一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，公開的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，包括：輸入處理電路、輸出處理電路，輸入處理電路的2路轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、8路PT1000測(cè)量電路、4路熱電偶測(cè)量電路、12路4?20mA測(cè)量電路、2路電壓測(cè)量電路、22路開關(guān)量輸入測(cè)量電路分別與處理器MCU的輸入端相連；輸出處理電路的2路4?20mA輸出電路、20路開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路分別與處理器MCU輸出端相連；本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)各種參數(shù)的監(jiān)控及預(yù)警、自動(dòng)控制功能，達(dá)到了替代原監(jiān)控系統(tǒng)中PLC器件的目的，更好的滿足了高速大功率柴油機(jī)監(jiān)控需求，且綜合成本低等優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】
-種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，主要設(shè)及用于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、蓄 電池電壓等物理參數(shù)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn) 柴油機(jī)自動(dòng)起停車、數(shù)據(jù)通訊、冷卻水預(yù)熱、滑油預(yù)供等自動(dòng)控制功能。
【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油裝備、海洋工程裝備、道路工程機(jī)械等領(lǐng)域?qū)Ω咚俅蠊?率柴油機(jī)的需求越來(lái)越多，對(duì)柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度要求越來(lái)越高。計(jì)算機(jī)、微電 子、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)不斷升級(jí)帶動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的快速發(fā)展，為柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 的智能化提升起到了重要作用。早期柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)多采用毛細(xì)管儀表加分立電器元件相 結(jié)合的形式，具有主控電路原理簡(jiǎn)單、控制邏輯簡(jiǎn)單、功能少等特點(diǎn)。當(dāng)前柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 更多采用數(shù)字式控制方式，儀表多采用數(shù)碼顯示或LCD圖形顯示，主控部分多采用化C器件 或W單片機(jī)為核屯、的控制器構(gòu)成。盡管化C具有硬件通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、開發(fā)周期短等優(yōu) 點(diǎn)，但存在綜合應(yīng)用成本較高、部分硬件資源閑置、與柴油機(jī)控制需求貼合不夠緊密等缺 點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是提出一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控 制器。
[0004] 本實(shí)用新型為完成其發(fā)明任務(wù)采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，包括:輸入處理電路、輸出處理電路、通訊 電路、處理器MCU、電源電路、箱體，箱體內(nèi)設(shè)置有印刷電路板，印刷電路板上設(shè)置有與電源 電路相連的輸入處理電路、輸出處理電路、通訊電路、處理器MCU、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路；
[0006] 所述輸入處理電路包括:2路轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、8路PTlOOO測(cè)量電路、4路熱電偶測(cè)量 電路、12路4-20mA測(cè)量電路、2路電壓測(cè)量電路、22路開關(guān)量輸入測(cè)量電路，所述的2路轉(zhuǎn)速 測(cè)量電路與處理器MCU第一輸入端相連，所述的8路PTlOOO測(cè)量電路與處理器MCU第二輸入 端相連，所述的4路熱電偶測(cè)量電路與處理器MCU第S輸入端相連，所述的12路4-20mA測(cè)量 電路與處理器MCU第四輸入端相連，所述的2路電壓測(cè)量電路與處理器MCU第五輸入端相連， 所述的22路開關(guān)量輸入測(cè)量電路與處理器MCU第六輸入端相連；
[0007] 所述輸出處理電路包括:2路4-20mA輸出電路、20路開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路，所述的2 路4-20mA輸出電路與處理器MCU第一輸出端相連，所述的20路開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路與處理 器MCU第二輸出端相連；
[000引所述通訊電路包括：2路RS485總線驅(qū)動(dòng)電路和2路CAN總線驅(qū)動(dòng)電路，所述的2路 RS485總線驅(qū)動(dòng)電路由RS485隔離收發(fā)器組成，RS485隔離收發(fā)器一傳輸端與處理器MCU兩個(gè) 通訊端SCI接口相連，另一傳輸端與系統(tǒng)的2路RS485通訊總線相連;所述的2路CAN總線驅(qū)動(dòng) 電路由CAN隔離收發(fā)器組成，CAN隔離收發(fā)器一傳輸端與處理器MCU兩個(gè)CAN控制器相連，另 一傳輸端與系統(tǒng)的2路CAN通訊總線相連；
[0009] 所述電源電路包括:開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596-12、DC-DC隔離電源模塊，所述的開關(guān) 電壓調(diào)節(jié)器LM2596-12輸入端分別與24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的24V的DC-DC隔離電源模塊、24V 電源轉(zhuǎn)換為隔離的5V的DC-DC隔離電源模塊相連，24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的24V的DC-DC隔離電 源模塊型號(hào)為:URB2424XD-10WR2; 24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的5V的DC-DC隔離電源模塊型號(hào)為： URB2405XD-10WR2;所述處理器MCU電路為飛思卡爾16位處理器9S12XEP100。
[0010] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述轉(zhuǎn)速測(cè)量電路由阻容電路、=極管 BC846、光禪PS2811組成，阻容電路通過S極管BC846與光禪PS2811輸入端相連，光禪PS2811 輸入端設(shè)置有發(fā)光管LED。
[0011] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述PTlOOO測(cè)量電路，包括:系統(tǒng)外部溫度 傳感器PTlOOO采集輸入電路hd_A、8選1多路復(fù)用電子開關(guān)電路和精密運(yùn)算放大器，所述 的8選1多路復(fù)用電子開關(guān)電路的輸入端Sa-訊與系統(tǒng)外部溫度傳感器PTlOOO采集輸入電路 化d_A輸出端相連;8選1多路復(fù)用電子開關(guān)電路的輸出端化-抓與精密運(yùn)算放大器輸入端 相連。
[0012] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述熱電偶測(cè)量電路由帶冷端補(bǔ)償?shù)腒型 熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675組成。
