基于AUTBUS总线的IO模块及系统

技术领域

本申请涉及工业控制与通信技术领域，特别是指一种基于AUTBUS总线的IO模块及系统。

背景技术

目前工业IO的采集系统总线网络主要有3种：RS485/MODBUS、Profibus和FF。这3种总线网络占据了工业现场通信的主流地位，目前市场上的工业IO控制器大多基于这3种总线技术。RS485/MODBUS实施简单方便，同时支持RS485的仪表种类繁多且价格低廉，是目前低端市场上的主要组网方式；Profibus是当今自动化领域的热点技术之一，关键标志是支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式；FF总线是公认的过程自动化应用系统最具有发展前途的现场总线之一，可与现场的智能仪表设备直接通信。但RS485/MODBUS、Profibus和FF总线都是低速总线，以上总线的通信速率均低于12Mbps，但工业控制系统例如石油气管道站场和大型石化工厂现场需要采集大量现场参数，通过对这些采集数据的分析控制相关的仪器仪表和制动设备，这种自动化过程控制要求数据采集的准确性、现场控制的实时性和精确性，但是以上3种总线的通信技术已无法满足目前工业发展的迫切需求。

发明内容

鉴于现有技术的以上问题，本申请提供一种基于AUTBUS总线的IO模块及装置、计算设备及存储介质，以实现工业现场的大量现场参数的采集的准确性、现场控制的实时性和精确性。

为达到上述目的，本申请第一方面提供了一种基于AUTBUS总线的IO模块，包括：

AUTBUS总线；

IO功能模块，通过所述AUTBUS总线连接控制器和应用现场设备，用于将通过所述AUTBUS总线接收的所述控制器的控制信号发送至所述应用现场设备，或，从所述应用现场设备采集信号并通过所述AUTBUS总线发送至所述控制器。

为达到上述目的，本申请第二方面提供了一种基于AUTBUS总线的IO系统，包括：控制器和上述第一方面所述的基于AUTBUS总线的IO模块；

其中，所述控制器连接所述基于AUTBUS总线的IO模块；所述基于AUTBUS总线的IO模块与应用现场设备连接。

本申请可以通过AUTBUS总线和IO功能模块从应用现场设备采集信号，也可以给应用现场设备发送控制信号，由于采用了AUTBUS总线，可以实现工业现场的大量现场数据的采集的准确性，现场控制的实时性和精确性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种基于AUTBUS总线的IO系统及IO模块的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种基于AUTBUS总线的IO系统及IO模块的具体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种DI接收模块的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种IO模块中的灯显的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种DI接收模块的接口防护电路示意图；

图6为本申请实施例提供的一种DI接收模块的电源隔离电路示意图；

图7为本申请实施例提供的一种DO控制模块的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种AI接收模块的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种AO控制模块的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种基于AUTBUS总线的授时IO系统结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种基于AUTBUS总线的IO系统背板总线结构示意图；

图12为本申请实施例提供的一种基于AUTBUS总线的远程IO系统结构示意图。

应理解，上述结构示意图中，各框图的尺寸和形态仅供参考，不应构成对本发明实施例的排他性的解读。结构示意图所呈现的各框图间的相对位置和包含关系，仅为示意性地表示各框图间的结构关联，而非限制本发明实施例的物理连接方式。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本申请提供的技术方案作进一步说明。应理解，本申请实施例中提供的系统结构和业务场景主要是为了说明本申请的技术方案的可能的实施方式，不应被解读为对本申请的技术方案的唯一限定。本领域普通技术人员可知，随着系统结构的演进和新业务场景的出现，本申请提供的技术方案对类似技术问题同样适用。

应理解，本申请实施例提供的基于AUTBUS总线的IO模块及系统，由于其解决问题的原理相同或相似，在如下具体实施例的介绍中，某些重复之处可能不再赘述，但应视为这些具体实施例之间已有相互引用，可以相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。为了准确地对本申请中的技术内容进行叙述，以及为了准确地理解本发明，在对具体实施方式进行说明之前先对本说明书中所使用的术语给出如下的解释说明或定义。

由于RS485/MODBUS、Profibus和FF这几种低速总线技术在现代工业发展的表现不尽人意，本申请提出利用2线制AUTBUS总线来替代RS485/MODBUS、Profibus和FF这几种低速总线的应用。

