专利名称：一种控制电路扩展系统及其应用的医院控制机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气控制领域，具体为一种可扩展端口以对多个外设硬件进行控制的控制电路扩展系统，这种电路扩展系统可以应用在多种领域，作为一种实施方案，本发明还提供了将该系统应用于医院控制领域实际方案，具体的，是一种对医院中央空调系统进行控制的医院控制机。
背景技术：
电气控制系统是一种成熟的现代控制体系，也被称为电气设备二次控制回路，主要目的在于保证一次设备运行的可靠性和安全性。经过多年的发展，已经出现很多成熟的电气控制技术，比如，针对不同应用领域的电气控制成为研发的热点和难点。作为一种常用的控制系统,PLC (Programmable Logic Controller)控制成为行业内工业控制的主流。它采用可编程的存储器，用其内部存储的程序，执行逻辑运算，顺序控制等指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各类机械或生产进程。然而，在PLC控制时对外设硬件进行连接以交换信号的过程受到PLC输入输出端口数量的限制，PLC需要多个端口与外设硬件直接(或间接)地连接，这样当外设硬件很多时，PLC的端口就难以满足了，PLC的端口应用问题成为工程设计的难点，又，因为PLC的扩展成本较高，所以限制了 PLC控制的应用。比如，医院控制系统要求提供全面的环境控制，包括控制温度、干湿度、电磁强度、噪音强度等环境参数，这涉及到非常繁多的外设硬件。比如，负责故障感应以保障安全的传感器就有急停开关、消防开关、缺风传感器、初效传感器报警器、中效传感器报警器等等；负责环境采集的就有回风温度、湿度、压差传感器和预热温度传感器；负责阀门控制的就有冷水阀、冷/热水阀和热水阀；负责终端设备的就有多台排风机、风机、变频器、加温器、指示灯、情报面板、中央监控设备以及排风机自动门等等。如此繁多的外设控制命令使得常规的PLC/DDC端口数量不足，这需要端口扩展。传统的医疗控制系统往往采用中间继电器方式去扩展PLC端口。中间继电器是一种用于增加控制电路中的信号数量或信号强度的继电器，采用中间继电器可以暂存输入状态以扩展端口，或者当外接线太长时，使用继电器减少多控制单元的干扰。中间继电器的接线方式非常复杂，需要人工进行接线，因此对手工的要求高，出错率居高不下，这严重制约了这个领域中控制系统的普及和发展。进一步的，在楼宇自控系统系统中从PLC的基础上发展出一种DDC(DirectDigital Control)直接数字控制系统。与PLC相比，PLC强调通用性，DDC强调专用性；PLC应用在工业控制领域，DDC应用在专业楼宇系统。DDC的使用是方便它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件，从这点上其优于PLC，已经成为各种建筑环境控制的通用模式。但DDC由于集成度很好，本身能提供的输入和输出10很难满足整个系统的需要，此时就要使用中继器来扩展10，这导致中间继电器之间存在大量接线，从而造成生产和维护的巨大不便。
以上的背景技术说明，需要设计一种可方便对多个外设硬件进行控制的控制电路扩展系统。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种控制电路扩展系统，该系统可以根据扩展端口数量，从而应用于多外设的电路控制系统。上述控制电路扩展系统，包括控制面板和中央处理单元，至少还包括一块用于进行数据通讯的单片机，所述中央处理单元、单片机与控制面板依次连接；还包括一模拟输入模块，用于将外部设备的模拟输入电压信号转换成数字信号，由单片机采集后供中央处理单元读取；一模拟输出模块，用于将中央控制单元经过单片机输出的数字信号，经过数模转换后输出至外部设备；一数字输入模块，用于将外部设备的数字输入信号通过光耦转换成单片机可识别的电平信号，再由单片机采集后供中央处理单元读取；一数字输出模块，用于将中央控制单元经过单片机输出的数字信号，经过继电器驱动单元控制继电器；所述的单片机、模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块均集成在PCB电路板上。如上所述，中央处理单元的控制信号不直接送至外设硬件，而是送至单片机进行寄存，然后再由单片机将控制信号送出，由于每个单片机均具有多个输入输出接口，每个输入输出接口均可用于发送控制命令，所以中央控制单元只需要通过一个接口与单片机相接，便可通过单片机控制多个外设硬件，从而达到扩展电路控制系统的目的，而且无需使用大量的中间继电器，大大减少了接线量，方便了电路控制系统的安装和日后的维护。优选的，所述单片机为两块，分别为第一单片机和第二单片机，两块单片机的通讯关系为第一单片机与中央处理单元连接，通过数字输出模块和/或模拟输出模块输出控制信号；第一单片机同步将中央处理单元的信号传送至第二单片机，由第二单片机通过数字输出模块和/或模拟输出模块完成剩余控制信号的输出；所述第二单片机与控制面板连接；控制面板的输入信号、模拟输入模块和/或数字输入模块的控制信号通过第二单片机输入第一单片机，并通过第一单片机输入中央控制单元。优选的，所述模拟输入模块包括依次连接的电压保护电路、滤波电路和模数转换电路，模数转换电路与单片机连接。优选的，所述模拟输出模块包括与单片机连接的数模转换电路。优选的，所述数字输入模块包括输入电路、光耦隔离电路、输出电路；所述输入电路与光耦隔离电路的输入端连接，用于将外部信号传输给光耦；所述输出电路与光耦隔离电路的输出端连接，所述单片机与输出电路连接。优选的，所述数字输出模块包括与单片机连接的继电器驱动芯片，以及与继电器驱动芯片连接的多个继电器。
