數據採集無紙記錄儀的製作方法
2023-12-01 03:45:51
數據採集無紙記錄儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種數據採集無紙記錄儀，包括殼體和設於殼體中的主板、採集板、開關電源板、液晶控制背板、彩色液晶屏和總線轉接板；主板包括32位ARM處理器；採集板包括冷端補償電路、光耦隔離電路、採樣電路、多級運算放大電路、24位AD轉換器、採樣處理器和連接器；液晶控制背板與彩色液晶屏連接；總線轉接板上設有連接器和接線端子；主板、採集板、開關電源板和液晶控制背板上的連接器分別與總線轉接板的連接器相連以實現電源與信號在各線路板間的傳輸。本發明的有益效果是：提高了運算速率，並可處理更多的採樣數據，採樣數據的傳輸通道最高可達60路，提高了可用的採樣通道數量。
【專利說明】數據採集無紙記錄儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及自動化控制類儀表領域，尤其涉及一種用於溫度、壓力、液位和流量等工業物理量的採集、運算和控制的數據採集無紙記錄儀。
【背景技術】
[0002]現有工業無紙記錄儀是由有紙記錄儀過渡而來，其硬體結構採用8位或16位處理器、12位AD轉換器、單色液晶屏、開關電源等部件組成，其特點是無紙化記錄工業生產數據信息，可切換接收不同的傳感器傳輸而來的信號，內置存儲器，可與計算機實現串行通訊，廣泛應用於工業自動化控制系統。
[0003]但隨著工業自動化程度的不斷提高，此類的無紙記錄儀已經開始出現採集通道少、運算速率低、可記錄時間短、組網繁瑣、顯示單一等問題。
【發明內容】
[0004]本發明主要解決的技術問題是提供一種數據採集無紙記錄儀，可提高運算速率、增加採集通道的數量，提供豐富的曲線、報表等圖形界面。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是:提供一種數據採集無紙記錄儀，包括殼體和設於殼體中的主板、採集板、開關電源板、液晶控制背板、彩色液晶屏和總線轉接板，所述主板包括32位ARM處理器、片外數據存儲器、異步串行通訊總線和第一連接器，所述32位ARM處理器安裝於主板上的IC槽內，所述片外數據存儲器、異步串行通訊總線和第一連接器安裝於主板上通過主板相互連接；所述採集板包括光耦隔離電路、採樣電路、多級運算放大電路、24位AD轉換器、採樣處理器和第二連接器；所述光耦隔離電路焊接於採集板最前端並與所述採樣電路連接，採樣電路包括冷端補償電路、採樣電阻和電子開關，採樣電路與所述多級運算放大電路相連，多級運算放大電路與所述24位AD轉換器相連，24位AD轉換器與所述採樣處理器相連，採樣處理器的通訊接口連接有第二連接器；所述開關電源板上設有第三連接器；所述液晶控制背板與所述彩色液晶屏連接，液晶控制背板上裝有第四連接器；所述總線轉接板上設有第五連接器和接線端子；主板、採集板、開關電源板和液晶控制背板上的第一連接器、第二連接器、第三連接器和第四連接器分別與總線轉接板的第五連接器相連以實現電源與信號在各線路板間的傳輸。
[0006]本發明的有益效果是:採用32位的ARM處理器並在採集板上設置獨立的採樣處理器與採樣電路連接，不僅提高了運算速率，並可處理更多的採樣數據，採樣數據的傳輸通道最高可達60路，顯著提高了可用的採樣通道數量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明的數據採集無紙記錄儀的一個實施方式的結構框圖；
[0008]圖2是本發明的數據採集無紙記錄儀的一個實施方式的主板的結構框圖；
[0009]圖3是本發明的數據採集無紙記錄儀的一個實施方式的採集板的結構框圖；[0010]圖4是本發明的數據採集無紙記錄儀的一個實施方式的開關電源板的結構框圖。
[0011]主要元件符號說明:
[0012]10、主板；20、採集板；30、開關電源板；40、液晶控制背板；50、彩色液晶屏；60、總
線轉接板。
【具體實施方式】
[0013]本發明本發明最關鍵的構思在於:採用32位的ARM處理器和帶有獨立採樣處理器的採集板，提高了運算速率和可用的採樣通道數量。為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖詳予說明。
[0014]請參閱圖1，本實施方式為一種數據採集無紙記錄儀，包括殼體和設於殼體中的主板10、採集板20、開關電源板30、液晶控制背板40、彩色液晶屏50和總線轉接板60。