本申请提出了一种基于AUTBUS总线的IO系统，如图1所示，该系统包括：控制器和基于AUTBUS总线的IO模块(下面进行详细说明)；

其中，控制器连接基于AUTBUS总线的IO模块；基于AUTBUS总线的IO模块与应用现场设备连接；

控制器用于：将控制信号通过基于AUTBUS总线的IO模块发送至应用现场设备；或，通过基于AUTBUS总线的IO模块从应用现场设备采集信号。

本申请中提出的基于AUTBUS总线的IO系统采用二层架构，相比RS485/MODBUS、Profibus和FF这几种低速总线，采用了AUTBUS总线后，可以由1套控制系统管理254个节点(即应用现场设备)，AUTBUS总线数据带宽达到100Mbps，最大传输距离500米，最小循环周期8微秒。

在一些实施例中，如图1所示，该系统还可以包括：PC，所述PC与所述控制器连接；

所述PC用于：向所述控制器发送控制信号；

所述控制器用于：将所述控制信号通过所述基于AUTBUS总线的IO模块发送至所述应用现场设备；

和/或，

所述控制器用于：通过所述基于AUTBUS总线的IO模块从所述应用现场设备采集信号并发送至所述PC；

所述PC用于：接收所述采集信号。

如图1所示，PC可以连接多个控制器。

在一些实施例中，所以如图1所示，基于AUTBUS总线的IO模块可以包括：

AUTBUS总线；

IO功能模块，通过所述AUTBUS总线连接控制器和应用现场设备，用于将通过所述AUTBUS总线接收的所述控制器的控制信号发送至所述应用现场设备，或，从所述应用现场设备采集信号并通过所述AUTBUS总线发送至所述控制器。

在该些实施例中，本申请可以通过AUTBUS总线和IO功能模块从应用现场设备采集信号，也可以给应用现场设备发送控制信号，由于采用了AUTBUS总线，可以实现工业现场的大量现场数据的采集的准确性，现场控制的实时性和精确性。

本申请中的AUTBUS总线可以采用KY3001系列总线芯片，该芯片采用55nm工艺制程设计，流片与生产均为国内自主可控。芯片支持AUTBUS、CAN、ETH、UART、SPI、I2C等通讯接口，支持GPIO、PWM、CAP、ADC和DAC等通道接口，支持NOR和NAND FLASH等存储扩展，可实现控制与网络的融合。该芯片可广泛应用于轨道交通、智慧城市、智能楼宇、智能工厂石油石化、煤矿、车载、机器人等诸多总线需求场景。

在一些实施例中，如图2所示，所述IO功能模块为数字量接收模块、数字量控制模块、模拟量接收模块或模拟量控制模块；

所述数字量接收模块用于：从所述应用现场设备采集数字量信号，将所述数字量信号通过所述AUTBUS总线发送至所述控制器；

所述数字量控制模块用于：将通过所述AUTBUS总线接收的所述控制器的数字量控制信号输出至所述应用现场设备；

所述模拟量接收模块用于：从所述应用现场设备采集模拟量信号，将所述模拟量信号通过所述AUTBUS总线发送至所述控制器；

所述模拟量控制模块用于：将通过所述AUTBUS总线接收的所述控制器的模拟量控制信号输出至所述应用现场设备。

在该些实施例中，如图2所示，数字量接收模块即DI接收模块，数字量控制模块即DO控制模块，模拟量接收模块AI接收模块，模拟量控制模块即AO控制模块。

针对DI接收模块连接的应用现场设备可以是数字量设备，该数字量设备可以是计数器、红外传感器、烟感传感器、其他等可以采集数字信号的设备。

针对DO控制模块连接的应用现场设备也可以是数字量设备，该数字量设备可以是水泵、风机、警报设备、其他等受数字信号控制的设备。

针对AI接收模块连接的应用现场设备也可以是模拟量设备，该模拟量设备可以是压力传感器、风速传感器、流量传感器、其他等可以采集模拟信号的设备。

针对AO控制模块连接的应用现场设备也可以是模拟量设备，该模拟量设备可以是光栅尺、电机解码器、其他等等受模拟信号控制的设备。

在实际应用时，应用现场需要的是数字量接收模块、数字量控制模块、模拟量接收模块还是模拟量控制模块，可以根据需要选择。另外，所需的数字量接收模块、数字量控制模块、模拟量接收模块和模拟量控制模块的数量也可以根据实际需求确定。

