什么是通用控制器？如何在设计时更加方便？

我一直认为，如果你想成功，你需要模仿他人的成功并避免失败。当我开始我的职业生涯时，没有像Raspberry Pi这样的单板计算机，没有人认真对待工业应用Arduino。你可以想象我第一次在我设计的通用控制器上进行维护时有多糟糕。这是一个火灾报警控制器，手动拧上50多根电线。我不得不更换有故障的8针电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。客户感到不高兴，我很有压力要快速完成工作而且没有错误。那时我开始将通用控制器设计分离成单独的物理模块。同样，今天，您会发现Raspberry Pi在工业应用中发挥作用。这不仅是因为它的成本，还因为它的模块化设计。

什么是通用控制器？

随着组件和人工成本的继续为了增加电子行业，拥有最小的设计足迹似乎是合乎逻辑的。然而，在设计通用控制器时，从长远来看，这可能不是最佳选择。

与消费类电子产品（如智能手机和电视）不同，通用控制器采用通用规格设计并经常使用在较小的范围内。对于不同的固件，同一个控制器可以具有不同的功能。例如，它们可以用作支付机器控制器，安全管理控制器或简单的数据监控站。

典型的通用控制器包括

微控制器（MCU）

存储芯片，例如SRAM，FRAM，闪存，EEPROM

外设接口（以太网，USB，RS485）

输入（模拟，数字，光耦合器）

输出（继电器，数字）

电源管理

< p>线对板连接器

实际上，来自外部传感器，开关和设备的电缆在各自的连接器处端接到通用控制器的PCB。然后将通用控制器固定在工业机箱或终端机架上，定期对其进行维修。

在某些行业，停机意味着损失收入和愤怒的客户。

为什么应该为通用控制器使用模块化设计

从设计到成本的角度来看，在单个PCB上设计通用控制器是有意义的。但是，如果您考虑使用这些通用控制器的应用程序，节省成本的设计实际上可能会变成昂贵的支持和升级工作。由于通用控制器用于经受恶劣电气环境的应用，因此最好使用具有多个PCB的模块化设计。它们的需求随着时间的推移而不断变化，需要进行升级，因此在一些应用程序中保持最小的停机时间至关重要。

精心设计的模块化通用控制器允许用户在不拆除重要设备的情况下移除关键设备。从外壳整个单元或在耗时的操作中移除所有连接的电缆。只需移除故障模块并插入新模块即可完成更换。

通用控制器上的典型MCU模块

最佳模块化通用控制器设计实践

将通用控制器分成两个或多个模块将使维修或升级更加方便。但是，如果您未能将组件正确地分离到适当的模块上，那么这将是一种浪费的努力。关于如何设计模块化通用控制器没有标准的做法，但是这里有迄今为止很好的原则。

在我的设计中，我将我的通用控制器分成两个模块， I/O模块和MCU模块。 I/O模块最终安装并拧入外壳，MCU模块可以轻松插入I/O模块。

强大且寿命长的无源元件依赖于I/O模块。这包括电源管理电路，线对板连接器，通信IC，光耦合器和继电器。 MCU模块包括更智能的组件，如MCU，内存芯片，以太网电路和蓝牙或WiFi模块。

根据我作为设计工程师的经验，我发现组件，如MCU与电压调节器或继电器相比，存储芯片更容易出现故障。这就是隔离/无源组件有意义的原因。如果一个组件可能发生故障，可以在易于拆卸的MCU模块上找到它。

除了将组件分离到模块中之外，您还需要确保模块之间的互连，并且正确放置板到 - 板连接器。由于MCU模块依靠I/O模块供电，因此需要在板间连接器上分配足够的电压和接地引脚。

在一天结束时，设计通用控制器不仅仅是优先考虑短期制造成本。要真正有效，您需要考虑长期的品牌声誉和易于支持。设计模块化通用控制器将使您专注于优化设计和固件增强，支持团队将能够以最小的不适和停机时间更换故障模块。

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