專(zhuān)利名稱(chēng)：總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)測(cè)量控制領(lǐng)域，涉及總線(xiàn)通訊式測(cè)量控制技術(shù)，信號(hào)調(diào)理及采集技術(shù)。
背景技術(shù)：
工業(yè)或者醫(yī)療等設(shè)備由于需要實(shí)時(shí)采集信息、實(shí)時(shí)控制等需求，在設(shè)備內(nèi)部大量使用了各種測(cè)控模塊。其中大廠(chǎng)家如西門(mén)子等公司工控模塊占有很大的市場(chǎng)份額。實(shí)際使用中，由于現(xiàn)有的西門(mén)子等公司工控模塊多采用公司內(nèi)部研發(fā)的通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)靈活透明的數(shù)據(jù)傳輸，一旦使用此類(lèi)模塊則需要購(gòu)買(mǎi)整套方案，價(jià)格昂貴，同時(shí)測(cè)控系統(tǒng)體積也無(wú)法控制，并且不同廠(chǎng)家的控制器與模塊無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。 為實(shí)現(xiàn)傳感器與變送器的標(biāo)準(zhǔn)化，IEEE技術(shù)委員會(huì)提出了智能傳感器設(shè)計(jì)的一系列標(biāo)準(zhǔn)，其中電子數(shù)據(jù)表格(Transducer Electronic Data Sheet, TEDS)實(shí)現(xiàn)了變送器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理及即插即用的功能。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，往往需要同時(shí)采集多種信號(hào)，如交流電壓信號(hào)、電流信號(hào)、脈沖信號(hào)等；并且需要進(jìn)行多種控制，如流量控制、功率控制、限位控制等。采用單一功能的模塊，會(huì)導(dǎo)致接入模塊太多，設(shè)備體積難以控制。專(zhuān)利00221742. 2公布了一種“RS-485總線(xiàn)式測(cè)控系統(tǒng)中的即插即用測(cè)控模塊”，其主要實(shí)現(xiàn)了模塊接入的實(shí)時(shí)響應(yīng)，并不能實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別。專(zhuān)利00112532. X公布了一種“RS-485總線(xiàn)式測(cè)控系統(tǒng)中測(cè)控模塊的即插即用法及其測(cè)控模塊”，其主要是通過(guò)自己設(shè)計(jì)的通訊模式與協(xié)議實(shí)現(xiàn)了模塊接入的及時(shí)識(shí)別與管理，由于并非采用通用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和格式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的互聯(lián)。專(zhuān)利201020199340. 9公布一種“一體化智能測(cè)控模塊”，其針對(duì)霍爾電流傳感器設(shè)計(jì)，通訊采用RS485、RS232以及無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行通訊，智能化主要體現(xiàn)在能夠?qū)Χ嗦冯娏髯兓盘?hào)做出分析，并不能實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)同時(shí)處理的需求。專(zhuān)利201010206443. 8公布了一種“基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的多功能測(cè)控模塊”，其可以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的選擇輸入，以此降低放大器的成本，并通過(guò)Modbush或Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)輸出，但該模塊并不涉及智能化設(shè)計(jì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)即插即用。
發(fā)明內(nèi)容為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，包括信號(hào)調(diào)理電路、總線(xiàn)通訊模塊、接口隔離電路、控制采集單元，總線(xiàn)接頭。信號(hào)調(diào)理電路以?xún)x表運(yùn)放為核心，將輸入的原始信號(hào)處理為采集單元可以采集的信號(hào)?？刂撇杉瘑卧詥纹瑱C(jī)為核心完成電源管理、數(shù)據(jù)的采集，并通過(guò)總線(xiàn)通訊模塊將數(shù)據(jù)傳遞出去，總線(xiàn)通訊模塊采用CAN總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透明傳輸，完成了單片機(jī)接口與總線(xiàn)接口的交互。接口隔離模塊對(duì)總線(xiàn)通訊模塊進(jìn)行浪涌、防靜電、短路等保護(hù)，提高系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)通訊模塊的實(shí)用壽命?？