在一些实施例中，所述数字量接收模块、所述数字量控制模块、所述模拟量接收模块、所述模拟量控制模块均包括电源单元、IO功能单元以及烧写调试存储单元，所述电源单元、所述IO功能单元以及所述烧写调试存储单元之间通过AUTBUS总线连接；

所述电源单元用于：给所述IO功能单元以及所述烧写调试存储单元供电；

所述IO功能单元用于：实现所述数字量接收模块、所述数字量控制模块、所述模拟量接收模块、所述模拟量接收模块各自的功能；

所述烧写调试存储单元用于：进行程序烧写和功能调试。

在该些实施例中，该IO功能单元即为数字量接收单元(DI接收单元)、数字量控制单元(DO控制单元)、模拟量接收单元(AI接收单元)、模拟量控制单元(AO控制单元)。

在一些实施例中，所述IO功能单元包括至少一路信号处理单元和至少一路信号端口；

一路信号端口连接一路信号处理单元，所述至少一路信号处理单元连接所述AUTBUS总线。

在该些实施例中，一路信号端口连接应用现场设备，信号处理单元通过AUTBUS总线连接控制器。

在一些实施例中，所述IO功能单元还包括：至少一路信号输入指示灯，一路信号输入指示灯与一路信号端口连接。

在一些实施例中，所述电源单元包括电源和电源指示灯。

在一些实施例中，所述IO功能单元还包括电源隔离电路，所述电源隔离电路包括TVS二极管、第一滤波电容、第二滤波电容和磁珠；

其中，所述TVS二极管的正极与所述电源的正极连接；

所述TVS二极管的负极与所述电源隔离电路的正极连接，还与所述第一滤波电容和所述第二滤波电容并联后的一端连接；

所述第一滤波电容和所述第二滤波电容并联后的另一端与所述电源隔离电路的负极连接；

所述电源隔离电路的负极通过磁珠与所述电源的负极连接；

所述电源的负极和所述电源隔离电路的负极接地。

在一些实施例中，所述烧写调试存储单元包括一路或多路SPI FLASH；或，所述烧写调试存储单元包括UART端口和SPI FLASH。

在一些实施例中，所述IO模块还包括：防护电路，连接在所述烧写调试存储单元和所述AUTBUS总线之间，用于防止外部电压倒灌影响所述AUTBUS总线。

在一些实施例中，所述数字量接收模块、所述数字量控制模块、所述模拟量接收模块、所述模拟量控制模块还均包括AUTBUS总线指示灯；

所述AUTBUS总线指示灯用于：确定连接的所述AUTBUS总线是否正常工作。

在该些实施例中，基于图3至图6对数字量接收模块(下述以DI接收模块简称)、数字量控制模块(下述以DO控制模块简称)、模拟量接收模块(下述以AI接收模块简称)、模拟量控制模块(下述以AO控制模块简称)进行详细描述。

(一)DI接收模块

如图3所示为DI接收模块的具体结构，其中，DI接收模块包括AUTBUS总线、电源单元、DI接收单元以及烧写调试存储单元。

DI接收模块的数据流向为：通过DI接收单元从连接的(数字量)应用现场设备采集信号，DI接收单元通过AUTBUS总线向连接的控制器发送该采集信号。

其中，AUTBUS总线采用的是KY3001系列总线芯片(KY3001LR)，该芯片采用55nm工艺制程设计，流片与生产均为国内自主可控。芯片支持AUTBUS、CAN、ETH、UART、SPI、I2C等通讯接口，支持GPIO、PWM、CAP、ADC和DAC等通道接口，支持NOR和NAND FLASH等存储扩展，可实现控制与网络的融合。该芯片可广泛应用于轨道交通、智慧城市、智能楼宇、智能工厂石油石化、煤矿、车载、机器人等诸多总线需求场景。

其中，如图3所示，电源单元包括电源和电源指示灯，电源为AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)、DI接收单元以及烧写调试存储单元供电。如图4所示，电源指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为电源输出指示灯(绿)，还有一路是3.3V指示灯(绿)，分别指示产品上电正常和3.3V正常。

