本实用新型涉及一种连接电路，特别涉及一种船用电池系统监控单元扩展模块。
背景技术：
随着船舶纯电池动力和混合动力技术的发展，船用电池系统因为其良好的性能开始被船东广泛接受。船用电池系统监控单元是电池系统人机交互的平台，用来显示全部电池的电压、电流、温度、soc、soh、绝缘等信息和报警提示，目前普遍采用工业级高速一体化工控机或者触摸屏作为监控单元。船用电池系统监控单元普遍布置与电池舱的出口处，便于船员巡检或者排故是观察电池系统的信息和报警。
典型的工控机或者触摸屏具有较多工业级的串口接口，如rs232、rs422、rs485串口接口，但是不具备开关量数据采集和直接输出控制的能力。一些就近于船用电池系统监控单元的信号采集需要通过放置较长的电缆至控制器，控制器采集该信号后通过以太网网络传输至监控单元。直接输出控制的信号需要经过以太网传送给控制器，由控制器输出控制现场设备。一旦以太网故障，则无法获取故障信息输出控制现场设备。
技术实现要素：
本实用新型是针对监控单元信号传递的问题，提出了一种船用电池系统监控单元扩展模块，通过该扩展模块和监控单元可以就近采集一个数字量输入信号和按软件逻辑控制一个输出信号，无需放置长距离电缆至控制器。
本实用新型的技术方案为：一种船用电池系统监控单元扩展模块，扩展模块通过rs232-c九针接口和监控单元rs232-c九针接口进行对插连接，连接端口分别为txd、rxd、rts和sg；监控单元输出的高低电平信号通过rts和sg端口送入扩展模块，扩展模块输出的故障信号通过txd和rxd端口送入监控单元，扩展模块的 24v和0v接口连接开关电源的24v 和0v；扩展模块的输出do1 端连接 24v接口，扩展模块的输出do1-端经蜂鸣器连接0v接口，输入d 和输入d-端连接外部故障信号触点；
扩展模块包括监控单元输出信号转化电路和监控单元输入信号转化电路，监控单元输出的高或低电平信号通过rts和sg端口送入监控单元输出信号转化电路，对应扩展模块的输出do1 端和输出do1-端导通或断开；故障信号触点闭合或断开信号经过监控单元输入信号转化电路的输入d 端和输入d-端送入，对应扩展模块的txd和rxd端口输出高或低电平。
进一步，所述监控单元输出信号转化电路由二极管由d11-d12、电阻r11-r15、光耦器ic11、电容c11、放大器a11和继电器k11构成，监控单元输出信号通过串联电阻r15接光耦器ic11的输入端，光耦器ic11光敏三极管集电极接二极管d12负极，二极管d12正极接扩展模块 24v供电接口，光耦器ic11光敏三极管集电极通过串联分压电阻r11和r12接扩展模块0v接口，分压电阻r11和r12串联连接点接放大器a11的正向输入极；光耦器ic11光敏三极管发射极通过电阻r13接放大器a11的反向输入极，电阻r13两端并联反向二极管d11，扩展模块0v接口与放大器a11的反向输入极之间连接电容c11，扩展模块0v接口与光耦器ic11光敏三极管发射极之间连接电阻r14，二极管d12负极与放大器a11输出端之间接继电器k11线圈，继电器k11常开开关两端接扩展模块的输出do1 和输出do1-端。
进一步，所述监控单元输入信号转化电路由二极管d21-d22、电阻r21-r24、光耦器ic21、电容c21、继电器k21组成；扩展模块输入d 接二极管d22负极，扩展模块输入d-与光耦器ic21发光二极管负极之间接继电器k21线圈，光耦器ic21发光二极管负极接扩展模块0v接口，二极管d22正极接继电器k21常开开关一端和二极管d12负极，二极管d12正极接扩展模块 24v接口，继电器k21常开开关另一端通过串联的电阻r22和r23接光耦器ic21发光二极管正极，二极管d21并联在电阻r22两端，并且二极管d21正极接电阻r22和r23串联连接点，电阻r22和r23串联连接点与光耦器ic21发光二极管负极之间接电容c21，二极管d21负极与2级光耦器ic21发光二极管负极之间接电阻r21，光耦器ic21光敏三极管集电极通过电阻r24接监控单元rs232-c九针接口txd,光耦器ic21光敏三极管发射极接监控单元rs232-c九针接口rxd。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型船用电池系统监控单元扩展模块，使不具备数字量输入采集输出控制能力的船用电池系统监控单元，通过扩展模块和监控单元软件编程使其具备一个数字量输入采集和一个数字量输出控制的能力，有效解决了船用电池系统监控单元就近的信号采集和控制。
附图说明
