本實用新型屬于工業(yè)測控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于總線的多路通用信號采集裝置。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、控制和科學研究領(lǐng)域中，對各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)如溫度、壓力、流量及振動等參數(shù)進行采集、傳輸和處理在生產(chǎn)過程中有著重要的意義。為了獲得生產(chǎn)過程中多種參數(shù)量的動態(tài)數(shù)據(jù)，這就需要對被控對象和生產(chǎn)過程進行多路的數(shù)據(jù)采集。目前，針對VXI總線、PXI總線結(jié)構(gòu)的多路數(shù)據(jù)采集裝置，根據(jù)采集信號類型的不同選擇相應的采集器和接口方式，接插不方便，采集過程繁瑣、實時性差；并受其單任務處理模式及工作速度等影響，為保證采樣頻率，采樣路數(shù)無法做得很多，擴展性不好，不能滿足工業(yè)現(xiàn)場對多路信號采集的實時采樣、通道接口通用、操作便捷、抗信號干擾等要求。因此需要針對上述采集系統(tǒng)中的不足提出一種更好的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)存在的不足，提出一種基于總線的多路通用信號采集裝置。

本實用新型所采取的技術(shù)方案為：

一種基于總線的多路通用信號采集裝置，包括控制器、1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、KVM、背板單元、通用信號采集模塊、電源隔離模塊、接口單元、傳感器模塊；控制器與1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊相連傳輸1394協(xié)議數(shù)據(jù)信息，控制器與KVM相連傳輸視頻顯示信息，背板單元與1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊相連，背板單元與通用信號采集模塊通過1394通信總線相連傳輸控制信息和通用信號采集模塊輸出數(shù)據(jù)信息，通用信號采集模塊與接口單元通過信號線和熱電偶補償導線相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息，電源隔離模塊與接口單元通過電源線相連傳輸傳感器供電電壓信號，傳感器模塊與接口單元相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息。

所述的控制器與1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊通過PCI接口相連傳輸1394協(xié)議數(shù)據(jù)信息，控制器與KVM通過VGA或者DVI和USB數(shù)據(jù)線相連傳輸視頻顯示信息；控制器通過總線將多套通用信號采集模塊進行串聯(lián)。

所述的1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊選用PCI轉(zhuǎn)IEEE 1394b采集卡，插到控制器主機的PCI插槽中，通過1394連接線與背板單元相連傳輸控制信息和采集的數(shù)據(jù)信息；1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將接收到的數(shù)據(jù)信號按照1394協(xié)議進行轉(zhuǎn)換后輸出。

所述的KVM包括顯示器和鍵盤鼠標，KVM通過VGA或者DVI接口連接控制器。

所述的背板單元包括模擬總線、數(shù)字通信/控制總線、電源總線和總線通訊接口，作為連接控制器和通用信號采集模塊的橋梁，通過模擬總線將被測信號互相連接；通過數(shù)字通信/控制總線控制器向通用信號采集模塊發(fā)送命令和接收測量數(shù)據(jù)；通用信號采集模塊的供電通過電源總線進行提供，背板單元通過總線通訊接口與控制器相連通訊。

所述的通用信號采集模塊分為標準電壓采集模塊、標準電流采集模塊和熱電偶溫度采集模塊；標準電壓采集模塊和標準電流采集模塊，每一路電壓和電流采集通道通過信號線連接到接口單元的同一個通用電信號接口上；熱電偶溫度采集模塊，每一路采集通道通過K、T、E補償導線分別連接到接口單元的K、T、E3個通用溫度采集接口上；控制器對熱電偶溫度采集模塊的每個通道進行設(shè)置，通過對分度表的控制，實現(xiàn)對多路T、K、E型熱電偶的實時采集。

所述的標準電壓采集模塊、標準電流采集模塊和熱電偶溫度采集模塊均包括：信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、電氣隔離模塊、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、總線通信模塊和電源模塊；信號調(diào)理模塊對傳感器模塊輸出信號進行放大，A/D轉(zhuǎn)換模塊與電氣隔離模塊相連傳輸每路標準信號A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，電氣隔離模塊與FPGA數(shù)據(jù)處理模塊相連傳輸各通道采集電氣隔離后的數(shù)據(jù)信息，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)處理模塊與總線通信模塊相連傳輸控制信息和處理后的多路數(shù)據(jù)信息，總線通信模塊與背板單元內(nèi)部數(shù)字通信/控制總線相連，用于與控制器通信，電源模塊為與其相連的模塊提供電源；通過FPGA數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)多個多通道串行A/D轉(zhuǎn)換模塊同時并行工作。

