远程IO模块的核心板的制作方法

远程io模块的核心板
技术领域
1.本实用新型属于油气井开采领域，涉及一种支持多种通信模块的远程io核心板。


背景技术：

2.公开数据显示，中国在产油气井有近50万口，同时每年新增1万多口，其中只有50％行了初步的技术改进和自动化监测，其余50％还在通过人工巡检监测作业情况。
3.国内有众多企业做相关配套产品采油集控系统、控制柜、示功仪及其它井口仪表，采油技术及设备已有长足进步，但在采油过程中采集相关数据种类较多，数据量较大，数据难以全部采集，数据传输方式单一，大量数据交互至云端平台后处理导致采集时间成本高、分析精度低、人工参与度高等不足。
4.传统io模块仅支持有线交互手段，远远无法满足实际油田石油开采中多类型设备、信号及数据通信。拟开发一种新型远程io模块，满足工业现场模拟量与数字量设备监控，同时支持有线与无线两种交互手段，采集工业现场外置传感器或电气装置的状态信息，并通过无线物联网将数据状态信息实时上传至上级网关。同时接收上级发来的控制命令，输出满足要求的模拟信号或数字开关量，实现设备的远程控制。传统io模块的核心板多不支持无线通讯或仅支持某一种通讯协议，拟设计一种新型远程io模块的核心板，兼容多种通讯模块，实现多种通讯方式外设即插即用。


