溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，溫度傳感器通過(guò)集線板通道與測(cè)量板通道相連，測(cè)量板通道通過(guò)AD模塊與單片機(jī)連接，單片機(jī)的通道選擇信號(hào)輸出端通過(guò)通道選擇電路與測(cè)量板通道相連；3/8譯碼器輸入端與單片機(jī)相連，3/8譯碼器一路輸出端通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器與兩個(gè)光電耦合器件，每個(gè)光電耦合器件分別連接四個(gè)繼電器，3/8譯碼器另一路輸出端與兩個(gè)雙重四通道模擬多路復(fù)用器相連。本實(shí)用新型使用74HC137實(shí)現(xiàn)片選功能，74HC245擴(kuò)展了P0端口功能并且增大了驅(qū)動(dòng)能力。TLP521帶光電隔離功能，增加了安全性，減小了電路干擾。光電耦合器件輸入端輸出端均外接限流保護(hù)電阻，可起到良好的限流保護(hù)作用，避免電流過(guò)大燒毀光電耦合芯片或繼電器。
【專利說(shuō)明】
溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土凝固過(guò)程中，產(chǎn)生水化熱使混凝土溫度升高而變形引起裂縫，給大壩安全帶來(lái)極大的隱患。目前，混凝土溫度的監(jiān)測(cè)主要采用人工方式:采用人工現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)和室內(nèi)整理、分析資料的監(jiān)控方式，使得溫度監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性差，而且有人為誤差，這種人為誤差不僅與監(jiān)測(cè)人員迫于工程進(jìn)度的要求故意人為調(diào)整所測(cè)的混凝土溫度值有關(guān)，而且受人員的技術(shù)水平、測(cè)量讀數(shù)習(xí)慣等因素影響，不能表現(xiàn)出混凝土真實(shí)的狀況，給大壩的質(zhì)量和安全帶來(lái)隱患。
[0003]混凝土溫度監(jiān)控系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)混凝土溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效解決人工監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、測(cè)讀不及時(shí)、有盲段、人為誤差等問(wèn)題。為了提高數(shù)據(jù)采集效率，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集，需要采用多路通道傳感器數(shù)據(jù)采集板，在采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，一次只能采集一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，所以需設(shè)計(jì)多路通道開(kāi)斷選擇電路，在采集數(shù)據(jù)時(shí)開(kāi)通選擇的通道，斷開(kāi)其他通道，采集完成后再選擇開(kāi)通下一個(gè)通道，斷開(kāi)其他通道，依次采集多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種使用繼電器選擇溫度數(shù)據(jù)通道、雙重四通道模擬多路復(fù)用器選擇IIC通道的溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，光電耦合器件帶有光電隔離功能，增加安全性，減小電路干擾。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括八個(gè)溫度傳感器、集線板通道、測(cè)量板通道、AD模塊、通道選擇電路和單片機(jī)，各溫度傳感器分別通過(guò)集線板通道與測(cè)量板通道相連，測(cè)量板通道通過(guò)AD模塊與單片機(jī)的采樣信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)的通道選擇信號(hào)輸出端通過(guò)通道選擇電路與測(cè)量板通道相連；
[0006]所述的通道選擇電路包括3/8譯碼器、總線驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)光電耦合器件、八個(gè)繼電器和兩個(gè)雙重四通道模擬多路復(fù)用器，3/8譯碼器的輸入端與單片機(jī)相連，3/8譯碼器的一路輸出端通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器與兩個(gè)光電耦合器件，每個(gè)光電耦合器件分別連接四個(gè)繼電器，3/8譯碼器的另一路輸出端與兩個(gè)雙重四通道模擬多路復(fù)用器相連。
[0007]所述的3/8譯碼器采用74HC137芯片，74HC137芯片的VCC供電引腳通過(guò)串聯(lián)的電容C21接地。
[0008]所述的總線驅(qū)動(dòng)器采用74HC245芯片，74HC245芯片的VCC供電引腳通過(guò)串聯(lián)的電容C31接地。
