CN221039843U - 一种上下位机组合控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种上下位机组合控制器，包括上位机、下位机和扩展板，所述上位机与下位机之间通过转接板连接，转接板集成PCIe金手指及PCIe插槽，扩展板上设有电源模块、下位机总线扩展模块、上位机存储模块和第一连接器，扩展板用于为电源板及下位机提供输入电源，电源板用于为上位机提供所需电源。扩展板上的下位机总线扩展模块、电源模块分别与第一连接器连接，扩展板上的第一连接器经连接板与下位机的第二连接器连接，扩展板上的上位机存储模块与第一硬盘接口连接，扩展板上的第一硬盘接口与上位机的第二硬盘接口连接，组合控制器的上下位机支持独立升级，缩短了研发周期，降低了研发成本，也更便于产品的维修更换，降低维修成本。

Description

一种上下位机组合控制器

技术领域

本实用新型属于数控***技术领域，具体涉及一种上下位机组合控制器。

背景技术

在高档数控***领域采用双CPU模块的上下位机结构，具备开放性及实时性的优点，满足高速、高精、多轴、多通道的应用场景。传统上下位机有两种组合方式。

第一种是上位机与下位机分别是独立的结构，独立供电，上下位机通过外部网线通信，这种组合方式存在体积大，布线安装繁琐，安装成本高，外部网线易受干扰，影响上下位机通信实时性的问题。

第二种是上、下位机集成在一块PCB板卡上，而上位机CPU采用的高性能x86处理器，生命周期短，一旦上位机处理器更新换代就需要对整块板卡重新设计升级，存在研发周期长，研发调试成本高及维修更换成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种易升级的一体式的上下位机组合控制器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型公开了一种上下位机组合控制器，包括上位机、下位机和扩展板，所述上位机与下位机之间通过转接板连接，所述扩展板上设有电源模块、下位机总线扩展模块、上位机存储模块和第一连接器，所述电源模块包括电源输入接口、电源电路和电源输出接口，所述电源电路的输入端与电源输入接口连接，所述电源电路的输出端与电源输出接口连接，所述扩展板的电源输出接口与上位机的电源输入接口连接或者所述扩展板的电源输出接口经电源板与上位机的电源输入接口连接，所述扩展板上的下位机总线扩展模块、电源模块分别与第一连接器连接，所述扩展板上的第一连接器与下位机的第二连接器连接或所述扩展板上的第一连接器经连接板与下位机的第二连接器连接，所述扩展板上的上位机存储模块与第一硬盘接口连接，所述扩展板上的第一硬盘接口与上位机的第二硬盘接口连接。

在一些实施例中，所述电源板上设有用于为上位机提供所需电源的DC-ATX电源模块，所述DC-ATX电源模块的输入端与电源板上的电源输入接口电连接，所述电源板的电源输入接口与扩展板的电源输出接口电连接，DC-ATX电源模块的输出端与电源板上的电源输出接口电连接，电源板上的电源输出接口与上位机的电源输入接口电连接；

或者，

扩展板上还设有用于为上位机提供所需电源的DC-ATX电源模块，所述DC-ATX电源模块的输入端与电源电路的输出端电连接，DC-ATX电源模块的输出端与扩展板的电源输出接口电连接，扩展板的电源输出接口与上位机的电源输入接口电连接。

在一些实施例中，所述电源电路包括DC-DC降压电路，所述DC-DC降压电路的输入端与电源输入接口电连接，所述DC-DC降压电路的输出端与电源输出接口电连接；

或/和，

所述电源板上的电源输出接口为ATX电源插座，所述上位机的电源输入接口为ATX电源母座，所述电源板上的ATX电源插座与上位机的ATX电源母座插接；

或/和，

所述扩展板的电源输出接口与电源板的电源输入接口通过电源线连接。

在一些实施例中，所述上位机通过SATA总线与所述扩展板的上位机存储模块通信；所述第一硬盘接口、第二硬盘接口为SATA接口，所述扩展板上的SATA接口通过SATA连接线与上位机的SATA接口连接。

在一些实施例中，所述上位机存储模块采用mSATA固态硬盘；mSATA固态硬盘与mSATA接口电连接，所述mSATA接口与扩展板上的SATA接口电连接。

在一些实施例中，上位机与下位机通过PCIe总线通信；所述第一连接器、第二连接器包含一组PCIe信号引脚及一组电源信号引脚。

在一些实施例中，所述转接板采用PCIe转接板，所述PCIe转接板上设有PCIe插槽和PCIe金手指，PCIe转接板的PCIe插槽与PCIe金手指通过导电线路电连接，所述上位机包括PCIe插槽，所述上位机的PCIe插槽与PCIe转接板的PCIe金手指插接，所述下位机包括PCIe金手指，所述下位机的PCIe金手指与PCIe转接板的PCIe插槽插接。