[0013] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述4-20mA測(cè)量電路，包括具有供電控制 和總電流過流保護(hù)功能的壓力變送器的供電電源電路化d_A、具有對(duì)壓力變送器信號(hào)進(jìn)行 轉(zhuǎn)換、放大和采樣及對(duì)單路傳感器的過流保護(hù)功能的壓力變送器的信號(hào)采樣電路hd_B;
[0014] 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A-端通過接線端P+與系統(tǒng)外部壓力變 送器電源端連接，另一端連接直流電源24V;所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路化d_B-端 通過接線端P-與系統(tǒng)外部壓力變送器信號(hào)輸出端連接，另一端連接處理器MCU;
[0015] 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A由二極管Dl通過S極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管 Q2相連，=極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)通過=極管Q3連接處理器MCU;=極管Ql與場(chǎng)效 應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)與比較器LM2901相連;場(chǎng)效應(yīng)管Q2型號(hào)為FQD17P06;
[0016] 所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路化d_B由場(chǎng)效應(yīng)管Q4通過取樣電阻與運(yùn)放器 AD8608相連組成;與場(chǎng)效應(yīng)管Q4相連的取樣電阻取樣端為D端點(diǎn)，運(yùn)放器AD8608輸出端為F 端點(diǎn);場(chǎng)效應(yīng)管Q4型號(hào)為2N7002。
[0017] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述電壓測(cè)量電路為對(duì)供電電壓或蓄電池 電壓測(cè)量的電路，包括電壓隔離輸入的隔離變送器T6630P與運(yùn)放器AD8608,運(yùn)放器AD8608 為同向緩沖器;隔離變送器T6630P的輸入端Inputl與Inputs間電位差即待測(cè)電壓。
[0018] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述開關(guān)量輸入測(cè)量電路，包括:開關(guān)量輸 入信號(hào)檢測(cè)電路、帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路，
[0019] 所述開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路由檢測(cè)電路供電電路化d_A、對(duì)開關(guān)量信號(hào)的轉(zhuǎn)換、開 關(guān)量通道采集電路化d_B與兩個(gè)多路復(fù)用開關(guān)電路HC151連接組成，所述檢測(cè)電路供電電 路化d_A由S極管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)放器、光禪組成，S極管與場(chǎng)效應(yīng)管運(yùn)放器連接構(gòu)成的復(fù) 合管A點(diǎn)與第一光禪相連，通過運(yùn)放器與第二光禪相連;所述開關(guān)量通道采集電路化d_B由 光禪U4與發(fā)光管L邸電連接組成；
[0020] 所述帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路由檢測(cè)電路的供電電路、開關(guān)量 通道采集及斷線偵測(cè)電路化d_B分別與系統(tǒng)外部開關(guān)量連接組成，開關(guān)量通道采集及斷線 偵測(cè)電路化d_B由兩組采集/斷線偵測(cè)電路組成，每組采集/斷線偵測(cè)電路由阻容電路通過 運(yùn)放器L2901與光禪連接組成。
[0021] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述4-20mA輸出電路由運(yùn)放AD8608與隔離 變送器T6130P電連接構(gòu)成0V-5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的電流信號(hào)的隔離輸出電路。
[0022] -種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，所述開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路由光禪通過=極 管放大器與驅(qū)動(dòng)繼電器連接組成，所述的驅(qū)動(dòng)繼電器為常開觸點(diǎn)輸出的繼電器，或?yàn)槌ｉ_ 常閉觸點(diǎn)輸出的繼電器。
[0023] 由于采用如上所述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)越性：
[0024] 本實(shí)用新型所述主控制器綜合運(yùn)用了單片機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線、傳感器測(cè)量等技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 了柴油機(jī)各種參數(shù)的監(jiān)控及預(yù)警、自動(dòng)控制功能，達(dá)到了替代原監(jiān)控系統(tǒng)中化C器件的目 的，具有控制需求貼合更好、邏輯處理能力更靈活、硬件資源配置更適合、綜合成本低等優(yōu) 勢(shì)。與其它同類柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控部分相比，從硬件資源配置、MCU選用、傳感器測(cè)量電 路、控制器結(jié)構(gòu)等方面都存在不同之處，更好的滿足了高速大功率柴油機(jī)監(jiān)控需求。
【附圖說明】
[0025] 圖1為柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；
[00%]圖2為主控單元實(shí)物及面板布局示意圖；
[0027] 圖3為主控單元系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4為轉(zhuǎn)速測(cè)量電路原理示意圖；
[0029] 圖5為波形示意圖；
[0030] 圖6為PTlOOO測(cè)量電路原理圖示意圖；
[0031 ]圖7為電阻值-溫度修正值分度表示意圖；
[0032] 圖8為K型熱電偶測(cè)量電路；
[0033] 圖9為4-20mA測(cè)量電路原理示意圖；
[0034] 圖10為電壓測(cè)量電路原理圖；
[0035] 圖11為開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路原理圖；
[0036] 圖12為帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路原理圖；
[0037] 圖13為圖12檢測(cè)電路的局部A放大圖；
[0038] 圖14為圖12檢測(cè)電路的局部B放大圖；
[0039] 圖15為4-20mA輸出電路原理示意圖；
[0040] 圖16為開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路原理示意圖；
[0041 ]圖17為MCU與通訊電路連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 結(jié)合附圖和具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明加W說明：
[0043] 如圖1至圖17所示，一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，包括:輸入處理電路、輸 出處理電路、通訊電路、處理器MCU、電源電路、箱體，箱體內(nèi)設(shè)置有印刷電路板，印刷電路板 上設(shè)置有與電源電路相連的輸入處理電路、輸出處理電路、通訊電路、處理器MCU、實(shí)時(shí)時(shí)鐘 電路；
