基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發(fā)模塊；本發(fā)明基于BACnet的數(shù)字輸入輸出模塊的數(shù)字量輸入接口可以外接如限位開關(guān)，數(shù)字量傳感器、中間繼電器等數(shù)字量信號(hào)，數(shù)字量輸出接口可控制輸出繼電器等設(shè)備，由于基于BACnet開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，BACnet網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備都可以方便的訪問(wèn)該數(shù)字量輸入輸出模塊，從而可以獲取模塊所接數(shù)字量輸入設(shè)備的狀態(tài)信息，亦可控制該模塊的數(shù)字量輸出，具有通用性強(qiáng)、適用范圍廣的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及樓宇自控系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)算機(jī)技術(shù)和微處理器的快速發(fā)展，產(chǎn)生了直接數(shù)字控制技術(shù)DDC，DDC技術(shù)在樓宇自控系統(tǒng)的應(yīng)用極大地提高了樓宇設(shè)備的效率，并簡(jiǎn)化了樓宇設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)，逐漸發(fā)展成了樓宇設(shè)備的自控系統(tǒng)。但在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)各廠家的樓宇自控系統(tǒng)所用的通訊協(xié)議都是廠家自身專有，只能和廠家自有設(shè)備進(jìn)行操作。限制了行業(yè)發(fā)展，為了推動(dòng)樓宇自控系統(tǒng)更好的發(fā)展，減少樓宇自控系統(tǒng)的維護(hù)的工作量，制定開放、統(tǒng)一的通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就成了必然。
[0003]1987年在紐約召開了由樓宇自控領(lǐng)域?qū)＜医M成的關(guān)于“標(biāo)準(zhǔn)化能量管理系統(tǒng)協(xié)議”的圓桌會(huì)議，在美國(guó)供熱、制冷與空氣調(diào)節(jié)工程師學(xué)會(huì)ASHRAE的資助下經(jīng)過(guò)了 8年的努力于1995年發(fā)布了正式的開放標(biāo)準(zhǔn)BACnet，統(tǒng)一了樓宇自控系統(tǒng)的開放性標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]BACnet將一個(gè)樓控設(shè)備抽象成一個(gè)Device對(duì)象，由于往往一個(gè)樓控設(shè)備中包含了很多功能，如數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸出(二進(jìn)制輸入輸出)，模擬量輸入輸出，計(jì)時(shí)功能等等。BACnet將這些功能抽象成了許多標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象,如數(shù)字量輸入可以抽象為Binary Input對(duì)象，數(shù)字量輸出可以抽象為Binary Output對(duì)象等，BACnet對(duì)象允許進(jìn)行第三方擴(kuò)展。BACnet物理層可基于以太網(wǎng)，RS485總線，ARCnet和LonTalk。
[0005]進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，樓宇自控系統(tǒng)互操作能力更加重要。ASHRAE于2000年發(fā)布了有關(guān)設(shè)計(jì)DDC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)(ASHRAE指南13_2000，DDC系統(tǒng)說(shuō)明與設(shè)計(jì))。該指南用于設(shè)計(jì)互操作DDC系統(tǒng)的開放性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樓宇自控系統(tǒng)起著規(guī)范和指導(dǎo)的作用。該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括DDC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、輸入/輸出結(jié)構(gòu)、通信、程序配置、系統(tǒng)測(cè)試和文檔等所有內(nèi)容，定義五個(gè)互操作域(Interoperability Area):數(shù)據(jù)共享,報(bào)警和時(shí)間管理、時(shí)間表,趨勢(shì)以及設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理。使得樓宇自控系統(tǒng)向著標(biāo)準(zhǔn)更加統(tǒng)一，更加開放的方向發(fā)展。
[0006]我國(guó)已加入世貿(mào)組織，知識(shí)產(chǎn)權(quán)將會(huì)在各行各業(yè)越來(lái)越受重視。研究開放性BACnet標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)且符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的BACnet產(chǎn)品并產(chǎn)業(yè)化，將在我國(guó)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0007]目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊。