DI接收单元用来处理数字信号，它能够接收到来自按钮、开关等各种数字设备发出的信号，并将其转换为控制器可以处理的数字信号。如图3所示，DI接收单元可以包括两路信号处理单元、8路信号端口和8路信号输入通道灯(即多路信号输入指示灯，如图4所示)。其中，两路信号处理单元可以采用两个ELQ3H7芯片(即ELQ3H7_0和ELQ3H7_1)来配合KY3001LR总线芯片处理数字量信号。每一路信号处理单元连接4路信号端口，8路信号端口分别为DI_0---DI_7，即每个DI接收单元可以同时采集8路DI信号。8路信号输入通道灯用于指示接入DI信号时该通道灯亮起。

如图3所示，烧写调试存储单元可以包括UART*2端口和SPI FLASH。其中，UART是KY3001LR芯片与辅助设备的通信口，每片芯片自带两路UART。SPI FLASH用于存储芯片运作的程序。

如图3所示，该DI接收单元还可以包括总线信号指示灯，AUTBUS总线会发出总线信号(即AUTBUS信号)，该总线信号指示灯就是用于AUTBUS信号正常或有误。如图4所示，总线信号指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为ATB_RUN灯(绿)，还有一路是ATB_ERROR灯(红)，分别显示AUTBUS信号正常工作或者有误。

具体设计几路信号处理单元、几路信号端口和几路信号输入通道灯可以根据需求确定。

在烧写调试存储单元和AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)之间还可以连接防护电路，如图5所示，该防护电路可以是采用瞬态电压抑制二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)，即在烧写调试存储单元与KY3001系列总线芯片连接的所有外部接口之间添加该TVS二极管，防止外部电压倒灌影响KY3001LR主芯片。其中，外部接口指的是SWCLK、SWDIO、UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX。其中，SWCLK、SWDIO是FLASH的烧写口，程序从这个地方烧写进芯片中。UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX是两路UART，其可以控制KY3001LR芯片，也可以从这个位置控制程序的烧写。

防护电路也可以根据防护需求采用其他形式的电路和器件。

如图6所示，还可以为DI接收单元提供电源隔离电路，用来从电源中获得隔离的24V电压(即24V_ISO)，使用该隔离出的电压24V_ISO给DI接收单元内的其他电路供电，如果DI接收单元出问题可以断开24V_ISO，不影响其他的单元(即KY3001LR主芯片和烧写调试存储单元)。该电源隔离电路就是为了防止DI接收单元出现问题后影响其他的单元，提高设备的防护能力。

如图6所示，该电源隔离电路可以包括TVS二极管D37、第一滤波电容C66、第二滤波电容C68和磁珠FB7；

其中，TVS二极管D37的正极与电源的正极(24V)连接；

TVS二极管的负极与电源隔离电路的正极(24V_ISO)连接，还与第一滤波电容C66和第二滤波电容C68并联后的一端连接；

第一滤波电容C66和第二滤波电容C68并联后的另一端与电源隔离电路的负极(GND_F)连接；

电源隔离电路的负极(GND_F)通过磁珠FB7与电源的负极(GND)连接；

电源的负极(GND)和电源隔离电路的负极(GND_F)的负极接地。

该电源隔离电路也可以采用其他形式的电路形式，根据实际需要设计。

本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块中的所有接口通过温度试验、静电试验及其他冲击信号试验，可以做到高可靠性的热插拔设计。

(二)DO控制模块

如图7所示为DO控制模块的具体结构，其中，DO控制模块包括AUTBUS总线、电源单元、DO控制单元以及烧写调试存储单元。

DO控制模块的数据流向为：通过AUTBUS总线从控制器接收控制指令，通过AUTBUS总线将控制指令给到DO控制单元，DO控制单元将控制指令给到(数字量)应用现场设备。

其中，AUTBUS总线采用的是KY3001系列总线芯片(KY3001LR)，该芯片采用55nm工艺制程设计，流片与生产均为国内自主可控。芯片支持AUTBUS、CAN、ETH、UART、SPI、I2C等通讯接口，支持GPIO、PWM、CAP、ADC和DAC等通道接口，支持NOR和NAND FLASH等存储扩展，可实现控制与网络的融合。该芯片可广泛应用于轨道交通、智慧城市、智能楼宇、智能工厂石油石化、煤矿、车载、机器人等诸多总线需求场景。

其中，如图7所示，电源单元包括电源和电源指示灯，电源为AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)、DO控制单元以及烧写调试存储单元供电。如图4所示，电源指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为电源输出指示灯(绿)，还有一路是3.3V指示灯(绿)，分别指示产品上电正常和3.3V正常。