优选的，所述中央控制单元与单片机的通讯为485串口通讯。优选的，所述中央控制单元、第一单片机、第二单片机、控制面板之间的通讯均为485串口通讯。优选的，所述PCB板上具有可拔插端口，该可拔插端口用于扩展单片机的接入数量。如上所述，PCB板上具有可插拔端口便于扩展单片机的接入数量，使得电路控制系统能够根据不同的应用情况而扩展，另外，个别单片机芯片损坏时也便于工作人员进行更换，提高了检修效率。本发明的另外一个目的在于提供一种医院控制机，该控制机对多外设的硬件都可进行控制，特别应用于医院中央空调系统等楼宇控制领域。上述医院控制机的中央控制单元为PLC控制器或DDC控制器；所述控制面板为医院的情报面板；所述的外设硬件为医院中央空调的控制硬件。
图1为本发明的信号流转图；图2为本发明模拟输入模块的结构示意图；图3为本发明模拟输入模块的电路连接示意图；图4为本发明模拟输出模块的结构示意图；图5为本发明模拟输出模块的电路连接示意图；图6为本发明模拟输出模块的电路连接示意图；图7为本发明数字输入模块的结构示意图；图8为本发明数字输入模块的电路连接示意图；图9为本发明数字输出模块的结构示意图；图10为本发明数字输出模块的电路连接示意图。
具体实施例方式本发明控制电路扩展系统的实施例如图1所示，包括控制面板4、中央处理单元I和两块用于数据通讯的单片机(分别为第一单片机2和第二单片机3)，所述中央处理单元1、第一单片机2、第二单片机3与控制面板4依次连接；其中，中央处理单元I将控制信号送至第一单片机2，第一单片机2通过数字输出模块和模拟输出模块输出控制信号，并同步将中央处理单元I的控制信号传送至第二单片机3，由第二单片机3通过数字输出模块和模拟输出模块完成剩余控制信号的输出，而控制面板4的输入信号、模拟输入模块和数字输入模块的控制信号通过第二单片机3输入第一单片机2，并通过第一单片机2输入中央控制单元I ;另外，上述中央控制单元1、第一单片机2、第二单片机3、控制面板4之间的通讯均为485串口通讯。如图2和图3所示，所述模拟输入模块包括依次连接的电压保护电路51、滤波电路52和模数转换电路53，模数转换电路53与单片机连接，整个模拟输入模块用于将外部设备的模拟输入电压信号转换成数字信号，由单片机采集后供中央处理单元读取；外围的电压输入依次经过电压保护电路51、滤波电路52和模数转换电路53，从而转为单片机可保持的信号，单片机保存该信号以供中央处理单元I读取。如图4至6所示，所述模拟输出模块包括与单片机连接的数模转换电路61，整个模拟输出模块用于将中央控制单元I经过单片机输出的数字信号，经过数模转换后输出至外部设备；即中央处理单元I将模拟输出信号送至单片机，单片机将接收的信号送至数模转换电路61进行转换，以此输出模拟信号控制外设硬件的工作状态。如图7和8所示，所述数字输入模块包括输入电路71、抗干扰电路72、光耦隔离电路73和输出电路74 ;其中，输入电路71通过抗干扰电路72与光耦隔离电路73的输入端连接，用于将外部信号传输给光耦，输出电路74与光耦隔离电路73的输出端连接，所述单片机与输出电路73连接，而整个数字输入模用于将外部设备的数字输入信号通过光耦转换成单片机可识别的电平信号，再由单片机采集后供中央处理单元I读取；即输入电路71输入模拟信号，该模拟信号经抗干扰电路72和光耦隔离电路73转为数字信号，数字信号经输出电路74输出至单片机进行保存，以供中央处理单元I读取。如图9和10所示，所述数字输出模块包括与单片机连接的继电器驱动芯片81，以及与继电器驱动芯片81连接的多个继电器82，其中整个数字输出模块用于将中央控制单元I经过单片机输出的数字信号，经过继电器驱动芯片82控制继电器82 ;即中央处理单元I发出数字信号至单片机，单片机根据接收的信号发出控制信号至继电器驱动芯片81，最后由继电器驱动芯片81控制继电器82的开断状态，以此控制外设硬件的工作状态。。所述的单片机、模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块均集成在PCB电路板上，且所述PCB板上具有可拔插端口，该可拔插端口用于扩展单片机的接入数量。当电路控制系统运行时，控制面板4的输入信号、模拟输入模块和数字输入模块的控制信号通过第二单片机3输入第一单片机2，并通过第一单片机2输入中央控制单元I ;中央处理单元I根据接收的信号发出控制信号，控制信号首先送至第一单片机2，第一单片机2将接收的控制信号转送至数字输出模块和模拟输出模块，以对部分外设硬件进行控制，与此同时，第一单片机2还将接收的控制信号转送至第二单片机3，第二单片机3将接收的控制控制信号转送至数字输出模块和模拟输出模块，以对其余的外设硬件进行控制；另夕卜，当需要进一步进行扩展的时候，可以通过PCB电路板上的可插拔端口增设单片机，以对电路系统进行扩展，而且在部分单片机出现故障时，也可以通过可插拔端口进行单片机的更换，以维持电路系统的正常运行。其中，上述控制电路扩展系统可应用于一种医院控制机，其区别在于医院控制机的中央控制单元I为PLC控制器或DDC控制器；所述控制面板4为医院的情报面板；所述的外设硬件为医院中央空调的控制硬件，具体如负责故障感应以保障安全的传感器就有急停开关、消防开关、缺风传感器、初效滤网报警器、中效滤网报警器等等；负责环境采集的就有回风温度传感器、湿度传感器、压差传感器和预热温度传感器；负责阀门控制的就有冷水阀、冷/热水阀和热水阀；负责终端设备的就有多台排风机、风机、变频器、加温器、指示灯、情报面板、中央监控设备以及排风机自动门等等。根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式
