本實用新型涉及自動化控制領域，尤其涉及一種數字量輸出擴展裝置。

背景技術：

數字量的輸出控制是自動化設備中最基本的控制，數字量輸出模塊一般連接電磁閥、接觸器、小功率電機、燈以及電機啟動器等電氣元件，用于使電氣元件受控下進行工作。

現有自動化設備的數字量輸出模塊通常采用數據采集卡或者PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)控制。數據采集卡或者PLC的輸入輸出端口決定數字量輸出模塊的資源，如果在大型設備中需要運用到較多輸出信號時，就需要選擇一種點位較多的控制器，然而這樣將增加設備成本，不利于大批量生產；或者，有時只是缺少一兩個點位就需要選擇IO資源更多的板卡或是增加一個PLC擴展模塊，這樣將使得數據采集卡或者PLC的端口沒有充分利用，造成資源的浪費。另外，有些控制器的輸出驅動能力弱，輸入范圍小，不能應用于很多供電電源為12V和24V的工業應用場合，輸出必須經過驅動芯片轉換才能夠驅動電氣元件。

因此，現有的數字量輸出模塊存在輸出端口少、資源利用率低、驅動能力弱、成本高以及工業應用場合狹窄等問題。

技術實現要素：

本實用新型提供一種數字量輸出擴展裝置，旨在解決現有的數字量輸出模塊存在輸出資源少、資源利用率低、驅動能力弱、成本高以及工業應用場合狹窄等問題。

本實用新型是這樣實現的，一種數字量輸出擴展裝置，與外部的控制器和控制設備連接，所述數字量輸出擴展裝置包括電源模塊、主控模塊以及驅動模塊；所述主控模塊包括控制芯片以及復位單元；所述復位單元具有復位按鍵。

所述主控模塊的第一輸入端連接所述控制器的輸出端，所述主控模塊的第二輸入端連接所述電源模塊，所述主控模塊的輸出端連接所述驅動模塊的輸入端，所述驅動模塊的輸出端連接所述控制設備；所述控制芯片的第一輸入端和第二輸入端對應所述主控模塊的第一輸入端和第二輸入端，所述控制芯片的復位端連接所述復位單元的輸出端。

當所述電源模塊開始工作且所述復位單元的所述復位按鍵被按下時，所述控制芯片進行復位，同時采集所述控制器輸出的控制信號，并根據所述控制信號輸出對應的輸出信號至所述驅動模塊，所述驅動模塊將所述輸出信號進行放大后輸出驅動信號至所述控制設備，驅動所述控制設備工作。

在本實用新型中，當電源模塊開始工作且復位單元的復位按鍵被按下時，控制芯片進行復位，同時采集控制器輸出的控制信號，并根據控制信號輸出對應的輸出信號至驅動模塊，驅動模塊將輸出信號進行放大后輸出驅動信號至控制設備，以驅動控制設備工作，從而解決現有的數字量輸出模塊存在的輸出端口少、資源利用率低、驅動能力弱、成本高以及工業應用場合狹窄的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置另一結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的電源模塊的結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的光耦隔離模塊的結構示意圖；

圖5是本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的驅動模塊的結構示意圖；

圖6本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的主控模塊的具體電路圖；

圖7本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的電源模塊的具體電路圖；

圖8本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的光耦隔離模塊的具體電路圖；

圖9本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的驅動模塊的具體電路圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

圖1示出了本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

一種數字量輸出擴展裝置，與外部的控制器100和控制設備104連接，數字量輸出擴展裝置包括電源模塊101、主控模塊102以及驅動模塊103；主控模塊102包括控制芯片200以及復位單元201；復位單元201具有復位按鍵S0。

主控模塊102的第一輸入端連接控制器100的輸出端，主控模塊102的第二輸入端連接電源模塊101，主控模塊102的輸出端連接驅動模塊103的輸入端，驅動模塊103的輸出端連接控制設備104；控制芯片200的第一輸入端和第二輸入端對應主控模塊102的第一輸入端和第二輸入端，控制芯片200的復位端連接復位單元201的輸出端。

在本實用新型實施例中，控制器100為數字運算操作的電子系統，可以是數據采集卡，也可以是PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器100)，主要用于輸出控制信號控制相應的電氣元件，例如氣缸的電磁閥，三色燈蜂鳴器，繼電器，電動機的交流接觸器等。

