12路模擬量數據採集與控制板的製作方法

2023-10-04 18:39:24 4

專利名稱：12路模擬量數據採集與控制板的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及4-20mA工業標準電流信號的輸入採集與輸出控制裝置。
背景技術：
4-20mA電流信號做為一種工業標準信號在工業現場十分常見，尤其在各種傳感器上應用廣泛。從傳感器的角度來說，需要有裝置將4_20mA信號做為輸入採集並存儲，而對於某些被控的設備或者某些上層的數據採集系統來說，需要能輸出4-20mA信號的裝置，從而實現對設備的控制或者將信號傳送給上層的採集系統。因此對於很多工業設備來說，這兩個功能都是需要的，比如某個系統需要將溫度，壓力等傳感器的數據採集過來，然後通過計算得到一個輸出量，最後將這個輸出量轉化成4-20mA信號送給DCS使用。但是，現有技術的模擬量採集或控制模塊沒有實現這兩點的集合，電路中沒有設計隔離保護電路，採集速率和精度較低，接口較少，而且對於採集得到的數據，沒有進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，工作不穩定，速度和精度達不到要求，無法對歷史數據進行分析或分析不便。由此可見，設計一種高速，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據，並對輸入輸出進行集合的模擬量數據採集與控制裝置十分必要。
發明內容針對上述不足及市場需求，本實用新型旨在推出一種12路模擬量數據採集與控制板，對4-20mA電流信號進行輸入採集與輸出控制，它具有高速，高精度，成本較低，工作穩定，接口豐富，可以方便的存儲歷史數據等特點。為此，本實用新型採用的技術方案主要由以下幾個部分組成8路模擬量輸入採集電路、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、乙太網通信模塊與接口。8路模擬量輸入採集電路又包括8通道輸入接口、線性光耦隔離保護電路、AD轉換電路。4路模擬量輸出控制電路包括線性光耦隔離保護電路和4通道輸出接口電路。由於模擬量輸入輸出電路均使用了線性光耦與現場進行隔離保護，這保證了系統的工作穩定。微處理器為ARM內核的32位微處理器，AD轉換晶片使用高速的16位精度AD晶片，這保證了系統的高速與高精度。SD卡存儲模塊與微處理器連接，它可以將歷史數據儲存在SD卡中，設備空閒時可以將SD卡取下，然後拿到計算機上對歷史數據進行查看與分析。微處理器可以通過485或者乙太網通信接口使設備與計算機相連，把數據上傳到上位機進行顯示，並可以進行相關參數的定製，例如可以設定傳感器的量程範圍，從而為每個通道的數據進行量化。
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提供時間數據，掉電存儲電路可以在掉電狀態下保存用戶的設定參數。綜上所述，本實用新型的12路模擬量數據採集與控制板可以將工業現場的最多8 路4-20mA電流信號從8通道輸入接口輸入，依次通過隔離保護電路與AD轉換電路後，將數據採集到微處理器，微處理器進一步對數據進行處理及計算，得到某些輸出量，再依次經過 DA轉換、隔離保護電路、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現場的各種設備進行控制與顯示。微處理器還可以將採集到的數據或者計算結果存儲到SD卡並且上傳到上位機顯示。本實用新型與現有技術相比，其主要優勢在於其一，可以將來自工業現場的 4-20mA電流信號採集並處理，然後又將控制量以4-20mA電流信號傳送到被控設備，相當於同時具有模擬量採集與控制的功能，使現場的安裝與布線更簡潔方便，同時降低了成本。 其二，可以將採集到的各種數據或者計算結果存儲到SD卡，使用戶可以方便的進行歷史數據分析，同時這個方案替代了使用工控計算機進行歷史數據存儲的方法，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，尤其乙太網接口優勢明顯，用戶可以通過任意一臺聯網的計算機查看數據，並進行參數設定與調整，方便了接線，同時可以進行遠程監控。其四，由於使用的32位微處理器與16位精度的AD晶片，使其具有高速和高精度的特性。其五，輸入輸出均設計了隔離保護電路，提高了整個電路的安全性與穩定性。其六，使用電路板的形式，體積小，安裝方便。