專利名稱：12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及4-20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流信號的輸入采集與輸出控制裝置。
背景技術(shù)：
4-20mA電流信號做為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號在工業(yè)現(xiàn)場十分常見，尤其在各種傳感器上應(yīng)用廣泛。從傳感器的角度來說，需要有裝置將4_20mA信號做為輸入采集并存儲，而對于某些被控的設(shè)備或者某些上層的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，需要能輸出4-20mA信號的裝置，從而實現(xiàn)對設(shè)備的控制或者將信號傳送給上層的采集系統(tǒng)。因此對于很多工業(yè)設(shè)備來說，這兩個功能都是需要的，比如某個系統(tǒng)需要將溫度，壓力等傳感器的數(shù)據(jù)采集過來，然后通過計算得到一個輸出量，最后將這個輸出量轉(zhuǎn)化成4-20mA信號送給DCS使用。但是，現(xiàn)有技術(shù)的模擬量采集或控制模塊沒有實現(xiàn)這兩點的集合，電路中沒有設(shè)計隔離保護(hù)電路，采集速率和精度較低，接口較少，而且對于采集得到的數(shù)據(jù)，沒有進(jìn)行存儲或者使用計算機來存儲。因此其使用成本高，安裝不便，工作不穩(wěn)定，速度和精度達(dá)不到要求，無法對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析或分析不便。由此可見，設(shè)計一種高速，高精度，成本較低，性能可靠，接口豐富，可以方便的存儲歷史數(shù)據(jù)，并對輸入輸出進(jìn)行集合的模擬量數(shù)據(jù)采集與控制裝置十分必要。
發(fā)明內(nèi)容針對上述不足及市場需求，本實用新型旨在推出一種12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板，對4-20mA電流信號進(jìn)行輸入采集與輸出控制，它具有高速，高精度，成本較低，工作穩(wěn)定，接口豐富，可以方便的存儲歷史數(shù)據(jù)等特點。為此，本實用新型采用的技術(shù)方案主要由以下幾個部分組成8路模擬量輸入采集電路、4路模擬量輸出控制電路、微處理器、SD卡存儲模塊、 485通信模塊與接口、以太網(wǎng)通信模塊與接口。8路模擬量輸入采集電路又包括8通道輸入接口、線性光耦隔離保護(hù)電路、AD轉(zhuǎn)換電路。4路模擬量輸出控制電路包括線性光耦隔離保護(hù)電路和4通道輸出接口電路。由于模擬量輸入輸出電路均使用了線性光耦與現(xiàn)場進(jìn)行隔離保護(hù)，這保證了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定。微處理器為ARM內(nèi)核的32位微處理器，AD轉(zhuǎn)換芯片使用高速的16位精度AD芯片，這保證了系統(tǒng)的高速與高精度。SD卡存儲模塊與微處理器連接，它可以將歷史數(shù)據(jù)儲存在SD卡中，設(shè)備空閑時可以將SD卡取下，然后拿到計算機上對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看與分析。微處理器可以通過485或者以太網(wǎng)通信接口使設(shè)備與計算機相連，把數(shù)據(jù)上傳到上位機進(jìn)行顯示，并可以進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的定制，例如可以設(shè)定傳感器的量程范圍，從而為每個通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。
3[0014]微處理器還與實時時鐘及掉電存儲電路連接，實時時鐘可以為系統(tǒng)提供時間數(shù)據(jù)，掉電存儲電路可以在掉電狀態(tài)下保存用戶的設(shè)定參數(shù)。綜上所述，本實用新型的12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板可以將工業(yè)現(xiàn)場的最多8 路4-20mA電流信號從8通道輸入接口輸入，依次通過隔離保護(hù)電路與AD轉(zhuǎn)換電路后，將數(shù)據(jù)采集到微處理器，微處理器進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及計算，得到某些輸出量，再依次經(jīng)過 DA轉(zhuǎn)換、隔離保護(hù)電路、4通道輸出接口電路將最多4路輸出量以4-20mA電流信號的形式傳送到工業(yè)現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行控制與顯示。微處理器還可以將采集到的數(shù)據(jù)或者計算結(jié)果存儲到SD卡并且上傳到上位機顯示。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要優(yōu)勢在于其一，可以將來自工業(yè)現(xiàn)場的 4-20mA電流信號采集并處理，然后又將控制量以4-20mA電流信號傳送到被控設(shè)備，相當(dāng)于同時具有模擬量采集與控制的功能，使現(xiàn)場的安裝與布線更簡潔方便，同時降低了成本。 其二，可以將采集到的各種數(shù)據(jù)或者計算結(jié)果存儲到SD卡，使用戶可以方便的進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析，同時這個方案替代了使用工控計算機進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲的方法，在提高易用性的同時降低了大量的成本。其三，具有多種接口，尤其以太網(wǎng)接口優(yōu)勢明顯，用戶可以通過任意一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機查看數(shù)據(jù)，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)定與調(diào)整，方便了接線，同時可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。其四，由于使用的32位微處理器與16位精度的AD芯片，使其具有高速和高精度的特性。其五，輸入輸出均設(shè)計了隔離保護(hù)電路，提高了整個電路的安全性與穩(wěn)定性。其六，使用電路板的形式，體積小，安裝方便。其七，可以設(shè)定各個通道的量程范圍，使用靈活，通用性好，用途廣泛。