技术实现要素：

5.本实用新型是一种适用于油气井开采环境，实现对传感器、示功仪数据接收进而实施变频控制的支持多种通信模块的远程io核心板。
6.技术方案：
7.一种远程io模块的核心板，它包括：微控制单元、通信排针插座、接口板插座、核心板电压调节模块、只读存储器、指示灯模块；
8.所述微控制单元与通信排针插座通过usb通用串行总线相连接；微控制单元通过所述六种端口连接方式与接口板插座对应引脚分别连接，接口板插座中插入核心板插针，实现核心板与接口板交互；微控制单元通过五路io端口控制指示灯模块；微控制单元通过iic集成电路总线与只读存储器相交互；
9.电源通过所述接口板插座连接核心板电压调节模块分别向通信排针插座、微控制单元供电；
10.所述通信排针插座上支持安装通信模块，通信模块包括zigbee、lora、4g通信模块。
11.具体的，所述核心板电压调节模块由两个dc-dc降压稳压器和两个dc-dc正电压调节器组成；两个dc-dc降压稳压器分别为12v转5v 2a电压降压稳压电路和5v转3.3v正向低压降稳压器，两个dc-dc正电压调节器组成分别为5v转1.8v正电压调节器和5v转1.2v输出正电压调节器；
12.12v转5v 2a电压降压稳压电路输入线路与接口板插座12v直流电压端口相连接，其5v 2a输出线路分别与5v转3.3v正向低压降稳压器、两个dc-dc正电压调节器相连接；5v转3.3v正向低压降稳压器的输出线路向微控制单元io端口供电；
13.5v转1.8v正电压调节器输出端口向微控制单元的ddr双倍速率同步动态随机存储器供电；5v转1.2v输出正电压调节器输出端口向微控制单元的核心部分供电。
14.具体的，通信排针插座通过usb通用串行总线与微控制单元相连接；所述通信排针插座通过通用同步异步收发器与接口板插座相连接；所述通信排针插座与接口板插座所提供电源相连接。
15.具体的，微控制单元与接口板插座的具体连接为：
16.rmii简化媒体独立接口：接口板插座对应引脚通过rj45与变压器相连接，变压器输出端通过网卡芯片与微控制单元的rmii接口相连接；
17.iic集成电路总线端口：所述接口板插座通过iic集成线路总线与微控制单元相连接；
18.spi串行外设接口：所述微控制单元与接口板插座各自spi串行外设接口相连接进行信息交互；
19.usart通用同步异步串行收发器接口：所述微控制单元通过第一、第二路usart电路分别与接口板插座对应引脚相连接与接口板交互；
20.pwm信号传输端口：所述接口板插座上pwm信号相关引脚与微控制单元对应引脚连接进行pwm信号传输；
21.io传输端口：所述微控制单元io端口与接口板插座对应的引脚连接与接口板交互。
22.本实用新型的有益效果
23.本实用新型的一种支持多种通信模块的远程io核心板兼容支持lora通信模块、zigbee通信模块及4g通信模块，并且实现了即插即用。
附图说明
24.图1为本实用新型的核心板的电路图。
25.图2为本实用新型的远程io模块的框架图。
26.图3为本实用新型的接口板的电路图。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：
28.结合图1，本实用新型提出了一种远程io模块的核心板，所述核心板包括微控制单元、通信排针插座、接口板插座、核心板电压调节模块、只读存储器、指示灯模块；微控制单元采用新唐公司的nuc977dk62y；所述nuc977dk62y与通信排针插座通过usb通用串行总线相连接；nuc977dk62y通过六种连接方式与接口板插座对应引脚分别连接与接口板交互(所述六种连接方式包括：接口板插座对应引脚通过rj45与变压器相连接，变压器输出端通过网卡芯片与微控制单元的rmii接口相连接，网卡芯片采用德州仪器的dp83848ivv；所述接
口板插座通过iic集成线路总线与微控制单元相连接；所述微控制单元通过第一、第二路usart电路分别与接口板插座对应引脚相连接与接口板交互；所述接口板插座上pwm信号相关引脚与微控制单元对应引脚连接进行pwm信号传输；所述微控制单元与接口板插座各自spi串行外设接口相连接进行信息交互；所述微控制单元io端口与接口板插座对应的引脚连接与接口板交互)；nuc977dk62y通过五路io端口控制指示灯模块(led-pwr、led-run、led-lora、led-4851、led-4852)；nuc977dk62y通过iic集成电路总线与只读存储器相交互；电源通过接口板插座连接电压调节模块分别向通信排针插座、nuc977dk62y供电；所述通信排针插座上支持安装zigbee、lora或4g等通信模块。
29.所述核心板电压调节模块由两个dc-dc降压稳压器和两个dc-dc正电压调节器组成，其中dc降压稳压器采用德州仪器的tps5420和ams1117-3.3，正电压调节器分别采用maxlinear公司的spx3819m5-l-1-8/tr和spx3819m5-l-1-2/tr；tps5420输入线路与接口板插座12v直流电压端口相连接，其5v 2a输出线路分别与一个ams1117-3.3、两个dc-dc正电压调节器相连接；ams1117-3.3的3.3v输出线路向微控制单元io端口供电；spx3819m5-l-1-8/tr正电压调节器输出端口向微控制单元的ddr双倍速率同步动态随机存储器供电；5v转1.2v输出正电压调节器输出端口向微控制单元的核心部分供电。
30.所述通信排针插座通过usb通用串行总线与微控制单元相连接；所述通信排针插座通过通用同步异步收发器与接口板插座相连接；所述通信排针插座与接口板插座所提供电源相连接。
31.结合图2，所述核心板应用于一种远程io模块中，io模块包括核心板、接口板及电源板。