DO控制单元用来处理数字信号的，它能够将数字控制信号发送至各种数字设备，对各种数字设备进行控制。如图7所示，DO控制单元可以包括8路信号处理单元、8路信号端口和8路信号输出通道灯。其中，8路信号处理单元采用8个HF46F5-HS1芯片(即HF46F5-HS1_0……HF46F5-HS1_7)来配合KY3001LR芯片处理DO控制信号。每一路信号处理单元连接一路信号端口，8路信号端口分别为DO_0---DO_7，即每个DO控制单元可以同时发出8路DO控制信号。8路信号输出通道灯用于指示输出DO控制信号时该通道灯亮起。

如图7所示，烧写调试存储单元包括UART*2端口和SPI FLASH。其中，UART是KY3001LR芯片与辅助设备的通信口，每片芯片自带两路UART。SPI FLASH用于存储芯片运作的程序。

如图7所示，该DO控制单元还可以包括总线信号指示灯，AUTBUS总线会发出总线信号(即AUTBUS信号)，该总线信号指示灯就是用于AUTBUS信号挣常或有误。如图4所示，总线信号指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为ATB_RUN灯(绿)，还有一路是ATB_ERROR灯(红)，分别显示AUTBUS信号正常工作或者有误。

具体设计几路信号处理单元、几路信号端口和几路信号输入通道灯可以根据需求确定。

在烧写调试存储单元和AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)之间还可以连接防护电路，如图5所示，该防护电路可以是采用瞬态电压抑制二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)，即在烧写调试存储单元与KY3001系列总线芯片连接的所有外部接口之间添加该TVS二极管，防止外部电压倒灌影响KY3001LR主芯片。其中，外部接口指的是SWCLK、SWDIO、UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX。其中，SWCLK、SWDIO是FLASH的烧写口，程序从这个地方烧写进芯片中。UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX是两路UART，其可以控制KY3001LR芯片，也可以从这个位置控制程序的烧写。

也可以将如图6所示的电源隔离电路提供给DO控制单元，从电源中获得隔离的24V电压(即24V_ISO)，使用该隔离出的电压24V_ISO给DO控制单元内的其他电路提供电，如果DO控制单元出问题可以断开24V_ISO，不影响其他的单元(即KY3001LR主芯片和烧写调试存储单元)。该电源隔离电路就是为了防止DO控制单元出现问题后影响其他的单元，提高设备的防护能力。

该电源隔离电路也可以采用其他形式的电路形式，根据实际需要设计。

本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块中的所有接口通过温度试验、静电试验及其他冲击信号试验，可以做到高可靠性的热插拔设计。

(三)AI接收模块

如图8所示为AI接收模块的具体结构，其中，AI接收模块包括AUTBUS总线、电源单元、AI接收单元以及烧写调试存储单元。

AI接收模块的数据流向为：通过AI接收单元从连接的(模拟量)应用现场设备采集信号，AI接收单元通过AUTBUS总线向连接的控制器发送该采集信号。

其中，AUTBUS总线采用的是KY3001系列总线芯片(KY3001LR)，该芯片采用55nm工艺制程设计，流片与生产均为国内自主可控。芯片支持AUTBUS、CAN、ETH、UART、SPI、I2C等通讯接口，支持GPIO、PWM、CAP、ADC和DAC等通道接口，支持NOR和NAND FLASH等存储扩展，可实现控制与网络的融合。该芯片可广泛应用于轨道交通、智慧城市、智能楼宇、智能工厂石油石化、煤矿、车载、机器人等诸多总线需求场景。

其中，如8所示，电源单元包括电源和电源指示灯，电源为AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)、AI接收单元以及烧写调试存储单元供电。如图4所示，电源指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为电源输出指示灯(绿)，还有一路是3.3V指示灯(绿)，分别指示产品上电正常和3.3V正常。

AI接收单元用来处理模拟信号的，它能够接收到来自各种模拟设备发出来的信号，并将其转换为控制器可以处理的模拟信号。AI接收单元可以包括8路信号处理单元、8路信号端口和8路信号输入通道灯(即多路信号输入指示灯，如图8所示)。其中，8路信号处理单元采用8个SGM8557芯片来配合KY3001LR芯片处理AI信号，每一路信号处理单元连接一路信号端口。8路信号端口分别为AI_0---AI_7，即每个AI接收单元可以同时采集8路AI信号。8路信号输入通道灯用于指示接入AI信号时该通道灯亮起。

