CN200941156Y - 单端口实现多种测量和控制功能的控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于建筑机电设备监控系统中现场控制、管理的直接数字控制器，具体来说是一种采用单一端口同时具备多种信号测量和多种控制信号输出功能的DDC，包括微处理单元、数字总线及控制单元、输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口，所述输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口顺次连接，所述微处理单元、输入输出处理单元、通道切换单元和端口功能转换单元都与所述数字总线及控制单元相连，在不知道现场机电设备的具体情况下，可以适应现场控制的各种测控要求，并且操作简单，增强了产品的适应性、提高了使用的灵活性，减少了现场调试人员的工作量，降低了对工程技术人员的要求。

Description

单端口实现多种测量和控制功能的控制器

技术领域

本实用新型涉及一种用于建筑机电设备监控系统中现场控制、管理的直接数字控制器(DDC)，具体来说是一种采用单一端口同时具备多种信号测量和多种控制信号输出功能的DDC。

技术背景

目前DDC的工作原理是通过各个测量端口采集现场的传感器或机电设备产生的电气信号经过处理后送入运算单元，利用预先存入的计算规则进行运算实时地产生控制结果，将结果处理后送入一个或多个控制端口产生需要的输出电气信号控制现场的执行机构或机电设备进行工作。

目前国内外用于建筑机电设备监控系统中的DDC，一般都具有数量不等的用于采集外部信号或用于控制外部设备的端口。但是这些端口的功能都比较单一，类型分得比较详细，单个端口的功能要么是输入口只能测量，要么是输出口只能控制；并且作为测量的输入口采集的信号类型种类较少，作为控制的输出口能输出的信号类型也很少，能产生开关量信号就不能产生模拟量信号，使用上有很大的局限性，适应性较差。因为在现场的使用环境中，存在着大量的各种各样的输入、输出电气信号，有带电的开关量信号、不带电的干节点信号，有电压信号、电流信号、电阻等等，往往在现场安装的机电设备的数量容易掌握并很少变化，但设备类型和电气接口较难统计并常常更改，这就造成事先选好型的控制器端口功能不满足要求，造成控制器的更换和再次安装，甚至由于没有合适型号的控制器完成不了现场的控制要求，对工程技术人员的要求较高。

实用新型内容

本实用新型克服了上述缺点，提供一种最大限度地满足现场应用中的需求，提供一种单个端口可以作为输入口使用，也可以作为输出口使用，并且可以满足各种类型信号的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，使得数字控制器上具有此种功能的每个端口都可以通过内部控制软件分别设置成输入或输出及适合的各种信号类型。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：包括微处理单元、数字总线及控制单元、输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口，所述输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口顺次连接，所述微处理单元、输入输出处理单元、通道切换单元和端口功能转换单元都与所述数字总线及控制单元相连。

所述输入输出处理单元可包括分别连接在通道切换单元和数字总线及控制单元之间的输入信号处理单元、输出信号转换单元，一个与所述信号处理单元相连的A/D转换器还同时与所述数字总线及控制单元相连，一个与所述输出信号转换单元相连的D/A转换器也同时与所述数字总线及控制单元相连。

所述数字总线及控制单元可包括顺次连接的控制信号驱动芯片、组合逻辑芯片和锁存芯片，所述控制信号驱动芯片与微处理单元相连，所述锁存芯片的分别与所述输入输出处理单元、通道切换单元和端口功能转换单元相连。

所述输入信号处理单元可包括与A/D转换器相连的差分运算放大器和与所述通道切换单元相连的电子开关，所述差分运算放大器的输出与所述电子开关相连。

所述通道切换单元可包括顺次连接的多路转换器和电子开关，所述多路转换器与所述输入信号处理单元直接相连，同时还连接所述端口功能转换单元。

所述输出信号转换单元可包括至少三个运算放大器，所述第一运算放大器的同向输入端与所述D/A转换器的输出相连，输出端与所述端口功能转换单元相连，第二运算放大器作为第三运算放大器的反馈，同向输入端与所述通道切换单元相连，输出端连接所述第三运算放大器的同向输入端，并经过一个电阻与第一运算放大器的同向输入端相连。