[0009]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0010]一種基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發(fā)模塊；其中:
[0011]所述低壓交流整流濾波模塊與外部電源相連接，并將外部24V交流電整流濾波形成兩路無(wú)高頻分量的直流電，其中一路直流電通過(guò)控制器供電電路模塊分別與控制器模塊和RS485收發(fā)模塊相連接，另一路直流電通過(guò)光耦隔離電路供電模塊與數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊相連接；
[0012]所述RS485收發(fā)模塊包括:RS485總線發(fā)送模塊、RS485總線接收模塊和RS485收發(fā)控制模塊，其中，RS485總線發(fā)送模塊和RS485總線接收模塊分別通過(guò)RS485收發(fā)控制模塊與BACnet RS485總線通訊連接；
[0013]所述數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊包括數(shù)字量輸入光耦隔離模塊和數(shù)字量輸出光奉禹隔尚1旲塊；
[0014]所述數(shù)字量輸入光耦隔離模塊、數(shù)字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發(fā)送模塊和RS485總線接收模塊分別與控制器模塊相連接。
[0015]優(yōu)選地，還包括如下任一個(gè)或任多個(gè)模塊:
[0016]-電源指示燈模塊，設(shè)置于低壓交流整流濾波模塊的輸出端；
[0017]-數(shù)字量輸出指示燈模塊，與控制器模塊相連接；
[0018]-RS485收發(fā)指示燈模塊，與RS485收發(fā)控制模塊相連接；
[0019]-在線調(diào)試接口電路，與控制器模塊相連接；
[0020]-BACnet通訊速率設(shè)置模塊，與控制器模塊相連接；
[0021]-BACnet通訊地址設(shè)置模塊，與控制器模塊相連接；
[0022]優(yōu)選地，所述控制器模塊采用基于COrteX-m3架構(gòu)內(nèi)核的32位微處理器STM32F103。
[0023]本發(fā)明提供的基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，基于BACnet控制器級(jí)別下的BACnet RS485總線令牌網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，所有的通信都通過(guò)RS485收發(fā)模塊與總線通信。RS485總線接收模塊接收來(lái)自BACnet RS485總線上其他設(shè)備發(fā)來(lái)的應(yīng)用層服務(wù)請(qǐng)求或者廣播，傳達(dá)給控制器模塊STM32F103，經(jīng)過(guò)其中運(yùn)行的BACnet協(xié)議處理后，如果需要應(yīng)答，則在控制器模塊獲得令牌時(shí)將應(yīng)答報(bào)文通過(guò)RS485總線發(fā)送模塊發(fā)送至BACnet RS485總線，以實(shí)現(xiàn)允許其他BACnet設(shè)備對(duì)本發(fā)明提供的數(shù)字量輸入輸出模塊數(shù)字量輸入輸出信號(hào)的讀取和控制。由于RS485是半雙工工作，為了避免碰撞，所以必須要通過(guò)RS485收發(fā)控制模塊進(jìn)行收發(fā)控制，RS485收發(fā)狀態(tài)和數(shù)字量輸出的打開和關(guān)閉狀態(tài)通過(guò)各自的指示燈電路實(shí)現(xiàn)指
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[0024]BACnet通訊速率設(shè)置模塊和BACnet通訊地址設(shè)置模塊用于修改模塊BACnet通訊速率和通訊地址，使得本發(fā)明提供的數(shù)字量輸入輸出模塊可以靈活的匹配當(dāng)前所在的BACnet RS485通訊網(wǎng)絡(luò)。在線調(diào)試接口用于方便之后的Firmware固件的更新，以方便功能的增強(qiáng)。
[0025]數(shù)字量輸入輸出隔離光藕用于使得本發(fā)明提供的數(shù)字量輸入輸出模塊與外接器件實(shí)現(xiàn)電氣隔離，進(jìn)而保護(hù)模塊和外接的數(shù)字量輸入輸出設(shè)備，數(shù)字量輸入輸出光耦隔離電路的一端和外部器件相連，另一端和控制器模塊STM32F103對(duì)應(yīng)的引腳相連。數(shù)字量輸入信號(hào)的變化可以被另一端的STM32H03的引腳偵測(cè)到，送到STM32F103微處理器進(jìn)行處理，其它的BACnet設(shè)備通過(guò)BACnet協(xié)議就能夠得到其最新得狀態(tài)值。同理，BACnet設(shè)備也可以通過(guò)BACnet通訊對(duì)模塊的數(shù)字量輸出進(jìn)行控制，由STM32F103微處理器對(duì)應(yīng)的引腳輸出至數(shù)字量輸出隔離光耦，以控制外部器件的閉合和斷開。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有意效果:
[0027]1、由于BACnet通訊協(xié)議具有可擴(kuò)展的豐富的樓控設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層服務(wù)、和廠商間的互操作標(biāo)準(zhǔn)性的特點(diǎn)，因此，只要設(shè)計(jì)的樓控設(shè)備符合BACnet協(xié)議，則可以完全和其他廠商的BACnet設(shè)備相互兼容和互相通信；而本發(fā)明基于BACnet的數(shù)字輸入輸出模塊的數(shù)字量輸入接口可以外接如限位開關(guān)，數(shù)字量傳感器、中間繼電器等數(shù)字量信號(hào)，數(shù)字量輸出接口可控制輸出繼電器等設(shè)備，由于基于BACnet開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所以BACnet網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備都可以方便的訪問(wèn)該數(shù)字量輸入輸出模塊，從而可以獲取模塊所接數(shù)字量輸入設(shè)備的狀態(tài)信息，亦可控制該模塊的數(shù)字量輸出，具有通用性強(qiáng)、適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)，具有高開放性的特點(diǎn)；
