農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，包括有微控制器、AI輸入接口，微控制器的信號(hào)輸入端與AI輸入接口之間連接有ADC轉(zhuǎn)換模塊，微控制器還與電源模塊、RS485地址設(shè)置模塊、RS485通信模塊連接，RS485通信模塊包括有電氣隔離模塊、RS485接口，RS485通信模塊用于與監(jiān)控器連接。本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，ADC轉(zhuǎn)換模塊將傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量由TLV2556自帶的SPI串口經(jīng)高速光耦隔離后送往AI模塊的主控芯片STM32F103CBT6，信號(hào)處理穩(wěn)定，信號(hào)傳輸通暢、快捷。
【專利說(shuō)明】農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型主要涉及電子電路領(lǐng)域，尤其涉及一種農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]Al模塊，即模擬量輸入模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)外接模擬量傳感器采集信號(hào)的預(yù)處理，通常Al模塊設(shè)計(jì)8路輸入通道。一般的Al模塊會(huì)有信號(hào)處理不穩(wěn)定、信號(hào)輸出不順暢的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊。
[0004]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:包括有微控制器、Al輸入接口，微控制器的信號(hào)輸入端與Al輸入接口之間連接有ADC轉(zhuǎn)換模塊，微控制器還與電源模塊、RS485地址設(shè)置模塊、RS485通信模塊連接，RS485通信模塊包括有電氣隔離模塊、RS485接口，RS485通信模塊用于與監(jiān)控器連接；電源模塊提供各模塊功能所需的電壓和功率需求，ADC轉(zhuǎn)換模塊將Al輸入接口傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送往微控制器進(jìn)行處理，再通過(guò)RS485通信模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控器。
[0006]所述的農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:所述的電源模塊的電壓輸入端可以接入DC12?40V范圍內(nèi)的電壓，推薦使用電壓DC24V。
[0007]所述的農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:所述的微控制器的主控芯片采用 STM32F103CBT6。
[0008]所述的農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:所述的ADC轉(zhuǎn)換模塊采用TLV2556。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0010]本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，ADC轉(zhuǎn)換模塊將傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量由TLV2556自帶的SPI串口經(jīng)高速光耦隔離后送往Al模塊的主控芯片STM32F103CBT6，信號(hào)處理穩(wěn)定，信號(hào)傳輸通暢、快捷。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2a為給微控制器和RS485總線供電的電源模塊的主芯片供電原理圖。
[0013]圖2b為給微控制器供電的電源模塊的變壓原理圖。
[0014]圖2c為給RS485總線供電的電源模塊的變壓原理圖。
[0015]圖3a為給Al模塊接口電路供電的電源模塊的主電路原理圖。
[0016]圖3b為給Al模塊接口電路供電的電源模塊的隔離輸出原理圖。
[0017]圖3c為給A/D轉(zhuǎn)換芯片供電的電源模塊的變壓原理圖。
[0018]圖4a為微控制器的最小系統(tǒng)示意圖。
[0019]圖4b為去耦電容的連接示意圖。
[0020]圖5a為微控制器工作的必要外圍電路的晶振電路。
[0021]圖5b為微控制器工作的必要外圍電路的撥碼盤開(kāi)關(guān)電路。
[0022]圖5c為微控制器的Β00Τ0引腳的接地示意圖。
[0023]圖5d為微控制器工作的必要外圍電路的復(fù)位電路。
[0024]圖5e為微控制器工作的必要外圍電路的調(diào)試接口示意圖。
[0025]圖6為RS485總線的相關(guān)電路圖。
[0026]圖7為Al模塊的A/D轉(zhuǎn)換和MCU隔離的相關(guān)電路圖。
[0027]圖8為Al模塊的模擬信號(hào)采集部分的其中一路相關(guān)電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所示，農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，包括有微控制器1、AI輸入接口 2，微控制器I的信號(hào)輸入端與Al輸入接口 2之間連接有ADC轉(zhuǎn)換模塊3，微控制器I還與電源模塊4、RS485地址設(shè)置模塊5、RS485通信模塊6連接，RS485通信模塊6包括有電氣隔離模塊6-1、RS485接口 6-2，RS485通信模塊6用于與監(jiān)控器7連接；電源模塊4提供各模塊功能所需的電壓和功率需求，ADC轉(zhuǎn)換模塊3將Al輸入接口 2傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送往微控制器I進(jìn)行處理，再通過(guò)RS485通信模塊6將采集到的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控器7。
[0029]電源模塊4的電壓輸入端接入DC24V電壓8。微控制器I的主控芯片采用STM32F103CBT6。ADC 轉(zhuǎn)換模塊 3 采用 TLV2556。
[0030]圖2所示為給MCU和RS485總線供電的電源模塊原理圖。24V直流電壓輸入，經(jīng)過(guò)用于電源反接保護(hù)的二極管1N4007后，經(jīng)過(guò)額定電流為0.5A的可恢復(fù)保險(xiǎn)絲，LM2595S-5.0將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為5V的輸出電壓，右側(cè)的D502為電源指示燈，若電源芯片正常工作，LED亮。輸出的5V經(jīng)過(guò)B0505LS-1W隔離出一路5V的輸出，用于給485總線供電，兩端的電容用于穩(wěn)壓和去耦。隔離前的5V輸出再經(jīng)過(guò)NVC1117-3.3線性電源芯片轉(zhuǎn)換為3.3V輸出，用于給MCU供電,兩邊的電容用于穩(wěn)壓。