32.所述核心板与接口板通至少过三根3mm铜接地柱支撑相连；所述接口板与电源板通过至少四根3mm铜接地柱支撑相连；所述接口板的核心板插针接入核心板的对应插座，所述电源板的插针接入接口板的电源板插座；接口板与核心板通过六种连接方式进行信号传输。
33.所述接口板外接一路220v 500ma交流电源，一路24v 2.5a直流电源，以及一路接地线；所述接口板向电源板输出一路220v交流电，向核心板输出隔离一路12v 1a直流电源；所述接口板与核心板通过一组信号线连接；电源板向接口板输出一路24v 1a直流电源，一路5v 3a直流电源，以及一路隔离12v 1.67a直流电源；所述核心板中通讯底板通过馈线与天线座相连接。
34.如图3所示，所述接口板包括电源板插座、接口板电压调节模块、io扩展芯片、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、通讯模块、核心板插针。
35.所述电源板插座提供三类电源给各模块供电。第一类直流24v电源向数字量输出模块的24v输出端口供电；第二类直流5v向各模块隔离电源供电；第三类直流12v电源分为两路，一路引入电压调节模块，另一路引入核心板插针对应引脚。
36.所述接口板电压调节模块由两个dc-dc降压稳压器组成，两个降压稳压器采用德州仪器公司的tps5420和tps76833qdrg4，其中tps5420可以实现将直流12v转换为5v 2a电源，tps76833qdrg4可以实现5v转3.3v，电源提供的直流12v电源与tps5420输入端相连，5v转3.3v低压降稳压器输出端口与io扩展芯片、各模块io隔离、电流电压转换光耦隔离模块连接。
37.所述io扩展芯片6路输入端与数字量输入模块相连接，其中io扩展芯片采用德州仪器公司的tca9539，8路输出端与数字量输出模块的驱动电路相连接；tca9539通过iic集成电路总线与核心板插针对应引脚相连接；所述tca9539由电压调节模块的3.3v直流电源的输出供电。
38.所述数字量输入模块包括隔离电源、24v数字信号输入端口di、光电隔离模块；隔离电源部分采用金升阳公司的f0505s-1wr3电源模块，f0505s-1wr3由电源板插座提供的dc 5v电源供电；采用亿光公司生产的el817光耦作为信号隔离器件；所述数字信号24v输入端口di由隔离电源供电，数字信号输入端口输出部分与el817输入引脚相连接；el817输出端与io扩展芯片相连接。
39.所述数字量输出模块包含驱动电路、光耦隔离电路、24v输出端口、继电器电路、继电器输出端口；驱动电路采用uln2003作为驱动芯片；4路开关量输出采用宏发hf115f/005-1zs3继电器；4路24v输出采用光耦隔离pmos控制内部24v电源输出；所述驱动电路输入端与tac9535的8路输出相连接；所述驱动电路8路输出端分别与光耦隔离pmos、hf115f/005-1zs3继电器各连接4路；所述光耦隔离pmos输出与24v输出端口相连接；所述继电器电路输出与继电器4路端口相连接。
40.所述模拟量输出模块共有两组相同结构输出电路；每组电路由隔离电源、io隔离电路、电流电压切换光耦隔离电路、pwm转模拟信号转换器、模拟量输出端口ao1/ao2构成；隔离电源采用金升阳公司的f0524s-1wr3；pwm转模拟信号转换器采用上海客益的gp8301；f0524s-1wr3分别向io隔离电路、电流电压切换光耦隔离电路、pwm转模拟信号转换器供电；所述两个io隔离电路输入端口分别通过第一、第二pwm脉冲跨度调制线路与核心板插针对应引脚连接；所述电流电压切换光耦隔离电路都通过接入核心板插针上第一io接口的对应引脚与核心板交互；所述io隔离电路、电流电压切换光耦隔离电路的输出都与各自pwm信号模拟信号转换器相连接；所述两个pwm信号模拟信号转换器的输出端分别接入模拟量输出模块的输出端口ao1、ao2；接口对接核心板nuc977dk62y的pwm外设接口；所述模拟量输出模块输出为0-10v 0-20ma信号。
41.所述模拟量输入模块包括隔离电源、正电压调节器、io隔离电路、电流电压切换光耦隔离电路、多路复用模数转换器、两个模拟量输入端口ai1及ai2；隔离电源采用if0509s-1wr3芯片；正电压调节器采用spx3819m5芯片；多路复用模数转换器采用亚德诺半导体技术有限公司的ad7705芯片；if0509s-1wr3与spx3819m5相连接，spx3819m5向ad7705供电；所述模拟量输入模块中io隔离电路通过spi串行外设接口接入核心板插针对应引脚与核心板交互；所述电流电压切换光耦隔离电路通过接入核心板插针上第二io接口的对应引脚与核心板交互；所述io隔离电路输入端口、电流电压切换光耦隔离电路输出端口分别与ad7705相连接；ad7705分别与两个模拟量输入端口ai1、ai2相连,输入为0-10v 0-20ma信号。
42.所述通讯模块由两组通讯电路组成；每组电路包括隔离电源、隔离485收发器、rs485端口；所述隔离电源采用fo505s-2wr2芯片；采用纳芯微的nsi83085隔离rs485芯片做为隔离通讯芯片；fo505s-2wr2向nsi83085芯片供电；nsi83085分别通过第三、第四usart通用同异步串行收发器与核心板插针对应引脚相连接与核心板交互；所述nsi83085分别与各自rs485端口相连接。
43.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神做举例说明。本实用新型所
属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。