在一些实施例中，所述转接板采用PCIe转接板，所述PCIe转接板上设有PCIex4插槽和PCIex16金手指，PCIe转接板的PCIex4插槽与PCIex16金手指通过导电线路电连接，所述上位机包括PCIex16插槽，所述上位机的PCIex16插槽与PCIe转接板的PCIex16金手指插接，所述下位机包括PCIex1金手指，所述下位机的PCIex1金手指与PCIe转接板的PCIex4插槽插接。

在一些实施例中，所述上位机包括上位机主板，所述上位机主板上设有第一处理器，所述上位机主板上的第一处理器分别与其上的电源输入接口、第二硬盘接口以及PCIe插槽电连接；所述下位机包括下位机主板，所述下位机主板上设有第二处理器，所述下位机主板上的处理器分别与第二连接器以及PCIe金手指电连接。

在一些实施例中，所述上位机包括上位机主板，所述上位机主板上设有第一处理器，所述上位机主板上的第一处理器分别与其上的电源输入接口、第二硬盘接口以及PCIex16插槽电连接；所述下位机包括下位机主板，所述下位机主板上设有第二处理器，所述下位机主板上的处理器分别与第二连接器以及PCIex1金手指电连接。

在一些实施例中，所述连接板上设有第一金手指和第二金手指，所述第一金手指与扩展板的第一连接器插接，所述第二金手指与下位机的第二连接器插接。

在一些实施例中，所述下位机总线扩展模块包括支持PCIe总线通信的FPGA以及第一PHY芯片、第二PHY芯片和第一NCUC连接器、第二NCUC连接器，所述FPGA与第一连接器电连接，所述第一NCUC连接器与第一PHY芯片的输入端电连接，第一PHY芯片的输出端与FPGA的输入端电连接，FPGA的输出端与第二PHY芯片的输入端电连接，第二PHY芯片的输出端与第二NCUC连接器电连接。

本实用新型至少具有如下有益效果：本实用新型的上下位机组合控制器包括上位机、下位机、PCIe转接板、电源板、连接板及扩展板，这六部分可独立升级、更换及维修。其中上位机集成高性能的x86处理器，下位机集成性价比高、可满足工业总线高实时性要求的处理器，PCIe转接板集成PCIe金手指及PCIe插槽，上位机与下位机通过PCIe转接板连接。扩展板由电源模块、底板连接器、下位机总线扩展模块及上位机存储模块组成。扩展板提供电源板及下位机的输入电源，电源板提供上位机所需电源。本实用新型的上下位机组合控制器，将上位机与下位机集成至一个结构件中，减小了整体的安装尺寸，简化了产品的安装布线，增强了上下位机通信的抗干扰性。采用上下位机独立板卡设计，有利于产品的模块化，方便板卡的独立升级及维护更换；上位机采用市面上标准尺寸的主板，具有易采购的特点，解决了因上位机集成的x86高性能处理器更新换代快，需要不断更新产品设计而带来的研发周期长及研发成本高的问题，同时可以快速地响应终端市场不断升级的应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的上下位机组合控制器的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

参见图1，本实用新型实施例提供一种上下位机组合控制器，包括上位机、下位机和扩展板，所述上位机与下位机之间通过转接板连接，所述扩展板上设有电源模块、下位机总线扩展模块、上位机存储模块和第一连接器，所述电源模块包括电源输入接口、电源电路和电源输出接口，所述电源电路的输入端与电源输入接口连接，所述电源电路的输出端与电源输出接口连接，所述扩展板的电源输出接口与上位机的电源输入接口连接或者所述扩展板的电源输出接口经电源板与上位机的电源输入接口连接，所述扩展板上的下位机总线扩展模块、电源模块分别与第一连接器连接，所述扩展板上的第一连接器与下位机的第二连接器连接或所述扩展板上的第一连接器经连接板与下位机的第二连接器连接，所述扩展板上的上位机存储模块与第一硬盘接口连接，所述扩展板上的第一硬盘接口与上位机的第二硬盘接口连接。