，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
权利要求
1.一种控制电路扩展系统，包括控制面板和中央处理单元，其特征在于，至少还包括一块用于及数据通讯的单片机，所述中央处理单元、单片机与控制面板依次连接；还包括一模拟输入模块，用于将外部设备的模拟输入电压信号转换成数字信号，由单片机采集后供中央处理单元读取；一模拟输出模块，用于将中央控制单元经过单片机输出的数字信号，经过数模转换后输出至外部设备；一数字输入模块，用于将外部设备的数字输入信号通过光耦转换成单片机可识别的电平信号，再由单片机采集后供中央处理单元读取；一数字输出模块，用于将中央控制单元经过单片机输出的数字信号，经过继电器驱动单兀控制继电器；所述的单片机、模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块均集成在 PCB电路板上。
2.根据权利要求1所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述单片机为两块，分别为第一单片机和第二单片机，两块单片机的通讯关系为第一单片机与中央处理单元连接，通过数字输出模块和/或模拟输出模块输出控制信号；第一单片机同步将中央处理单元的信号传送至第二单片机，由第二单片机通过数字输出模块和/或模拟输出模块完成剩余控制信号的输出；所述第二单片机与控制面板连接；控制面板的输入信号、模拟输入模块和/或数字输入模块的控制信号通过第二单片机输入第一单片机，并通过第一单片机输入中央控制单J Li ο
3.根据权利要求1或2所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述模拟输入模块包括依次连接的电压保护电路、滤波电路和模数转换电路，模数转换电路与单片机连接。
4.根据权利要求1或2所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述模拟输出模块包括与单片机连接的数模转换电路。
5.根据权利要求1或2所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述数字输入模块包括输入电路、光耦隔离电路、输出电路；所述输入电路与光耦隔离电路的输入端连接，用于将外部信号传输给光耦；所述输出电路与光耦隔离电路的输出端连接，所述单片机与输出电路连接。
6.根据权利要求1或2所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述数字输出模块包括与单片机连接的继电器驱动芯片，以及与继电器驱动芯片连接的多个继电器。
7.根据权利要求1所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述中央控制单元与单片机的通讯为485串口通讯。
8.根据权利要求2所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述中央控制单元、第一单片机、第二单片机、控制面板之间的通讯均为485串口通讯。
9.根据权利要求1或2所述的控制电路扩展系统，其特征在于，所述PCB板上具有可拔插端口，该可拔插端口用于扩展单片机的接入数量。
10.一种应用权利要求2所述控制电路扩展系统的医院控制机，其特征在于，所述中央控制单元为PLC控制器或DDC控制器；所述控制面板为医院的情报面板；所述的外设硬件为医院中央空调的控制硬件。
全文摘要
本发明涉及一种控制电路扩展系统及其应用的医院控制机，两者均包括控制面板、中央处理单元和用于进行地址编译及数据通讯的单片机，所述中央处理单元、单片机与控制面板依次连接；所述单片机连接有模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块、数字输出模块，用与外设硬件进行通信；其中所述的单片机、模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块均集成在PCB电路板上；上述控制电路扩展系统可以根据扩展端口数量，从而应用于多外设的电路控制系统。
文档编号G05B19/418GK103048986SQ20131001709
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者梁伟明, 梁径略, 张隆希, 杨小芽 申请人:广州市能迪自动化设备有限公司