[0009]所述的光電耦合器件采用TLP521芯片，TLP521芯片的輸入端ANO均通過(guò)第一限流電阻接正電壓，TLP521芯片的輸入端CAT分別連接控制輸入，TLP521芯片的輸出端EMI分別連接第二限流電阻。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0011 ] I)采用8路通道傳感器數(shù)據(jù)采集板，采集數(shù)據(jù)時(shí)，開(kāi)通選擇的通道，斷開(kāi)其他通道，一次只采集一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，采集完成后再選擇開(kāi)通下一個(gè)通道，依次采集8個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，使用方便、可靠。
[0012]2)使用3/8譯碼器74HC137實(shí)現(xiàn)片選功能，總線驅(qū)動(dòng)器74HC245擴(kuò)展了 PO端口功能并且增大了驅(qū)動(dòng)能力。
[0013]3)TLP521為光電耦合器件，帶有光電隔離功能，增加了安全性，減小了電路干擾，每個(gè)TLP521可驅(qū)動(dòng)4個(gè)繼電器，可完成對(duì)8個(gè)通道的選擇。
[0014]4)74HC137外接電容C21可有效濾波去耦，使電源電平更穩(wěn)定。
[0015]5)光電耦合器件輸入端輸出端均外接限流保護(hù)電阻，可起到良好的限流保護(hù)作用，避免電流過(guò)大燒毀光電耦合芯片或繼電器。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型電路框圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型通道選擇電路框圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型74HC137連接電路原理圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型74HC137真值表；
[0020]圖5為本實(shí)用新型74HC245連接電路原理圖；
[0021]圖6為本實(shí)用新型TLP521-4內(nèi)部原理圖；
[0022]圖7為本實(shí)用新型TLP521-4連接電路原理圖；
[0023]圖8為本實(shí)用新型繼電器內(nèi)部原理圖；
[0024]圖9為本實(shí)用新型繼電器驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0025]圖10為本實(shí)用新型⑶4052真值表；
[0026]圖11為本實(shí)用新型⑶4052連接電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0028]本實(shí)施例采用8路通道傳感器數(shù)據(jù)采集板，在產(chǎn)品采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，一次只能采集一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，所以需設(shè)計(jì)8路通道開(kāi)斷選擇電路，在采集數(shù)據(jù)時(shí)開(kāi)通選擇的通道，斷開(kāi)其他通道，采集完成后再選擇開(kāi)通下一個(gè)通道，斷開(kāi)其他通道，依次采集8個(gè)傳感器數(shù)據(jù)。
[0029]需要用到3/8譯碼器74HC137作片選功能使用，為了擴(kuò)展PO端口功能并且增大驅(qū)動(dòng)能力，添加了 74HC245總線驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)光電耦合器件TLP521，接上繼電器即可完成單片機(jī)對(duì)通道的選擇功能，電路運(yùn)用CD4052雙重四通道模擬多路復(fù)用器用以收發(fā)數(shù)據(jù)，完成采集工作。
[0030]如圖1所示，溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括八個(gè)溫度傳感器、集線板通道、測(cè)量板通道、AD模塊、通道選擇電路和單片機(jī)，各溫度傳感器分別通過(guò)集線板通道與測(cè)量板通道相連，測(cè)量板通道通過(guò)AD模塊與單片機(jī)的采樣信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)的通道選擇信號(hào)輸出端通過(guò)通道選擇電路與測(cè)量板通道相連;溫度傳感器接在各自的通道上，單片機(jī)通過(guò)通道選擇電路選擇測(cè)量通道，在選擇的通道內(nèi)，單片機(jī)通過(guò)IIC總線讀取傳感器信息數(shù)據(jù)，同時(shí)AD模塊也開(kāi)始采集溫度數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過(guò)SPI總線讀取AD芯片里的溫度數(shù)據(jù)，這樣依次采集每個(gè)通道。