所述端口功能转换单元可包括双刀双掷继电器和驱动芯片，所述驱动芯片的输入端与所述数字总线及控制单元中的锁存芯片相连，输出与所述继电器线圈相连，所述继电器的公共端与所述通道切换单元中的多路转换器相连，常开或常闭触点与所述通道切换单元中的电子开关相连。

所述继电器可为单线圈磁保持继电器。

本实用新型包括微处理单元、数字总线及控制单元、输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口，所述输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口顺次连接，所述微处理单元、输入输出处理单元、通道切换单元和端口功能转换单元都与所述数字总线及控制单元相连，因此在不知道现场机电设备的具体情况下，可以适应现场控制的各种测控要求，并且操作简单，增强了产品的适应性、提高了使用的灵活性，减少了现场调试人员的工作量，降低了对工程技术人员的要求。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图

图2为本实用新型的电路原理图

图3为本实用新型的控制程序流程图

具体实施方式

如图1所示，包括微处理单元、数字总线及控制单元、MD转换器、输入信号处理单元、D/A转换器、输出信号转换单元、通道切换单元、端口功能转换单元和信号端口，所述通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口顺次连接，所述数字总线及控制单元与除信号端口外的各部分电路都相连，所述输入信号处理单元连接在通道切换单元和A/D转换器之间，所述输出信号转换单元连接在D/A转换器之间，所述微处理单元采用的是具有较强处理能力的CPU及其外围电路。

如图2中所示为本实用新型的详细电路原理图，其中所示电路只有第7、第8路两组端口功能转换单元，其余电路都是8个端口的电路，且CPU未在图中标识，此实用新型的电路采用模块化的结构，如需要增加端口的数量只需扩大除CPU以外的其它电路单元的通道容量即可实现。

数字总线及控制单元由U1、U10、U18、U19、U20、U22及相关配合电路构成，其中驱动芯片U1、U10与CPU相连，用于对CPU单元送过来的总线写、片选等控制信号实现驱动，组合逻辑芯片U19用于产生必要控制信号，接收所述驱动芯片U1、U10发来的控制信号并控制所述数据总线的锁存芯片U18、U20、U22。

A/D转换器U9是具有并行接口的8通道A/D转换器。用于将双端信号变为单端信号的差分运放U8和与之相连的4组的电子开关U12及外围电阻构成输入信号处理单元，所述A/D转换器U9的输入与所述电子差分运放U8和电子开关U12相连，还同时与所述驱动芯片U1相连，输出与所述锁存芯片U20相连。

D/A转换器U5为具有串行接口的8通道D/A转换器，运放U14为D/A转换器U5提供电压参考源。由D6A、D6B、D6C三个运放组成一组输出信号转换单元，由D4D、D5D、D6D三个运放组成另一组输出信号转换单元。

所述输出信号转换单元以其中一路为例，所述第一运算放大器D6A的同向输入端与所述D/A转换器U5的输出相连，输出端与所述端口功能转换单元中继电器K7相连，第二运算放大器U6B作为第三运算放大器U6C的反馈，同向输入端与所述通道切换单元中电子开关U3相连，输出端连接所述第三运算放大器D6C的同向输入端，并经过一个电阻R53与第一运算放大器D6A的同向输入端相连。所述D/A转换器也与所述驱动芯片U1相连，输出连接到所述两组输出信号转换单元的输入端。

由U2、U3、U6组成通道切换单元，U2、U3均为4组的电子开关，用于完成输出通道切换；U6为可差动输入的8路的多路转换器，完成输入通道的选通。所述输入信号处理单元中的差分运放和电子开关都与所述多路转换器U6相连。

由继电器K7、K8、达林顿管U7及相关电路构成端口功能转换单元，所述继电器K7、K8均为单线圈的磁保持继电器，触电结构为双刀双掷，U7为K7、K8的驱动芯片，内部为多组达林顿管，并与所述继电器K7、K8的线圈相连，此部分电路主要完成端口输入/输出的转换，并与所述通道切换单元中的电子开关U2、U3及多路转换器U6相连。所述驱动芯片U7的输入端与所述数字总线及控制单元中的锁存芯片U18相连，输出与所述继电器K7、K8的线圈相连，所述继电器K7、K8的公共端与所述通道切换单元中的多路转换器U6相连，并同时连接信号端口中的各端子，常开或常闭触点与所述通道切换单元中的电子开关U2、U3相连。