偩€(xiàn)接頭定義了數(shù)據(jù)線(xiàn)和電源線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)控模塊的接入。[0010]本實(shí)用新型其特征在于，控制采集單元以單片機(jī)為核心，單片機(jī)通過(guò)變送器電子數(shù)據(jù)表格(Transducer Electronic Data Sheet, TEDS)實(shí)現(xiàn)即插即用、智能識(shí)別，并通過(guò)改進(jìn)的ModBus通訊協(xié)議將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控信息通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸給上位機(jī)。信號(hào)調(diào)理電路可同時(shí)處理交流毫伏電壓信號(hào)、交流電流信號(hào)、4-20mA電流信號(hào)、脈沖電壓信號(hào)。包括信號(hào)放大，交流直流的整流電路，脈沖信號(hào)的隔離輸入功能。信號(hào)處理后統(tǒng)一為電壓信號(hào)，然后送入控制采集單元進(jìn)行處理。交流信號(hào)采用儀表運(yùn)放AD620或者INAl 16作為放大器，放大倍數(shù)10-100倍；4_20mA電流信號(hào)采用RCV420作為電流電壓轉(zhuǎn)換核心，轉(zhuǎn)換后的電壓范圍0-5V ;脈沖電壓信號(hào)通過(guò)高速隔離光耦6N137輸入控制采集單元;接口隔離電路采用TVS管，共模扼流圈，PTC熱敏電阻作為保護(hù)核心；總線(xiàn)通訊模塊采用UART轉(zhuǎn)CAN方式，采用周立功CSM100作為UART轉(zhuǎn)CAN模塊將單片機(jī)的串口數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)總線(xiàn)的方式傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳遞，提高工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的穩(wěn) 定性；控制采集單元采用AVR單片機(jī)為核心，包含電源管理、模擬量和數(shù)字量采集、基于單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器的電子數(shù)據(jù)表格TEDS。兩線(xiàn)制串行接口將數(shù)據(jù)傳遞給總線(xiàn)通訊模塊?？偩€(xiàn)接頭采用DB9接頭，數(shù)據(jù)線(xiàn)和電源線(xiàn)均通過(guò)接頭接入。本實(shí)用新型的有益效果是，在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的高效測(cè)量控制，可靠性高，通訊協(xié)議透明，體積小。

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中圖I是本實(shí)用新型的示意圖。圖2是信號(hào)調(diào)理電路的電路原理圖。圖3是總線(xiàn)接頭與引腳定義。 圖4是接口隔離保護(hù)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖I所示，本實(shí)用新型總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊包括信號(hào)調(diào)理電路、總線(xiàn)通訊模塊、接口隔離電路、控制采集單元，總線(xiàn)接頭。信號(hào)調(diào)理電路可同時(shí)處理交流毫伏電壓信號(hào)、交流電流信號(hào)、4-20mA電流信號(hào)、脈沖電壓信號(hào)，具體功能包括，隔離、放大、整流?？偩€(xiàn)通訊模塊完成總線(xiàn)通訊，接口隔離電路對(duì)總線(xiàn)接口進(jìn)行保護(hù)，控制采集單元為數(shù)據(jù)處理、通訊的核心，總線(xiàn)接頭采用如圖2定義各輸入輸出引腳。控制采集單元基于AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，在其內(nèi)部的存儲(chǔ)器空間設(shè)計(jì)了一個(gè)電子數(shù)據(jù)表格TEDS實(shí)現(xiàn)測(cè)控模塊的智能化。電源管理實(shí)現(xiàn)將總線(xiàn)電源降壓輸出，為系統(tǒng)提供正負(fù)電源。單片機(jī)通過(guò)模擬量、數(shù)字量采集接口將調(diào)理的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過(guò)電子數(shù)據(jù)表格TEDS進(jìn)行校正，然后將處理的數(shù)據(jù)按照Modbus通訊協(xié)議通過(guò)總線(xiàn)通訊模塊傳輸?？刂撇杉瘑卧娮訑?shù)據(jù)表格TEDS的信息可以被上位機(jī)通過(guò)總線(xiàn)進(jìn)行讀取，實(shí)現(xiàn)模塊的自動(dòng)識(shí)別。[0025]優(yōu)選的，所述總線(xiàn)通訊模塊采用周立功UART轉(zhuǎn)CAN產(chǎn)品模塊CSM100 ；優(yōu)選的，所述控制采集單元以工業(yè)級(jí)AVR單片機(jī)ATMEGA128為控制核心；優(yōu)選的，所述信號(hào)調(diào)理電路采用儀表運(yùn)放AD620/INA116作為放大器。