在一些实施例中，上位机、下位机、转接板、电源板、连接板及扩展板可独立升级、更换及维修。所述上位机与下位机之间通过转接板连接，组合控制器的上下位机支持独立升级，避免因上位机主控芯片更新换代快而需要不断更新整个产品设计的问题，可单独升级上位机，缩短了研发周期，降低了研发成本，也更便于产品的维修更换，降低维修成本。所述组合控制器为一体化设计，共用一个结构件，体积小便于安装。

在一些实施例中，组合控制器还包括壳体，上位机、下位机、转接板、电源板、连接板及扩展板这六部分安装在壳体内。组合控制器采用一体化设计，简化安装布线。

在一些实施例中，所述扩展板的电源输入接口支持宽压输入(如支持18-28V的宽压输入)，为组合控制器的各模块提供电源输入。所述扩展板的电源模块为电源板提供所需的输入电源。

在一些实施例中，所述电源输入接口提供外部24V电源输入，如可以采用5.08mm间距的绿色凤凰端子，支持高达5A的电流输入。

在一些实施例中，所述电源电路的输出给电源板供电。所述电源电路包括DC-DC降压电路，所述DC-DC降压电路的输入端与电源输入接口电连接，所述DC-DC降压电路的输出端与电源输出接口电连接。

在一些实施例中，所述DC-DC降压电路用于将24V电压降压至12V输出，支持最大输出电流10A。所述电源输出接口采用5.08mm间距的2pin凤凰端子，对外提供12V的电源输出。

在一些实施例中，所述DC-DC降压电路由24V转12V的DC-DC控制器及其***配置电路与MOS管组成。

在一些实施例中，所述电源板为所述上位机提供输入电源。所述电源板上设有用于为上位机提供所需电源的DC-ATX电源模块，所述DC-ATX电源模块的输入端与电源板上的电源输入接口电连接，所述电源板的电源输入接口与扩展板的电源输出接口电连接，DC-ATX电源模块的输出端与电源板上的电源输出接口电连接，电源板上的电源输出接口与上位机的电源输入接口电连接。

在一些实施例中，所述电源板上的电源输出接口为ATX电源插座，所述上位机的电源输入接口为ATX电源母座，所述电源板上的ATX电源插座与上位机的ATX电源母座插接。

在一些实施例中，所述电源板的电源输入接口与扩展板的电源输出接口通过电源线连接。

作为优选，所述电源板采用标准的12V DC-ATX电源模块(ATX电源模块)，与所述上位机均内置标准定义的ATX电源连接器，电源板的ATX电源连接器(ATX电源插座)可以直接与上位机标准的ATX电源母座对插(形成电连接)；所述电源板提供电源给所述上位机，具体地，所述电源板为所述上位机提供所需的12V、5V及3.3V电源。

当然，上下位机组合控制器也可以不设置电源板，而是将电源板的电路集成到扩展板上，扩展板与上位机均集成ATX电源连接器，扩展板的ATX电源连接器与上位机的ATX电源连接器电连接。

在一些实施例中，扩展板上还设有用于为上位机提供所需电源的DC-ATX电源模块，所述DC-ATX电源模块的输入端与电源电路的输出端电连接，DC-ATX电源模块的输出端与扩展板的电源输出接口电连接，扩展板的电源输出接口与上位机的电源输入接口电连接。

在一些实施例中，所述上位机通过SATA总线与所述扩展板的上位机存储模块通信。

作为优选，所述上位机与所述扩展板均内置SATA连接器(SATA接口)即所述第一硬盘接口、第二硬盘接口为SATA接口。所述扩展板上的SATA连接器(SATA接口)通过SATA连接线与上位机的SATA连接器(SATA接口)连接。

在一些实施例中，扩展板上的第一硬盘接口以及上位机的第二硬盘接口为7pin的标准SATA接口。

所述上位机存储模块支持存储设备可拆卸且容量可扩展，与所述上位机通过高速总线连接。

在一些实施例中，所述上位机存储模块包括mSATA固态硬盘；mSATA固态硬盘与mSATA接口电连接，所述mSATA接口与扩展板上的SATA接口电连接。

在一些实施例中，所述mSATA固态硬盘安装在所述mSATA接口上，为上位机提供存储设备。

在一些实施例中，所述上位机存储模块采用标准的mSATA连接器(即mSATA接口)，兼容市面上标准的各种容量mSATA固态硬盘。

在一些实施例中，所述转接板采用PCIe转接板，所述上位机与所述下位机通过PCIe转接板连接。且所述上位机与所述下位机通过PCIe总线通信，该总线具有传输速度高，抗干扰性强的特点，满足上下位机对通信实时性要求高的特点。

