一種4-20mA信號(hào)采集模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種4-20mA信號(hào)采集模塊，包括顯示板(1)，4-20mA信號(hào)采集主控板(2)，電源板(3)組合連接組成，其功能在于具有采集現(xiàn)場(chǎng)傳感器4-20毫安模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)并由雙冗余CAN總線輸出至上位機(jī)。還具有外部傳感器故障檢測(cè)判斷功能。本實(shí)用新型具有抑制溫漂和器件老化自適應(yīng)參數(shù)整定功能，即系統(tǒng)設(shè)有零位量程自整定和在線自動(dòng)對(duì)零功能，當(dāng)外部溫度劇烈變化或器件長期使用參數(shù)變異，對(duì)抑制溫漂和器件老化自適應(yīng)參數(shù)整定功能。采用雙路CAN通訊，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可靠性。采用雙路電源，雙路電源彼此隔離，增加電路安全性?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及后期維修相當(dāng)便利。
【專利說明】—種4-20mA信號(hào)采集模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于工業(yè)自動(dòng)化、船舶機(jī)艙自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種4-20mA信號(hào)采集模塊，用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)4-20mA信號(hào)采集。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)及船舶自動(dòng)化領(lǐng)域，4-20mA信號(hào)采集設(shè)備是常用設(shè)備，傳統(tǒng)的4_20mA信號(hào)采集設(shè)備只能采集I路或幾路信號(hào)，而本實(shí)用新型最多可采集多達(dá)16路的4-20mA信號(hào)采集，此外傳統(tǒng)的4-20mA采集設(shè)備通訊大多采用RS485或單CAN總線，本實(shí)用新型采用雙CAN冗余通訊方式，確保了數(shù)據(jù)的安全。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于將傳統(tǒng)4_20mA信號(hào)采集設(shè)備的改進(jìn)，提供一種4_20mA信號(hào)采集模塊，具有雙CAN冗余通訊功能的現(xiàn)場(chǎng)4-20mA信號(hào)采集模塊，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)和不足。船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)中4-20mA信號(hào)采集，船舶液位遙測(cè)系統(tǒng)中4-20mA信號(hào)采集，是一種現(xiàn)場(chǎng)4-20mA信號(hào)采集的設(shè)備。
[0004]本實(shí)用新型所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種4-20mA信號(hào)采集模塊，包括:顯示板l、4_20mA信號(hào)采集主控板2和電源板3，所述顯示板I與4-20mA信號(hào)采集主控板2連接，所述4_20mA信號(hào)采集主控板2與電源板3連接，其特征在于，
[0006]所述4_20mA信號(hào)采集主控板2，包括:毫安信號(hào)采樣電路21、差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)電路22、3通道16位Σ -Δ型隔離ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路23、微處理器24、第一 CAN總線25和第二 CAN總線26，所述毫安信號(hào)采樣電路21、差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)電路
22、3通道16位Σ -Δ型隔離ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路23與微處理器24依次連接；
[0007]所述4-20mA信號(hào)采集模塊還包括:雙路CAN總線，所述雙路CAN總線采用第一 CAN總線25和第二 CAN總線26冗余通訊，所述微處理器24通過第一 CAN總線25和第二 CAN總線26與上位機(jī)4連接。
[0008]其中，所述第一CAN總線包括:第一CAN總線的輸出電路和第一CAN總線的輸入電路，
[0009]所述第一 CAN總線的輸出電路，由電阻Rbl，高速光耦6N137I Cbl，電容Cbl，CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICb3和接線端子J2組成；
[0010]所述第一 CAN總線的輸入電路，由電阻Rb2、高速光耦6N137ICb2、電阻(Rb4)、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICb3和接線端子J2組成；
[0011]所述第二 CAN總線包括:第二 CAN總線的輸出電路和第二 CAN總線的輸入電路，
[0012]所述第二 CAN總線的輸出電路，由電阻Rcl、高速光耦6N137ICcl、電容Cd、電阻Rc3、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICc3和接線端子J3組成；
