本實用新型涉及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于PIC單片機的局域網(wǎng)絡(luò)自動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代化進程的不斷加深，自動控制技術(shù)不僅走進了工業(yè)生產(chǎn)鏈，而且在我們的日常生活中也頻頻出現(xiàn)。各個行業(yè)也需要自動化控制系統(tǒng)來完成復(fù)雜的操作流程。雖然許多大城市的大型企業(yè)已經(jīng)很普遍使用自動化控制，甚至達到了較高的自動化控制水平，但大多數(shù)經(jīng)濟和技術(shù)條件較落后縣級城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的企業(yè)很少使用自動化控制，或者自動化技術(shù)相對落后，并且其運轉(zhuǎn)效率低下。要使這些企業(yè)真正實現(xiàn)高效運轉(zhuǎn)，必須提供相應(yīng)的自動化控制方面的技術(shù)支持。

目前國內(nèi)自動控制系統(tǒng)的核心控制器使用最普遍的是進口的PLC系統(tǒng)，這類系統(tǒng)最大的問題是造價過高，再者對于相關(guān)的大型PLC系統(tǒng)軟硬件的開發(fā)、使用以及故障維護等對專業(yè)技術(shù)要求很高。不過此類大型PLC的穩(wěn)定性能和全面的功能還是值得肯定的。但是如此全面的功能在實際市場應(yīng)用場合并不能全部派上用場，而且設(shè)備在實際運行中對周圍環(huán)境的要求又比較苛刻，這使得市場上的大型PLC控制系統(tǒng)的使用性價比極低。

因此，需要設(shè)計一款新的自動控制系統(tǒng)，能夠克服對周圍環(huán)境要求比較苛刻，以及需要依賴產(chǎn)品進口的問題。

專利公開號為CN 13369573 A的發(fā)明專利公開了一種無線局域網(wǎng)智能控制系統(tǒng)，其包括代理平臺、與所述代理平臺相連接的系統(tǒng)平臺、與所述系統(tǒng)平臺相連接的管理平臺和通用分組無線服務(wù)（GPRS）模塊以及與所述通用分組無線服務(wù)（GPRS）模塊進行無線通信的無線局域網(wǎng)設(shè)備用電保護器。本該發(fā)明的無線局域網(wǎng)智能控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)Ψ稚⒃诟鞯氐臒o線接入設(shè)備進行遠程監(jiān)視與故障判斷，同時還能對相應(yīng)的無線局域網(wǎng)設(shè)備用電保護器進行遠程控制，從而實現(xiàn)故障無線接入設(shè)備的遠程重啟，這樣不僅能夠提高工作效率、節(jié)約時間，還能減少人力、物力及財力。然而，該發(fā)明采用復(fù)雜的智能網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，而且不能實現(xiàn)在制造業(yè)的自動化控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于PIC單片機的局域網(wǎng)絡(luò)自動控制系統(tǒng)，不僅滿足大、中、小型企業(yè)單套設(shè)備的自動控制性能要求，而且也適用于整套設(shè)備的自動控制要求，還能夠?qū)崿F(xiàn)制造業(yè)的自動化控制，同時價格低廉、安裝操作方便能夠打破發(fā)達國家的技術(shù)壟斷。

為達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

基于PIC單片機的局域網(wǎng)絡(luò)自動控制系統(tǒng)，包括上位機、主機和若干個從機，所述上位機與所述主機的第一端口采用獨立串行接口連接，所述主機與所述從機之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，所述主機和所述從機均采用工作于5V電壓的8位PIC單片機。

進一步地，所述主機的第二端口信號互連有備用主機，所述備用主機采用工作于5V電壓的8位PIC單片機，且所述備用主機與所述從機之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，所述主機和所述備用主機之間采用單線開關(guān)量控制，所述主機能夠使所述備用主機處于喚醒或睡眠狀態(tài)，所述備用主機能夠使所述主機進行復(fù)位，所述備用主機通常處于睡眠狀態(tài)，當所述主機發(fā)生故障時會喚醒所述備用主機承擔所述主機的功能。

