The present invention provides a multi-channel digital control system based on I2C bus, includes the main controller unit, I2C bus isolation transformer unit, I2C bus driver conversion unit, I2C bus parallel input / output conversion unit, multi-channel input / output isolation transformer unit, and a user interface unit. The system parameter setting can be flexible and convenient, fast and smooth, seamless handoff, which ensure the multi-channel digital input / output control system reliability, rapidity, the workplace can adapt to complex electromagnetic environment and transmission distance is far, the high accuracy of the communication.
【技术实现步骤摘要】
一种基于I2C总线的多通道数字测控系统
本专利技术属于嵌入式
,具体涉及一种基于I2C总线的多通道数字测控系统。
技术介绍
研究与运行实践表明,采用常规方法的I2C总线通信方式,在具有较强电磁干扰的应用现场(如前所述的船舶综合电力系统,就是非常典型的应用环境之一),就会经常被干扰,可靠性得不到提高,因而,也就无法满足该系统“井喷式”增长的信息交换的需求。因此,迫切需要将成熟的、可靠性高的、实时性强的I2C总线技术,应用于船舶综合电力系统中的多通道数字输入/输出测控系统中,以提高舰船内部信息交换的效率和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处,构建了基于ARM的I2C接口的隔离式多通道数字输入/输出测控系统。为了适应具有复杂电磁环境的工作场合,如舰船综合电力能量管理系统、分布式变电站、电力电子变换装置和工业现场监控系统等复杂工作环境,采用一些特殊措施,如:(1)利用ADI公司的芯片级变压器技术,对I2C总线信号进行数字隔离,以提高其在复杂电磁环境中抗电磁干扰的能力,确保通信的准确性、可靠性和安全性;(2)采用了I2C总线驱动器,以扩大其传输距离、兼容不同电压等级,确保该系统易于扩展;(3)采用了多通道通用并行输入/输出口(GPIO)芯片,利用其硬件管脚(如A0,A1,A2)来实现不同的固定I2C地址的扩展,使得多个GPIO器件共用一个I2C总线上。为达到上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于,该基于I2C总线的多通道数字测控系统包括主控制器单元、I2C总线隔离变换单元、I2C总 ...
【技术保护点】
一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于:包括依次连接的主控制器单元(1)、I2C总线隔离变换单元(2)、I2C总线驱动变换单元(3)、I2C总线并行输入/输出变换单元(4)、多通道输入/输出隔离变换单元(5)和用户接口单元(6);主控制器单元(1)采用型号为STM32F4的芯片A1作为CPU,利用它的第一个I2C接口,即I2C_SDA1和I2C_SCL1;I2C_SDA1对应着主控制器单元(1)的芯片A1的第137脚,I2C_SCL1对应着主控制器单元(1)的芯片A1的第136脚;主控制器单元(1)的I2C中的双向串行线,即I2C_SDA1和I2C_SCL1经由I2C总线隔离变换单元(2)处理,进行原方与副方电路之间的隔离变换处理,提高转换系统的抗干扰能力,再将隔离变换得到的双路信号,传送给I2C总线驱动变换单元(3),提高其驱动带载能力,再传送到I2C总线并行输入/输出变换单元(4),I2C总线并行输入/输出变换单元(4)与多通道输入/输出隔离变换单元(5)连接,多通道输入/输出隔离变换单元(5)与用户接口单元(6)相连;所述I2C总线并行输入/输出变换单元(4)包括第一 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于:包括依次连接的主控制器单元(1)、I2C总线隔离变换单元(2)、I2C总线驱动变换单元(3)、I2C总线并行输入/输出变换单元(4)、多通道输入/输出隔离变换单元(5)和用户接口单元(6);主控制器单元(1)采用型号为STM32F4的芯片A1作为CPU,利用它的第一个I2C接口,即I2C_SDA1和I2C_SCL1;I2C_SDA1对应着主控制器单元(1)的芯片A1的第137脚,I2C_SCL1对应着主控制器单元(1)的芯片A1的第136脚;主控制器单元(1)的I2C中的双向串行线,即I2C_SDA1和I2C_SCL1经由I2C总线隔离变换单元(2)处理,进行原方与副方电路之间的隔离变换处理,提高转换系统的抗干扰能力,再将隔离变换得到的双路信号,传送给I2C总线驱动变换单元(3),提高其驱动带载能力,再传送到I2C总线并行输入/输出变换单元(4),I2C总线并行输入/输出变换单元(4)与多通道输入/输出隔离变换单元(5)连接,多通道输入/输出隔离变换单元(5)与用户接口单元(6)相连;所述I2C总线并行输入/输出变换单元(4)包括第一I2C总线