一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Cortex‑M3的嵌入式软PLC硬件系统，包括单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路、64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路、外围电路板、核心电路板和PC机；通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均与单片机主控模块进行数据传输；所述通讯电路与PC机进行数据传输；所述64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路均连接在外围电路板上；所述外围电路板上还设有电源电路对核心电路板进行供电。

An embedded software PLC hardware system based on Cortex-M3

【技术实现步骤摘要】
一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统
本专利技术涉及可编程逻辑控制器领域，更具体地，涉及一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统。
技术介绍
可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC)是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。一直以来，因其工作可靠、编程方便的特点而能够为工业自动化应用提供安全、可靠、完善的解决方案而长期被应用于工业自动化控制领域。PLC是现今最常用的控制设备，几乎可以完成工业控制领域的所有任务。在工业控制系统中，PLC常作为主控器来完成复杂过程控制，以及对生产状态的实时监控。随着供给测改革的不断深入，智能制造的蓬勃发展离不开底层的控制器，PLC的使用需求也将会越来越多，且也对其功能也提出了更高的要求。PLC的实现分为硬PLC和软PLC。所谓硬PLC从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的ASIC芯片来实现PLC指令的执行，也就是传统的PLC。而软PLC是用一些通用的CPU或者MCU来实现PLC指令的解释或者编译持行。软件PLC(SoftPLC，也称为软逻辑SoftLogic)是一种基于基于PC机开发结构的控制系统，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软件PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统的及网络的开放式结构。所以，软件PLC提供了与硬PLC同样的功能，同时又提供了PC环境的各种优点。本世纪初，随着计算机和微电子技术的进一步发展以及相关控制软件的逐步成熟，软PLC技术的瓶颈问题逐步得到解决，软PLC得到了进一步的发展。与此同时，嵌入式系统以其特有的优势得到了迅猛的发展。人们把软PLC技术与嵌入式系统结合起来，产生了嵌入式软PLC技术。嵌入式软PLC是架构在嵌入式系统上的软PLC，具有非常广泛的应用前景，在自动化领域采用基于嵌入式系统的软PLC来代替传统硬PLC已经成为一个趋势。然而目前国内外的嵌入式软PLC正处于发展初期，成熟的产品不多，因此研制嵌入式软PLC具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述一个或多个缺陷，设计一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统，包括单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路、64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路、外围电路板、核心电路板和PC机；其中所述单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均连接在核心电路板上；通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均与单片机主控模块进行数据传输；所述通讯电路与PC机进行数据传输；所述64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路均连接在外围电路板上，其中64路输入光电隔离电路的输出端与核心板电连接，64路输出光电隔离电路的输入端与核心板电连接；所述外围电路板上还设有电源电路对核心电路板进行供电。优选的是，所述核心电路板上的电源电路为5V-3.3V电压转换电路并采用ASM1117-3.3模块；外围电路板上的电源电路为24V-5V电源电路并采用电压转换模块NMA2405S。优选的是，所述核心电路板上设有JTAG接口和RS-422接口；所述通讯电路通过JTAG接口和RS-422接口与PC机进行数据传输。优选的是，所述晶振电路采用8MHz的晶振提供系统时钟。优选的是，所述掉电检测电路采用MAX809L芯片；其中MAX809L芯片分别连接5V电源和接地极，中间端接到单片机芯片任意一引脚上。优选的是，所述大电容供电电路采用1F的电容，与核心板电源电路通过一个2针排针连接。优选的是，所述单片机主控模块中单片机型号为微控制器STM32F103ZET6。优选的是，所述单片机接口采用64个输入引脚直接与单片机IO口直连，64个输出口则采用拓展电路；其中拓展电路采用74HC595芯片，74HC595芯片具有8位移位寄存器和一个存储器，并能进行三态输出。优选的是，所述64路输入光电隔离电路采用TLP521-1进行隔离；所述64路输入光电隔离电路确保信号为真时电流大小为5到7mA。优选的是，所述64路输出光电隔离电路采用ULN2803芯片。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用单板设计，体积减少，方便嵌入；采用拔插核心板的方式，如果核心板发生故障，只需拔出旧的核心板更换新的核心板即可，如果外围板电路元器件损坏，直接焊接新的元器件即可，易于现场维护；具有JTAG接口，方便系统软件开发；输入、输出都具有光电隔离功能。附图说明图1为本专利技术的系统结构图；图2为复位电路及晶振电路图；图3为5V-3.3V转换电路图；图4为指示灯设计电路图；图5为RS232电路图；图6为RS422电路图；图7为JTAG调试接口电路图；图8为掉电检测和大电容供电电路图；图9为引脚拓展电路图；图10为输入隔离电路图；图11为ULN2803结构图；图12为输出电路图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统，请参考图1，包括单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路、64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路、外围电路板、核心电路板和PC机；其中所述单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均连接在核心电路板上；通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均与单片机主控模块进行数据传输；所述通讯电路与PC机进行数据传输；所述64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路均连接在外围电路板上，其中64路输入光电隔离电路的输出端与核心板电连接，64路输出光电隔离电路的输入端与核心板电连接；所述外围电路板上还设有电源电路对核心电路板进行供电。本实施例中，所述单片机主控模块中单片机型号为微控制器STM32F103ZET6，在其外围有构成最小系统的必要电路，如晶振电路，复位电路。外围板会为核心板提供±5V的工作电压，同时该微处理器适用3.3V电源，故有5V到3.3V的电压转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统，其特征在于，包括单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路、64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路、外围电路板、核心电路板和PC机；/n其中所述单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均连接在核心电路板上；通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均与单片机主控模块进行数据传输；/n所述通讯电路与PC机进行数据传输；/n所述64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路均连接在外围电路板上，其中64路输入光电隔离电路的输出端与核心板电连接，64路输出光电隔离电路的输入端与核心板电连接；/n所述外围电路板上还设有电源电路对核心电路板进行供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统，其特征在于，包括单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路、64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路、外围电路板、核心电路板和PC机；
其中所述单片机主控模块、通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均连接在核心电路板上；通讯电路、晶振电路、复位电路、电源电路、AD/DA电路、掉电检测电路、大电容供电电路均与单片机主控模块进行数据传输；
所述通讯电路与PC机进行数据传输；
所述64路输入光电隔离电路和64路输出光电隔离电路均连接在外围电路板上，其中64路输入光电隔离电路的输出端与核心板电连接，64路输出光电隔离电路的输入端与核心板电连接；
所述外围电路板上还设有电源电路对核心电路板进行供电。


2.根据权利要求1所述的一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统，其特征在于，所述核心电路板上的电源电路为5V-3.3V电压转换电路并采用ASM1117-3.3模块；外围电路板上的电源电路为24V-5V电源电路并采用电压转换模块NMA2405S。


3.根据权利要求1所述的一种基于Cortex-M3的嵌入式软PLC硬件系统，其特征在于，所述核心电路板上设有JTAG接口和RS-422接口；所述通讯电路通过JTAG接口和RS-422接口与PC机进行数据传输。


4.根据权利要求1所述的一种基于Cortex-M3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许锐，吴豪乐，许锦标，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44