通用型數(shù)據(jù)采集接口板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通用型數(shù)據(jù)采集接口板，包括：主控芯片；PWM控制單元，用于調(diào)制脈沖寬度；模擬量采集單元，用于采集模擬量信號；模擬量輸出單元，用于輸出模擬量信號；RS232通訊控制單元，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS232信號；繼電器控制輸出單元，用于控制并行信號的輸出；數(shù)字量采集單元，用于采集數(shù)字量信號；RS485通訊控制單元，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS485信號；USB接口單元，包括USB信號模塊，用于通過阻抗匹配實現(xiàn)USB信號的通訊。采用本發(fā)明，可集成多種接口和功能，擴充了信號采集接口板的功能；把采集信號的轉(zhuǎn)換處理等功能放置到上級設備，提高了信號接口板的應用靈活性。
【專利說明】通用型數(shù)據(jù)采集接口板

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保領域，尤其涉及一種通用型數(shù)據(jù)采集接口板。

【背景技術(shù)】
[0002]在實際使用中，在線分析儀器的信號源種類多、控制功能繁雜，因此，往往需要采用幾種不同模塊來實現(xiàn)工程和設計目的。
[0003]但是，目前還沒有同時具備模擬量采集、繼電器輸出、數(shù)字量采集、串口通訊、PWM控制、模擬量輸出、USB端口等功能的數(shù)據(jù)采集接口板。
[0004]相應地，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集接口板只幾部分功能接口，接口功能單一，不能很好地集成必備的功能端口，實際使用中需要不同模塊組合使用；從而導致產(chǎn)品設計或工程應用需要面對不同功能模塊的控制使用、甚至出現(xiàn)不同供應商通訊協(xié)議不同導致控制軟件復雜的現(xiàn)象、設備配置復雜、占用空間過多。
[0005]同時，作為工程應用方面，過多的功能模塊容易導致應用企業(yè)物料管理混亂、且不便于日常物料的應用管理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，可集成多種接口和功能，擴充了信號采集接口板的功能；把采集信號的轉(zhuǎn)換處理等功能放置到上級設備，提高了信號接口板的應用靈活性。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種通用型數(shù)據(jù)采集接口板，包括:主控芯片，所述主控芯片內(nèi)置PWM控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊控制模塊、并行信號輸出控制模塊、數(shù)字信號輸入檢測模塊及USB信號模塊；PWM控制單元，用于調(diào)制脈沖寬度；模擬量采集單元，用于采集模擬量信號；模擬量輸出單元，用于輸出模擬量信號；RS232通訊控制單元，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS232信號；繼電器控制輸出單元，用于控制并行信號的輸出；數(shù)字量采集單元，用于采集數(shù)字量信號；RS485通訊控制單元，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS485信號；USB接口單元，包括USB信號模塊，用于通過阻抗匹配實現(xiàn)USB信號的通訊；所述PWM控制單元、模擬量采集單元、模擬量輸出單元、RS232通訊控制單元、繼電器控制輸出單元、數(shù)字量采集單元、RS485通訊控制單元及USB接口單元集成于所述主控芯片上。
[0008]作為上述方案的改進，所述PWM控制單元包括四路PWM控制模塊，在各路的PWM控制模塊內(nèi)分別接入運算放大器及兩個光電隔離器。
[0009]作為上述方案的改進，所述模擬量采集單元包括八路A/D轉(zhuǎn)換模塊；在各路的A/D轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)分別接入分壓電阻、穩(wěn)壓二極管及運算放大器，模擬量信號經(jīng)所述分壓電阻分壓后，通過所述穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓處理，并由所述運算放大器隔離緩沖后接入所述主控芯片對應信號輸入端口。