在本實用新型實施例中，控制芯片200是與控制器100配套使用的微控制器，與復位單元201連接，內部連接有源晶振電路，采集控制器100輸出的控制信號，判斷出當前的輸入狀態，根據控制信號選擇輸出信號并輸出至驅動模塊103。其中，控制器100輸入的控制信號與控制芯片200輸出的輸出信號之間的對應關系為：輸出信號的個數＝2輸入的控制信號的個數。

在具體應用中，控制芯片200可以采用ATMEL公司生產的AVR系列單片機，例如采用MEGA16單片機作為控制芯片200。ATMEGA16總共有32路輸入/輸出口，在具體應用中可以僅使用其中5路作輸入端，16路作輸出端控制。同時，也可以通過控制器100輸入的控制信號與控制芯片200輸出的輸出信號之間的對應關系，根據實際情況選擇不同的模式來實現相對應的功能，比如需要一次控制單個輸出，一次控制兩個輸出等。

當電源模塊101開始工作且復位單元201的復位按鍵S0被按下時，控制芯片200進行復位，同時采集控制器100輸出的控制信號，判斷控制信號的輸入狀態，并根據控制信號輸出對應的輸出信號至驅動模塊103，驅動模塊103將輸出信號進行放大后輸出驅動信號至控制設備104，驅動控制設備104工作。

為了適應更多用戶的實際需要，如圖2所示，在圖1的基礎上數字量輸出擴展裝置的主控模塊102還包括下載線202，下載線202連接控制芯片200的下載通信接口。在本實用新型實施例中，下載線202接口通過下載通信接口將預設程序寫入控制芯片200，具體地，下載線202可以是ISP下載線，通過下載通信接口用戶在電路板上即可在線寫入單片機程序。

圖6示出了主控模塊102一實施例的具體電路圖，其中，ATMEGA16作為控制芯片200，XTAL1和XTAL2內接有源晶振電路；ATMEGA16的5路作輸入端連接控制器100，采集控制器100輸出的控制信號；ATMEGA16的復位端連接復位單元201；ATMEGA16的ISP下載線接口連接下載線202。

在本實用新型中，當電源模塊101開始工作且復位單元201的復位按鍵S0被按下時，控制芯片200進行復位，同時采集控制器100輸出的控制信號，并根據控制信號輸出對應的輸出信號至驅動模塊103，驅動模塊103將輸出信號進行放大后輸出驅動信號至控制設備104，以驅動控制設備104工作，從而使數字量輸出控制器100有效的增加了輸出點位，提高資源利用率，增加了輸出端的驅動能力，能夠直接控制執行元件，也能夠方便地嵌入自動化設備中應用，同時也有效地節約設備開發成本。

圖3示出了本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的電源模塊101的結構示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

進一步的，在圖1所示架構的基礎上，如圖3所示，電源模塊101包括變壓器300、第一開關按鍵301、第二開關按鍵302、橋式整流單元303、第一輸入濾波單元304、第一穩壓單元306以及第一輸出濾波單元308。

在本實用新型實施例中，第一輸入濾波單元304可以是包括第一電容C1和第二電容C2的濾波單元，第一輸出濾波單元308可以是包括第三電容C3和第四電容C4的濾波單元，更具體地，第一電容C1和第三電容C3可以是極性電容；第一穩壓單元306在具體應用中可以是三端穩壓集成電路LM7805。

變壓器300的輸入端連接交流電壓源，變壓器300的第一輸出端通過第一開關按鍵301連接橋式整流單元303的第一輸入端，變壓器300的第二輸出端通過第二開關按鍵302連接橋式整流單元303的第二輸入端；第一輸入濾波單元304的第一端和第一穩壓單元306的輸入端共接于橋式整流單元303的正極端；第一穩壓單元306的輸出端和第一輸出濾波單元308的第一端共接于電源模塊101的第一輸出端；第一輸入濾波單元304的第二端、第一穩壓單元306的接地端、第一輸出濾波單元308的第二端以及橋式整流單元303的負極端共接于地。

當第一開關按鍵301和第二開關按鍵302按下時，變壓器300將輸入的交流電源電壓降壓后轉為交流低電壓，橋式整流單元303和第一輸入濾波單元304將交流低電壓整流濾波后輸出第一直流低電壓，第一穩壓單元306穩壓和第一輸出濾波單元308將第一直流低電壓進行穩壓和濾波后輸出第一直流電壓源。在具體應用中，交流電源電壓源輸入的交流電源電壓可以是220V，第一直流電壓源可以是+5V的直流電源，用于主控模塊102的供電。

