总线式IO采集与控制扩展装置

摘要

发明公开了一种总线式IO采集与控制扩展装置，由ARM控制模块、电源变换模块、CAN总线通信模块、开关量输入模块、模拟量输入模块、PWM输出模块、模拟量输出模块等部分组成，各模块分别与ARM控制模块相连。该装置可通过各模块的接口与各种模拟量传感器、开关量传感器以及外部控制设备相连，并通过CAN总线与系统主控制器相连，采用CANOPEN通信协议，将传感器信息转换为总线式信号传递给主控制器，同时接收主控制器的控制命令，对各个输出端口进行控制。该扩展装置可以扩展主控制器自身接口数量，也可解决各传感器或外部控制设备与主控制器相连时距离上的限制。该总线式IO采集与控制扩展装置可应用于各种分布式控制系统中，特别适合于工程机械控制系统的集成。

主权项

一种总线式IO采集与控制扩展装置，其特征在于，该装置包括：ARM控制模块、电源变换模块、CAN总线通信模块、开关量输入模块、模拟量输入模块、脉宽调制PWM输出模块和模拟量输出模块，其中，所述ARM控制模块包括ARM处理器以及连接到所述ARM处理器的复位电路、时钟电路、编程接口，所述ARM控制模块向外扩展系统总线，所述CAN总线通信模块、所述开关量输入模块、所述模拟量输入模块、所述PWM输出模块和所述模拟量输出模块分别通过该系统总线与所述ARM控制模块相连；所述电源变换模块将9～30V的输入直流电压转换为5V的直流电压，向ARM控制模块和其他模块供电；所述开关量输入模块与开关量输入设备相连，所述ARM控制模块通过扫描开关量输入模块与系统总线连接的端口的引脚电平来采集所述开关量输入设备的开关状态数据；所述模拟量输入模块与模拟量输入设备相连，所述ARM控制模块通过系统总线的串行同步接口SPI访问所述模拟量输入模块来采集所述模拟量输入设备的电压或电流变化数据；所述ARM控制模块将采集到的开关状态数据和电压或电流变化数据进行处理后，按照规定的数据格式通过所述CAN总线通信模块发送给系统主控制器；同时，该扩展装置通过所述CAN总线通信模块接收来自系统主控制器的控制命令，所述ARM控制模块对所述控制命令解析后得到控制信号，通过所述PWM输出模块将相应的控制信号输出给与所述PWM输出模块相连的PWM控制设备，通过所述模拟量输出模块对与其相连的模拟量控制设备进行实时调整，实现对所述模拟量控制设备的驱动；所述模拟量输出模块具有1路电压信号输出接口；所述模拟量输出模块依次由光电隔离电路、数模转换电路、隔离放大器电路、模拟量输出接口电路连接组成，所述光电隔离电路连接到所述系统总线的SPI接口上，所述模拟量输出接口电路与外部具有电压调节输入端口的模拟量控制设 备相连；所述模拟量输出模块由数模转换芯片U2和运算放大器U1A组成，所述系统总线SPI接口的串行时钟SCLK信号经过光电隔离电路后与U2的6脚相连，主机输出从机输入MOSI信号经过光电隔离电路后与U2的7脚相连，所述ARM处理器的一个通用输入输出GPIO信号经过光电隔离电路后与U2的5脚相连，U2的8脚接地，1脚与模拟信号侧的5V电压相连，U2的3脚和4脚之间连接电阻R2，U2的4脚还与电容C1和电阻R1的一端相连，C1的另一端接地，R1的另一端与U1A的输入正端相连，U1A的输入负端与输出端相连，并与二极管D1的正极相连，D1的负极与保险丝F1相连，F1的另一端输出信号AO到具有电压调节输入端口的模拟量控制设备上。