[0044] 所述輸入處理電路包括:2路轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、8路PTlOOO測(cè)量電路、4路熱電偶測(cè)量 電路、12路4-20mA測(cè)量電路、2路電壓測(cè)量電路、22路開關(guān)量輸入測(cè)量電路，所述的2路轉(zhuǎn)速 測(cè)量電路與處理器MCU第一輸入端相連，所述的8路PTlOOO測(cè)量電路與處理器MCU第二輸入 端相連，所述的4路熱電偶測(cè)量電路與處理器MCU第S輸入端相連，所述的12路4-20mA測(cè)量 電路與處理器MCU第四輸入端相連，所述的2路電壓測(cè)量電路與處理器MCU第五輸入端相連， 所述的22路開關(guān)量輸入測(cè)量電路與處理器MCU第六輸入端相連；
[0045] 所述輸出處理電路包括:2路4-20mA輸出電路、20路開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路，所述的2 路4-20mA輸出電路與處理器MCU第一輸出端相連，所述的20路開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路與處理 器MCU第二輸出端相連；
[0046] 所述通訊電路包括：2路RS485總線驅(qū)動(dòng)電路和2路CAN總線驅(qū)動(dòng)電路，所述的2路 RS485總線驅(qū)動(dòng)電路由RS485隔離收發(fā)器組成，RS485隔離收發(fā)器一傳輸端與處理器MCU兩個(gè) 通訊端SCI接口相連，另一傳輸端與系統(tǒng)的2路RS485通訊總線相連;所述的2路CAN總線驅(qū)動(dòng) 電路由CAN隔離收發(fā)器組成，CAN隔離收發(fā)器一傳輸端與處理器MCU兩個(gè)CAN控制器相連，另 一傳輸端與系統(tǒng)的2路CAN通訊總線相連；
[0047] 所述電源電路包括:開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596-12、DC-DC隔離電源模塊，所述的開關(guān) 電壓調(diào)節(jié)器LM2596-12輸入端分別與24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的24V的DC-DC隔離電源模塊、24V 電源轉(zhuǎn)換為隔離的5V的DC-DC隔離電源模塊相連，24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的24V的DC-DC隔離電 源模塊型號(hào)為:URB2424XD-10WR2; 24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的5V的DC-DC隔離電源模塊型號(hào)為： URB2405XD-10WR2;LM2596-12為開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器可W將外部輸入的24V電源轉(zhuǎn)換為12V電源 為系統(tǒng)內(nèi)部電路供電。
[0048] 由圖1可知柴油機(jī)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)主要由基本監(jiān)控系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)及調(diào)速控制 系統(tǒng)構(gòu)成。柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)柴油機(jī)的監(jiān)視、控制、保護(hù)、外部系統(tǒng)連接、數(shù)字通訊等 功能。
[0049] 所述的基本監(jiān)控系統(tǒng)，包括:顯示單元、主控制器、傳感器及執(zhí)行部件單元，主控制 器是基本監(jiān)控系統(tǒng)的核屯、單元一一主控單元，它對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)可W接收外部的操作指令產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)。
[0050] 整個(gè)系統(tǒng)的對(duì)外接口包括50路輸入，22路輸出和4路通信接口（見圖2)?？蒞實(shí)現(xiàn) 對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)、PTlOOO溫度傳感器信號(hào)、4~20mA信號(hào)、K分度熱電偶信號(hào)、電壓信號(hào)、開關(guān)量信 號(hào)的采集。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)4~20mA模擬量輸出和開關(guān)量繼電器輸出。另外，通訊接口包括RS485 總線和CAN總線兩類。各類別接口數(shù)量見表1所示。表1各類別接口數(shù)量表
[0化1 ]
[0052]主控單元系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。輸入處理包括6種類型的單元電路，分別為:轉(zhuǎn)速測(cè) 量電路、PTlOOO測(cè)量電路、熱電偶測(cè)量電路、4-20mA測(cè)量電路、電壓測(cè)量電路和開關(guān)量輸入 測(cè)量電路。輸出處理包括巧中類型的單元電路，分別為:4-20mA輸出電路和開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng) 電路。電源電路為系統(tǒng)內(nèi)各電路提供所需電源。
[0化3] 1、輸入處理電路
[0化4] 1)、轉(zhuǎn)速測(cè)量電路
[0055] 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路完成轉(zhuǎn)速信號(hào)的采樣、整形和電平轉(zhuǎn)換。所述轉(zhuǎn)速測(cè)量電路由阻容 電路、S極管BC846、光禪PS2811組成，阻容電路通過S極管BC846與光禪PS2811輸入端相 連，光禪PS2811輸入端設(shè)置有發(fā)光管LED。其原理如圖4所示，該電路主要器件包括1個(gè)S極 管BC846和1個(gè)光禪PS2811。
[0056] 電路輸入I噸Ut和輸出Ou化Ut-MCU的波形示意如圖5所示。電路將輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào) 轉(zhuǎn)換為5V左右的矩形波，送入MCU。
[0057] MCU在200ms內(nèi)對(duì)送入的信號(hào)Ou化Ut-MCU計(jì)數(shù)，將時(shí)間、計(jì)數(shù)值和飛輪齒數(shù)代入W 下公式，即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速值。
[0化引
[0059] 其中：轉(zhuǎn)速單位為轉(zhuǎn)/分鐘，柴油機(jī)飛輪齒數(shù)由被監(jiān)控柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)決定。
[0060] 2XPT1000 測(cè)量電路
[0061] PTlOOO測(cè)量電路完成對(duì)PTlOOO溫度傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和采樣。它將PTlOOO 的電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值，并將其和供電參考電壓一起送入MCU，MCU對(duì)送入的電壓信號(hào)進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換后，可W根據(jù)電壓值計(jì)算出電阻值，并根據(jù)傳感器電阻與溫度的推算公式計(jì)算出溫 度值。該電路解決了因MCU AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓與采樣電路供電電壓不一致造成的測(cè)量結(jié) 果不準(zhǔn)確的問題，同時(shí)，在僅占用2個(gè)MCU AD采樣通道的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)8路PT 1000信號(hào)的 分時(shí)復(fù)用采集。
[0062] 所述PTlOOO測(cè)量電路，包括:系統(tǒng)外部溫度傳感器PTlOOO采集輸入電路hd_A、8 選1多路復(fù)用電子開關(guān)電路和精密運(yùn)算放大器，所述的8選1多路復(fù)用電子開關(guān)電路的輸入 端Sa-Sb與系統(tǒng)外部溫度傳感器PTlOOO采集輸入電路化d_A輸出端相連;8選1多路復(fù)用電 子開關(guān)電路的輸出端化-抓與精密運(yùn)算放大器輸入端相連。此電路原理如圖6所示，該電路 主要器件包括8選1多路復(fù)用電子開關(guān)ADG507和精密運(yùn)算放大器AD8608。