[0028]2、由于控制器模塊采用基于32位COrteX-m3的微處理器，所以具有性能穩(wěn)定可靠、高性價(jià)比的特點(diǎn)；
[0029]3、本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于大型交通樞紐、大樓建筑、別墅、商場(chǎng)建筑等中大型建筑范圍和節(jié)能事業(yè)中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0031]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]本實(shí)施例提供了一種基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發(fā)模塊；其中:
[0034]所述低壓交流整流濾波模塊與外部電源相連接，并將外部24V交流電整流濾波形成兩路無(wú)高頻分量的直流電，其中一路直流電通過(guò)控制器供電電路模塊分別與控制器模塊和RS485收發(fā)模塊相連接，另一路直流電通過(guò)光耦隔離電路供電模塊與數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊相連接；
[0035]所述RS485收發(fā)模塊包括:RS485總線發(fā)送模塊、RS485總線接收模塊和RS485收發(fā)控制模塊，其中，RS485總線發(fā)送模塊和RS485總線接收模塊分別通過(guò)RS485收發(fā)控制模塊與BACnet RS485總線通訊連接；
[0036]所述數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊包括數(shù)字量輸入光耦隔離模塊和數(shù)字量輸出光率禹隔尚+旲塊；
[0037]所述數(shù)字量輸入光耦隔離模塊、數(shù)字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發(fā)送模塊和RS485總線接收模塊分別與控制器模塊相連接。
[0038]進(jìn)一步地，還包括如下任一個(gè)或任多個(gè)模塊:
[0039]-電源指示燈模塊，設(shè)置于低壓交流整流濾波模塊的輸出端；
[0040]-數(shù)字量輸出指示燈模塊，與控制器模塊相連接；
[0041 ] -RS485收發(fā)指示燈模塊，與RS485收發(fā)控制模塊相連接；
[0042]-在線調(diào)試接口電路，與控制器模塊相連接；
[0043]-BACnet通訊速率設(shè)置模塊，與控制器模塊相連接；
[0044]-BACnet通訊地址設(shè)置模塊，與控制器模塊相連接；
[0045]進(jìn)一步地，所述控制器模塊采用基于cortex-m3架構(gòu)內(nèi)核的32位微處理器STM32F103。
[0046]具體為:
[0047]本實(shí)施例提供的基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，基于BACnet通訊協(xié)議，主電路模塊包括一個(gè)32位基于COrtex-m3架構(gòu)內(nèi)核的控制器STM32F103、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、數(shù)字量輸入輸出光耦隔離電路供電模塊、數(shù)字量輸入光耦隔離模塊、數(shù)字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發(fā)送模塊、RS485總線接收模塊、RS485收發(fā)控制模塊、電源指示燈模塊、數(shù)字量輸出指示燈模塊、RS485收發(fā)指示燈模塊、在線調(diào)試接口電路、BACnet通訊速率設(shè)置模塊以及BACnet通訊地址設(shè)置模塊。
[0048]交流24V經(jīng)過(guò)低壓交流整流濾波模塊分出兩路無(wú)高頻分量的直流電源，分別給32位控制器、RS485收發(fā)模塊、數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊供電。
[0049]STM32F103控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)BACnet協(xié)議報(bào)文的處理、數(shù)字量輸入信號(hào)的處理及控制數(shù)字量信號(hào)的輸出。
[0050]BACnet通訊協(xié)議的優(yōu)勢(shì):可擴(kuò)展的豐富的樓控設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層服務(wù)、和廠商間的互操作標(biāo)準(zhǔn)性，因此只要設(shè)計(jì)的樓控設(shè)備符合BACnet協(xié)議，則可以完全和其他廠商的BACnet設(shè)備相互兼容和互相通信?；贐ACnet的數(shù)字輸入輸出模塊的數(shù)字量輸入接口可以外接如限位開關(guān)，數(shù)字量傳感器、中間繼電器等數(shù)字量信號(hào)，數(shù)字量輸出接口可控制輸出繼電器等設(shè)備。由于基于BACnet開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所以BACnet網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備都可以方便的訪問(wèn)該數(shù)字量輸入輸出模塊，從而可以獲取模塊所接數(shù)字量輸入設(shè)備的狀態(tài)信息，亦可控制該模塊的數(shù)字量輸出，所以具有通用性強(qiáng)、適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于基于32位cortex-m3微處理器,所以有性能穩(wěn)定可靠、高性價(jià)比的特點(diǎn)。