[0010]作為上述方案的改進，所述模擬量輸出單元包括兩路D/A轉(zhuǎn)換模塊；在各路的D/A轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)分別接入光電隔離器、H型濾波回路、運算放大器及穩(wěn)壓二極管，所述主控芯片輸出的模擬量信號通過所述光電隔離器后，經(jīng)所述H型濾波回路濾除高頻信號，通過所述運算放大器進行濾波穩(wěn)定處理后，輸出穩(wěn)定的模擬量信號，并由所述穩(wěn)壓二極管對模擬量信號進行穩(wěn)壓處理。
[0011]作為上述方案的改進，所述繼電器控制輸出單元包括八路并行信號輸出控制模塊；在各路的并行信號輸出控制模塊內(nèi)分別接入三極管、繼電器及二極管，通過小功率驅(qū)動所述三極管后，通過所述繼電器控制并行信號的輸出。
[0012]作為上述方案的改進，所述數(shù)字量采集單元包括四路數(shù)字信號輸入檢測模塊；在各路的數(shù)字信號輸入檢測模塊內(nèi)分別接入光電耦合器，通過所述光電耦合采集外部輸入的數(shù)字量信號。
[0013]作為上述方案的改進，所述主控芯片的型號為STM32FL03。
[0014]作為上述方案的改進，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊為12位A/D轉(zhuǎn)換模塊。
[0015]作為上述方案的改進，其特征在于，所述模擬量信號包括電壓信號、電流信號。
[0016]作為上述方案的改進，所述模擬量采集單元采取跨接短路方式將電壓信號與電流信號進行切換。
[0017]實施本發(fā)明，具有如下有益效果:
通用型數(shù)據(jù)采集接口板通過對主控芯片內(nèi)置的PWM控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊控制模塊、并行信號輸出控制模塊、數(shù)字信號輸入檢測模塊及USB信號模塊進行改進，把PWM控制單元、模擬量采集單元、模擬量輸出單元、RS232通訊控制單元、繼電器控制輸出單元、數(shù)字量采集單元、RS485通訊控制單元、USB接口單元等多種接口和功能集成于同一主控芯片上，擴充了通用型數(shù)據(jù)采集接口板的功能，可以減少實際使用中因信號源種類多、控制功能繁雜而采用幾種不同模塊來實現(xiàn)工程和設計目的的局面。
[0018]同時，分別在PWM控制單元、模擬量采集單元及模擬量輸出單元內(nèi)設置運算放大器，相應地，運算放大器相當于射隨器，通過射隨器可靈活采集電壓、電流兩種信號源，解決了模擬電壓和模擬電流輸入時，信號差異性處理問題。分別在所述PWM控制單元、模擬量輸出單元、數(shù)字量采集單元內(nèi)設置光電耦合器，可有效實現(xiàn)下游設備和上設備、控制核心和外界的完全隔離，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，并保證核心單元不受外界的干擾影響。
[0019]另外，通用型數(shù)據(jù)采集接口板的功能簡化了原有的設計，把采集信號的轉(zhuǎn)換處理等功能放置到上級設備，提高了信號接口板的應用靈活性，因此，通用型數(shù)據(jù)采集接口板作為一個數(shù)據(jù)采集板只接受上級設備發(fā)送的各項指令、對指令解析后執(zhí)行相應的動作，即由上級接入設備通過RS485通訊控制單元8進行各種功能的啟動、停止。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明通用型數(shù)據(jù)采集接口板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明通用型數(shù)據(jù)采集接口板中PWM控制單元的電路圖；
圖3是本發(fā)明通用型數(shù)據(jù)采集接口板中PWM控制單元的另一電路圖；
圖4是本發(fā)明通用型數(shù)據(jù)采集接口板中模擬量采集單元的電路圖；
圖5是本發(fā)明通用型數(shù)據(jù)采集接口板中模擬量輸出單元的電路圖；
圖6是本發(fā)明通用型數(shù)據(jù)采集接口板中繼電器控制輸出單元的電路圖； 圖7是本發(fā)明通用型數(shù)據(jù)采集接口板中數(shù)字量采集單元的電路圖。