[0063] 圖6中左側(cè)實(shí)線框內(nèi)表示外部PTlOOO溫度傳感器的連接方法。為了使電路簡(jiǎn)潔便 于理解，運(yùn)里僅畫出1路PTlOOO采集的輸入電路即局部電路^d_A。實(shí)際電路板含有8路 PTlOOO采集輸入電路，即使用了相同的共8個(gè)化d_A電路，其對(duì)應(yīng)的輸出Sa、訊依次接入 ADG507的輸入端口 Sla~S&1和S化~S8b。局部電路化d_A和局部電路化d_B間通過ADG507 相連。MCU輸出控制信號(hào)MCU-A0、MCU-A1、MCU-A2和MCU-EN，用W控制ADG507從8路PT1000輸 入電路中選擇希望采集的1路信號(hào)送入化d_B，并最終輸出Ou化Ut-MCU-AD巧日Ou化Ut-MCU- AD2至MCU。
[0064] 為便于說明整個(gè)電路的工作原理，運(yùn)里W Sa、訊信號(hào)經(jīng)過ADG507送入化、抓的情況 責(zé)徹I iin W說陽(yáng)"且由義絲寫化親的由與賠化力n親9斷呆_
[0(?日]表2符號(hào)電氣特性對(duì)照表[0066] MCU對(duì)化Utl進(jìn)行12位采樣精度的AD轉(zhuǎn)換，有
[0067
[0068 傭，有
[0069 2)
[0070] 運(yùn)放U2、U3作為同相緩沖器使用，結(jié)合ADG507的信號(hào)轉(zhuǎn)接作用有：
[0071]
[0072]
[0073] ：5)
[0074] 則有
[0075]
[0076] Iref與采樣電路供電電壓U相等為5V，公 式(6)巧
[0077]
[0078] MCU直接按照公式口）即可計(jì)算出所需的傳感器電阻值。但實(shí)際情況，Uref和U與設(shè) 計(jì)電壓值并不完全一致，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，化ef在4.97V~5.03V之間，U在4.96V~5.05V之間。如 果仍然使用公式(7)，由此對(duì)待測(cè)溫度值引入的最大誤差可達(dá)13°C左右。為解決此問題，電 路設(shè)計(jì)時(shí)，在C點(diǎn)引出一個(gè)供電參考電壓UC送入MCU，如圖6所示。MCU對(duì)Uout2進(jìn)行12位采樣 精度的AD轉(zhuǎn)換，則有
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083] (10)
[0084]
[0085]
[0086] ：(：(9)、（10)、（11)、（12)代入(8)中，有
[0087]
[008引
[0089]
[0090] MCU按照公式（14)即可計(jì)算出所需傳感器電阻值。通過引入供電參考電壓UC的AD 采樣值D2,可W在計(jì)算傳感器電阻值的過程中使用D2代替比例因子
，消除了由MCU AD 轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓化ef與采樣電路供電電壓U不一致帶來(lái)的誤差。使用化t根據(jù)下面的公式 即可計(jì)算出溫度値。
[0091]
)
[0092] PTlOOO在溫度測(cè)量時(shí)存在非線性誤差，對(duì)其進(jìn)行線性化校正可W使測(cè)量結(jié)果更加 準(zhǔn)確。因此，在向外輸出待測(cè)溫度前，MCU會(huì)采用分段查表和線性插值的方法對(duì)溫度值化進(jìn) 行線性化校正。具體方法如下：首先在MCU中建立一個(gè)電阻值-溫度修正值的分度表(見圖 7)，
[0093] 然后根據(jù)化t所在區(qū)域用插值法確定溫度修正值Tc,如公式（16)所示
[0094； 6)
[00M; 行修正后輸出待測(cè)溫度值T，如公式（17)所 /J、- O
[0096；
[0097] 3)、熱電偶測(cè)量電路
[0098] 熱電偶測(cè)量電路完成對(duì)K型熱電偶信號(hào)的放大、補(bǔ)償、轉(zhuǎn)換和采樣。該電路主要器 件采用帶冷端補(bǔ)償?shù)腒型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675,可W實(shí)現(xiàn)(TC到1024°C的溫度測(cè)量，并 將溫度值W數(shù)字量的形式通過SPI串口送入MCU，同時(shí)還具有熱電偶斷線檢測(cè)功能。
[0099] 所述熱電偶測(cè)量電路由帶冷端補(bǔ)償?shù)腒型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675組成。電路原 理圖如圖8所示，該圖中包含4路熱電偶測(cè)量電路，它們共享數(shù)據(jù)線MCU-SO和時(shí)鐘線MCU- SCK，MCU通過片選信號(hào)MCU-CSl、MCU-CS2、MCU-CS3和MCU-CS4，從輸入的4路熱電偶信號(hào)中選 擇希望采集的1路信號(hào)送入MCU。電路在僅占用1個(gè)SPI串口的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)4路熱電偶信 號(hào)的采集。
[0100] 4)、4-20mA 測(cè)量電路
[0101] 4-20mA測(cè)量電路在為壓力變送器供電的同時(shí)完成對(duì)壓力變送器信號(hào)的轉(zhuǎn)換、放大 和采樣，并具有分級(jí)過流保護(hù)功能，即對(duì)測(cè)量電路的總電流和各采集通道的分電流都有對(duì) 應(yīng)的過流保護(hù)。
[0102] 所述4-20mA測(cè)量電路，包括具有供電控制和總電流過流保護(hù)功能的壓力變送器的 供電電源電路hd_A、具有對(duì)壓力變送器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大和采樣及對(duì)單路傳感器的過 流保護(hù)功能的壓力變送器的信號(hào)采樣電路hd_B;
[0103] 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A-端通過接線端P+與系統(tǒng)外部壓力變 送器電源端連接，另一端連接直流電源24V;所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路化d_B-端 通過接線端P-與系統(tǒng)外部壓力變送器信號(hào)輸出端連接，另一端連接處理器MCU;
[0104] 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A由二極管Dl通過S極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管 Q2相連，=極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)通過=極管Q3連接處理器MCU;=極管Ql與場(chǎng)效 應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)與比較器LM2901相連;場(chǎng)效應(yīng)管Q2型號(hào)為FQD17P06;
[0105] 所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路化d_B由場(chǎng)效應(yīng)管Q4通過取樣電阻與運(yùn)放器 AD8608相連組成;與場(chǎng)效應(yīng)管Q4相連的取樣電阻取樣端為D端點(diǎn)，運(yùn)放器AD8608輸出端為F 端點(diǎn)；場(chǎng)效應(yīng)管Q4型號(hào)為2N7002。其電路原理如圖9所示，該電路主要器件包括S極管BC856 和 BC846、場(chǎng)效應(yīng)管 FQDl 7P06 和 2N7002、比較器 LM2901、運(yùn)放 AD8608。
[0106] 圖9中上部實(shí)線框內(nèi)表示外部壓力變送器的連接方法，壓力變送器W串連方式接 入電路。為了使電路簡(jiǎn)潔便于理解，運(yùn)里僅畫出1路傳感器通道采集電路即局部電路化的_ B。實(shí)際電路板含有12路傳感器通道采集電路，即使用了相同的共12個(gè)化d_B電路，12路輸 出Ou化Ut-MCU-AD分別送入MCU進(jìn)行AD采樣。同時(shí)，MCU輸出1路供電控制信號(hào)MCU-PW-CRT和 12路通道控制信號(hào)MCU-CH-CRT，前者可W實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量電路的供電控制，后者可W實(shí)現(xiàn)對(duì)每 個(gè)通道采集電路的單獨(dú)控制。為便于說明各符號(hào)代表的電氣特性如表3所示。