[0031]如圖2所示，通道選擇電路包括3/8譯碼器74HC137、總線驅(qū)動(dòng)器74HC245、兩個(gè)光電耦合器件TLP521、八個(gè)繼電器和兩個(gè)雙重四通道模擬多路復(fù)用器⑶4052，3/8譯碼器的輸入端與單片機(jī)相連，3/8譯碼器的一路輸出端通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器與兩個(gè)光電耦合器件，每個(gè)光電耦合器件分別連接四個(gè)繼電器，3/8譯碼器的另一路輸出端與兩個(gè)雙重四通道模擬多路復(fù)用器相連。單片機(jī)通過(guò)此電路可完成8個(gè)通道的選擇(繼電器用于選擇溫度數(shù)據(jù)通道，CD4052用于選擇IIC通道)。使用3/8譯碼器芯片74HC137作選擇器，對(duì)74HC245以及CD4052進(jìn)行片選。74HC245為總線驅(qū)動(dòng)器，對(duì)其使能后可以驅(qū)動(dòng)TLP521元件。TLP521為光電耦合器件，帶有光電隔離功能，增加安全性，減小電路干擾，每個(gè)TLP521可驅(qū)動(dòng)4個(gè)繼電器(共可驅(qū)動(dòng)8個(gè)繼電器)，完成對(duì)8個(gè)通道的選擇。CD4052為雙重四通道模擬多路復(fù)用器，使用兩片可對(duì)8個(gè)通道進(jìn)行選擇。
[0032]單片機(jī)對(duì)傳感器的采集分為兩部分:1.讀取傳感器信息;2.采集溫度數(shù)據(jù)。傳感器信息包括:編號(hào)、型號(hào)。單片機(jī)通過(guò)程序控制選定開(kāi)啟⑶4052芯片的第n(l<n<8)通道，在此通道上通過(guò)IIC雙線傳輸協(xié)議與傳感器內(nèi)部芯片通信，讀取該傳感器的出廠編號(hào)及型號(hào)，之后單片機(jī)繼續(xù)程序控制選定開(kāi)啟繼電器第η通道，此時(shí)該通道的溫度線被接入AD模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過(guò)與AD模塊通信讀取溫度數(shù)據(jù)，該通道采集完成后判斷8個(gè)通道是否均已采集完成，若采集完成則關(guān)閉外圍電路進(jìn)入待機(jī)模式，若還有通道沒(méi)有采集則繼續(xù)采集下一個(gè)通道。
[0033]如圖3所示，74HC137是一片3線轉(zhuǎn)8線的譯碼器，共有16個(gè)引腳:1、2、3腳Α0、Α1、Α2為3線譯碼輸入;4、5、6腳LE、E1、E2為使能端;8腳6仰;16腳￥0:供電;￥0~￥7這8個(gè)引腳為譯碼器8線譯碼輸出。74HC137芯片的VCC供電引腳通過(guò)串聯(lián)的電容C21接地，外接電容C21用于濾波去耦，使電源電平更穩(wěn)定接單片機(jī)P0.0-P0.2為芯片輸入選擇腳，4腳LE接單片機(jī)P4.6用以使能控制74HC137芯片，El接地、E2接正電壓為開(kāi)啟使能。在此電路中，只使用了Y0、Y3、Y4輸出端口，YO為74HC245芯片的使能腳，Y3、Y4為兩片CD4052芯片的使能腳。在該電路中，僅使用I片74HC137便可使能控制下一級(jí)的三個(gè)芯片。關(guān)于3/8譯碼器的工作方式，可查看74HC137真值表，如圖4所示，通過(guò)使能端以及3線譯碼輸入，可使8線輸出中的某一腳電位拉低，由此可見(jiàn)，74HC137可以用來(lái)作為選擇器，將輸出腳接到下一級(jí)芯片的使能端，便可以使能8個(gè)芯片其中的一個(gè)芯片并使其工作。
[0034]如圖5所示，74HC245是一種三態(tài)輸出、八路信號(hào)收發(fā)器，主要應(yīng)用于大屏顯示，以及其它的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中作總線擴(kuò)展與驅(qū)動(dòng)。在本電路中，我們將其用于單片機(jī)I/O端口擴(kuò)展，使PO端口完成更多的功能，同時(shí)該芯片驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，單片機(jī)通過(guò)該芯片可以很好地驅(qū)動(dòng)下一級(jí)芯片TLP521。結(jié)構(gòu)上，74HC245芯片的VCC供電引腳通過(guò)串聯(lián)的電容C31接地，同樣起到濾波去耦作用。
[0035]TLP521是可控制的光電耦合器件，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品電路之間的信號(hào)傳輸，通過(guò)光電耦合，使之前端與負(fù)載完全隔離，增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計(jì)。圖6為T(mén)LP521-4的內(nèi)部原理圖:當(dāng)1、2腳之間通過(guò)一定正向電流，通過(guò)光電耦合，15、16腳便會(huì)導(dǎo)通，一個(gè)TLP521-4芯片含有4個(gè)光電耦合通道。
[0036]如圖7所示，TLP521芯片輸入端ANO接正電壓，通過(guò)5.1K電阻限流保護(hù);輸入端CAT為控制輸入，當(dāng)為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的COL和EMI之間斷開(kāi)，低電平時(shí)導(dǎo)通;輸出外接1K電阻用于限流保護(hù)。通過(guò)控制CAT的電平高低，便可控制對(duì)應(yīng)通道的開(kāi)斷。
[0037]本系統(tǒng)為8通道采集系統(tǒng)，可采集8個(gè)通道的數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在，前級(jí)的控制電路顯然已經(jīng)有能力驅(qū)動(dòng)8個(gè)通道，而這一級(jí)我們需要選擇繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)這8個(gè)通道的開(kāi)斷。