精密整流電路以0P97為放大器，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)；4-20mA信號(hào)采用RCV420芯片轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)；光耦隔離輸入采用6N137實(shí)現(xiàn)?！?br> 權(quán)利要求1.一種總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，包括信號(hào)調(diào)理電路、總線(xiàn)通訊模塊、接口隔離電路、控制采集單元，總線(xiàn)接頭；信號(hào)調(diào)理電路將輸入的原始信號(hào)調(diào)理為采集單元可以處理的信號(hào)，控制采集單元完成電源管理，數(shù)據(jù)的采集，并通過(guò)總線(xiàn)通訊模塊將數(shù)據(jù)傳遞出去，總線(xiàn)通訊模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透明傳輸，完成了單片機(jī)接口與總線(xiàn)接口的交互；接口隔離模塊對(duì)總線(xiàn)通訊模塊進(jìn)行保護(hù)，總線(xiàn)接頭定義了數(shù)據(jù)線(xiàn)和電源線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)控模塊的接入。
2.如權(quán)利要求I所述的總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，其特征在于信號(hào)調(diào)理電路針對(duì)交流毫伏電壓信號(hào)、交流電流信號(hào)、4-20mA電流信號(hào)、脈沖電壓信號(hào)四種輸入信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，其特征在于交流信號(hào)采用儀表運(yùn)放AD620或者INAl 16作為放大器。
4.如權(quán)利要求2所述的總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，其特征在于4-20mA電流信號(hào)采用RCV420作為電流電壓轉(zhuǎn)換核心。
5.如權(quán)利要求2所述的總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，其特征在于脈沖電壓信號(hào)通過(guò)高速隔離光耦輸入控制采集單元。
6.如權(quán)利要求I所述的總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，其特征在于總線(xiàn)通訊模塊采用UART轉(zhuǎn)CAN模塊。
7.如權(quán)利要求I所述的總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，其特征在于接口隔離電路采用TVS管，共模扼流圈，熱敏電阻作為保護(hù)核心。
8.如權(quán)利要求I所述的總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，其特征在于控制采集單元以AVR單片機(jī)為核心，單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)空間設(shè)計(jì)的電子數(shù)據(jù)表格TEDS作為智能識(shí)別的核心。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種總線(xiàn)式智能測(cè)控模塊，屬于工業(yè)測(cè)量控制領(lǐng)域。包括信號(hào)調(diào)理電路、總線(xiàn)通訊模塊、接口隔離保護(hù)電路、控制采集單元，總線(xiàn)接頭。其特征在于信號(hào)調(diào)理電路采用儀表運(yùn)放和電流電壓轉(zhuǎn)換芯片將各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，以AVR單片機(jī)為核心的控制采集單元采集電壓信號(hào)，并將結(jié)果通過(guò)內(nèi)部的電子數(shù)據(jù)表格TEDS進(jìn)行校正和處理，然后通過(guò)總線(xiàn)通訊模塊將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。接口隔離電路用來(lái)對(duì)總線(xiàn)進(jìn)行保護(hù)，總線(xiàn)接頭實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)，是測(cè)控模塊電源和數(shù)據(jù)總線(xiàn)的輸入輸出物理接口。 本實(shí)用新型具有在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的高效測(cè)量控制，可靠性高，通訊協(xié)議透明的有益效果。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202632075SQ201220221388
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者唐勁天, 蔡?hào)|陽(yáng), 卓子寒, 王婕, 武建安 申請(qǐng)人:清華大學(xué)