[0107] 親3符號(hào)由氣據(jù)忡
[010引 4-20mA測(cè)量電路主要包括化d_A，化d_B兩部分(見圖9)。其中化d_A是測(cè)量電路 的供電電路并具有供電控制和總電流過流保護(hù)功能;？3的_8是傳感器通道采集電路，它對(duì) 壓力變送器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大和采樣，同時(shí)具有對(duì)單路傳感器的過流保護(hù)功能。
[0109]局部電路化d_A的供電控制功能是指通過控制信號(hào)MCU-PW-CRT實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量電路 的供電通斷控制。供電控制信號(hào)MCU-PW-CRT與供電狀態(tài)的關(guān)系見表4所示。當(dāng)MCU-PW-CRT為 邏輯1時(shí)，電壓肥接近5V，S極管Q3飽和導(dǎo)通，在R2、R3的分壓作用下UB電壓約為12V，場(chǎng)效應(yīng) 管Q2為P溝道MOS管，其柵源極閥值電壓Vcs(th) = 4V，實(shí)際Q2的柵源極電壓Vgs>24V-UB=12V > Vgs (th)故Q2導(dǎo)通，24V供電電源被接入測(cè)量電路。當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯0時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入電壓 肥接近〇V，Q3截止，UB電壓約為24V，Q2的柵源極電壓VGs>24V-UB = 0V<VGs(th)故Q2關(guān)斷，24V 供電電源被斷開。 「rn^Al 豐 y) 蟲|| /壬口. I-"4* Ht、此小
[0111 ]局部電路化d_A的總電流過流保護(hù)功能是指當(dāng)4-20mA測(cè)量電路總工作電流超過 設(shè)計(jì)的額定電流值時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)將24V供電電源斷開，達(dá)到電路保護(hù)的目的?？紤]到壓力 傳感器的工作電流每路最大為25mA，12路壓力傳感器接入電路后的最大電流值約為300mA， 故將4-20mA測(cè)量電路額定電流值設(shè)計(jì)為350mA，運(yùn)樣可W在保證不影響電路正常工作的同 時(shí)防止過大電流誤流入可能對(duì)測(cè)量電路造成的損壞。
[0112] 自動(dòng)斷電保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)過程和實(shí)現(xiàn)原理如下所述。MCU通過讀取Ou化Ut-MCU-PW 的值來(lái)判斷電路的供電狀態(tài)，一旦Ou化Ut-MCU-PW為0,則MCU認(rèn)為測(cè)量電路需要斷開電源， 置MCU-PW-CRT為0。狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5所示。實(shí)現(xiàn)原理為：當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯1，24V供電 電源接入測(cè)量電路后，如果正常供電，UB約為12V，有UB<UC，比較器Ul輸出端為高阻關(guān)斷狀 態(tài)，Output-MCU-PW被上拉至5V左右，MC閑尋其讀作邏輯1，此時(shí)MCU認(rèn)為電路正常供電，MCU- PW-CRT不變?nèi)詾?。當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯0正常切斷供電時(shí)，UB約為24V，有UB >UC，比較器Ul 輸出端為低阻導(dǎo)通狀態(tài)，Output-MCU-PW接近0V，MC閑尋其讀作邏輯0,此時(shí)MCU認(rèn)為電路供電 被切斷，MCU-PW-CRT不變?nèi)詾?。當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯1時(shí)，如果電路出現(xiàn)過流，IRl為350mA， 貝化Rl為0.7V，故S極管Ql飽和導(dǎo)通，UB電壓約24V，UB>UC，比較器Ul輸出端為低阻導(dǎo)通狀 態(tài)，Ou化Ut-MCU-PW接近0V，MC閑尋其讀作邏輯0,此時(shí)MCU認(rèn)為電路總工作電流異常需要對(duì)測(cè) 量電路進(jìn)行保護(hù)，強(qiáng)制置MCU-PW-CRT為邏輯0，24V供電電源被斷開。
[0113] 表5狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系表
[0114]
[0115] 局部電路化d_B將壓力變送器輸入的4-20mA信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并放大后送入 MCU，MCU可W根據(jù)電壓值計(jì)算出電流值，并根據(jù)電流與壓力的轉(zhuǎn)換公式計(jì)算出實(shí)際的壓力 值。計(jì)算過程如下所述。
[0116] MCU對(duì)UF進(jìn)行12位AD轉(zhuǎn)換，有
[0117]
[011引 作用，故
[0119]
[0120] C系，Wo-IM化量程為例，待測(cè)壓力值P為
[0121]
[0122]
[0123]
[0124] V(20)可得
[0125] (22)
[0126] MCU按照公式(22)即可計(jì)算出待測(cè)壓力值，單位MPa。
[0127] 壓力變送器信號(hào)的量程為4-20mA，對(duì)應(yīng)UF的范圍為0.96-4.8V，當(dāng)MCU檢測(cè)到輸入 電壓UF超過此量程上限時(shí)，認(rèn)為需要對(duì)該通道傳感器進(jìn)行過流保護(hù)，故強(qiáng)制置MCU-CH-CRT 為邏輯0。場(chǎng)效應(yīng)管Q4為N溝道MOS管，其柵源極閥值電壓VGs(th) = 3V，當(dāng)MCU-CH-CRT為邏輯0 時(shí)Q4的柵源極電壓VGs>0V<VGs(th)，貝化4關(guān)斷，傳感器被斷開，達(dá)到了對(duì)該通道傳感器過流 保護(hù)的目的。
[012引 5)、電壓測(cè)量電路
[0129] 電壓測(cè)量電路完成對(duì)供電電壓或蓄電池電壓的測(cè)量。
[0130] 所述電壓測(cè)量電路為對(duì)供電電壓或蓄電池電壓測(cè)量的電路，包括電壓隔離輸入的 隔離變送器T6630P與運(yùn)放器AD8608,運(yùn)放器AD8608為同向緩沖器；隔離變送器T6630P的輸 入端I噸Utl與I噸ut2間電位差即待測(cè)電壓。電路原理如圖10所示。該電路主要器件為隔離 變送器T6630P和運(yùn)放AD8608,前者實(shí)現(xiàn)電壓的隔離輸入，后者作為同向緩沖器使用。Inputl 與Inputs間電位差即待測(cè)電壓；
[0131] 待測(cè)電壓經(jīng)分壓衰減為原來(lái)的^后，通過T6630P隔離送入MCU進(jìn)行AD采樣，MCU對(duì) 采樣結(jié)果按比例放大即可得到待測(cè)電壓值。
[0132] 電壓測(cè)量電路的測(cè)壓范圍為0-50V，因MCU AD轉(zhuǎn)換的電壓范圍由其基準(zhǔn)電壓化ef 決定，故在電路中使用固定電阻Rl和可調(diào)電阻R2將輸入電壓分壓衰減至滿足AD轉(zhuǎn)換的電壓 條件后再送入MCU，即衰減為原來(lái)的
[0133] MCU對(duì)衰減并隔離后的電壓值進(jìn)行AD采樣后，按照如下公式即可計(jì)算出待測(cè)電壓 值U。
[0134]
[0135] 式中，D為AD轉(zhuǎn)挾器的采樣值，化ef為AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓。
[0136] 6)、開關(guān)量輸入測(cè)量電路
[0137] 開關(guān)量輸入測(cè)量電路包括兩種類型的單元電路，分別是開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路和帶 斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路。