本实用新型的工作原理如图3中所示：以第7路端口的工作为例。如果需要此端口测量电压信号，由CPU单元发出修改端口功能的指令，如步骤1，并确定更改的端口号，如步骤2，通过数字总线及控制单元控制输入信号处理单元配置为电压测量状态，如步骤5，并设置量程，如步骤6，同时控制通道切换单元的U3切断第7路，最后控制端口功能转换单元将第7路切换为输入，如步骤5，此时CPU单元就可以随时通过A/D转换器采集电压信号，如步骤11。如果需要此端口测量电流信号，流程与测量电压基本相同，只是控制输入信号处理单元配置为电流测量状态。如果需要此端口输出电压信号，由CPU单元发出指令，通过数字总线及控制单元控制输出信号转换单元配置为电压放大状态，如步骤7，同时控制通道切换单元的U3切断第7路，最后控制端口功能转换单元将第7路切换为输出，此时CPU单元就可以随时通过D/A转换器产生电压信号，如步骤8。如果需要此端口输出电流信号，流程与输出电压基本相同，只是控制通道切换单元的U3接通第7路，而不是切断。如果需要此端口测量电阻信号，由CPU单元发出指令，通过数字总线及控制单元控制输入信号处理单元配置为电压测量状态，如步骤9，同时控制输出信号转换单元配置为电压放大状态，如步骤10，控制D/A转换器产生相应的电压信号，如步骤11，最后控制端口功能转换单元将第7路切换为输出，在端口形成测量电压，此时CPU单元就可以随时通过A/D转换器采集电压信号，经过计算得出电阻值，如步骤12。

其他功能及其他端口的实现流程相同，就不一一赘述。

以上对本实用新型所提供的单端口实现多种测量和控制功能的控制器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：包括微处理单元、数字总线及控制单元、输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口，所述输入输出处理单元、通道切换单元、端口功能转换单元、信号端口顺次连接，所述微处理单元、输入输出处理单元、通道切换单元和端口功能转换单元都与所述数字总线及控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：所述输入输出处理单元包括分别连接在通道切换单元和数字总线及控制单元之间的输入信号处理单元、输出信号转换单元，一个与所述信号处理单元相连的A/D转换器还同时与所述数字总线及控制单元相连，一个与所述输出信号转换单元相连的D/A转换器也同时与所述数字总线及控制单元相连。

3.根据权利要求1或2所述的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：所述数字总线及控制单元包括顺次连接的控制信号驱动芯片、组合逻辑芯片和锁存芯片，所述控制信号驱动芯片与微处理单元相连，所述锁存芯片的分别与所述输入输出处理单元、通道切换单元和端口功能转换单元相连。

4.根据权利要求2所述的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：所述输入信号处理单元包括与A/D转换器相连的差分运算放大器和与所述通道切换单元相连的电子开关，所述差分运算放大器的输出与所述电子开关相连。

5.根据权利要求1或2所述的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：所述通道切换单元包括顺次连接的多路转换器和电子开关，所述多路转换器与所述输入输出处理单元直接相连，同时还连接所述端口功能转换单元。

6.根据权利要求2所述的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：所述输出信号转换单元包括至少三个运算放大器，所述第一运算放大器的同向输入端与所述D/A转换器的输出相连，输出端与所述端口功能转换单元相连，第二运算放大器作为第三运算放大器的反馈，同向输入端与所述通道切换单元相连，输出端连接所述第三运算放大器的同向输入端，并经过一个电阻与第一运算放大器的同向输入端相连。

7.根据权利要求4所述的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：所述端口功能转换单元双刀双掷继电器和驱动芯片，所述驱动芯片的输入端与所述数字总线及控制单元中的锁存芯片相连，输出与所述继电器线圈相连，所述继电器的公共端与所述通道切换单元中的多路转换器相连，常开或常闭触点与所述通道切换单元中的电子开关相连。

8.根据权利要求7所述的单端口实现多种测量和控制功能的控制器，其特征在于：所述继电器为单线圈磁保持继电器。

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