進一步地，所述主機和所述上位機的連接采用雙串口結(jié)構(gòu)，一個串口實現(xiàn)對所述從機實時控制與管理，另一個串口快速的傳送所述上位機存儲，同時可按需要將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)或個人手機終端。

進一步地，所述上位機包括人機交互界面，所述人機交互界面為PC機-矩陣鍵盤的組合、智能手機或掌上平板電腦。

進一步地，所述從機包括核心控制器、外圍負載驅(qū)動電路、外圍信號采集傳感器。

進一步地，所述獨立串行接口為RS422獨立串行接口。

進一步地，所述主機采用PIC18F45K22單片機。

進一步地，所述備用主機采用PIC18F45K22單片機。

進一步地，所述從機采用采用PIC16F877A單片機。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型針對目前的自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高且要依賴進口的問題，提供一種基于PIC單片機的局域網(wǎng)絡(luò)自動控制系統(tǒng)，包括上位機、主機和若干個從機，其中，上位機與主機的第一端口采用獨立串行接口連接，主機與從機之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，這樣拓撲結(jié)構(gòu)采用全雙工通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)當從機實際地址與控制信號中從機地址一致時，快速實現(xiàn)主從機的數(shù)據(jù)交換，且與單服務(wù)對多任務(wù)控制系統(tǒng)比較除了總體結(jié)構(gòu)簡單安裝方便、維護容易外，系統(tǒng)的可靠性也大大提高。而且主機和從機均采用結(jié)構(gòu)簡單價格低廉的工作于5V電壓的8位PIC單片機，不但成本低廉，而且單片機本身適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的高可靠性保證了整體的控制系統(tǒng)的超長壽命的無故障運行。

另外，主機的第二端口信號互連有備用主機，備用主機也采用結(jié)構(gòu)簡單價格低廉的工作于5V電壓的8位PIC單片機，且備用主機與從機之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，主機和備用主機之間采用單線開關(guān)量控制，這樣采用雙主機控制方式，備用主機通常處于睡眠狀態(tài)，當主機故障時會給備用主機一個喚醒指令，備用主機快速蘇醒并承擔主機的功能，同時給主機發(fā)送一個復(fù)位信號，如果主機復(fù)位成功，則備用主機將控制權(quán)移交主機，否則備用主機繼續(xù)承擔主機的功能并送出警示指示。

另外，主機和上位機的連接采用雙串口結(jié)構(gòu)，一個串口實現(xiàn)對從機實時控制與管理，另一個串口快速的傳送上位機存儲，同時可按需要將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)或個人手機終端。

本實用新型不僅滿足大、中、小型企業(yè)單套設(shè)備的自動控制性能要求，而且也適用于整套設(shè)備的自動控制要求，還能夠?qū)崿F(xiàn)制造業(yè)的自動化控制，同時價格低廉、安裝操作方便能夠打破發(fā)達國家的技術(shù)壟斷。

附圖說明

圖1為本實用新型第一種實施方式的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為PIC18F45K22單片機的核心電路原理圖；

圖3為PIC16F877A單片機的核心電路原理圖；

圖4為本實用新型第二種實施方式的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例的附圖，對本實用新型實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例1：

如圖1所示，基于PIC單片機的局域網(wǎng)絡(luò)自動控制系統(tǒng)，包括上位機1、主機2和若干個從機3，所述上位機1與所述主機2的第一端口采用獨立串行接口連接，所述主機2與所述從機3之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，所述主機2和所述從機3均采用工作于5V電壓的8位PIC單片機。

所述主機2和所述上位機1的連接采用雙串口結(jié)構(gòu)，一個串口實現(xiàn)對所述從機3實時控制與管理，另一個串口快速的傳送所述上位機1存儲，同時可按需要將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)或個人手機終端。