[0138] (1)開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路完成對(duì)開關(guān)量信號(hào)的檢測(cè)，并具有去抖和過流保護(hù)功能。 該電路在僅占用2個(gè)MCU輸入端口的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)14路開關(guān)量信號(hào)的分時(shí)復(fù)用采集。
[0139] 所述開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路由檢測(cè)電路供電電路化d_A、對(duì)開關(guān)量信號(hào)的轉(zhuǎn)換、開 關(guān)量通道采集電路化d_B與兩個(gè)多路復(fù)用開關(guān)路HC151電連接組成，所述檢測(cè)電路供電電 路化d_A由S極管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)放器、光禪組成，S極管與場(chǎng)效應(yīng)管運(yùn)放器連接構(gòu)成的復(fù) 合管A點(diǎn)與第一光禪相連，通過運(yùn)放器與第二光禪相連;所述開關(guān)量通道采集電路化d_B由 光禪U4與發(fā)光管LED電連接組成；其電路原理如圖11所示。該電路主要器件包括S極管 BC856、場(chǎng)效應(yīng)管FQDl 7P06、運(yùn)放AD8608、光禪PS2811和8選1多路復(fù)用開關(guān)肥151。
[0140] 圖11中上部實(shí)線框內(nèi)表示外部開關(guān)量的連接方法。為了使電路簡(jiǎn)潔便于理解，運(yùn) 里僅畫出1路開關(guān)量通道采集電路即局部電路化的_8。實(shí)際電路板中含有14路開關(guān)量通道 采集電路，即使用了相同的共14個(gè)化d_B電路，其對(duì)應(yīng)的輸出SD依次接入2個(gè)HCl 51的輸入 端口 DO~D7。開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路與MCU間通過HC151相連。MCU輸出控制信號(hào)MCU-A、MCU-B、 MCU-C和MCU-G，用W控制2個(gè)HC151從14路開關(guān)量輸入信號(hào)中選擇希望采集的2路開關(guān)量信 號(hào)送入MCU。同時(shí)，MCU輸出1路供電控制信號(hào)MCU-PW-CRT實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量電路的供電控制。
[0141] 開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路主要包括化d_A，化d_B兩部分(見圖11)?；痙_A是檢測(cè)電 路的供電電路，具有供電控制和過流保護(hù)功能。與4-20mA測(cè)量電路的化d_A電路相比，開關(guān) 量信號(hào)檢測(cè)電路的化d_A電路僅僅只是把供電電源由24V變?yōu)?2V，將S極管替換為光禪， 其電路原理是一樣的，詳見1.4節(jié)所述。
[0142] 化d_B是開關(guān)量通道采集電路，它完成對(duì)開關(guān)量信號(hào)的轉(zhuǎn)換和采樣。當(dāng)輸入開關(guān) 量閉合時(shí)，光禪U4導(dǎo)通，C點(diǎn)電壓UC接近OV，MC閑尋其讀作邏輯0;當(dāng)輸入斷開時(shí)，光禪U4截止， UC被上拉至接近5V，MOJ將其讀作邏輯1。因?yàn)槭褂昧藘蓚€(gè)多路復(fù)用開關(guān)肥151，一次可W選 通2路信號(hào)送入MCU，縮短了系統(tǒng)對(duì)14路信號(hào)的采樣周期，提高了工作效率。
[0143] 對(duì)于按鍵類開關(guān)量信號(hào)，當(dāng)鍵被按下或釋放時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)按鍵在閉合和斷開位置 之間跳幾下的抖動(dòng)問題。為了消除抖動(dòng)，硬件上，電路在輸入端并聯(lián)了一個(gè)去抖電容C3;軟 件上，則在程序中采用多次識(shí)別判斷后再動(dòng)作的方式。一般機(jī)械按鍵的抖動(dòng)頻率為IOOHz左 右，抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間在5~1 Oms，運(yùn)里選擇0.1 uF的電容C3使電容充放電時(shí)間大于IOms，W消除 抖動(dòng)。同時(shí)，在軟件中對(duì)輸入開關(guān)量每隔50ms進(jìn)行采樣，兩次采樣結(jié)果一致則認(rèn)為當(dāng)前信號(hào) 狀態(tài)有效，W避免因誤碰觸或其他不希望的情況造成的誤判。
[0144] (2)帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路可W同時(shí)完成開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)和斷線故障 偵測(cè)，且具有去抖和過流保護(hù)功能。該電路在僅占用2個(gè)MCU輸入端口的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)8路 開關(guān)量信號(hào)的分時(shí)復(fù)用采集。
[0145] 所述帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路由檢測(cè)電路的供電電路、開關(guān)量 通道采集及斷線偵測(cè)電路化d_B分別與系統(tǒng)外部開關(guān)量連接組成，開關(guān)量通道采集及斷線 偵測(cè)電路化d_B由兩組采集/斷線偵測(cè)電路組成，每組采集/斷線偵測(cè)電路由阻容電路通過 運(yùn)放器L2901與光禪連接組成。其電路原理如圖12所示，圖13和圖14為圖12的局部放大圖。 該電路主要器件包括S極管BC856、場(chǎng)效應(yīng)管FQD17P06、運(yùn)放AD8608、比較器LM2901、光禪 PS2811和8選1多路復(fù)用開關(guān)肥151。
[0146] 圖12中上部實(shí)線框內(nèi)表示外部線路的連接方法，在接入開關(guān)量的同時(shí)必須并聯(lián)一 個(gè)IOKQ的電阻。為了使電路簡(jiǎn)潔便于理解，運(yùn)里僅畫出1路開關(guān)量通道采集及斷線偵測(cè)電 路即局部電路hd_B。實(shí)際電路板中含有8路開關(guān)量通道采集及斷線偵測(cè)電路，即使用了相 同的共8個(gè)化d_B電路，其對(duì)應(yīng)輸出的8個(gè)SDl接入一個(gè)HCl 51的輸入端DO~D7，8個(gè)SD2接入 另一個(gè)HC151的輸入端DO~D7。檢測(cè)電路與MCU間通過HC151相連。MCU輸出控制信號(hào)MCU-A、 MCU-B、MCU-C和MCU-G，用W控制2個(gè)肥151從8路開關(guān)量輸入信號(hào)中選擇希望的1路開關(guān)量相 關(guān)信號(hào)送入MCU。同時(shí)，MCU輸出1路供電控制信號(hào)MCU-PW-CRT實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)電路的供電控制。 為便于說明運(yùn)里Wl路開關(guān)量的SD1、SD2經(jīng)HC151輸出端Ou化Ut-MCUl和Ou化ut-MCU2送至 MCU的情況為例加W說明。其中各符號(hào)代表的電氣特性如表6所示。 廣 A A-t~\ I ^ A-A- I~~I . t . f~. ,r-U t rf

[0148]帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路主要包括化rt_A，Part_B兩部分。局部電路 化d_A是檢測(cè)電路的供電電路，具有供電控制和過流保護(hù)功能，其電路與1.6.1節(jié)所述開關(guān) 量信號(hào)檢測(cè)電路的局部電路化d_A相同，電路原理同4-20mA測(cè)量電路的化d_A電路，詳見 1.4節(jié)所述。局部電路化d_B是開關(guān)量通道采集及斷線偵測(cè)電路，它完成對(duì)開關(guān)量信號(hào)的轉(zhuǎn) 換和采樣，且具有去抖和斷線故障偵測(cè)功能。去抖功能的作用與上一節(jié)開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電 路的去抖功能相同，詳見1.6.1節(jié)所述。運(yùn)里主要對(duì)斷線故障偵測(cè)功能進(jìn)行說明。MCU通過讀 取Ou化Ut-MCUl和Ou化ut-MCU2不同組合值來(lái)判斷輸入的實(shí)際狀態(tài)，其組合如表7所示。 「01491 棄7輪山吉估棄