[0038]繼電器一般使用的是電磁式繼電器，電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片組成，如圖8所示，只要在線圈兩端I腳和16腳加上一定的電壓，使線圈中有電流流過(guò)，9腳與13腳便會(huì)導(dǎo)通，8腳與4腳同時(shí)也會(huì)導(dǎo)通，當(dāng)電流消失，剛才導(dǎo)通的便會(huì)斷開(kāi)，而11腳與13腳則會(huì)導(dǎo)通，6腳與4腳同時(shí)也導(dǎo)通，從而達(dá)到在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。
[0039]如圖9所示，繼電器驅(qū)動(dòng)電路:v2+、v2-為外加電壓(由電源模塊DY05D0505提供)，NTCl為3K熱敏電阻溫度線，RTDl為PT1000鉑電阻/銅電阻溫度線，CPl為3K熱敏電阻溫度輸送線，CP2為PT1000鉑電阻/銅電阻溫度輸送線。二極管Dkl穩(wěn)壓保護(hù)，三極管Ql用于控制繼電器通斷。工作原理:電路通過(guò)coul (芯片TLP521-4的輸出引腳)電平的高低，控制Ql的開(kāi)斷，從而間接控制繼電器開(kāi)斷，當(dāng)coul為高電平時(shí)，三極管Ql導(dǎo)通，繼電器Kl開(kāi)始工作，使NTCl與CPl之間導(dǎo)通、RTDl與CP2之間導(dǎo)通，從而將溫度傳感器的溫度線傳遞給AD模塊。3K熱敏電阻與PT1000鉑電阻/銅電阻只能選擇其一接入電路。
[0040]⑶4052為雙重四通道模擬多路復(fù)用器/多路信號(hào)分離器，帶有公共選擇邏輯端，每個(gè)多路復(fù)用器有四個(gè)獨(dú)立的輸入/輸出(0X?3X、0Y?3Υ)和一個(gè)公共輸入/輸出端(Χ、Υ)。公共通道選擇邏輯端包括了兩個(gè)數(shù)字選擇輸入端(Α、Β)和一個(gè)低電平有效的輸入端(ΙΝΗ)。⑶4052的真值表如圖10所示。如圖11所示，芯片⑶4052的Α、Β腳接單片機(jī)P0.0和P0.1，用于選擇開(kāi)通四通道的其中對(duì)應(yīng)的某一通道;Χ、Υ接時(shí)鐘線(SCL2)和數(shù)據(jù)線(SDAl)，在選定的通道內(nèi)，以IIC時(shí)序讀取傳感器端編號(hào)板內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù);使能端INH接Y3(74HC137的輸出腳)，用于片選此芯片使其工作。
[0041]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，則都應(yīng)在本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括八個(gè)溫度傳感器、集線板通道、測(cè)量板通道、AD模塊、通道選擇電路和單片機(jī)，各溫度傳感器分別通過(guò)集線板通道與測(cè)量板通道相連，測(cè)量板通道通過(guò)AD模塊與單片機(jī)的采樣信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)的通道選擇信號(hào)輸出端通過(guò)通道選擇電路與測(cè)量板通道相連； 所述的通道選擇電路包括3/8譯碼器、總線驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)光電耦合器件、八個(gè)繼電器和兩個(gè)雙重四通道模擬多路復(fù)用器，3/8譯碼器的輸入端與單片機(jī)相連，3/8譯碼器的一路輸出端通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器與兩個(gè)光電耦合器件，每個(gè)光電耦合器件分別連接四個(gè)繼電器，3/8譯碼器的另一路輸出端與兩個(gè)雙重四通道模擬多路復(fù)用器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的3/8譯碼器采用74HC137芯片，74HC137芯片的VCC供電引腳通過(guò)串聯(lián)的電容C21接地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的總線驅(qū)動(dòng)器采用74HC245芯片，74HC245芯片的VCC供電引腳通過(guò)串聯(lián)的電容C31接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度智能在線監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的光電耦合器件采用TLP521芯片，TLP521芯片的輸入端ANO均通過(guò)第一限流電阻接正電壓，TLP521芯片的輸入端CAT分別連接控制輸入，TLP521芯片的輸出端EMI分別連接第二限流電阻。
【文檔編號(hào)】G01K13/00GK205679339SQ201620621856
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日 公開(kāi)號(hào)201620621856.5, CN 201620621856, CN 205679339 U, CN 205679339U, CN-U-205679339, CN201620621856, CN201620621856.5, CN205679339 U, CN205679339U
【發(fā)明人】楊波, 王 華, 帥永建, 王桐森, 張勇
【申請(qǐng)人】中國(guó)水利水電第七工程局有限公司