并行输入变换电路(4-1)和第二I2C总线并行输出变换电路(4-2);所述多通道输入/输出隔离变换单元(5)包括第一多通道输入隔离变换电路(5-1)和第二多通道输出隔离变换电路(5-2);所述用户接口单元(6)包括用户输入接口单元(6-1)和用户输出接口单元(6-2);第一用户接口单元(6-1)的输入信号,经由T135~T262接线端子,连接到第一多通道输入隔离变换电路(5-1),经过处理之后再经由T7~T70接线端子,传送到第一I2C总线并行输入变换电路(4-1),再经由T5~T6接线端子,与I2C总线驱动变换单元(3)相连,再经由T3~T4接线端子,传送到I2C总线隔离变换单元(2),再经由T1~T2接线端子,与主控制器单元(1)的I2C中的双向串行线进行数据交互;主控制器单元(1)的I2C中的双向串行线,经由T1~T2接线端子与I2C总线隔离变换单元(2)相连,I2C总线隔离变换单元(2)经由T3~T4接线端子,与I2C总线驱动变换单元(3)相连,I2C总线驱动变换单元(3)经由T5~T6接线端子,将信号传送到第二I2C总线并行输出变换电路(4-2),再经由T71~T134接线端子,传送到第二多通道输出隔离变换电路(5-2)处理,之后经由T263~T390接线端子传送到第二用户输出接口单元(6-2)。2.根据权利要求1所述的一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于:所述主控制器单元(1)中的芯片A1的第105脚、第109脚、第110脚、第133脚和第25脚接编程接口J1;芯片A1的第138脚接电阻R1的一端,电阻R1的另一端接地线GND1;芯片A1的第6脚接电源UDD,芯片A1的第6脚接电容C1的一端,电容C1的另一端接地线GND1;芯片A1的第33脚接电感L1的一端,电感L1的另一端接电源US1+;芯片A1的第33脚同时接电容C3的正极,电容C3的负极接地线GND1;电容C2的一端与芯片A1的第33脚相连,电容C2的另一端接地线GND1;芯片A1的第31脚接地线GND1;芯片A1的第121脚接电源US1+,电容C4的一端与芯片A1的第121脚相连,电容C4的另一端接地线GND1;芯片A1的第23脚接电容C5的一端,电容C5的另一端接地线GND1;芯片A1的第24脚接电阻R2的一端,电阻R2的另一端接电容C6的一端,电容C6的另一端接地线GND1;晶振Y1的外壳接地线GND1,晶振Y1的一端接芯片A1的第23脚,晶振Y1的另一端接电容C6的一端,电容C6的另一端接地线GND1;芯片A1的第106脚接电容C7的一端,电容C7的另一端接地线GND1;芯片A1的第71脚接电容C8的一端,电容C8的另一端接地线GND1;芯片A1的第143脚接电容C9的一端,电容C9的另一端接地线GND1;芯片A1的第143脚接电感L2的一端,电感L2的另一端接电源US1+;电容C10的一端接电源US1+,电容C10的另一端接地线GND1;芯片A1的第8脚接电容C11的一端,电容C11的另一端接地线GND1;芯片A1的第9脚接电容C12的一端,电容C12的另一端接地线GND1;晶振Y2的一端接芯片A1的第8脚,晶振Y2的另一端接芯片A1的第9脚;芯片A1的第120脚接地线GND1;芯片A1的第137脚与I2C总线隔离变换单元(2)经过接线端子T1相连,芯片A1的第136脚与I2C总线隔离变换单元(2)经过接线端子T2相连。3.根据权利要求2所述的一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于:所述I2C总线隔离变换单元(2)包括芯片A2,芯片A2的第2脚与主控制器单元(1)经过接线端子T1相连,芯片A2的第3脚与主控制器单元(1)经过接线端子T2相连;芯片A2的第6脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T3相连;芯片A2的第7脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T4相连;I2C总线隔离变换单元(2)中芯片A2的第1脚接电阻R5的一端,电阻R5的另一端接电源US1+;芯片A2的第1脚与电容C15的一端相连,电容C15的另一端与芯片A2的第4脚相连;芯片A2的第1脚接电阻R5的一端,电阻R5的另一端与电阻R4的一端相连,电阻R4的另一端与芯片A2的第3脚相连;电容C14的一端与芯片A2的第3脚相连,电容C14的另一端与芯片A2的第4脚相连;电源US1+与电阻R3的一端相连,电阻R3的另一端芯片A2的第2脚相连;电容C13的一端与芯片A2的第2脚相连,电容C13的另一端与芯片A2的第4脚相连;芯片A2的第4脚接地线GND1;芯片A2的第5脚接电阻R6的一端,电阻R6的另一端接电源US2+,电容C16的一端与芯片A2的第5脚相连,电容C16的另一端与芯片A2的第8脚相连;芯片A2的第5脚接电阻R6的一端,电阻R6的另一端与电阻R7的一端相连,电阻R7的另一端与芯片A2的第7脚相连;电容C17的一端与芯片A2的第7脚相连,电容C17的另一端与芯片A2的第8脚相连;电源US2+与电阻R8的一端相连,电阻R8的另一端与芯片A2的第6脚相连;电容C18的一端与芯片A2的第6脚相连,电容C18的另一端与芯片A2的第8脚相连;芯片A2的第8脚接地线GND2。4.