基于ARM的定時繼電器驅動模板的設計

1 硬件設計
1．1 總體設計

　　C板以Philips LPC2138 ARM微控制器為核心，完成8通道定時繼電器驅動輸出。作為嵌入式SCADA系統的一種插件，板上設計了一路RS422異步串行通信接口，通過該接口與裝置的通信與管理模板(Communication andManagement Board，簡稱M板)通信，接收M板下達的控制輸出命令，并執行控制輸出操作。由于M板要通過RS422總線管理多塊IIO板工作，M板采用主從方式實現與IIO板的通信連接，為此各IIO板都設計了ID標識地址進行身份確定。C板的ID標識地址采用8位雙排跳線器設置，標識地址范圍為01H～FFH。此外，模板還設計了一路為RS232接口，用于模板的檢測與調試，以及LPC2138的軟件下載。調試RS232接口是一個標準的VTl00超級終端接口，通過該接口可以與PC機進行通信連接，使用Windows的超級終端仿真軟件可以十分方便地對該模板進行調試和檢測。同時該串口也是LPC2138軟件的下載接口，將編譯連接生成的軟件下載到LPC2138的FLASH存儲器。

　　板上定時繼電器驅動過程通道由12個TQ2-24V繼電器和光電隔離達林頓繼電器驅動電路、狀態輸出鎖存電路、狀態輸出邏輯閉鎖電路、繼電器狀態返校電路、單穩延時電路等部分組成。其中狀態輸出鎖存電路、狀態輸出邏輯閉鎖電路、繼電器狀態返校電路采用一片EPM7128CPLD編程實現，LPC2138通過I／O引腳訪問CPLD內部實現的寄存器和鎖存器對繼電器進行控制操作，實現模板的數字量輸出功能。

　　為了保證模板運行的穩定可靠性，C板設計有硬件看門狗電路(HWDT)，軟件還設計了軟看門狗定時監視器(SWDT)。軟硬看門狗協同工作，在軟件“走飛”或局部”走死”之后自動恢復模板運行。C板的工作原理如圖1所示。

1．2 定時繼電器輸出過程通道設計

　　如圖3所示，定時繼電器輸出電路由輸出狀態鎖存器(LS273)、帶達林頓驅動光電隔離電路(TLPl27)、繼電器(TQ2-L-24v)三部分組成。板上的12個繼電器按功能劃分為對象、性質、執行3類，其中JD1～8為對象(OBJ)繼電器、JD9和JDl0分別為合分性質繼電器(CA／0A)、JD11和JDl2分別為合分執行繼電器(CE／OE)。CPU將鎖存器的對應位設置為1，光偶的達林頓驅動電路導通，繼電器的常開觸點閉合，反之亦反。即cPU通過訪問鎖存器，控制繼電器動作，從而達到對現場執行機構控制操作的目的。

　　模板上的繼電器觸點采用町洋2EHDRM／2ESDFM-18P接線端子從模板的后面板對引出，與外部中間繼電器構成執行回路。板上12個繼電器的觸點與接線端子的連接關系如圖4所示。

　　由于TQ2-L-24V繼電器觸點的驅動能力不夠，不能直接驅動現場執行機構操作，中間繼電器(至少3對觸點)的體積太大，安裝不到電路板上。為此，中間繼電器安裝在機柜內，與板上的繼電器觸點構成控制回路，驅動現場執行機構操作。

　　根據用戶需求，一塊C板可以實現對4／8個現場對象進行合分操作。控制4個對象合分操作時，OBJ1～4的輸出觸點并聯，再與CA、CE的觸點串聯驅動4個合操作中間繼電器；0BJ5~8的輸出觸點并聯，再與0A、0E的觸點串聯驅動4個分操作中間繼電器。控制8個對象合分操作時，需要驅動19個中間繼電器構成控制回路，控制回路與中間繼電器觸點輸出連接如圖5所示。