[0150] 當(dāng)輸入開關(guān)量正常斷開時(shí)，在外部并聯(lián)電阻R與Rll的分壓作用下UA約為6V，UB在 R13和R14的分壓作用下約為10V，UA<UB，比較器U4輸出端為高阻關(guān)斷狀態(tài)，光禪U6導(dǎo)通， 11501接近0￥，〇111口111-]\〇]1與1]501相同，]\?：閑尋其讀作邏輯0。同時(shí)，1](：在1?16和1?17的分壓作用 下約為2V，UA>UC，比較器U5輸出端為低阻導(dǎo)通狀態(tài)，光禪U7截止，USD2接近5V，Output- MCU2與USD2相同，MCU將其讀作邏輯1。
[0151] 當(dāng)輸入開關(guān)量正常閉合時(shí)，UA約為12V，UA>UB，比較器U4輸出端為低阻導(dǎo)通狀態(tài)， 光禪U6截止，USDl接近5V，0u化Ut-MCUl與USDl相同，MCU將其讀作邏輯1。同時(shí)，UA>UC，比較 器呪輸出端為低阻導(dǎo)通狀態(tài)，光禪U7截止，USD2接近5V，0utput-MCU2與USD2相同，MCU將其 讀作邏輯1。
[0152] 當(dāng)出現(xiàn)斷線故障時(shí)，UA約為OV，UA<UB，比較器U4輸出端為高阻關(guān)斷狀態(tài)，光禪U6 導(dǎo)通，USDl接近OV，Ou化Ut-MCUl與USDl相同，MCU將其讀作邏輯0。同時(shí)，UA<UC，比較器呪輸 出端為高阻關(guān)斷狀態(tài)，光禪U7導(dǎo)通，USD2接近0V，0utput-MCU2與USD2相同，MC閑尋其讀作邏 輯0。
[0153] 2、輸出處理電路
[0154] 1)、4-20mA輸出電路，4-20mA輸出電路將物理量轉(zhuǎn)換為4-20mA信號(hào)輸出。所述4- 20mA輸出電路由運(yùn)放AD8608與隔離變送器T6130P電連接構(gòu)成0V-5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?- 20mA的電流信號(hào)的隔離輸出電路。電路原理圖如圖15所示。該電路主要器件為運(yùn)放AD8608 和隔離變送器T6130P，隔離變送器T6130P可W將0V-5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的電流信 號(hào)并隔離輸出。
[01巧]輸入信號(hào)Input-MCU是來(lái)自MCU的PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)，MOJ根據(jù)物理量的值來(lái)調(diào)整 P歷信號(hào)的占空比，W此來(lái)控制Input-MCU的平均電壓。同時(shí)由于P歷為方波，故在電路中加 入平滑濾波電容C1、C2、C3W保證進(jìn)入電路的是近似平滑的電壓信號(hào)。電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放和隔 離變送器T6130P后變?yōu)?-20mA信號(hào)輸出。為了防止輸出端電流倒灌和瞬態(tài)電壓浪涌，在接 近輸出端的位置添加了整流二極管MRA4007和瞬態(tài)電壓抑制二極管SMBJ15A。
[0156] 2)、開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路
[0157]開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)MCU送出的邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器輸出。該電路包括兩種 類型的單元電路，所述開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路由光禪通過=極管放大器與驅(qū)動(dòng)繼電器連接組 成，所述的驅(qū)動(dòng)繼電器為常開觸點(diǎn)輸出的繼電器，或?yàn)槌ｉ_常閉觸點(diǎn)輸出的繼電器。如圖16 所示。單元電路類型一與類型二僅在繼電器輸出方面存在差別，類型一電路的繼電器為常 開觸點(diǎn)輸出，類型二電路的繼電器為常開常閉觸點(diǎn)輸出。實(shí)際電路板中有16路開關(guān)量輸出 采用單元電路類型一，4路開關(guān)量輸出采用單元電路類型二。因兩種類型電路原理相同，運(yùn) 里W單元電路類型一為例加W說明。
[015引當(dāng)MCU送出邏輯1時(shí)，I叩Ut-MCU-A接近5V，光禪Ul和S極管Ql導(dǎo)通，繼電器線圈兩 端電壓約為12V，繼電器吸合。當(dāng)MCU送出邏輯0時(shí)，Input-MCU-A接近0V，光禪Ul和S極Ql截 止，繼電器線圈兩端電壓約為0V，繼電器釋放。
[0159] 3、通訊電路，通訊電路主要與MCU配合完成總線通訊，如圖17所示。通訊電路包括2 路RS485總線驅(qū)動(dòng)電路和2路CAN總線驅(qū)動(dòng)電路。使用1片RSM48加實(shí)現(xiàn)2路RS485總線的電源 電氣隔離、收發(fā)器等驅(qū)動(dòng)功能，使用1片CTM8251D實(shí)現(xiàn)2路CAN總線的電源電氣隔離、收發(fā)器 等驅(qū)動(dòng)功能。
[0160] 當(dāng)主控單元通過RS485總線與外部系統(tǒng)進(jìn)行包括物理量、控制指令在內(nèi)的信息交 換時(shí)，遵循Mo化US-RTU協(xié)議且工作在半雙工模式下，最高傳輸速率為115.2肺PS，具有很好 的隔離、靜電保護(hù)和抗電磁干擾特性。
[0161] 當(dāng)主控單元通過CAN總線與外部系統(tǒng)進(jìn)行包括物理量、控制指令在內(nèi)的信息交換 時(shí)，遵循自定義的CAN協(xié)議，最高傳輸速率為IMbps，具有很好的隔離和抗電磁干擾特性。
[0162] 4、MCU及實(shí)時(shí)時(shí)鐘，處理器MCU采用飛思卡爾16位處理器9S12XEP100,是主控單元 的核屯、器件，它接收柴油機(jī)狀態(tài)信息、外部控制信息及其他輸入信號(hào)，進(jìn)行綜合處理后送出 待執(zhí)行的控制信號(hào)、相關(guān)報(bào)警信息和狀態(tài)信息，此外，它還負(fù)責(zé)系統(tǒng)與外界的信息交換，結(jié) 合通訊電路，可W實(shí)現(xiàn)RS485和CAN總線通訊。實(shí)時(shí)時(shí)鐘為系統(tǒng)提供當(dāng)前時(shí)間，MOJ根據(jù)實(shí)時(shí) 時(shí)鐘提供的時(shí)間信息進(jìn)行事件記錄。
[0163] 、采用的電源電路用于將外部提供的電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的電源為內(nèi)部電路供 電，采用將外部輸入的24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的24V電源的DC-DC隔離電源模塊URB2424XD- 10WR2為系統(tǒng)內(nèi)部電路供電，采用將外部輸入的24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的5V電源的DC-DC隔離 電源模塊URB2405XD-10WR2為系統(tǒng)內(nèi)部電路供電；采用將外部輸入的24V電源轉(zhuǎn)換為12V電 源的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596-12為系統(tǒng)內(nèi)部電路供電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是：包括:輸入處理電路、輸出處理電 路、通訊電路、處理器MCU、電源電路、箱體，箱體內(nèi)設(shè)置有印刷電路板，印刷電路板上設(shè)置有 與電源電路相連的輸入處理電路、輸出處理電路、通訊電路、處理器MCU、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路； 所述輸入處理電路包括:2路轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、8路PT 1000 測(cè)量電路、4路熱電偶測(cè)量電路、 12路4-20mA測(cè)量電路、2路電壓測(cè)量電路、22路開關(guān)量輸入測(cè)量電路，所述的2路轉(zhuǎn)速測(cè)量電 路與處理器MCU第一輸入端相連，所述的8路PT1000測(cè)量電路與處理器MCU第二輸入端相連， 所述的4路熱電偶測(cè)量電路與處理器MCU第三輸入端相連，所述的12路4-20mA測(cè)量電路與處 