根据权利要求3所述的一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于:所述I2C总线驱动变换单元(3)包括芯片A3,芯片A3的第2脚与I2C总线隔离变换单元(2)经过接线端子T3相连,芯片A3的第3脚与I2C总线隔离变换单元(2)经过接线端子T4相连;芯片A3的第7脚与I2C总线并行输入/输出变换单元(4)经过接线端子T5相连,芯片A3的第6脚与I2C总线并行输入/输出变换单元(4)经过接线端子T6相连;I2C总线驱动变换单元(3)中的芯片A3的第1脚接电源US2+;电源US2+接电容C19的一端,电容C19的另一端接地线GND2;电阻R10的一端接芯片A3的第1脚,电阻R10的另一端接芯片A3的第2脚;电阻R9的一端接芯片A3的第1脚,电阻R9的另一端接芯片A3的第3脚;芯片A3的第4脚接地线GND2;芯片A3的第8脚接电源US3+,电源US3+接电容C20的一端,电容C20的另一端接地线GND2;电阻R11的一端接芯片A3的第8脚,电阻R11的另一端接芯片A3的第7脚;电阻R12的一端接芯片A3的第8脚,电阻R12的另一端接芯片A3的第6脚;芯片A3的第5脚接电源US3+。5.根据权利要求4所述的一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于:所述第一I2C总线并行输入变换电路(4-1)包括8个分支I2C电路总线并行输入变换电路(4-1-1)~(4-1-8);第一分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-1)包括芯片A4,芯片A4的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片A4的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;第一分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-1)中芯片A4的第16脚和第13脚接电源US3+,电源US3+与电容C21的一端相连,电容C21的另一端接地线GND2,芯片A4的第1脚、第2脚、第3脚、第8脚接地线GND2;芯片A4的第4脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T7相连;芯片A4的第5脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T8相连;芯片A4的第6脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T9相连;芯片A4的第7脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T10相连;芯片A4的第9脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T11相连;芯片A4的第10脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T12相连;芯片A4的第11脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T13相连;芯片A4的第12脚与第一多通道输入隔离变换电路(5-1)经过接线端子T14相连;第二分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-2)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第1脚与电源US3+相连,芯片的第2脚和第3脚与地线GND2相连;第三分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-3)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第2脚与电源US3+相连,芯片的第1脚和第3脚与地线GND2相连;第四分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-4)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第3脚与电源US3+相连,芯片的第1脚和第2脚与地线GND2相连;第五分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-5)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第1脚和第2脚与电源US3+相连,芯片的第3脚与地线GND2相连;第六分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-6)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第1脚和第3脚与电源US3+相连,芯片的第2脚与地线GND2相连;第七分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-7)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第2脚和第3脚与电源US3+相连,芯片的第1脚与地线GND2相连;第八分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-8)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第1脚、第2脚和第3脚与电源US3+相连;第二分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-2)经由接线端子T15~T22接收来自第一多通道输入隔离变换电路(5-1)中的信号;第三分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