[0013]所述第二 CAN總線的入電路，由電阻Rc2、高速光耦6N137ICc2、電阻Rc4、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICc3和接線端子J3組成。
[0014]進(jìn)一步，所述高速光耦6N137(ICbl，ICb2，ICcl，ICc2)對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行光電隔離，確保了數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)不受前端電路的影響，保證了數(shù)據(jù)的安全性。
[0015]進(jìn)一步，所述集成電路(ICb3，ICc3)為CAN總線收發(fā)器，是CAN控制器和物理總線間的接口，提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。
[0016]進(jìn)一步，所述雙路CAN總線還設(shè)有一集成電路SJ1000ICc4，所述集成電路SJ1000ICc4為獨(dú)立CAN控制器。
[0017]其中，所述4_20mA信號(hào)采集主控板2的每路通道的電路設(shè)計(jì)傳感器輸出的毫安信號(hào)通過由電阻 Rel_Re24，Re40_Re47，電容 Cel_Cel2，Ce31_Ce34，二極管 Del_Del6，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲(Sfl-Sf32, Se2, Se4, Se6, Se8, SelO, Sel2, Sel4, Sel6, Sel8, Se20, Se22, Se24,Se26, Se28, Se30, Se32)組成的毫安信號(hào)采樣電路21對(duì)通道輸入的毫安信號(hào)進(jìn)行采樣處理，再通過由集成電路 CD4052(ICe2，ICe3, ICe4, ICe5)，電容(Cel7, Cel8, Cel9, Ce3000)構(gòu)成的差分4通道數(shù)字控制模擬電路，選擇哪一路通道輸出；然后信號(hào)傳送至由集成電路AD7792ICel,電容(Cel3，Cel4, Cel5, Cel6)組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬的毫安信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字的毫安信號(hào)，最后將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳輸至微處理器ICal進(jìn)行信號(hào)的處理分析。
[0018]其中，所述電源板3采用雙路冗余電源，包括:第一電源31、第二電源32，
[0019]所述第一電源31與4_20mA信號(hào)采集主控板2連接；
[0020]所述第二電源32與4_20mA信號(hào)采集主控板2連接。
[0021]本實(shí)用新型的有益效果:
[0022]與傳統(tǒng)的4_20mA信號(hào)采集設(shè)備，本實(shí)用新型具有傳感器故障檢測(cè)功能，即具有外部傳感器線路短斷線故障的檢測(cè)功能。
[0023]采用雙路電源，雙路電源彼此隔離，增加電路安全性。
[0024]采用雙路CAN通訊，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可靠性?br> [0025]本實(shí)用新型可采集多大16路的4_20mA信號(hào)，減少的硬件成本。
[0026]現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及后期維修相當(dāng)便利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0028]圖2為本實(shí)用新型的顯示板I的電路圖。
[0029]圖3為本實(shí)用新型的4_20mA主控板2原理圖。
[0030]圖4為本實(shí)用新型的電源板3原理圖。
[0031]圖5為本實(shí)用新型的單路毫安信號(hào)采樣電路
[0032]附圖標(biāo)記:
[0033]顯示板l、4_20mA信號(hào)采集主控板2、毫安信號(hào)采樣電路21、差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)電路22、3通道16位Σ -Δ型隔離ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路23、微處理器24、第一 CAN總線25、第二 CAN總線26、電源板3、第一電源31、第二電源32。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)步說明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而非用于限定本實(shí)用新型的范圍。
[0035]實(shí)施例1
[0036]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型的顯示板I的電路圖。圖3為本實(shí)用新型的4-20mA主控板2原理圖。圖4為本實(shí)用新型的電源板3原理圖。
[0037]如圖1所示，一種4_20mA信號(hào)采集模塊，包括:顯示板l、4_20mA信號(hào)采集主控板2和電源板3上下拼接組合而成。
[0038]其中顯示板I主要用于顯示本實(shí)用新型的電源、運(yùn)行、通訊、故障、通道狀態(tài)的顯
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[0039]4-20mA信號(hào)采集主控板2包括:毫安信號(hào)采樣電路21、差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)電路22、3通道16位Σ -Λ型隔離ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路23、微處理器24、第一 CAN總線25、第二 CAN 總線 26。