進一步的，如圖3所示，數字量輸出擴展模塊裝置需要用到另一組電壓值的直流穩壓電源，因此電源模塊101還包括第二輸入濾波單元305、第二穩壓單元307以及第二輸出濾波單元309。

在本實用新型實施例中，第二輸入濾波單元305可以是包括第五電容C5和第六電容C6的濾波單元，第二輸出濾波單元309可以是包括第七電容C7和第八電容C8的濾波單元，更具體地，第五電容C5和第七電容C7可以是極性電容；第二穩壓單元307在具體應用中可以是三端穩壓集成電路LM7824。

第二輸入濾波單元305的第一端和第二穩壓單元307的輸入端共接于橋式整流單元303的正極端，第二穩壓單元307的輸出端與第二輸出濾波單元309的第一端共接于電源模塊101的第二輸出端，第二輸入濾波單元305的第二端、第二穩壓單元307的接地端、第二輸出濾波單元309的第二端以及橋式整流單元303的負極端共接于地。

當第一開關按鍵301和第二開關按鍵302按下時，變壓器300將輸入的交流電源電壓降壓后轉為交流低電壓，橋式整流單元303和第二輸入濾波單元305將交流低電壓整流濾波后輸出第二直流低電壓，第二穩壓單元307穩壓和第二輸出濾波單元309將第二直流低電壓進行穩壓和濾波后輸出第二直流電壓源。在具體應用中，輸出第二直流電壓源可以是+24V的直流電源，用于驅動模塊103以及外部控制設備104的供電。

進一步的，如圖3所示，為了進一步保護電源模塊101持續穩定工作，電源模塊101還包括第一保護器件310和第二保護器件311。

第一保護器件310的第一端與第一輸入濾波單元304的第一端、第一穩壓單元306的輸入端共接，第一保護器件310的第二端、第一穩壓單元306的輸出端以及第一輸出濾波單元308的第一端共接；第二保護器件311的第一端與第二輸入濾波單元305的第一端、第二穩壓單元307的輸入端共接，第二保護器件311的第二端、第二穩壓單元307的輸出端以及第二輸出濾波單元309的第一端共接。

在本實用新型實施例中，第一保護器件310可以是第一二極管D1，第一二極管D1的負極端為第一保護器件310的第一端，第一二極管D1的正極端為第一保護器件310的第二端；第二保護器件311可以是第二二極管D2，第二二極管D2的負極端為第二保護器件311的第一端，第二二極管D2的正極端為第二保護器件311的第二端。在第一穩壓單元306的輸入端和輸出端加入第一二極管D1，在第二穩壓單元307的輸入端和輸出端加入第二二極管D2，能夠防止第一穩壓單元306和第二穩壓單元307受到回路電流的沖擊。

進一步的，如圖3所示，為了進一步監督電源模塊101工作的工作情況，電源模塊101還包括第一指示單元312和第二指示單元313。

第一指示單元312的第一端、第一穩壓單元306的輸出端以及第一輸出濾波單元308的第一端共接，第一指示單元312的第二端接地；第二指示單元313的第一端、第二穩壓單元307的輸出端以及第二輸出濾波單元309的第一端共接，第二指示單元313的第二端接地。

第一指示單元312用于當第一輸出濾波單元308輸出第一直流電壓源時作發光指示，第二指示單元313用于當第二輸出濾波單元309輸出第二直流電壓源時作發光指示。

在本實用新型實施例中，第一指示單元312包括第一電阻R1和第一發光二極管LED1，第一電阻R1的第一端為第一指示單元312的第一端，第一電阻R1的第二端連接第一發光二極管LED1的正極端，第一發光二極管LED1的負極端為第一指示單元312的第二端。

在本實用新型實施例中，第二指示單元313包括第二電阻R2和第二發光二極管LED2，第二電阻R2的第一端為第二指示單元313的第一端，第二電阻R2的第二端連接第二發光二極管LED2的正極端，第二發光二極管LED2的負極端為第二指示單元313的第二端。