图1为本实用新型船用电池系统监控单元扩展模块原理图；
图2为本实用新型船用电池系统监控单元扩展模块外形图；
图3为本实用新型船用电池系统监控单元扩展模块典型应用连接图。
具体实施方式
如图1所示船用电池系统监控单元扩展模块原理图，包括r11-r15和r21-r24九个电阻，c11和c21两个电容，d11-d12和d21-d22四个二极管，a11一个集成运算放大器，ic11和ic22两个光电耦合器，k11和k21两个继电器。该扩展模块设有24v供电接口、监控单元输出信号转化电路和监控单元输入信号转化电路。该扩展模块一端九针串口接口连接监控单元的九针串口模块，另一端三对接线端子用于连接电源、输入信号和输出信号。
1)监控单元输出信号转化电路具体实施：
监控单元输出信号转化电路由d11-d12、r11-r15、ic11、c11、a11、k11组成。监控单元通过rs232-c九针接口中的rts和sg传输输出信号do1。监控单元输出信号通过串联电阻r15接2级光耦器ic11的输入端，1级光耦器ic11光敏三极管集电极接二极管d12负极，二极管d12正极接扩展模块 24v供电接口，1级光耦器ic11光敏三极管集电极通过串联分压电阻r11和r12接扩展模块0v接口，分压电阻r11和r12串联连接点接放大器a11的正向输入极；1级光耦器ic11光敏三极管发射极通过电阻r13接放大器a11的反向输入极，电阻r13两端并联反向二极管d11，扩展模块0v接口与放大器a11的反向输入极之间连接电容c11，扩展模块0v接口与1级光耦器ic11光敏三极管发射极之间连接电阻r14，二极管d12负极与放大器a11输出端之间接继电器k11线圈，继电器k11常开开关两端接扩展模块的输出do1 和输出do1-端，扩展模块的输出do1 和输出do1-端为监控单元输出信号转化电路输出。
监控单元输出信号do1为高电平时，高电平信号通过1级光耦器ic11、电阻r13和电容c11输入放大器a11的反向输入极，反向输入极为高电平，与放大器a11的正向输入极比较后输出0v，继电器k11吸合，继电器k11触点闭合。监控单元输出信号do1为低电平时，放大器a11的反向输入极为低电平，与放大器a11的正向输入极比较后输出24v，继电器k11释放，继电器k11触点打开。
放大器a11的输出逻辑为：a11反向输入极电压大于正向输入极电压时，放大器a11工作在非线性区，输出电压为0v；a11反向输入极电压小于正向输入极电压时，放大器a11工作在非线性区，输出电压为24v；
二极管d11的作用：ic11光耦器光敏三极管从导通到断开时，电容c11的电能通过d11和r14进行快速释放，可以短时间内放大器a11输出由0v切换至24v输出。
2)监控单元输入信号转化电路具体实施：
监控单元输入信号转化电路由d21-d22、r21-r24、ic21、c21、k21组成。扩展模块输入d 接二极管d22负极，扩展模块输入d-与2级光耦器ic21发光二极管负极之间接继电器k21线圈，2级光耦器ic21发光二极管负极接扩展模块0v接口，二极管d22正极接继电器k21常开开关一端和二极管d12负极，二极管d12正极接扩展模块 24v接口，继电器k21常开开关另一端通过串联的电阻r22和r23接2级光耦器ic21发光二极管正极，二极管d21并联在电阻r22两端，并且二极管d21正极接电阻r22和r23串联连接点，电阻r22和r23串联连接点与2级光耦器ic21发光二极管负极之间接电容c21，二极管d21负极与2级光耦器ic21发光二极管负极之间接电阻r21，2级光耦器ic21光敏三极管集电极通过电阻r24接监控单元rs232-c九针接口txd,2级光耦器ic21光敏三极管发射极接监控单元rs232-c九针接口rxd。
外部输入无源信号通过继电器k21隔离。当外部外部输入无源信号为闭合时，即扩展模块输入d 和d-导通，继电器k21得电吸合，继电器k21触点闭合，电源通过r22、r23使2级光耦器ic21导通，通过rs232-c九针接口中的txd和rxd信号口将高电平信号传送给监控单元。当外部外部输入无源信号为打开时，即扩展模块输入d 和d-断开，继电器k21释放，继电器k21触点打开，通过rs232-c九针接口中的txd和rxd信号口将低电平信号传送给监控单元。
二极管d21的作用：继电器k21由吸合切换至释放时，电容c21的电能通过d21和r21进行快速释放，短时间内ic21光耦器由导通切换至断开。
3)监控单元具体实施：
