相互影響；6、采用多單片機(jī)并行協(xié)調(diào)工作方式，因此響應(yīng)速度快，且功能間很少。
圖1是本實(shí)用新型智能儀表集散系統(tǒng)的條件控制器的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是圖1的一種外形圖；圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8是圖1的電路原理圖；圖9是圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8的連接關(guān)系圖。
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
實(shí)施例前面已對(duì)圖1作出說明。
如圖2所示，裝置由控制器主機(jī)及紅外遙控鍵盤組成。主機(jī)電源由電源插座19引入。面板上設(shè)有電源開關(guān)18；紅外輸入接收器20；30對(duì)數(shù)碼撥輪24(設(shè)置溫度，濕度及光照的上下限閾值)；通道設(shè)定指示燈25；通道動(dòng)作指示26；設(shè)定/運(yùn)行指示27；以及總線工作方式指示22，23(22為RS-422，23為RS-485)。總線通過側(cè)面引線孔引入控制器主機(jī)。紅外線鍵盤21，包括20個(gè)鍵，10個(gè)數(shù)字鍵，10個(gè)功能鍵。目前應(yīng)用實(shí)例中只安排如下鍵功能R鍵進(jìn)入及退出遙控功能；T鍵為打開通道；H為關(guān)閉通道；L為通道開始打開，5分鐘后關(guān)閉；A鍵為打開全部通道；B鍵為關(guān)閉全部通道。
下面結(jié)合圖1、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9說明本實(shí)用新型裝置的各構(gòu)件工作原理及其電路原理。
1、主控制器1主控制器1采用Intel公司單片機(jī)89C51，時(shí)鐘18.432MHZ。具有32路I/O端口。其各端口應(yīng)用如下1)P2.7~P2.0用于繼電器陣列驅(qū)動(dòng)，此8路控制信號(hào)送入光電隔離與動(dòng)作指示器13。13中有8只雙與門74HCO8，再送至光電隔離與驅(qū)動(dòng)芯片(4N33)以驅(qū)動(dòng)繼電器，各繼電器的動(dòng)作情況，可直接顯示在前面板上。
2)P1.3~P1.0用于啟動(dòng)芯片接口。啟動(dòng)芯片采用X25045，它既是E2PROM具有512字節(jié)電可改寫的非易失性存儲(chǔ)器；又具有“看門狗”功能。它需要四端與單片機(jī)連接?！翱撮T狗”芯片的使用進(jìn)一步提高了微控制器的抗干擾能力。
3)P1.7~P1.4應(yīng)用于設(shè)備地址輸入，此4端與地址設(shè)定10連接，當(dāng)系統(tǒng)上電初始化時(shí)，單片機(jī)將讀取此4位的值，將其確定為本設(shè)備入網(wǎng)地址，以示與其他設(shè)備的區(qū)別。
4)P3.5(T1)，P3.6(WR)，P3.7(RD)用于撥盤接口設(shè)備具有6只數(shù)字撥盤，用于設(shè)置控制值最高溫度限、最低溫度限、最高濕度限、最低濕度限、最高及最低光照度限。共6個(gè)字節(jié)計(jì)48位，為了將48位輸入主控制器1，使用6片74HC165組成48位移位寄存器。此芯片具有并行輸入串行輸出功能。P3.5發(fā)出裝入脈沖，將48位同時(shí)裝入移位寄存器，P3.6則發(fā)48個(gè)移位脈沖將數(shù)據(jù)逐位輸出，此輸出數(shù)據(jù)組成48位長(zhǎng)鏈逐位輸入P3.7由主控制器1接收，詳見圖7。
5)P0.2，P0.3，P3.2(INTO)用于紅外鍵盤輸入。
紅外接收器3是8位并行輸出，主控制器1因端口數(shù)的限制，只可用1只接口芯片74HC165完成，P0.3發(fā)出裝入脈沖，將8位并行碼讀入74HC165，P0.2發(fā)出8個(gè)移位脈沖將8位碼串行輸出至P3.2，讀入1中。應(yīng)當(dāng)注意的是P0.2，P0.3及串行輸出同時(shí)送至“設(shè)定及控制指示”6，將8位并行碼送入6中一個(gè)8位寄存器。
6)P0.4，P0.5，P0.6用于狀態(tài)反饋輸入8。
I2~I16共8位反饋輸入也是通過一片74HC165輸入微控制器1的。P0.4發(fā)出裝入脈沖，使8位輸入值進(jìn)入74HC165，P0.5發(fā)8位移位脈沖，將數(shù)據(jù)串行移至P0.6，微控制器1檢測(cè)P0.6的狀態(tài)，逐位接收。
7)P3.0，P3.1，P0.7用于RS-485總線RS-485總線是一種半雙工運(yùn)行的串行通訊總線。由專用芯片751構(gòu)成總線驅(qū)動(dòng)12，P3.1為數(shù)據(jù)發(fā)送端，串行數(shù)據(jù)通過光電隔離11送至75176發(fā)送端，轉(zhuǎn)換為電平為0-5V差分信號(hào)送出。接收到外來的差分信號(hào)在75176接收端形成為TTL電平的單極性信號(hào)，再通過11送達(dá)P3.0，主控制器1接收。