根據上述，在圖3的基礎上，圖7示出了電源模塊101一實施例的具體電路圖，其中，電源模塊101的第一組直流穩壓電源為+5V的直流電源，用于主控模塊102的供電；第二組直流穩壓電源為+24V的直流電源，用于驅動模塊103以及外部控制設備104的供電。

圖4示出了本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的光耦隔離模塊105的結構圖，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

進一步的，在圖1所示架構的基礎上，數字量輸出擴展裝置還包括光耦隔離模塊105，光耦隔離模塊105連接在控制器100和控制芯片200之間；光耦隔離模塊105用于對控制器100輸出的控制信號進行隔離，并輸出隔離后的控制信號至控制芯片200，起到保護作用。

在本實用新型實施例中，如圖4所示，光耦隔離模塊105包括光耦隔離芯片400、第一電阻排401、第二電阻排402以及第三指示單元403，第一電阻排401通過第三指示單元403連接光耦隔離芯片400的第一控制端，第二電阻排402連接光耦隔離芯片400的第二控制端，光耦隔離芯片400的第一執行端連接控制芯片200的第一輸入端。

第一電阻排401用于使光耦隔離芯片400的第一控制端的初始狀態保持在高電平狀態；第二電阻排402用于使光耦隔離芯片400的第二控制端的初始狀態保持在高電平狀態；光耦隔離芯片400用于對控制器100輸出的控制信號進行隔離，并輸出隔離后的控制信號至控制芯片200；第三指示單元403用于當隔離芯片輸出隔離后的控制信號至控制芯片200時作發光顯示。

在本實用新型實施例中，光耦隔離芯片400可以是TLP521系列光耦，具體地，光耦隔離芯片400可以是光耦TLP521-4，更具體地，可以是兩個光耦TLP521-4的組合；第一電阻排401可以是8通道的具有供電電壓為+24V的電阻排；第二電阻可以是8通道的具有供電電壓為+5V的電阻排；第三指示單元403可以是由8個發光二極管組D01合成的指示單元。

根據上述，在圖4的基礎上，圖8示出了光耦隔離模塊105一實施例的具體電路圖。

圖5示出了本實用新型實施例提供的一種數字量輸出擴展裝置的驅動模塊103的結構圖，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

進一步的，在圖1所示架構的基礎上，如圖5所示，驅動模塊103包括驅動芯片501和下拉電阻單元500，下拉電阻單元500的第一端為驅動模塊103的輸入端，下拉電阻單元500的第二端連接驅動芯片501的輸入端，驅動芯片501的輸出端為驅動模塊103的輸出端。

下拉電阻單元500用于使驅動芯片501的輸出端的初始狀態保持在高電平狀態，驅動芯片501用于將輸出信號進行放大后輸出驅動信號至控制設備104，驅動控制設備104工作。

在本實用新型實施例中，驅動芯片501可以是ULN2803芯片，更具體地，可以是兩個ULN2803芯片的組合。ULN2803芯片是由8個NPN達林頓晶體管，連接如電燈、電磁閥、繼電器或其他類似的負載。ULN2803芯片與下拉電阻單元500連接，使ULN2803芯片輸出端的初始狀態保持在高電平。具體地，ULN2803芯片的每一對達林頓晶體管可以都串聯一個4.7k的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。

進一步的，在圖1所示架構的基礎上，如圖5所示，驅動模塊103還包括第四指示單元502，第四指示單元502連接驅動芯片501的輸出端，用于當驅動芯片501將驅動信號輸出至控制設備104時作發光指示。

在本實用新型實施例中，第四指示單元502可以是由16個發光二極管組D02合成并且連接+24電源的指示單元。

根據上述，在圖5的基礎上，圖9示出了驅動模塊103一實施例的具體電路圖。

本實施例提供的數字量輸出擴展裝置，與外部的控制器100和控制設備104連接，包括電源模塊101、主控模塊102以及驅動模塊103，主控模塊102包括控制芯片200以及復位單元201，復位單元201具有復位按鍵S0。當電源模塊101開始工作且復位單元201的復位按鍵S0被按下時，控制芯片200進行復位，同時采集控制器100輸出的控制信號，并根據控制信號輸出對應的輸出信號至驅動模塊103，驅動模塊103將輸出信號進行放大后輸出驅動信號至控制設備104，以驅動控制設備104工作，從而解決現有的數字量輸出模塊存在的輸出端口少、資源利用率低、驅動能力弱、成本高以及工業應用場合狹窄的問題。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。