【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
[0022]如圖1所示，所述通用型數(shù)據(jù)采集接口板包括:
主控芯片1，所述主控芯片I內(nèi)置PWM控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊控制模塊、并行信號輸出控制模塊、數(shù)字信號輸入檢測模塊及USB信號模塊；
PWM控制單元2，用于調(diào)制脈沖寬度；
模擬量采集單元3，用于采集模擬量信號；
模擬量輸出單兀4,用于輸出模擬量信號；
RS232通訊控制單元5，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS232信號;
繼電器控制輸出單元6，用于控制并行信號的輸出；
數(shù)字量采集單元7，用于采集數(shù)字量信號；
RS485通訊控制單元8，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS485信號；使用時，由上級接入設備通過RS485通訊控制單元8進行各種功能的啟動、停止。
[0023]USB接口單元9，包括USB信號模塊，用于通過阻抗匹配實現(xiàn)USB信號的通訊； 所述PWM控制單元2、模擬量采集單元3、模擬量輸出單元4、RS232通訊控制單元5、繼電器控制輸出單元6、數(shù)字量采集單元7、RS485通訊控制單元8及USB接口單元9集成于所述主控芯片I上。
[0024]更佳地，所述主控芯片I的型號為STM32FL03。
[0025]需要說明的是，利用主控芯片I內(nèi)置的PWM控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊控制模塊、并行信號輸出控制模塊、數(shù)字信號輸入檢測模塊及USB信號模塊，可構(gòu)造PWM控制單元2、模擬量采集單元3、模擬量輸出單元4、RS232通訊控制單元5、繼電器控制輸出單元6、數(shù)字量采集單元7、RS485通訊控制單元8及USB接口單元9，將多種接口和功能集成于同一主控芯片I上，擴充了通用型數(shù)據(jù)采集接口板的功能。另外，通用型數(shù)據(jù)采集接口板的功能簡化了原有的設計，把采集信號的轉(zhuǎn)換處理等功能放置到上級設備，提高了信號接口板的應用靈活性，因此，通用型數(shù)據(jù)采集接口板作為一個數(shù)據(jù)采集板只接受上級設備發(fā)送的各項指令、對指令解析后執(zhí)行相應的動作，即由上級接入設備通過RS485通訊控制單元8進行各種功能的啟動、停止。
[0026]如圖2及圖3所示，所述PWM控制單元2包括四路PWM控制模塊，在各路的PWM控制模塊內(nèi)分別接入運算放大器及兩個光電隔離器。
[0027]更佳地，所述模擬量信號包括電壓信號、電流信號。
[0028]需要說明的是，通過在原有的PWM控制模塊內(nèi)接入光電隔離器U7及光電隔離器U8可有效實現(xiàn)脈沖寬度控制，并把下游設備和上設備完全隔離，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。另夕卜，運算放大器U8A相當于射隨器，通過射隨器可靈活采集電壓、電流兩種信號源。
[0029]如圖4所示,所述模擬量采集單元3包括八路A/D轉(zhuǎn)換模塊；在各路的A/D轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)分別接入分壓電阻、穩(wěn)壓二極管及運算放大器，模擬量信號經(jīng)所述分壓電阻分壓后，通過所述穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓處理，并由所述運算放大器隔離緩沖后接入所述主控芯片I對應信號輸入端口。
[0030]需要說明的是，運算放大器U21B相當于射隨器，通過射隨器可靈活采集電壓、電流兩種信號源，解決了模擬電壓和模擬電流輸入時，信號差異性處理問題。
[0031]更佳地，所述模擬量采集單元采取跨接短路方式將電壓信號與電流信號進行切換。
[0032]工作時，模擬量信號(電壓信號、電流信號)經(jīng)分壓電阻R84分壓穩(wěn)定后通過穩(wěn)壓二極管ZD9把采集電壓限制在5.1V，然后通過運算放大器U21B隔離緩沖后接入主控芯片I對應信號輸入端口。