[0015]所述主板10包括32位ARM處理器、片外數據存儲器、異步串行通訊總線和第一連接器，所述32位ARM處理器安裝於主板上的IC槽內，所述片外數據存儲器、異步串行通訊總線和第一連接器安裝於主板上以相互連接。
[0016]採集板的結構可另行參閱圖3，所述採集板20包括光耦隔離電路、採樣電路、多級運算放大電路、24位AD轉換器、採樣處理器和第二連接器；所述光耦隔離電路焊接於採集板最前端並與所述採樣電路連接，採樣電路包括冷端補償電路、採樣電阻和電子開關，採樣電路與所述多級運算放大電路相連，多級運算放大電路與所述24位AD轉換器相連，24位AD轉換器與所述採樣處理器相連，採樣處理器的通訊接口連接有第二連接器。
[0017]所述開關電源板30上設有第三連接器。
[0018]所述液晶控制背板40與所述彩色液晶屏50連接，液晶控制背板40上裝有第四連接器。
[0019]所述總線轉接板60的正面設有第五連接器，背面設有接線端子。
[0020]主板10、採集板20、開關電源板30和液晶控制背板40上的第一連接器、第二連接器、第三連接器和第四連接器分別與總線轉接板60的第五連接器相連以實現電源與信號在各線路板間的傳輸。
[0021]本實施方式不僅提高了運算速率，並可處理更多的採樣數據，採樣數據的傳輸通道最高可達60路，顯著提高了可用的採樣通道數量。
[0022]具體地，在上述實施方式中，所述的32位ARM處理器是市場上主流的ARM9通用處理器，多用於行動裝置，在工業儀表中的應用較少；所述光耦隔離電路用於提高信號可靠性，進行電信號一光編碼一電信號轉換以提供電氣保護；所述多級運算放大電路用於對電信號進行放大，與普通的運放電路比起來，採用了多級運放，可實現過濾雜波，精準運放，同時按A/D的比例要求，自動切換放大倍數，並能提供正負信號的識別；所述採樣處理器為ARM7處理器，採樣處理器與一般的單片機比起來，可以內嵌作業系統，口線資源豐富，組網模式多，驅動簡單。
[0023]請參閱圖2，作為對上述實施方式的一個改進方案，所述主板還包括USB數據轉存電路與SD卡數據擴展存儲電路，所述USB數據轉存電路與SD卡數據擴展存儲電路為模塊化線路板，USB數據轉存電路與SD卡數據擴展存儲電路與所述片外數據存儲器相連接。
[0024]本實施方式還可在數據採集無紙記錄儀中安裝作業系統，並配合USB數據轉存電路和SD卡數據擴展存儲電路，不僅能完成生產數據的無紙化記錄，還能將存儲的歷史數據導出、轉存，SD卡數據擴展存儲電路能夠彌補現有技術的不足，讓存儲的數據記錄能夠近乎無限擴展。
[0025]請參閱圖2，作為對上述實施方式的一個改進方案，所述異步串行通訊總線包括基於TCP/IP協議的乙太網數據電路和基於MODBUS RTU協議的RS232/485串行通訊電路。乙太網數據電路使本發明突破了原有的通訊模式，可以連接到網際網路進行生產數據的傳輸。
[0026]作為對上述實施方式的一個細化方案，所述液晶控制背板包括顯示處理器、背光調節電路、對比調節電路、解析度調節電路和FPC連接器，所述彩色液晶屏的排線卡入FPC連接器內與液晶控制背板連接，彩色液晶屏能夠顯示多條歷史數據曲線，方便操作者查看和對比。彩色液晶屏的顯示內容由顯示處理器進行控制，顯示處理器通過異步串行通訊總線接收來自主板上的32位ARM處理器的控制信號，當操作者設置或切換顯示模式時，32位ARM處理器將控制信號以異步通訊方式傳輸顯示處理器，顯示處理器可完成點陣顯示控制、對比度調節、解析度調節等功能。彩色液晶屏可顯示豐富的曲線、報表等圖形界面。
[0027]請參閱圖4，作為對上述實施方式的一個細化方案，所述開關電源板30還包括電磁兼容電路、高頻變壓器、開關管、反饋電路、肖特整流管、穩壓電路和濾波網絡；所述電磁兼容電路包括焊接於開關電源板前端的TVS嵌位管、電感、校正電容和熱壓敏複合管；所述高頻變壓器包括初級線圈、反饋線圈、次級線圈和磁芯骨架；所述濾波網絡包括相連的高頻濾波電路、低頻濾波電路；電磁兼容電路與所述初級線圈相連，所述開關管的輸出端與所述反饋線圈相連，開關管的輸入端與所述反饋電路相連，所述肖特整流管連接所述所述次級線圈和所述穩壓電路，穩壓電路與所述高頻濾波電路相連。
[0028]作為對上述實施方式的一個細化方案，所述總線轉接板的接線端子包括焊接於總線轉接板背面的分體式的公頭和母頭，所述公頭內設有插針，所述插針用於插入各線路板的焊盤後與各線路板焊接，所述母頭上設有接線孔，所述接線孔用於連接被測設備的信號輸出端。