[0040]4-20mA信號(hào)采集主控板2在本實(shí)用新型中為核心部件，將通道毫安信號(hào)輸入至毫安信號(hào)采樣電路21，毫安信號(hào)采樣電路21對(duì)通道輸入的毫安信號(hào)進(jìn)行采樣處理，然后輸入至差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)電路22進(jìn)行對(duì)應(yīng)通道的選擇，選擇對(duì)應(yīng)的通道后接著輸入至3通道16位Σ -Δ型隔離ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路23進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將信號(hào)送至微處理器24,微處理器24將信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度信號(hào)后通過第一 CAN總線25和第二 CAN總線26傳輸至上位機(jī)；并將將處理后的數(shù)據(jù)在顯示板I顯示。
[0041]電源板3為本實(shí)用新型提供雙路電源，分別為第一電源31、第二電源32，確保本實(shí)用新型的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0042]如圖2所示，通過接插件J8將微處理器AT90CAN128ICal處理后的數(shù)字量信號(hào)傳輸至顯示板2，通過接插件J9提供第一 CAN總線25終端電阻選擇信號(hào)，通過接插件JlO提供直流電源，公共端以及第二 CAN總線26終端電阻選擇信號(hào)。
[0043]顯示板2獲得直流電源后，經(jīng)過發(fā)光二極管L37，限流電阻R37回到公用端，這樣就點(diǎn)亮了發(fā)光二極管L37。同理發(fā)光二極管(L33，L34，L35，L36)經(jīng)限流電阻(R33，R34，R35，R36)與微處理器AT90CAN128ICal連接，根據(jù)微處理器AT90CAN128ICal輸出的數(shù)字量信號(hào)控制發(fā)光二極管(L33，L34，L35，L36)的狀態(tài)，如亮、滅還是閃。
[0044]直流電源，電阻R38，電容C6，按鍵SW2，二極管Dl組成復(fù)位電路。按下按鍵SW2就提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)對(duì)微處理器AT90CAN128ICal進(jìn)行復(fù)位。此外微處理器AT90CAN128ICal將采集分析后的數(shù)字量信號(hào)經(jīng)鎖存器(IC1-1C4)鎖存輸出信號(hào)，再經(jīng)限流電阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R31、R32，簡(jiǎn)稱 R1-R32)，根據(jù)微處理器 AT90CAN128ICal 輸出的數(shù)字量信號(hào)控制發(fā)光二極管(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、Lll、L12、L13、L14、L15、L16、L17、L18、L19、L20、L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28、L29、L31、L32，簡(jiǎn)稱L1-L32)的狀態(tài)，如亮、滅還是閃。
[0045]最后撥碼開關(guān)Sffl,上拉電阻(R39、R40、R41、R42、R43、R44，簡(jiǎn)稱 R39-R44)，電阻(R45-R46)，電容C5以及鎖存器IC5組成CAN地址及CAN終端電阻選擇電路，通過撥動(dòng)撥碼開關(guān)將模塊地址以二進(jìn)制數(shù)形式進(jìn)行編址，這樣同一種模塊在同一個(gè)系統(tǒng)中就可以根據(jù)地址的不同進(jìn)行擴(kuò)展，另外上述電路內(nèi)置了 CAN終端電阻使能信號(hào)鎖存輸出至微處理器AT90CAN128ICal，在遠(yuǎn)距離通訊信號(hào)傳輸時(shí)保證信號(hào)抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)的安全。[0046]如圖3所示，接插件Jl外部直流24V電源輸出端，接插件(J8，J9，J10)連接顯示板1，接插件(J6，J7)連接電源板3。晶振Yal，電容(Cal，Ca2)為微處理器AT90CAN128ICal提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源。
[0047]微處理器AT90CAN128ICal為美國ATME公司的高性能、低功耗的AVR8位微處理器，采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，主要功能為處理分析采集到的信號(hào)，將數(shù)據(jù)傳輸至顯示板I執(zhí)行本地顯示，通過執(zhí)行CAN通訊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行綜合顯示。
[0048]此外，本實(shí)用新型上電后自動(dòng)自檢，微處理器AT90CAN128ICal的內(nèi)部程序?qū)ψ陨鞢AN總線、MCU主處理機(jī)或AD進(jìn)行自檢，通過顯示板I的故障指示燈顯示，同時(shí)對(duì)顯示板I上的指示燈進(jìn)行試燈檢測(cè)，自檢正常后故障指示燈滅。
[0049]如圖4所示，第一路直流24V電源經(jīng)過二極管D1，電容(C5，C10)，進(jìn)入電源模塊P1，再通過電容(C1，C6)后輸出直流24V。