[0033]更佳地，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊為12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，保證了轉(zhuǎn)換精度可以達到0.1%。
[0034]如圖5所示,所述模擬量輸出單元4包括兩路D/A轉(zhuǎn)換模塊；在各路的D/A轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)分別接入光電隔離器、η型濾波回路、運算放大器及穩(wěn)壓二極管，所述主控芯片輸出的模擬量信號通過所述光電隔離器后，經(jīng)所述η型濾波回路濾除高頻信號，通過所述運算放大器進行濾波穩(wěn)定處理后，輸出穩(wěn)定的模擬量信號，并由所述穩(wěn)壓二極管對模擬量信號進行穩(wěn)壓處理。
[0035]需要說明的是，運算放大器U18A相當于射隨器，通過射隨器可靈活采集電壓、電流兩種信號源。
[0036]工作時，所述主控芯片I輸出的電壓信號通過所述光電隔離器U17后，經(jīng)所述π型濾波回路濾除高頻信號，通過所述運算放大器U18A進行濾波穩(wěn)定處理后，輸出穩(wěn)定的直流電壓，并由所述穩(wěn)壓二極管對直流電壓進行穩(wěn)壓處理，使輸出電壓維持在5.1V，從而提高信號輸出的驅(qū)動能力和抗干擾能力。
[0037]如圖6所示，所述繼電器控制輸出單元6包括八路并行信號輸出控制模塊；在各路的并行信號輸出控制模塊內(nèi)分別接入三極管、繼電器及二極管，通過小功率驅(qū)動所述三極管后，通過所述繼電器控制并行信號的輸出。
[0038]工作時，通過小功率驅(qū)動所述三極管Ql后，再驅(qū)動繼電器Kl實現(xiàn)繼電器控制輸出功能。相應地，通過在原有的并行信號輸出控制模塊中接入二極管D16，可有效防止繼電器Kl斷開瞬間的浪涌電流損壞驅(qū)動電路。
[0039]如圖7所示，所述數(shù)字量采集單元7包括四路數(shù)字信號輸入檢測模塊；在各路的數(shù)字信號輸入檢測模塊內(nèi)分別接入光電耦合器，通過所述光電耦合采集外部輸入的數(shù)字量信號。
[0040]需要說明的是，通過在原有的數(shù)字信號輸入檢測模塊內(nèi)接入光電耦合器U25，可有效地采集外部輸入的電平信號；同時，通過光電耦合器U25將控制核心和外界隔離，可保證核心單元不受外界的干擾影響。
[0041]由上可知，通用型數(shù)據(jù)采集接口板通過對主控芯片I內(nèi)置的PWM控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊控制模塊、并行信號輸出控制模塊、數(shù)字信號輸入檢測模塊及USB信號模塊進行改進，構(gòu)造出PWM控制單元2、模擬量采集單元3、模擬量輸出單元4、RS232通訊控制單元5、繼電器控制輸出單元6、數(shù)字量采集單元7、RS485通訊控制單元8及USB接口單元9，將多種接口和功能集成于同一主控芯片I上，擴充了通用型數(shù)據(jù)采集接口板的功能。同時，分別在PWM控制單元2、模擬量采集單元3及模擬量輸出單元4內(nèi)設置運算放大器，相應地，運算放大器相當于射隨器，通過射隨器可靈活采集電壓、電流兩種信號源，解決了模擬電壓和模擬電流輸入時，信號差異性處理問題。分別在所述PWM控制單元2、模擬量輸出單元4、數(shù)字量采集單元7內(nèi)設置光電耦合器，可有效實現(xiàn)下游設備和上設備、控制核心和外界的完全隔離，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，并保證核心單元不受外界的干擾影響。另外，通用型數(shù)據(jù)采集接口板的功能簡化了原有的設計，把采集信號的轉(zhuǎn)換處理等功能放置到上級設備，提高了信號接口板的應用靈活性，因此，通用型數(shù)據(jù)采集接口板作為一個數(shù)據(jù)采集板只接受上級設備發(fā)送的各項指令、對指令解析后執(zhí)行相應的動作，即由上級接入設備通過RS485通訊控制單元8進行各種功能的啟動、停止。