圖1為本實用新型的電路方框圖。
具體實施方式
下面，結(jié)合附圖，介紹本實用新型的具體實施方式
。如圖1所示，本實用新型12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板，包括8路模擬量輸入采集電路、4路模擬量輸出控制電路、電源電路、微處理器、SD卡存儲模塊、485通信模塊與接口、以太網(wǎng)通信模塊與接口、實時時鐘電路以及掉電存儲模塊。8路模擬量輸入采集電路又包括8通道輸入接口、線性光耦隔離保護(hù)電路A、AD轉(zhuǎn)換電路。4-20mA電流信號通過輸入接口到達(dá)隔離保護(hù)電路A的前端，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換變成電壓信號，AD轉(zhuǎn)換電路采集這個電壓信號并轉(zhuǎn)化成數(shù)字量送給微控制器進(jìn)行處理。8通道輸入接口的每個通道有三個端子，分別為MV，GND和信號端子，可以方便的與三線制或者兩線制傳感器相連。4路模擬量輸出控制電路包括線性光耦隔離保護(hù)電路B和4通道輸出接口電路。 輸出量通過微控制器內(nèi)置的DA模塊轉(zhuǎn)化成電壓信號，隔離保護(hù)電路B再將電壓信號轉(zhuǎn)化成 4-20mA電流信號送給輸出接口電路。電源電路包括電源輸入接口與電源調(diào)整模塊，電源調(diào)整模塊通過DC-DC隔離電源器件產(chǎn)生三個互相隔離的電源分別供給微處理器、隔離保護(hù)電路A、隔離保護(hù)電路B，這樣使的輸入輸出及微處理器的電源相互獨立，起到防止干擾，保護(hù)電路的作用。[0023]SD卡存儲模塊通過SPI接口與微處理器相連，微處理器每隔一段時間將當(dāng)前每個通道的數(shù)據(jù)存儲在SD卡上。實時時鐘電路為數(shù)據(jù)提供時間信息，掉電存儲模塊可以保存設(shè)定參數(shù)等信息，使用戶即使在掉電重啟之后也不需要從新設(shè)定。使用時，通過電源輸入接口為電路板提供24V直流電源，將工業(yè)現(xiàn)場的4_20mA電流信號接入8通道輸入接口，在SD卡接口處插入SD卡，并且通過485或者以太網(wǎng)接口使設(shè)備與上位機相連，在上位機上進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。正常工作后，微處理器采集每個通道的數(shù)據(jù)并處理，產(chǎn)生輸出量并通過4通道輸出接口以4-20mA電流信號的形式送給被控設(shè)備或者上層的采集系統(tǒng)。采集一段時間后，可以將SD卡取出，然后在計算機上對存儲在里面的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，分析，打印等操作。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施實例，并非對本實用新型的限制。本行業(yè)的技術(shù)人員，在本方案的啟迪下，可以做出一些變形與修改，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上的實施實例所作的任何修改、變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板，其特征在于包括8路模擬量輸入采集電路、4路模擬量輸出控制電路、電源電路、微處理器、SD卡存儲模塊、485通信模塊與接口、以太網(wǎng)通信模塊與接口、實時時鐘電路以及掉電存儲模塊；8路模擬量輸入采集電路又包括8通道輸入接口、隔離保護(hù)電路A、AD轉(zhuǎn)換電路；4路模擬量輸出控制電路包括隔離保護(hù)電路B和4通道輸出接口電路；其中微處理器分別與AD轉(zhuǎn)換電路、隔離保護(hù)電路B、SD卡存儲模塊、485 通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊相連；485和以太網(wǎng)通信模塊用于與上位機連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板，其特征在于所述SD卡存儲模塊用于存儲采集得到的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板，其特征在于所述微處理器為32位微處理器，所述AD轉(zhuǎn)換電路使用16位精度的AD芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板，其特征在于所述電源電路包括電源輸入接口與電源調(diào)整模塊，電源調(diào)整模塊產(chǎn)生三個互相隔離的電源分別供給微處理器、隔離保護(hù)電路A、隔離保護(hù)電路B。
專利摘要12路模擬量數(shù)據(jù)采集與控制板，涉及4-20mA電流信號的輸入采集與輸出控制，主要包括8路模擬量輸入采集電路、4路模擬量輸出控制電路、微處理器、SD卡存儲模塊、485通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊。它能將工業(yè)現(xiàn)場的4-20mA電流信號做為輸入采集并處理，并產(chǎn)生輸出量，然后將輸出量轉(zhuǎn)化成4-20mA電流信號送給被控設(shè)備。具有SD卡存儲模塊，可以存儲大量數(shù)據(jù)，這有利于查看和分析歷史數(shù)據(jù)。同時具有485和以太網(wǎng)通信接口，可與上位機進(jìn)行連接。其主要優(yōu)勢在于高速，高精度，抗干擾能力強，具有多種接口，可以方便的存儲歷史數(shù)據(jù)，使用靈活，通用性強。
文檔編號G05B19/042GK202205052SQ20112024100
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者呂強, 周海業(yè), 孫大奎, 羅奇?zhèn)?申請人:天津哈德韋爾自控技術(shù)有限公司