在一些实施例中，PCIe转接板集成了PCIe金手指及PCIe插槽。所述PCIe转接板的PCIe插槽与PCIe金手指通过导电线路电连接，所述上位机包括PCIe插槽，所述上位机的PCIe插槽与PCIe转接板的PCIe金手指插接(并形成电连接)，所述下位机包括PCIe金手指，所述下位机的PCIe金手指与PCIe转接板的PCIe插槽插接(并形成电连接)。

作为优选实施例，所述PCIe转接板集成了标准的PCIex16金手指，并对外提供标准的PCIex4插槽。所述PCIex4插槽与PCIex16金手指通过导电线路电连接，所述上位机包括PCIex16插槽，所述上位机的PCIex16插槽与转接板的PCIex16金手指插接，所述下位机包括PCIex1金手指，所述下位机的PCIex1金手指与转接板的PCIex4插槽插接。

在一些实施例中，所述上位机包括上位机主板，所述上位机主板上设有第一处理器，所述上位机主板上的第一处理器分别与其上的电源输入接口、第二硬盘接口以及PCIex16插槽电连接；所述下位机包括下位机主板，所述下位机主板上设有第二处理器，所述下位机主板上的处理器分别与第二连接器以及PCIex1金手指电连接。

在一些实施例中，所述下位机主板集成了PCIex1金手指(集成PCIex1金手指，便于与上位机连接及通信)及底板连接器。

在一些实施例中，下位机主板集成性价比高，可满足工业总线高实时性要求的处理器。

作为优选，所述上位机采用小尺寸的标准mini-ITX主板，集成了高性能的x86处理器，支持windows、ubuntu等多种操作***，满足多种高档数控***应用环境。该类主板具有以下优点：

(1)尺寸小、功耗低，便于整机小型化设计；

(2)尺寸标准，便于结构件标准化设计；

(3)集成标准的ATX电源接口(如20pin ATX电源母座)便于采用标准的ATX电源板为其供电；并对外提供标准的PCIex16插槽，便于与下位机连接及通信，避免后续上位机主板升级改变其它板卡形态；

(4)易采购，避免因采购问题导致产品交付困难。

在一些实施例中，所述下位机与所述扩展板均内置底板连接器，通过配套连接板(连接卡)连接。所述下位机与扩展板上的内置底板连接器包含一组高速信号(如PCIe信号)及一组电源信号(如24V电源信号)。高速信号(PCIe信号)为所述下位机与所述下位机总线扩展模块通信总线；该电源信号(如24V电源信号)为所述扩展板输出，用于给所述下位机提供输入电源。

在一些实施例中，所述扩展板上的第一连接器与下位机的第二连接器连接，即扩展板与下位机之间通过配对的连接器(如母座与公座)连接，无需设置连接板。因为连接器要走高速信号，所以选择连接器时尽量选择对高速信号质量影响比较小的连接器。

在一些实施例中，所述第一连接器、第二连接器包含PCIe信号引脚及电源信号引脚。

在一些实施例中，所述连接板上设有第一金手指和第二金手指，所述第一金手指与扩展板的第一连接器插接(并形成电连接)，所述第二金手指与下位机的第二连接器插接(并形成电连接)。

在一些实施例中，所述下位机总线扩展模块通过高速总线(如PCIe总线)扩展工业总线接口，以满足工业数控***应用需求。

在一些实施例中，所述下位机总线扩展模块包括支持PCIe总线通信的FPGA以及第一PHY芯片、第二PHY芯片和第一NCUC连接器、第二NCUC连接器，所述FPGA与第一连接器电连接，所述第一NCUC连接器与第一PHY芯片的输入端电连接，第一PHY芯片的输出端与FPGA的输入端电连接，FPGA的输出端与第二PHY芯片的输入端电连接，第二PHY芯片的输出端与第二NCUC连接器电连接。

在一些实施例中，所述下位机总线扩展模块由支持PCIe总线通信的FPGA，2个百兆PHY芯片、2个NCUC连接器及芯片相关的***配置电路组成。通过PCIe总线扩展NCUC工业总线接口，用于与其它数控装置通信。