其七，可以設定各個通道的量程範圍，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路模擬量數據採集與控制板，包括8路模擬量輸入採集電路、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、乙太網通信模塊與接口、實時時鐘電路以及掉電存儲模塊。8路模擬量輸入採集電路又包括8通道輸入接口、線性光耦隔離保護電路A、AD轉換電路。4-20mA電流信號通過輸入接口到達隔離保護電路A的前端，經過光電轉換變成電壓信號，AD轉換電路採集這個電壓信號並轉化成數字量送給微控制器進行處理。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電路B和4通道輸出接口電路。 輸出量通過微控制器內置的DA模塊轉化成電壓信號，隔離保護電路B再將電壓信號轉化成 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整模塊，電源調整模塊通過DC-DC隔離電源器件產生三個互相隔離的電源分別供給微處理器、隔離保護電路A、隔離保護電路B，這樣使的輸入輸出及微處理器的電源相互獨立，起到防止幹擾，保護電路的作用。[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前每個通道的數據存儲在SD卡上。實時時鐘電路為數據提供時間信息，掉電存儲模塊可以保存設定參數等信息，使用戶即使在掉電重啟之後也不需要從新設定。使用時，通過電源輸入接口為電路板提供24V直流電源，將工業現場的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，並且通過485或者乙太網接口使設備與上位機相連，在上位機上進行相關參數的設定。正常工作後，微處理器採集每個通道的數據並處理，產生輸出量並通過4通道輸出接口以4-20mA電流信號的形式送給被控設備或者上層的採集系統。採集一段時間後，可以將SD卡取出，然後在計算機上對存儲在裡面的歷史數據進行查看，分析，列印等操作。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施實例，並非對本實用新型的限制。本行業的技術人員，在本方案的啟迪下，可以做出一些變形與修改，凡是依據本實用新型的技術實質對以上的實施實例所作的任何修改、變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.12路模擬量數據採集與控制板，其特徵在於包括8路模擬量輸入採集電路、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、乙太網通信模塊與接口、實時時鐘電路以及掉電存儲模塊；8路模擬量輸入採集電路又包括8通道輸入接口、隔離保護電路A、AD轉換電路；4路模擬量輸出控制電路包括隔離保護電路B和4通道輸出接口電路；其中微處理器分別與AD轉換電路、隔離保護電路B、SD卡存儲模塊、485 通信模塊、乙太網通信模塊相連；485和乙太網通信模塊用於與上位機連接，進行數據的顯示和相關參數的設定。
2.根據權利要求1所述的12路模擬量數據採集與控制板，其特徵在於所述SD卡存儲模塊用於存儲採集得到的數據和計算結果。
3.根據權利要求1所述的12路模擬量數據採集與控制板，其特徵在於所述微處理器為32位微處理器，所述AD轉換電路使用16位精度的AD晶片。
4.根據權利要求1所述的12路模擬量數據採集與控制板，其特徵在於所述電源電路包括電源輸入接口與電源調整模塊，電源調整模塊產生三個互相隔離的電源分別供給微處理器、隔離保護電路A、隔離保護電路B。
專利摘要12路模擬量數據採集與控制板，涉及4-20mA電流信號的輸入採集與輸出控制，主要包括8路模擬量輸入採集電路、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、乙太網通信模塊。它能將工業現場的4-20mA電流信號做為輸入採集並處理，並產生輸出量，然後將輸出量轉化成4-20mA電流信號送給被控設備。具有SD卡存儲模塊，可以存儲大量數據，這有利於查看和分析歷史數據。同時具有485和乙太網通信接口，可與上位機進行連接。其主要優勢在於高速，高精度，抗幹擾能力強，具有多種接口，可以方便的存儲歷史數據，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 優先權日2011年7月11日
發明者呂強, 周海業, 孫大奎, 羅奇偉 申請人:天津哈德韋爾自控技術有限公司