监控单元软件由软件应用程序、显示界面、i/o服务器、报警服务器、趋势服务器组成。监控单元的i/o服务器通过监听rs232-c九针接口中的txd和rxd信号口获取输入信号的状态，该状态用于界面显示、报警和趋势绘制。监控单元的i/o服务器按软件应用程序逻辑输出信号至rs232-c九针接口中的rts和sg信号口，将输出信号通过扩展模块输出至输出端子。软件应用程序采用c#语言编写逻辑。
4)典型案例实施：
如图2所示为扩展模块的外形图，一端为标准rs232-c九针接口(母头)，一端为3对电气连接端子，有一个输入状态指示和一个输出状态指示。上述两个指示通过继电器自带状态指示灯进行指示，继电器吸合则指示灯亮，反之则指示灯灭。
如图3所示为船用电池系统监控单元扩展模块典型应用连接图，将监控单元、扩展模块、开关电源、交换机、蜂鸣器组成控制箱，该控制箱和外部系统的接口只有供电电源线和网络通讯线。开关电源给监控单元、扩展模块和交换机提供24v电源。监控单元通过交换机和控制器进行数据交互。
扩展模块通过rs232-c九针接口(母头)和监控单元rs232-c九针接口(公头)进行连接，分别是txd(发送数据)、rxd(接收数据)、rts(请求发送)和sg(地线信号)。扩展模块的接线端子1和2连接开关电源的24v 和0v。扩展模块的接线端子3连接24v ，接线端子4经蜂鸣器连接0v，一旦监控单元软件应用程序判断存在故障则蜂鸣器进行声光报警。扩展模块的接线端子5和6连接交换机故障信号触点，当交换机存在故障时将信号传输至监控单元，监控单元进行故障显示和报警。
1.一种船用电池系统监控单元扩展模块，其特征在于，扩展模块通过rs232-c九针接口和监控单元rs232-c九针接口进行对插连接，连接端口分别为txd、rxd、rts和sg；监控单元输出的高低电平信号通过rts和sg端口送入扩展模块，扩展模块输出的故障信号通过txd和rxd端口送入监控单元，扩展模块的 24v和0v接口连接开关电源的24v 和0v；扩展模块的输出do1 端连接 24v接口，扩展模块的输出do1-端经蜂鸣器连接0v接口，输入d 和输入d-端连接外部故障信号触点；
扩展模块包括监控单元输出信号转化电路和监控单元输入信号转化电路，监控单元输出的高或低电平信号通过rts和sg端口送入监控单元输出信号转化电路，对应扩展模块的输出do1 端和输出do1-端导通或断开；故障信号触点闭合或断开信号经过监控单元输入信号转化电路的输入d 端和输入d-端送入，对应扩展模块的txd和rxd端口输出高或低电平。
2.根据权利要求1所述船用电池系统监控单元扩展模块，其特征在于，所述监控单元输出信号转化电路由二极管由d11-d12、电阻r11-r15、光耦器ic11、电容c11、放大器a11和继电器k11构成，监控单元输出信号通过串联电阻r15接光耦器ic11的输入端，光耦器ic11光敏三极管集电极接二极管d12负极，二极管d12正极接扩展模块 24v供电接口，光耦器ic11光敏三极管集电极通过串联分压电阻r11和r12接扩展模块0v接口，分压电阻r11和r12串联连接点接放大器a11的正向输入极；光耦器ic11光敏三极管发射极通过电阻r13接放大器a11的反向输入极，电阻r13两端并联反向二极管d11，扩展模块0v接口与放大器a11的反向输入极之间连接电容c11，扩展模块0v接口与光耦器ic11光敏三极管发射极之间连接电阻r14，二极管d12负极与放大器a11输出端之间接继电器k11线圈，继电器k11常开开关两端接扩展模块的输出do1 和输出do1-端。
3.根据权利要求1所述船用电池系统监控单元扩展模块，其特征在于，所述监控单元输入信号转化电路由二极管d21-d22、电阻r21-r24、光耦器ic21、电容c21、继电器k21组成；扩展模块输入d 接二极管d22负极，扩展模块输入d-与光耦器ic21发光二极管负极之间接继电器k21线圈，光耦器ic21发光二极管负极接扩展模块0v接口，二极管d22正极接继电器k21常开开关一端和二极管d12负极，二极管d12正极接扩展模块 24v接口，继电器k21常开开关另一端通过串联的电阻r22和r23接光耦器ic21发光二极管正极，二极管d21并联在电阻r22两端，并且二极管d21正极接电阻r22和r23串联连接点，电阻r22和r23串联连接点与光耦器ic21发光二极管负极之间接电容c21，二极管d21负极与光耦器ic21发光二极管负极之间接电阻r21，光耦器ic21光敏三极管集电极通过电阻r24接监控单元rs232-c九针接口txd,光耦器ic21光敏三极管发射极接监控单元rs232-c九针接口rxd。
技术总结