[0031]圖3所示為給Al模塊接口電路供電的電源模塊原理圖。24V直流電壓輸入，經(jīng)過(guò)額定電流為0.5A的可恢復(fù)保險(xiǎn)絲，LM2595S-12將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為12V的輸出電壓，右側(cè)的D506為電源指示燈，若電源芯片正常工作，LED亮。輸出的12V經(jīng)過(guò)B1212LS-1W隔離出一路12V的輸出，用于給Al接口供電。隔離后的12V經(jīng)過(guò)LM2595S-5.0得到5V的輸出，用于給A/D轉(zhuǎn)換芯片供電。
[0032]圖4所示為本模塊選用的主控芯片STM32F103CBT6微控制器，C103、C104、C105、C106、C107和C108為MCU所需的去耦電容。該芯片工作的必要外圍電路搭建，包括啟動(dòng)模式配置端口、下載口、復(fù)位口和外部晶振，將在下面分別說(shuō)明。
[0033]圖5所示為STM32F103CBT6微控制器工作的必要外圍電路。晶振電路用于給CPU以及它的實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供工作時(shí)鐘，選用8M外部晶振，0SC_IN和0SC_0UT引腳直接與MCU的相應(yīng)引腳相連，提供精確的時(shí)鐘信號(hào)，使得MCU最高主頻可達(dá)72M;撥碼盤開(kāi)關(guān)電路選用了 4路撥碼開(kāi)關(guān)，每路均連接了 1K的上拉電阻，用戶通過(guò)設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)，設(shè)置本機(jī)CAN模塊地址，實(shí)現(xiàn)CAN通信；芯片的BOOTO引腳通過(guò)電阻接地，表示用戶閃存存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)，SP通過(guò)芯片自身的Flash啟動(dòng)；復(fù)位電路采用在MCU的NRST接口上加上拉電阻的方式，沒(méi)有手動(dòng)復(fù)位功能；調(diào)試接口采用SWD接口，只需4只引腳即可完成程序的下載和調(diào)試。
[0034]圖6所示為RS485總線的相關(guān)電路。ADuM1201為數(shù)字光耦，可隔離2路信號(hào)，用于MCU(3.3V)和外部RS485設(shè)備(5V)的信號(hào)隔離，C401、C402、C403、C404均為去耦電容。MAX485ESA為485總線收發(fā)器，該芯片的2、3腳為使能控制信號(hào)端，用于控制發(fā)送器與傳輸線的切斷與連接。串聯(lián)的2個(gè)20 Ω電阻R405和R406目的是防止485總線的A端和B端短路時(shí)，影響RS485總線上的其他設(shè)備通信，并聯(lián)的TVS防雷管D402用于當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時(shí)，通過(guò)防雷擊管的放電可起到一定的保護(hù)作用，并聯(lián)的120Ω的終端電阻R403用以總線的阻抗匹配，可以避免信號(hào)反射。當(dāng)該監(jiān)控器是總線終端時(shí)，將跳線短路，否則跳線保持?jǐn)嚅_(kāi)。該收發(fā)器的檢測(cè)靈敏度為±200mV，當(dāng)A端與B端相差在200mV以內(nèi)的時(shí)候，輸出為不確定，所以在A端與B端的輸出上分別加了上拉與下拉電阻，當(dāng)485主線無(wú)外設(shè)進(jìn)行信息發(fā)送的時(shí)候，收發(fā)器的A端與B端呈現(xiàn)唯一的高電平，這樣就避免了不確定的信號(hào)被接收。
[0035]圖7所示為Al模塊的A/D轉(zhuǎn)換和MCU隔離的相關(guān)電路。TLV2556為12位高精度的差分式串行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，該芯片含有11路模擬輸入通道和3路內(nèi)置自測(cè)模式，通過(guò)自帶的SPI串口通信，工作時(shí)轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200ksps，REF02BU為A/D轉(zhuǎn)換芯片提供精準(zhǔn)的外部參考電壓。光電隔離芯片HCPL-2630和6N137確保了 A/D轉(zhuǎn)換芯片這邊的信號(hào)不會(huì)經(jīng)由這些控制信號(hào)線路對(duì)內(nèi)部MCU造成干擾。
[0036]圖8所示為Al模塊的模擬信號(hào)采集部分的其中一路相關(guān)電路。傳感接口電路可以接收電壓型、電阻型和電流型3種不同的信號(hào)類型，可以通過(guò)跳針來(lái)選擇，然后將電壓值送入A/D轉(zhuǎn)換電路。5V穩(wěn)壓管D301做過(guò)壓保護(hù)，同時(shí)防止現(xiàn)場(chǎng)傳感信號(hào)輸入有外界干擾，一階低通RC有源濾波電路能有效過(guò)濾高頻干擾。
【權(quán)利要求】
1.農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:包括有微控制器、Al輸入接口，微控制器的信號(hào)輸入端與Al輸入接口之間連接有ADC轉(zhuǎn)換模塊，微控制器還與電源模塊、RS485地址設(shè)置模塊、RS485通信模塊連接，RS485通信模塊包括有電氣隔離模塊、RS485接口，RS485通信模塊用于與監(jiān)控器連接；電源模塊提供各模塊功能所需的電壓和功率需求，ADC轉(zhuǎn)換模塊將Al輸入接口傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送往微控制器進(jìn)行處理，再通過(guò)RS485通信模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:所述的電源模塊的電壓輸入端接入電壓范圍DC12?40V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:所述的微控制器的主控芯片采用STM32F103CBT6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)通用模擬量輸入采集模塊，其特征在于:所述的ADC轉(zhuǎn)換模塊采用TLV2556。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203982112SQ201420079718
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】郭強(qiáng), 費(fèi)瓊 申請(qǐng)人:上海邦伯現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司