如图8所示，烧写调试存储单元包括UART*2端口和SPI FLASH。其中，UART是KY3001LR芯片与辅助设备的通信口，每片芯片自带两路UART。SPI FLASH用于存储芯片运作的程序。

如图8所示，该AI接收单元还可以包括总线信号指示灯，AUTBUS总线会发出总线信号(即AUTBUS信号)，该总线信号指示灯就是用于AUTBUS信号挣常或有误。如图4所示，总线信号指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为ATB_RUN灯(绿)，还有一路是ATB_ERROR灯(红)，分别显示AUTBUS信号正常工作或者有误。

具体设计几路信号处理单元、几路信号端口和几路信号输入通道灯可以根据需求确定。

在烧写调试存储单元和AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)之间还可以连接防护电路，如图5所示，该防护电路可以是采用瞬态电压抑制二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)，即在烧写调试存储单元与KY3001系列总线芯片连接的所有外部接口之间添加该TVS二极管，防止外部电压倒灌影响KY3001LR主芯片。其中，外部接口指的是SWCLK、SWDIO、UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX。其中，SWCLK、SWDIO是FLASH的烧写口，程序从这个地方烧写进芯片中。UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX是两路UART，其可以控制KY3001LR芯片，也可以从这个位置控制程序的烧写。

也可以将如图6所示的电源隔离电路提供给AI接收单元，从电源中获得隔离的24V电压(即24V_ISO)，使用该隔离出的电压24V_ISO给AI接收单元内的其他电路提供电，如果AI接收单元出问题可以断开24V_ISO，不影响其他的单元(即KY3001LR主芯片和烧写调试存储单元)。该电源隔离电路就是为了防止AI接收单元出现问题后影响其他的单元，提高设备的防护能力。

该电源隔离电路也可以采用其他形式的电路形式，根据实际需要设计。

本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块中的所有接口通过温度试验、静电试验及其他冲击信号试验，可以做到高可靠性的热插拔设计。

(四)AO控制模块

如图9所示为AO控制模块的具体结构，其中，AO控制模块包括AUTBUS总线、电源单元、AO控制单元以及烧写调试存储单元。

AO控制模块的数据流向为：通过AUTBUS总线从控制器接收控制指令，通过AUTBUS总线将控制指令给到AO控制单元，AO控制单元将控制指令给到(模拟量)应用现场设备。

其中，AUTBUS总线采用的是KY3001系列总线芯片(KY3001LR)，该芯片采用55nm工艺制程设计，流片与生产均为国内自主可控。芯片支持AUTBUS、CAN、ETH、UART、SPI、I2C等通讯接口，支持GPIO、PWM、CAP、ADC和DAC等通道接口，支持NOR和NAND FLASH等存储扩展，可实现控制与网络的融合。该芯片可广泛应用于轨道交通、智慧城市、智能楼宇、智能工厂石油石化、煤矿、车载、机器人等诸多总线需求场景。

其中，如图9所示，电源单元包括电源和电源指示灯，电源为AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)、AO控制单元以及烧写调试存储单元供电。如图4所示，电源指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为电源输出指示灯(绿)，还有一路是3.3V指示灯(绿)，分别指示产品上电正常和3.3V正常。

AO控制单元用来处理模拟信号的，它能够将模拟控制信号发送至各种模拟设备，对各种模拟设备进行控制。如图9所示，AO控制单元可以包括8路信号处理单元、8路信号端口和8路信号输出通道灯。其中，8路信号处理单元采用8个SGM8273芯片来配合KY3001LR芯片处理AO控制信号，每一路信号处理单元连接一路信号端口。8路信号端口分别为AO_0---AO_7，即每个AO控制单元可以同时发出8路AO控制信号。8路信号输出通道灯用于指示输出AO控制信号时该通道灯亮起。

如图9所示，烧写调试存储单元包括UART*2端口和SPI FLASH。其中，UART是KY3001LR芯片与辅助设备的通信口，每片芯片自带两路UART。SPI FLASH用于存储芯片运作的程序。

如图9所示，该AO控制单元还可以包括总线信号指示灯，AUTBUS总线会发出总线信号(即AUTBUS信号)，该总线信号指示灯就是用于AUTBUS信号挣常或有误。如图4所示，总线信号指示灯可以包含2路电源指示灯，一路为ATB_RUN灯(绿)，还有一路是ATB_ERROR灯(红)，分别显示AUTBUS信号正常工作或者有误。