8)P3.3，P3.4，P0.0，P0.1構(gòu)成與微控制器2通訊的握手言號(hào)。兩只主控制器1與從控制器2的通訊使用此四位端口，可以由相應(yīng)軟件完成相互狀態(tài)檢測(cè)。
2、從控制器2從控制器2也選用89C51芯片，時(shí)鐘頻率18.432MHZ，其端口分配如下1)P0.7~P0.0用于反饋狀態(tài)輸入8I1~I15共8位輸入信號(hào)送至P0口，可以簡(jiǎn)單的執(zhí)行讀P0指令，完成輸入操作。
2)P2..7~P2.0用于繼電器陣列驅(qū)動(dòng)，其原理同上。
3)P1.3~P1.0用于“啟動(dòng)芯片”接口。
4)P1.7~P1.4設(shè)備地址輸入。
5)P3.0，P3.1，P3.5用于RS-422總線。
RS-422總線是全雙工運(yùn)行的串行總線。由兩只專用芯片75176構(gòu)成總線驅(qū)動(dòng)16，P3.0，P3.1與P3.5通過光電隔離15與16相連。P3.1為數(shù)據(jù)發(fā)送端，P3.0為數(shù)據(jù)接收端，而P3.5為發(fā)送控制端。RS-422總線控制權(quán)在上位機(jī)，本設(shè)備在總線上為下位機(jī)，各下位機(jī)在平時(shí)處于發(fā)送關(guān)閉狀態(tài)，得到上位機(jī)許可，才可以執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)操作。
3、輸出控制電路輸出控制電路由兩部分構(gòu)成繼電器陣列14與光電隔離13。繼電器陣列14由8只繼電器組成，繼電器為常開型，接點(diǎn)負(fù)荷220V，5A?？梢詥?停小于1KW的功率設(shè)備。
光電隔離13除完成電隔離任務(wù)外，內(nèi)部設(shè)有8只雙與門，可以以“或”邏輯方式接收來自主控制器1與從控制器2兩方向輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或門輸出驅(qū)動(dòng)1只發(fā)光二極管與光電偶合器件4N33，發(fā)光二極管引至前面板作為繼電器動(dòng)作指示，4N33的輸出足以驅(qū)動(dòng)繼電器(40ma)，完成驅(qū)動(dòng)操作。
4、狀態(tài)反饋輸入電路8為檢測(cè)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)，機(jī)內(nèi)設(shè)置了8位狀態(tài)反饋輸入。反饋信號(hào)可取自外倥設(shè)備的任何環(huán)節(jié)，但電路輸入必須為電流型，即當(dāng)有1~3ma電流輸入既表示“0”，無電流表示“1”(負(fù)邏輯)。各輸入回路有限流電阻，視輸入電壓而調(diào)節(jié)。此輸入電路要送入兩個(gè)微控制器1與2，而增加了二極管隔離。為使外控電路與內(nèi)部微控制器具有較好的電平隔離，采用了光電偶合芯片TLP521-4。
5、設(shè)定控制指示6圖7中的6對(duì)應(yīng)圖1中的6，是用于在前面板指示設(shè)定狀態(tài)與控制狀態(tài)。它也應(yīng)用了一片簡(jiǎn)化的微控制器芯片89C2051。它設(shè)有一個(gè)位寄存器74HC164，它可以借助于紅外輸入脈沖將紅外輸入收到此寄存器中，當(dāng)89C2051在P3.2處產(chǎn)生INTO時(shí)，既讀取此寄存器，收到鍵盤碼再經(jīng)過譯碼處理，將設(shè)定的狀態(tài)顯示于面板上，設(shè)定狀態(tài)由8只發(fā)光二極管指示。
6、紅外系統(tǒng)本設(shè)備為了便于操作，設(shè)有遙控紅外鍵盤，包括編碼鍵盤5、紅外發(fā)送4、紅外接收解碼3，統(tǒng)稱紅外系統(tǒng)。
編碼鍵盤5是一個(gè)由導(dǎo)電橡膠構(gòu)成的20鍵手持式鍵盤，采用二極管矩陣編碼，其8位編碼送達(dá)紅外發(fā)送器41)紅外發(fā)送器4采用專用芯片SM5021，它自8位并行口接收8位碼，經(jīng)SM5021變換，編制成專用38KH的紅外通訊串行碼，由第15腳發(fā)出，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管IR-LED轉(zhuǎn)換為紅外光脈沖發(fā)送。
2)紅外接收解碼3采用與SM5021相互配套的芯片SM5032完成。首先由紅外光電管完成紅外光脈沖接收，再解調(diào)38KH，得到串行數(shù)字脈沖，經(jīng)SM5032解碼恢復(fù)8位并行碼，由74HC165送入主控制器1，完成紅外碼接收。
7、電源供給17本設(shè)備電源取自220V交流電網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)光隔離，具有兩組不共地電源，原理圖見圖6。
以光隔離為界面，界面以內(nèi)由+12，+5，G供給，界面以外由+12(2)，+5(2)，G(2)供給。