[0042]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述通用型數(shù)據(jù)采集接口板包括: 主控芯片，所述主控芯片內(nèi)置PWM控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊控制模塊、并行信號輸出控制模塊、數(shù)字信號輸入檢測模塊及USB信號模塊； PWM控制單元，用于調(diào)制脈沖寬度； 模擬量采集單元，用于采集模擬量信號； 模擬量輸出單兀，用于輸出模擬量信號； RS232通訊控制單元，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS232信號； 繼電器控制輸出單元，用于控制并行信號的輸出； 數(shù)字量采集單元，用于采集數(shù)字量信號； RS485通訊控制單元，包括所述串行通訊控制模塊，用于接收、處理及轉(zhuǎn)換RS485信號； USB接口單元，包括USB信號模塊，用于通過阻抗匹配實現(xiàn)USB信號的通訊； 所述PWM控制單元、模擬量采集單元、模擬量輸出單元、RS232通訊控制單元、繼電器控制輸出單元、數(shù)字量采集單元、RS485通訊控制單元及USB接口單元集成于所述主控芯片上。
2.如權(quán)利要求1所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述PWM控制單元包括四路PWM控制模塊，在各路的PWM控制模塊內(nèi)分別接入運算放大器及兩個光電隔離器。
3.如權(quán)利要求1所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述模擬量采集單元包括八路A/D轉(zhuǎn)換模塊； 在各路的A/D轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)分別接入分壓電阻、穩(wěn)壓二極管及運算放大器，模擬量信號經(jīng)所述分壓電阻分壓后，通過所述穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓處理，并由所述運算放大器隔離緩沖后接入所述主控芯片對應信號輸入端口。
4.如權(quán)利要求1所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述模擬量輸出單元包括兩路D/A轉(zhuǎn)換模塊； 在各路的D/A轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)分別接入光電隔離器、π型濾波回路、運算放大器及穩(wěn)壓二極管，所述主控芯片輸出的模擬量信號通過所述光電隔離器后，經(jīng)所述η型濾波回路濾除高頻信號，通過所述運算放大器進行濾波穩(wěn)定處理后，輸出穩(wěn)定的模擬量信號，并由所述穩(wěn)壓二極管對模擬量信號進行穩(wěn)壓處理。
5.權(quán)利要求1所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述繼電器控制輸出單元包括八路并行信號輸出控制模塊； 在各路的并行信號輸出控制模塊內(nèi)分別接入三極管、繼電器及二極管，通過小功率驅(qū)動所述三極管后，通過所述繼電器控制并行信號的輸出。
6.權(quán)利要求1所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述數(shù)字量采集單元包括四路數(shù)字信號輸入檢測模塊； 在各路的數(shù)字信號輸入檢測模塊內(nèi)分別接入光電耦合器，通過所述光電耦合采集外部輸入的數(shù)字量信號。
7.權(quán)利要求1所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述主控芯片的型號為STM32FL03。
8.如權(quán)利要求1所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊為12位A/D轉(zhuǎn)換模塊。
9.如權(quán)利要求Γ8任一項所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述模擬量信號包括電壓信號、電流信號。
10.如權(quán)利要求9所述的通用型數(shù)據(jù)采集接口板，其特征在于，所述模擬量采集單元采取跨接短路方式將電壓信號與電流信號進行切換。
【文檔編號】G06F3/05GK104199618SQ201410357981
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】廖天星, 余陽, 曾昭健, 梁文智, 冼國華, 張廣昕, 孟鶴 申請人:廣東長天思源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?br>