本实用新型的上位机及下位机均会对外提供标准的USB接口、显示接口、千兆以太网接口。扩展板对外提供工业总线接口(即NCUC连接器)。

本实用新型的上下位机组合控制器可以对外提供多路USB接口，多路千兆以太网接口、多路显示接口及两路工业总线接口，满足多种高档数控***的应用需求。

本实用新型提供了一种易升级的一体式的上下位机组合控制器，所述组合控制器为一体化设计，具有体积小，安装方便，布线简单的优点；所述组合控制器为模块化设计，内部集成多块板卡，各板卡可独立升级、更换及维修，缩短了研发周期，并降低了研发成本及维护成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种上下位机组合控制器，其特征在于：包括上位机、下位机和扩展板，所述上位机与下位机之间通过转接板连接，所述扩展板上设有电源模块、下位机总线扩展模块、上位机存储模块和第一连接器，所述电源模块包括电源输入接口、电源电路和电源输出接口，所述电源电路的输入端与电源输入接口连接，所述电源电路的输出端与电源输出接口连接，所述扩展板的电源输出接口与上位机的电源输入接口连接或者所述扩展板的电源输出接口经电源板与上位机的电源输入接口连接，所述扩展板上的下位机总线扩展模块、电源模块分别与第一连接器连接，所述扩展板上的第一连接器与下位机的第二连接器连接或所述扩展板上的第一连接器经连接板与下位机的第二连接器连接，所述扩展板上的上位机存储模块与第一硬盘接口连接，所述扩展板上的第一硬盘接口与上位机的第二硬盘接口连接。

2.如权利要求1所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述电源板上设有用于为上位机提供所需电源的DC-ATX电源模块，所述DC-ATX电源模块的输入端与电源板上的电源输入接口电连接，所述电源板的电源输入接口与扩展板的电源输出接口电连接，DC-ATX电源模块的输出端与电源板上的电源输出接口电连接，电源板上的电源输出接口与上位机的电源输入接口电连接；

或者，

扩展板上还设有用于为上位机提供所需电源的DC-ATX电源模块，所述DC-ATX电源模块的输入端与电源电路的输出端电连接，DC-ATX电源模块的输出端与扩展板的电源输出接口电连接，扩展板的电源输出接口与上位机的电源输入接口电连接。

3.如权利要求2所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述电源电路包括DC-DC降压电路，所述DC-DC降压电路的输入端与电源输入接口电连接，所述DC-DC降压电路的输出端与电源输出接口电连接；

或/和，

所述电源板上的电源输出接口为ATX电源插座，所述上位机的电源输入接口为ATX电源母座，所述电源板上的ATX电源插座与上位机的ATX电源母座插接；

或/和，

所述扩展板的电源输出接口与电源板的电源输入接口通过电源线连接。

4.如权利要求1所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述上位机通过SATA总线与所述扩展板的上位机存储模块通信；所述第一硬盘接口、第二硬盘接口为SATA接口，所述扩展板上的SATA接口通过SATA连接线与上位机的SATA接口连接。

5.如权利要求4所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述上位机存储模块采用mSATA固态硬盘；mSATA固态硬盘与mSATA接口电连接，所述mSATA接口与扩展板上的SATA接口电连接。

6.如权利要求1所述的上下位机组合控制器，其特征在于：上位机与下位机通过PCIe总线通信；所述第一连接器、第二连接器包含一组PCIe信号引脚及一组电源信号引脚。

7.如权利要求1或6所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述转接板采用PCIe转接板，所述PCIe转接板上设有PCIe插槽和PCIe金手指，PCIe转接板的PCIe插槽与PCIe金手指通过导电线路电连接，所述上位机包括PCIe插槽，所述上位机的PCIe插槽与转接板的PCIe金手指插接，所述下位机包括PCIe金手指，所述下位机的PCIe金手指与转接板的PCIe插槽插接。

8.如权利要求1所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述上位机包括上位机主板，所述上位机主板上设有第一处理器，所述上位机主板上的第一处理器分别与其上的电源输入接口、第二硬盘接口以及PCIe插槽电连接；所述下位机包括下位机主板，所述下位机主板上设有第二处理器，所述下位机主板上的处理器分别与第二连接器以及PCIe金手指电连接。

9.如权利要求1所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述连接板上设有第一金手指和第二金手指，所述第一金手指与扩展板的第一连接器插接，所述第二金手指与下位机的第二连接器插接。

10.如权利要求1所述的上下位机组合控制器，其特征在于：所述下位机总线扩展模块包括支持PCIe总线通信的FPGA以及第一PHY芯片、第二PHY芯片和第一NCUC连接器、第二NCUC连接器，所述FPGA与第一连接器电连接，所述第一NCUC连接器与第一PHY芯片的输入端电连接，第一PHY芯片的输出端与FPGA的输入端电连接，FPGA的输出端与第二PHY芯片的输入端电连接，第二PHY芯片的输出端与第二NCUC连接器电连接。