[0050]第二路直流24V電源經(jīng)過二極管D2，電容(C5，C10)，進(jìn)入電源模塊P2，再通過電容(C2，C7)后輸出直流5V。
[0051]將得到的直流5V電源經(jīng)過由隔離電源模塊(P3，P4)，電阻(R5，R6)，電容(C3，C4，CS, C9)組成的二路隔離電源處理電路，輸出經(jīng)隔離后的直流5V電源。上拉電阻(R1-R4)，接插件JO組成JTAG端口，用于將程序?qū)懭胛⑻幚砥鰽T90CAN128ICal，調(diào)試或仿真。
[0052]直流電源，JTAG端口信號(hào)通過接插件(J6，J7)與開關(guān)量主控板2連接。
[0053]如圖5所示，輸入的通道信號(hào)直接連接到由電阻(Rel，Re2)，電容Cel，二極管Del，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲(Sfl，Sf2，Se2)組成的毫安信號(hào)采樣電路對(duì)通道的毫安信號(hào)進(jìn)行采樣，然后采樣到的毫安信號(hào)輸入至集成電路CD4052差分4通道數(shù)字控制模擬電路，選擇哪一路通道輸出，確定此時(shí)采樣處理的哪一路通道的毫安信號(hào)，再將信號(hào)輸入至集成電路AD7792進(jìn)行模擬毫安信號(hào)到數(shù)字毫安的轉(zhuǎn)換，最終輸入微處理器ICal進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。
[0054]以上對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了說明，但本實(shí)用新型并不以此為限，只要不脫離本實(shí)用新型的宗旨，本實(shí)用新型還可以有各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種4-20mA信號(hào)采集模塊，包括:顯示板(l)、4-20mA信號(hào)采集主控板⑵和電源板(3)，所述顯示板(I)與4-20mA信號(hào)采集主控板(2)連接，所述4_20mA信號(hào)采集主控板(2)與電源板(3)連接，其特征在于， 所述4-20mA信號(hào)采集主控板(2)，包括:毫安信號(hào)采樣電路(21)、差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)電路(22)、3通道16位Σ -Δ型隔離ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(23)、微處理器(24)、第一CAN總線(25)和第二 CAN總線(26)，所述毫安信號(hào)采樣電路(21)、差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)電路(22)、3通道16位Σ -Δ型隔離ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(23)與微處理器(24)依次連接； 所述4-20mA信號(hào)采集模塊還包括:雙路CAN總線，所述雙路CAN總線采用第一 CAN總線(25)和第二 CAN總線(26)冗余通訊，所述微處理器(24)通過第一 CAN總線(25)和第二CAN總線(26)與上位機(jī)(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種4-20mA信號(hào)米集模塊,其特征在于: 所述第一 CAN總線包括:第一 CAN總線的輸出電路和第一 CAN總線的輸入電路， 所述第一 CAN總線的輸出電路，由電阻Rbl，高速光耦6N137ICbl，電容Cbl，CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICb3和接線端子J2組成； 所述第一 CAN總線的輸入電路，由電阻Rb2、高速光耦6N137ICb2、電阻Rb4、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICb3和接線端子J2組成； 所述第二 CAN總線包括:第二 CAN總線的輸出電路和第二 CAN總線的輸入電路， 所述第二 CAN總線的輸出電路，由電阻Re 1、高速光耦6N137 ICcl、電容Cd、電阻Rc3、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICc3和接線端子J3組成； 所述第二 CAN總線的入電路，由電阻Rc2、高速光耦6N137ICc2、電阻Rc4、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PC82C250ICc3，最后至接線端子J3組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種4-20mA信號(hào)采集模塊，其特征在于:所述雙路CAN總線還設(shè)有一集成電路SJlOOO (ICc4)，所述集成電路SJ1000 (ICc4)為獨(dú)立CAN控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種4-20mA信號(hào)采集模塊，其特征在于:所述電源板(3)采用雙路冗余電源，包括:第一電源(31)、第二電源(32)， 所述第一電源(31)與4-20mA信號(hào)采集主控板⑵連接； 所述第二電源(32)與4-20mA信號(hào)采集主控板(2)連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203433305SQ201320027931
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】張瑞明, 徐廷良, 袁安俊, 吳杰 申請(qǐng)人:上海航海設(shè)備有限責(zé)任公司