[0051]低壓交流整流濾波模塊將AC24V經(jīng)過(guò)整流濾波，提供出兩個(gè)無(wú)高頻分量的直流電電源，分別通過(guò)控制器供電模塊和光耦隔離模塊供電模塊，其中，前者供電給控制器模塊和RS485收發(fā)模塊，后者為數(shù)字量輸入輸出光耦隔離電路供電。
[0052]因?yàn)楸緦?shí)施例是基于BACnet控制器級(jí)別下的BACnet RS485總線令牌網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，所以所有的通信都通過(guò)RS485收發(fā)模塊與總線通信。RS485接收模塊接收來(lái)自RS485總線上其他設(shè)備發(fā)來(lái)的應(yīng)用層服務(wù)請(qǐng)求或者廣播，傳達(dá)給STM32F103，經(jīng)過(guò)其中運(yùn)行的BACnet協(xié)議處理后，如果需要應(yīng)答，則在該模塊獲得令牌時(shí)將應(yīng)答報(bào)文通過(guò)RS485發(fā)送模塊發(fā)送至RS485總線。以實(shí)現(xiàn)允許其他BACnet設(shè)備對(duì)本實(shí)施例數(shù)字量輸入輸出信號(hào)的讀取和控制。由于RS485是半雙工工作，為了避免碰撞，所以必須要進(jìn)行收發(fā)控制。RS485收發(fā)狀態(tài)和數(shù)字量輸出的打開和關(guān)閉狀態(tài)都有指示燈電路實(shí)現(xiàn)指示。
[0053]BACnet通訊速率設(shè)置模塊和BACnet通訊地址設(shè)置模塊可以修改模塊BACnet通訊速率和通訊地址，使得本實(shí)施例可以靈活的匹配當(dāng)前所在的BACnet RS485通訊網(wǎng)絡(luò)。在線調(diào)試接口可以方便之后的Firmware固件的更新，以方便功能的增強(qiáng)。
[0054]數(shù)字量輸入輸出隔離光藕可以使得本實(shí)施例和外接器件實(shí)現(xiàn)電氣隔離，用于保護(hù)模塊和外接的數(shù)字量輸入輸出設(shè)備，數(shù)字量輸入輸出光I禹隔離電路的一端和外部器件相連，另一端和STM32F103對(duì)應(yīng)的引腳相連。數(shù)字量輸入信號(hào)的變化可以被另一端的STM32H03的引腳偵測(cè)到，送到STM32F103控制器進(jìn)行處理，其它的BACnet設(shè)備通過(guò)BACnet協(xié)議就能夠得到其最新得狀態(tài)值。同理，BACnet設(shè)備也可以通過(guò)BACnet通訊對(duì)模塊的數(shù)字量輸出進(jìn)行控制，由STM32F103對(duì)應(yīng)的引腳輸出至數(shù)字量輸出隔離光耦，以控制外部器件的閉合和斷開。
[0055]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，其特征在于，包括主電路模塊，所述主電路模塊包括控制器模塊、低壓交流整流濾波模塊、控制器供電電路模塊、光耦隔離電路供電模塊、數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊以及RS485收發(fā)模塊；其中: 所述低壓交流整流濾波模塊與外部電源相連接，并將外部24V交流電整流濾波形成兩路無(wú)高頻分量的直流電，其中一路直流電通過(guò)控制器供電電路模塊分別與控制器模塊和RS485收發(fā)模塊相連接，另一路直流電通過(guò)光耦隔離電路供電模塊與數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊相連接； 所述RS485收發(fā)模塊包括:RS485總線發(fā)送模塊、RS485總線接收模塊和RS485收發(fā)控制模塊，其中，RS485總線發(fā)送模塊和RS485總線接收模塊分別通過(guò)RS485收發(fā)控制模塊與BACnet RS485總線通訊連接； 所述數(shù)字量輸入輸出光耦隔離模塊包括數(shù)字量輸入光耦隔離模塊和數(shù)字量輸出光耦隔離模塊； 所述數(shù)字量輸入光耦隔離模塊、數(shù)字量輸出光耦隔離模塊、RS485總線發(fā)送模塊和RS485總線接收模塊分別與控制器模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，其特征在于，還包括如下任一個(gè)或任多個(gè)模塊: 電源指示燈模塊，設(shè)置于低壓交流整流濾波模塊的輸出端； 數(shù)字量輸出指示燈模塊，與控制器模塊相連接； RS485收發(fā)指示燈模塊，與RS485收發(fā)控制模塊相連接； 在線調(diào)試接口電路，與控制器模塊相連接； BACnet通訊速率設(shè)置模塊，與控制器模塊相連接； BACnet通訊地址設(shè)置模塊，與控制器模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于總線通訊的數(shù)字量輸入輸出模塊，其特征在于，所述控制器模塊采用基于c0rtex-m3架構(gòu)內(nèi)核的32位微處理器STM32F103。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104267651SQ201410582469
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】陽(yáng)杰, 饒威, 丘軍, 程嘉 申請(qǐng)人:上海龍創(chuàng)節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司