所述上位機1包括人機交互界面，所述人機交互界面為PC機-矩陣鍵盤的組合、智能手機或掌上平板電腦。

所述從機3包括核心控制器、外圍負載驅(qū)動電路、外圍信號采集傳感器。

所述獨立串行接口為RS422獨立串行接口。

所述主機2采用PIC18F45K22單片機。

所述從機3采用采用PIC16F877A單片機。

該實施例中，上位機與主機的第一端口采用獨立串行接口連接，主機與從機之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，這樣拓撲結(jié)構(gòu)采用全雙工通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)當從機實際地址與控制信號中從機地址一致時，快速實現(xiàn)主從機的數(shù)據(jù)交換，且與單服務(wù)對多任務(wù)控制系統(tǒng)比較除了總體結(jié)構(gòu)簡單安裝方便、維護容易外，系統(tǒng)的可靠性也大大提高。而且主機和從機均采用結(jié)構(gòu)簡單價格低廉的工作于5V電壓的8位PIC單片機，不但成本低廉，而且單片機本身適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的高可靠性保證了整體的控制系統(tǒng)的超長壽命的無故障運行。

另外，主機和上位機的連接采用雙串口結(jié)構(gòu)，一個串口實現(xiàn)對從機實時控制與管理，另一個串口快速的傳送上位機存儲，同時可按需要將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)或個人手機終端。

如圖2所示，主機采用PIC18F45K22單片機，該芯片提供雙通信串口，其中與上位機的通信采用MODBUS-RTU協(xié)議，該接口與傳統(tǒng)的RS232相比較，同樣滿足全雙工通信要求，但是由于MAX488是差分方式傳遞數(shù)據(jù)，故其可以提高通信傳輸?shù)目垢蓴_能力。同時MAX488不需要像MAX232那樣由電荷泵將通信傳輸?shù)碾妷罕玫?2-15V，所以通信芯片的無故障使用壽命得到大大提高。

由MAX488將系統(tǒng)采集的式樣檢測結(jié)果，傳送上位機，既滿足高速通信的要求，又滿足終端機數(shù)據(jù)實時采集的需求和控制指令的實時發(fā)布。

服務(wù)電源LM2596系列是德州儀器（TI）生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（150KHz）和基準穩(wěn)壓器（1.23v），并具有完善的保護電路、電流限制、熱關(guān)斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路，可滿足高速及啟動及突變性中斷的能量需求。

選擇PIC單片機作為主控設(shè)備，具有價格便宜、操作簡單等優(yōu)點，這一點不同于傳統(tǒng)的大型PLC集中控制系統(tǒng)。主機PIC是通過MODBUS-RTU協(xié)議網(wǎng)絡(luò)實行對從機終端的管理功能，所以該儀器對用戶的專業(yè)技術(shù)程度要求不高。此外，主機可實現(xiàn)承上啟下的作用，向上與人機交互界面，如PC通信，通信采用的是MODBUS-RS422通信；向下和從機單片機通信，采用RTU協(xié)議的總線拓撲形式。同時PIC也只是負責(zé)從機的參數(shù)設(shè)置與讀取以及控制從機執(zhí)行工藝流程的進度，與PLC相比，PIC程序邏輯比較簡單，更容易操作和維修。

如圖3所示，從機采用PIC16F877A單片機，該款單片機外設(shè)有定時/計數(shù)器、CCP模塊、主同步串行中斷模式、通用同步異步接收/發(fā)送器（USART）以及A/D轉(zhuǎn)換器模塊。定時/計數(shù)器可用來定時或計數(shù)。CCP模塊則是集中了捕捉器/比較器/脈寬調(diào)制（PWM），此模塊來用來計算輸入脈沖的頻率、占空比，還可用來產(chǎn)生PWM以控制電機的轉(zhuǎn)速，十分方便。MSSP是一個串行接口，可配置為SPI或I2C，與支持SPI或I2C的芯片實現(xiàn)通信。A/D轉(zhuǎn)換模式則可以直接把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在需要A/D轉(zhuǎn)換的場合只需配置寄存器就可使用，這使得外部控制電路變得更加簡單，同時也更加可靠。

