一種基于cpld的編碼譯碼控制單元及其編碼譯碼方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工業無線傳感器網絡技術，具體地說是一種基于CPLD的編碼譯碼控 制單元及其編碼譯碼方法。
【背景技術】
[0002] 工業無線傳感器網絡技術是繼現場總線之后，工業控制領域的又一個熱點技術， 是降低工業測控系統成本，提高工業測控系統應用范圍的革命性技術，也是未來幾年工業 自動化產品新的增長點。工業無線網絡技術面向設備間短程、低速率信息交互，適合在惡劣 的工業現場環境使用，具有很強的抗干擾能力、超低能耗、實時通信等技術特征，是對現有 無線技術在工業應用方向上的功能擴展和技術創新，并最終轉化為新的無線技術標準。
[0003] 目前，工業無線網絡技術應用于高速的工廠自動化領域，成為繼面向過程自動化 的工業無線網絡技術之后，國際上無線網絡技術競爭的又一焦點。相對于傳統的有線總線 技術，工廠自動化無線網絡不僅具有低成本、易安裝、易維護的優勢，而且能夠避免設備因 移動導致的線纜易老化、線纜污染、滑環電力接觸易失敗等問題。所以采用無線網絡系統替 換原有的有線系統是一種趨勢，也是無線網絡比較典型的應用。
[0004] 工業無線傳感器網絡的數據傳輸模式通常為：節點發送數據到網關，網關通過標 準總線將數據上送到主控制器。工廠自動化領域常用PLC作為主控制器，當無線網絡被用 于替換原來的有線設備時，經常會遇到網關數據無法送進PLC的問題。原因在于：1)部分 PLC不配備對外標準總線接口；2)即使有標準接口，一般也被其他功能模塊(如觸摸屏界面） 占用；3)即便通過改造后的PLC能夠接入網關，也需要對PLC重新編程，工作量大且容易引 入其他不可預見的問題。

【發明內容】

[0005] 針對現有技術中網關數據無法送進PLC的問題或者改造系統需要對PLC重新編程 的上述問題，本發明提出一種基于CPLD的編碼譯碼控制單元及其編碼譯碼方法，將電路模 擬后I/O口狀態直接送入PLC輸入引腳，無需改動PLC周邊硬件電路，也無需對PLC重新編 程。
[0006] 本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于CPLD的編碼譯碼控制單 元，包括電源電路、CPLD芯片、輸入接口、撥碼開關、緩沖/擴流電路、對外接口；
[0007] 所述電源電路，連接所述CPLD芯片，用于實現輸入工控電壓到所述CPLD芯片的工 作電壓的轉換；
[0008] 所述CPLD芯片，用于編碼譯碼控制；
[0009] 所述輸入接口，包括串/并口插頭，連接所述CPLD芯片，用于實現所述CPLD芯片 與節點或網關的點對點直連和多點通信；
[0010] 所述撥碼開關，連接所述CPLD芯片，用于實現串/并口轉換和串口波特率選擇；
[0011] 所述緩沖/擴流電路，連接所述CPLD芯片，如果作為編碼電路，來自所述對外接 口的外界信號經過總線收發器緩沖作為輸入送進所述CPLD芯片；如果作為譯碼電路，所述CPLD芯片輸出控制信號到總線收發器，再連接一組達林頓管擴流送到所述對外接口；
[0012] 所述對外接口，連接所述緩沖/擴流電路。
[0013] 所述電源電路采用開關電源和線性電源相結合的二級降壓。
[0014] 所述串口插頭采用一個DB9母頭接RS-232接口電平，通過RS-232收發器轉換為 3. 3VTTL電平，并送入CPLD芯片的引腳，作為點對點直連。
[0015] 所述串口插頭采用2針5. 08接線端子實現RS-485電平，通過RS-485收發器轉換 為3. 3VTTL送入CPLD芯片的引腳，保留多點通信功能。
[0016] 所述串口插頭在送入CPLD芯片的引腳之前匯總，每條信號匯總前串聯一個0歐電 阻，在強干擾或低信號強度的情況下去掉該路信號電阻。
[0017] 所述并口插頭選用DB25公頭，通過一片總線收發器作為緩沖，送入CPLD芯片引 腳。
[0018] 所述撥碼開關選用4比特的撥碼開關，最高位為0表示選用串口且并口功能無效， 最_位為1表不選用并口且串口功能無效，后3位表不波特率的選擇。
[0019] 所述對外接口采用8針XH2. 54插頭，如果作為編碼電路，則串聯0歐電阻，不串聯 達林頓管；如果作為譯碼電路，則串聯達林頓管，不串聯〇歐電阻。
[0020] 一種基于CPLD的編碼譯碼控制單元的編碼譯碼方法，網關與編碼/譯碼單元每次 只發送一個字節的數據，其中，前M位表示狀態，后N位表示地址碼，且滿足M+N=8 ;把需要 控制的I/O口分成2"組，每一組則立，M代表著需要同時變化的I/O口的最大個數，M、N與 最大控制I/O端口個數MAXI/()的關系為：
[0021] MAXI/0 =MX2n
[0022] 本發明基于CPLD的編碼譯碼控制單元及其實現方法具有通用性高，無需改動PLC 周邊硬件電路且無需對PLC進行重新編程等優點，具體體現在：
[0023] 1.同一硬件電路編碼/譯碼功能可逆，即可以作為編碼單元實現I/O口狀態輸入 到單字節數據輸出，又可以作為譯碼單元實現單字節數據輸入到I/O口狀態輸出，通過選 焊0歐電阻/達林頓管(作編碼使用焊0歐電阻，做譯碼使用焊達林頓管）和燒寫不同JED 文件實現編碼/譯碼兩種功能的切換；
[0024] 2.對于所設計電路的組成部分，輸入數據串/并口兩種方式完全兼容，串口支持 RS-232/RS-485兩種電平標準且波特率可調，串/并口切換及串口波特率調整都只需要撥 一下電路板上的撥碼開關相應位即可完成，無需其他操作，方便快捷；作為編碼功能使用時 從I/O變化到開始發送數據延遲不超過10Us;作為譯碼功能使用時從接收數據到I/O變 化延遲不超過5ys，反應快、延遲小；編碼/譯碼所有功能通過CPLD實現，相當于硬件分 離器件直接搭建，只要硬件電路不發生故障，就不會"死機"，工作可靠性高；輸入電壓支持 12-36V，基本可以從各種工業控制應用場景(如PLC引腳)上取電作為整板供電，寬供電電壓 范圍；CPLD的I/O口輸出后端增加了達林頓管擴流，可以支持最大電流500mA，飽和壓差不 至IJIV，基本可滿足目前常用型號的PLC輸入引腳線圈驅動電流，保證可靠工作不燒板，且輸 出電流大、壓差小；
[0025] 3.本發明方法的通用性較高，不變的是硬件電路，變化的是功能，可以根據實際需 要靈活運用而不必再額外投入時間和精力，尤其是對于已經成型的工業控制系統中無線傳 感器網絡替換有線傳感器網絡，運用它"搭橋"方便快捷；設計的編碼規則基本上涵蓋了無 線傳感器網絡所能夠應用的所有場景，滿足實際應用需求。
【附圖說明】
[0026] 圖1表示基于CPLD的編碼譯碼單元的應用位置示意圖。
[0027] 圖2表示本發明硬件電路結構框圖。
[0028] 圖3表示本發明串口RS-232/RS-485兼容實現方式的示意圖。
[0029] 圖4表示本發明編碼/譯碼對外接口兼容實現方式