-3)经由接线端子T23~T30接收来自第一多通道输入隔离变换电路(5-1)中的信号;第四分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-4)经由接线端子T31~T38接收来自第一多通道输入隔离变换电路(5-1)中的信号;第五分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-5)经由接线端子T39~T46接收来自第一多通道输入隔离变换电路(5-1)中的信号;第六分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-6)经由接线端子T47~T54接收来自第一多通道输入隔离变换电路(5-1)中的信号;第七分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-7)经由接线端子T55~T62接收来自第一多通道输入隔离变换电路(5-1)中的信号;第八分支I2C总线并行输入变换电路(4-1-8)经由接线端子T63~T70接收来自第一多通道输入隔离变换电路(5-1)中的信号。6.根据权利要求5所述的一种基于I2C总线的多通道数字测控系统,其特征在于:所述第二I2C总线并行输出变换电路(4-2)包括8个分支I2C总线并行输入变换电路(4-2-1)~(4-2-8);第九分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-1)中包括芯片A5,芯片A5的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片A5的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片A5的第16脚和第13脚接电源US3+,电源US3+与电容C22的一端相连,电容C22的另一端接地线GND2,芯片A5的第1脚、第2脚、第3脚、第8脚接地线GND2;芯片A5的第4脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T71相连;芯片A5的第5脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T72相连;芯片A5的第6脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T73相连;芯片A5的第7脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T74相连;芯片A5的第9脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T75相连;芯片A5的第10脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T76相连;芯片A5的第11脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T77相连;芯片A5的第12脚与第二多通道输出隔离变换电路(5-2)经过接线端子T78相连;第十分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-2)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第1脚与电源US3+相连,芯片的第2脚和第3脚与地线GND2相连;第十一分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-3)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第2脚与电源US3+相连,芯片的第1脚和第3脚与地线GND2相连;第十二分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-4)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第3脚与电源US3+相连,芯片的第1脚和第2脚与地线GND2相连;第十三分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-5)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第1脚和第2脚与电源US3+相连,芯片的第3脚与地线GND2相连;第十四分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-6)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第1脚和第3脚与电源US3+相连,芯片的第2脚与地线GND2相连;第十五分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-7)中芯片的第15脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T5相连,芯片的第14脚与I2C总线驱动变换单元(3)经过接线端子T6相连;芯片的第2脚和第3脚与电源US3+相连,芯片的第1脚与地线GND2相连;第十六分支I2C总线并行输出变换电路(4-2-...
【专利技术属性】
技术研发人员:李维波,许智豪,华逸飞,余万祥,范磊,康兴,
申请(专利权)人:武汉理工大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。