PIC16F877A單片機價格低廉，外圍接口豐富，端口抗高壓及浪涌沖擊能力強，完全可滿足新能源汽車各部分工作單元的外圍信息傳感采集、互聯(lián)通信、驅(qū)動、警示輸出的需求，是理想的從機執(zhí)行終端。

從機包括終端控制器，終端控制器包括單片機組件，終端控制器采用單片機配合外圍電路來實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，控制端口豐富，單片機可以采用PIC16F877A系列，PIC系列單片機具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動能力強等特點，而且PIC單片機配合外圍電路的RS422通訊部分，整體電路簡單，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。為了保證前端控制系統(tǒng)的使用穩(wěn)定性，方案采用了與前端控制系統(tǒng)互聯(lián)的插座電源模塊，功率放大器包括前端輸入型OTL放大電路；頻率控制器由三相不可控整流電路、H橋逆變電路、輸出濾波器和串聯(lián)諧振電路組成。

本實用新型不僅滿足大、中、小型企業(yè)單套設(shè)備的自動控制性能要求，而且也適用于整套設(shè)備的自動控制要求，還能夠?qū)崿F(xiàn)制造業(yè)的自動化控制，同時價格低廉、安裝操作方便能夠打破發(fā)達國家的技術(shù)壟斷。

實施例2：

如圖4所示，基于PIC單片機的局域網(wǎng)絡(luò)自動控制系統(tǒng)，包括上位機1、主機2和若干個從機3，所述上位機1與所述主機2的第一端口采用獨立串行接口連接，所述主機2與所述從機3之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，所述主機2和所述從機3均采用工作于5V電壓的8位PIC單片機。

所述主機2的第二端口信號互連有備用主機4，所述備用主機4采用工作于5V電壓的8位PIC單片機，且所述備用主機4與所述從機3之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，所述主機2和所述備用主機4之間采用單線開關(guān)量控制，所述主機2能夠使所述備用主機4處于喚醒或睡眠狀態(tài)，所述備用主機4能夠使所述主機2進行復(fù)位，所述備用主機4通常處于睡眠狀態(tài)，當所述主機2發(fā)生故障時會喚醒所述備用主機4承擔所述主機2的功能。

所述主機2和所述上位機1的連接采用雙串口結(jié)構(gòu)，一個串口實現(xiàn)對所述從機3實時控制與管理，另一個串口快速的傳送所述上位機1存儲，同時可按需要將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)或個人手機終端。

所述上位機1包括人機交互界面，所述人機交互界面為PC機-矩陣鍵盤的組合、智能手機或掌上平板電腦。

所述從機3包括核心控制器、外圍負載驅(qū)動電路、外圍信號采集傳感器。

所述獨立串行接口為RS422獨立串行接口。

所述主機2采用PIC18F45K22單片機。

所述備用主機4采用PIC18F45K22單片機。

所述從機3采用采用PIC16F877A單片機。

該實施例中，主機的第二端口信號互連有備用主機，且備用主機與從機之間也通過RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，且主機和備用主機之間采用單線開關(guān)量控制，主機的第二端口信號互連有備用主機，備用主機也采用結(jié)構(gòu)簡單價格低廉的工作于5V電壓的8位PIC單片機，且備用主機與從機之間通過MODBUS-RTU協(xié)議實現(xiàn)通信交流，主機和備用主機之間采用單線開關(guān)量控制，這樣采用雙主機控制方式，備用主機通常處于睡眠狀態(tài)，當主機故障時會給備用主機一個喚醒指令，備用主機快速蘇醒并承擔主機的功能，同時給主機發(fā)送一個復(fù)位信號，如果主機復(fù)位成功，則備用主機將控制權(quán)移交主機，否則備用主機繼續(xù)承擔主機的功能并送出警示指示。

本實用新型成本低廉，安裝、操作和檢修方便、容易，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，人機交換直觀，后臺數(shù)據(jù)記錄完善，能夠較好的應(yīng)用于經(jīng)濟和技術(shù)條件較落后的縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)中，能夠獲得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。