[0029]本發明在實際操作中採用的方案包含了上述各實施方式的所有技術特徵的集合，其在使用原理為，32位ARM處理器根據用戶設定的輸入信號種類，打開採樣電路上電子開關的對應埠，模擬信號或數位訊號通過接線端子進入採集板，採集板的光耦隔離電路對電信號進行光電隔離，電子開關進行選通採集信號，採樣電阻對輸入的模擬信號進行分壓限流取值，濾波網絡對輸入信號進行去耦濾波，運算放大電路將微弱的mV信號進行放大，再次經過濾波網絡進行處理，經處理的模擬信號送入24位AD轉換器，進行模數轉換，模數轉換後的數位訊號送至採集板的採樣處理器進行運算，運算後的信號存儲在採樣處理器的片內存儲器中，採樣處理器與異步串行通訊總線相連，將採樣數據通過異步串行通訊的方式發給32位ARM處理器，32位ARM處理器將採集到的數據傳送到片外數據存儲器進行保存，同時實時傳送到彩色液晶屏進行顯示。
[0030]相對於現有技術，本發明的方案運算速度更快、可同時採集的數據更多，且由於設置了 SD卡數據擴展存儲電路來安裝SD存儲卡，使本發明具有更大的存儲空間，記錄時間長，可存儲的數據多。
[0031]以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種數據採集無紙記錄儀，包括殼體和設於殼體中的主板、採集板、開關電源板、液晶控制背板、彩色液晶屏和總線轉接板，其特徵在於， 所述主板包括32位ARM處理器、片外數據存儲器、異步串行通訊總線和第一連接器，所述32位ARM處理器安裝於主板上的IC槽內，所述片外數據存儲器、異步串行通訊總線和第一連接器安裝於主板上並通過主板相互連接； 所述採集板包括光耦隔離電路、採樣電路、多級運算放大電路、24位AD轉換器、採樣處理器和第二連接器；所述光耦隔離電路焊接於採集板最前端並與所述採樣電路連接，採樣電路包括冷端補償電路、採樣電阻和電子開關，採樣電路與所述多級運算放大電路相連，多級運算放大電路與所述24位AD轉換器相連，24位AD轉換器與所述採樣處理器相連，採樣處理器的通訊接口連接有第二連接器； 所述開關電源板上設有第三連接器； 所述液晶控制背板與所述彩色液晶屏連接，液晶控制背板上裝有第四連接器； 所述總線轉接板上設有連接器第五和接線端子； 主板、採集板、開關電源板和液晶控制背板上的第一連接器、第二連接器、第三連接器和第四連接器分別與總線轉接板的第五連接器相連以實現電源與信號在各線路板間的傳輸。
2.根據權利要求1所述的數據採集無紙記錄儀，其特徵在於，所述主板還包括USB數據轉存電路與SD卡數據擴展存儲電路，所述USB數據轉存電路與SD卡數據擴展存儲電路為模塊化線路板，USB數據轉存電路與SD卡數據擴展存儲電路與所述片外數據存儲器相連接。
3.根據權利要求1所述的數據採集無紙記錄儀，其特徵在於，所述異步串行通訊總線包括基於TCP/IP協議的乙太網數據電路和基於MODBUS RTU協議的RS232/485串行通訊電路。
4.根據權利要求1所述的數據採集無紙記錄儀，其特徵在於，所述液晶控制背板包括顯示處理器、背光調節電路、對比調節電路、解析度調節電路和FPC連接器，所述彩色液晶屏的排線卡入FPC連接器內與液晶控制背板連接。
5.根據權利要求1所述的數據採集無紙記錄儀，其特徵在於，所述開關電源板還包括電磁兼容電路、高頻變壓器、開關管、反饋電路、肖特整流管、穩壓電路和濾波網絡； 所述電磁兼容電路包括焊接於開關電源板前端的TVS嵌位管、電感、校正電容和熱壓敏複合管； 所述高頻變壓器包括初級線圈、反饋線圈、次級線圈和磁芯骨架； 所述濾波網絡包括相連的高頻濾波電路、低頻濾波電路； 電磁兼容電路與所述初級線圈相連，所述開關管的輸出端與所述反饋線圈相連，開關管的輸入端與所述反饋電路相連，所述肖特整流管連接所述所述次級線圈和所述穩壓電路，穩壓電路與所述高頻濾波電路相連。
6.根據權利要求1所述的數據採集無紙記錄儀，其特徵在於，所述總線轉接板的接線端子包括焊接於總線轉接板背面的分體式的公頭和母頭，所述公頭內設有插針，所述插針用於插入各線路板的焊盤後與各線路板焊接，所述母頭上設有接線孔，所述接線孔用於連接被測設備的信號輸出端。
【文檔編號】G01D9/00GK103954312SQ201410167678
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】林善平, 陳志揚, 張強, 魏小東, 梁建, 張楊勝, 謝應欽 申請人:福建順昌虹潤精密儀器有限公司