8、軟件本設(shè)備的主控制器1和從控制器2為實(shí)現(xiàn)多功能測(cè)定與控制，都有相應(yīng)程序，固化與對(duì)應(yīng)的單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。
1)主控制器1程序原程序約15K，機(jī)器碼程序3.5K。包括RS-485通信模塊紅外鍵盤分析模塊撥盤輸入模塊判別控制模塊2、從控制器2匯編語言程序12K，機(jī)器碼程序3K，包括RS-422通信模塊狀態(tài)判別模塊控制模塊等使用時(shí)，1、按標(biāo)準(zhǔn)總線要求將系統(tǒng)的RS-422及RS-485總線引入控制器，并連接到相應(yīng)的接線端子；2、將控制器的輸出(既控制繼電器觸點(diǎn))連入被控設(shè)備的電源電路；3、按控制要求，設(shè)定參數(shù)的上下限值(既用數(shù)字撥掄進(jìn)行設(shè)置)；4、在系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常工作情況下(既總線工作正常)，打開控制器電源開關(guān)及狀態(tài)反饋所須電源，控制器既進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。此時(shí)總線指示為RS-485燈亮；設(shè)定/運(yùn)行燈滅；通道動(dòng)作指示(既各控制器控制的被控設(shè)備的實(shí)際狀態(tài))及通道設(shè)定指示(控制器輸出狀態(tài))將顯示控制器輸出及實(shí)際的被控設(shè)備狀態(tài)；5、控制器的控制策略由程序確定，針對(duì)不同的控制對(duì)象，條件策略略有不同，都固化于對(duì)應(yīng)的單片計(jì)算機(jī)中；6、當(dāng)調(diào)試或人為干預(yù)改變?cè)O(shè)備狀態(tài)時(shí)，可用紅外鍵盤。即首先按R鍵，使控制器進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)，此時(shí)設(shè)定/運(yùn)行指示燈亮，然后設(shè)置通道號(hào)(1-8)，及開關(guān)鍵(T或H)，然后退出設(shè)定(再按R鍵)即可；7、在總線控制情況下，當(dāng)控制器接收到控制指令時(shí)，控制權(quán)轉(zhuǎn)由上位計(jì)算機(jī)遙控，此時(shí)總線指示燈RS-422亮(RS-485熄滅)，通道動(dòng)作指示，及通道設(shè)定指示將有相應(yīng)變化。一旦上位計(jì)算機(jī)退出控制，控制器控制權(quán)自動(dòng)轉(zhuǎn)回RS-485，恢復(fù)自動(dòng)控制狀態(tài)；
權(quán)利要求1.一種智能儀表集散系統(tǒng)的條件控制器，其特征在于主要由主控制器、從控制器、光電隔離裝置、RS-485總線接口、撥盤輸入器、光電隔離與動(dòng)作指示器、控制繼電器陣列、設(shè)定及控制指示器、由編碼鍵盤，紅外發(fā)送器及紅外接收器組成的遙控收發(fā)裝置、地址開關(guān)、控制狀態(tài)反饋輸入接口和、光電隔離及RS-422/485總線接口構(gòu)成的上通訊接口以及電源構(gòu)成；主控制器與從控制器直接連接，主控制器通過光電隔離與動(dòng)作指示器與從控制器連接，主控制器通過地址開關(guān)與從控制器連接，主控制器通過控制狀態(tài)反饋輸入接口和與從控制器連接，主控制器與紅外接收器、設(shè)定及控制指示器、撥盤輸入器、光電隔離裝置連接，從控制器、光電隔離、RS-422/485總線接口依次連接，光電隔離與動(dòng)作指示器與控制繼電器陣列連接，以上連接均是信號(hào)線連接。
專利摘要一種智能儀表集散系統(tǒng)的條件控制器,是以單片機(jī)為核心的綜合裝置,由多個(gè)單片機(jī)協(xié)調(diào)工作,將其掛入智能儀表集散系統(tǒng)的通訊總線(RS422,RS485),它以總線監(jiān)聽方式獲取所需要的數(shù)據(jù),并經(jīng)智能判斷,給出多路控制輸出,控制多個(gè)調(diào)控設(shè)備動(dòng)作,并給出設(shè)備狀態(tài)顯示;還可通過紅外線鍵盤輸入,人為干預(yù)臨時(shí)改變?cè)O(shè)備狀態(tài);也可從通訊總線上接受指令,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遙控。
文檔編號(hào)G06F9/22GK2482711SQ01242198
公開日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2001年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月19日
發(fā)明者龍慶華, 陳天鈞 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)