理器MCU第四輸入端相連，所述的2路電壓測(cè)量電路與處理器MCU第五輸入端相連，所述的22 路開關(guān)量輸入測(cè)量電路與處理器MCU第六輸入端相連； 所述輸出處理電路包括:2路4-20mA輸出電路、20路開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路，所述的2路4-20mA輸出電路與處理器MCU第一輸出端相連，所述的20路開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路與處理器MCU 第二輸出端相連； 所述通訊電路包括：2路RS485總線驅(qū)動(dòng)電路和2路CAN總線驅(qū)動(dòng)電路，所述的2路RS485 總線驅(qū)動(dòng)電路由RS485隔離收發(fā)器組成，RS485隔離收發(fā)器一傳輸端與處理器M⑶兩個(gè)通訊 端SCI接口相連，另一傳輸端與系統(tǒng)的2路RS485通訊總線相連;所述的2路CAN總線驅(qū)動(dòng)電路 由CAN隔離收發(fā)器組成，CAN隔離收發(fā)器一傳輸端與處理器M⑶兩個(gè)CAN控制器相連，另一傳 輸端與系統(tǒng)的2路CAN通訊總線相連； 所述電源電路包括:開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596-12、DC-DC隔離電源模塊，所述的開關(guān)電壓 調(diào)節(jié)器LM2596-12輸入端分別與24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的24V的DC-DC隔離電源模塊、24V電源 轉(zhuǎn)換為隔離的5V的DC-DC隔離電源模塊相連，24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的24V的DC-DC隔離電源模 塊型號(hào)為：URB2424XD-10WR2;24V電源轉(zhuǎn)換為隔離的5V的DC-DC隔離電源模塊型號(hào)為： URB2405XD-10WR2;所述處理器MCU電路為飛思卡爾16位處理器9S12XEP100。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述轉(zhuǎn)速測(cè) 量電路由阻容電路、三極管BC846、光耦PS2811組成，阻容電路通過三極管BC846與光耦 PS2811輸入端相連，光耦PS2811輸入端設(shè)置有發(fā)光管LED。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述PT1000 測(cè)量電路，包括:系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集輸入電路Part_A、8選1多路復(fù)用電子開關(guān) 電路和精密運(yùn)算放大器，所述的8選1多路復(fù)用電子開關(guān)電路的輸入端Sa-Sb與系統(tǒng)外部溫 度傳感器PT1000采集輸入電路Part_A輸出端相連;8選1多路復(fù)用電子開關(guān)電路的輸出端 Da-Db與精密運(yùn)算放大器輸入端相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述熱電偶 測(cè)量電路由帶冷端補(bǔ)償?shù)腒型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述4-20mA 測(cè)量電路，包括具有供電控制和總電流過流保護(hù)功能的壓力變送器的供電電源電路Part_ A、具有對(duì)壓力變送器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大和采樣及對(duì)單路傳感器的過流保護(hù)功能的壓力變 送器的信號(hào)采樣電路Part_B; 所述的壓力變送器的供電電源電路Part_A-端通過接線端P+與系統(tǒng)外部壓力變送器 電源端連接，另一端連接直流電源24V;所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路Part_B-端通過 接線端P-與系統(tǒng)外部壓力變送器信號(hào)輸出端連接，另一端連接處理器MCU; 所述的壓力變送器的供電電源電路二極管Dl通過三極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相 連，三極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)通過三極管Q3連接處理器MCU;三極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管 Q2相連B端點(diǎn)與比較器LM2901相連;場(chǎng)效應(yīng)管Q2型號(hào)為FQD17P06; 所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路Part_B由場(chǎng)效應(yīng)管Q4通過分壓電阻與運(yùn)放器 AD8608相連組成；與場(chǎng)效應(yīng)管Q4相連的分壓電阻分壓端為D端點(diǎn)，運(yùn)放器AD8608輸出端為F 端點(diǎn)；場(chǎng)效應(yīng)管Q4型號(hào)為2N7002。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述電壓測(cè) 量電路為對(duì)供電電壓或蓄電池電壓測(cè)量的電路，包括電壓隔尚輸入的隔尚變送器T6630P與 運(yùn)放器AD8608,運(yùn)放器AD8608為同向緩沖器；隔離變送器T6630P的輸入端Inputl與Input2 間電位差即待測(cè)電壓。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述開關(guān)量 輸入測(cè)量電路，包括:開關(guān)量輸入信號(hào)檢測(cè)電路、帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路， 所述開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路由檢測(cè)電路供電電路Part_A、對(duì)開關(guān)量信號(hào)的轉(zhuǎn)換、開關(guān)量 通道采集電路兩個(gè)多路復(fù)用開關(guān)路HC151電連接組成，所述檢測(cè)電路供電電路 Part_AS三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)放器、光耦組成，三極管與場(chǎng)效應(yīng)管運(yùn)放器連接構(gòu)成的復(fù)合 管A點(diǎn)與第一光耦相連，通過運(yùn)放器與第二光耦相連;所述開關(guān)量通道采集電路Part_B由光 耦U4與發(fā)光管LED電連接組成； 所述帶斷線偵測(cè)的開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)電路由檢測(cè)電路的供電電路Part_A、開關(guān)量通道 采集及斷線偵測(cè)電路Part_B分別與系統(tǒng)外部開關(guān)量連接組成，開關(guān)量通道采集及斷線偵測(cè) 電路Part_B由兩組采集/斷線偵測(cè)電路組成，每組采集/斷線偵測(cè)電路由阻容電路通過運(yùn)放 器L2901與光耦連接組成。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述4-20mA 輸出電路由運(yùn)放AD8608與隔離變送器T6130P電連接構(gòu)成0V-5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的 電流信號(hào)的隔離輸出電路。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器，其特征是:所述開關(guān)量 輸出驅(qū)動(dòng)電路由光耦通過三極管放大器與驅(qū)動(dòng)繼電器連接組成，所述的驅(qū)動(dòng)繼電器為常開 觸點(diǎn)輸出的繼電器，或?yàn)槌ｉ_常閉觸點(diǎn)輸出的繼電器。
【文檔編號(hào)】F02B77/08GK205532881SQ201620109525
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】楊迅
【申請(qǐng)人】河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司