具体设计几路信号处理单元、几路信号端口和几路信号输入通道灯可以根据需求确定。

在烧写调试存储单元和AUTBUS总线(KY3001系列总线芯片)之间还可以连接防护电路，如图5所示，该防护电路可以是采用瞬态电压抑制二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)，即在烧写调试存储单元与KY3001系列总线芯片连接的所有外部接口之间添加该TVS二极管，防止外部电压倒灌影响KY3001LR主芯片。其中，外部接口指的是SWCLK、SWDIO、UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX。其中，SWCLK、SWDIO是FLASH的烧写口，程序从这个地方烧写进芯片中。UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX是两路UART，其可以控制KY3001LR芯片，也可以从这个位置控制程序的烧写。

也可以将如图6所示的电源隔离电路提供给AO控制单元，从电源中获得隔离的24V电压(即24V_ISO)，使用该隔离出的电压24V_ISO给AO控制单元内的其他电路提供电，如果AO控制单元出问题可以断开24V_ISO，不影响其他的单元(即KY3001LR主芯片和烧写调试存储单元)。该电源隔离电路就是为了防止AO控制单元出现问题后影响其他的单元，提高设备的防护能力。

该电源隔离电路也可以采用其他形式的电路形式，根据实际需要设计。

本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块中的所有接口通过温度试验、静电试验及其他冲击信号试验，可以做到高可靠性的热插拔设计。

在现有的大规模工业生产中需要实时的系统数据刷新时间、快速的设备信息传输响应时间、具有精确时间戳的信息更新以方便问题溯源，但传统工业现场总线无法支持以上需求，AUTBUS总线可以很好的支持以上需求。基于此，可以将本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块应用到实际的工业应用场景中。

可以对本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块进行授时，确保基于AUTBUS总线的IO模块的时间准确性，将授时之后的基于AUTBUS总线的IO模块应用到大规模工业生产中，可以保证大规模工业生产中具有精确的时间戳。可以采用图10所示的基于AUTBUS总线的授时IO系统结构方案进行授时，授时可以采用两种方式：一种是通过秒脉冲信号(1Pulse PerSecond，1PPS)+日时间(Time of Day，TOD)方式经过AUTBUS Soc(即控制器)对基于AUTBUS总线的IO模块进行外部授时，一种是采用IEEE 1588协议经过AUTBUS Soc(即控制器)对基于AUTBUS总线的IO模块进行授时。

图11是基于AUTBUS总线的IO系统背板总线结构方案，当距离接近时，可以采用背板总线方式将本申请提出的基于AUTBUS的IO模块插入到控制器(主控机)上，实现近距离的数据传输。控制器上的直接数字控制系统(DDC，Direct Digital Control system)采用M7芯片和ASIC实现，通过背板总线的方式连接AUTBUS的IO模块，给了用户更多的选择，控制器可以选择市场上现有的方案，搭载本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块，既能利用AUTBUS高实时，高精度的特点，又能融合现有的控制方式。

在图11的基础上，还可以利用远程IO AUTBUS总线可以长距离传输、搭载多节点的特点实现数据的长距离传输，基于此提出图12所示的基于AUTBUS总线的远程IO系统结构方案，该方案适用于大型工厂或工业现场环境。

本申请提出的基于AUTBUS总线的IO模块和系统，采用AUTBUS总线，可以在模拟量采集和数字量采集实现高速高实时性通信及控制，以实现全网拓扑优化。通过AUTBUS总线提高了工业控制系统的通信带宽，解决了工业控制系统低速总线在大规模数据采集控制的带宽瓶颈及实时性、可靠性的问题，并且它是完全自主可控的国产总线芯片，对工业系统网络安全，以及全网系统的稳定运行有十分重要的意义。

AUTBUS总线的高可靠性也降低了一线操作人员的维护成本，方便了使用者的现场操作，有利于大范围的普及高新技术，提高生产建设的工作效率。同时，其高实时性结合高度智能化算法，大大提升工业生产控制的准确性和及时性，在风力、光伏、水电、石油化工等工业领域带来的降本增效价值，大大提高了能源利用率。另外，AUTBUS总线的极低误码率，也提高了系统鲁棒性。

另外，说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请保护范畴。