所述的接口單元與通用信號采集模塊通過信號線和K、T、E補償導線相連傳輸傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，接口單元與電源隔離模塊通過電源線相連傳輸傳感器供電電壓信號。

所述的傳感器模塊由多種類型的傳感器構(gòu)成，包括輸出標準信號0～5V的傳感器、輸出標準信號4～20mA的傳感器和T、K、E型熱電偶傳感器，它與接口單元通過傳感器連接線纜的標準接插件相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息。

所述的電源隔離模塊包括線性直流穩(wěn)壓電源和隔離模塊，線性直流穩(wěn)壓電源通過背板單元的電源總線為通用信號采集模塊提供激勵電源，隔離模塊與線性直流穩(wěn)壓電源相連輸出多路電壓信號，為每一個傳感器單獨供電，電源隔離模塊對傳感器之間的供電進行有效隔離。

本實用新型所取得的有益效果為：

本實用新型簡單、易于實現(xiàn)，有效解決了以往采集過程繁瑣、實時性差、擴展性差的缺陷。該裝置能夠?qū)敵鰳藴孰妷?、電流信號的各類傳感器及溫度傳感器提供通用測試通道，實現(xiàn)多路標準電信號和多路溫度通道數(shù)據(jù)的同步采集和存儲，并具有電壓/電流接口通用，T、K、E型熱電偶通道復用，支持傳感器熱插拔，通道供電隔離、可靠性高等特點，大大提高了信號采集系統(tǒng)的能力。本實用新型采用1394協(xié)議通信、FPGA控制、通道接口通用、電源隔離等技術(shù)，實現(xiàn)對多路輸出標準電壓、電流信號的各類傳感器以及T、K、E型熱電偶的同步采集，并通過總線將其傳送至控制器上，根據(jù)線性或非線性處理即可得到實際參數(shù)值。本實用新型通過FPGA處理數(shù)據(jù)，方便擴展模擬信號采集路數(shù)，且充分利用了FPGA的并行處理結(jié)構(gòu)，提高了處理數(shù)據(jù)的實時性。各通道之間相互隔離，并通過采取相應的抗干擾措施，使其具有良好的抗干擾性能；標準電信號測量通道可為傳感器提供24VDC激勵電壓。

附圖說明

圖1是基于總線的多路通用信號采集裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2是通用信號采集模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖3是標準電信號采集通道航插定義圖；

圖4是3線制電壓型傳感器連接圖；

圖5是2線制電流型傳感器連接圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。

如圖1所示，本實用新型所述基于總線的多路通用信號采集裝置包括：控制器、1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、KVM、背板單元、通用信號采集模塊、電源隔離模塊、接口單元、傳感器模塊；控制器與1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊通過PCI接口相連傳輸1394協(xié)議數(shù)據(jù)信息，控制器與KVM通過VGA或者DVI和USB數(shù)據(jù)線相連傳輸視頻顯示信息，背板單元通過內(nèi)置的1394總線通訊接口與1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊通過1394連接線相連，背板單元與通用信號采集模塊通過1394通信總線相連傳輸控制信息和通用信號采集模塊輸出數(shù)據(jù)信息，通用信號采集模塊與接口單元通過信號線和熱電偶補償導線相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息，電源隔離模塊與接口單元通過電源線相連傳輸傳感器供電電壓信號，傳感器模塊的連接線標準接插件與接口單元相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息。

所述的控制器與1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊通過PCI接口相連傳輸1394協(xié)議數(shù)據(jù)信息，與KVM通過VGA或者DVI和USB數(shù)據(jù)線相連傳輸視頻顯示信息?？刂破魍ㄟ^總線將多套通用信號采集模塊進行串聯(lián)，實現(xiàn)多路通用信號的同步采集、參數(shù)設(shè)置、線性處理、數(shù)據(jù)顯示和存儲，并具備通訊、設(shè)備狀態(tài)等異常情況報警功能。

所述的1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊選用PCI轉(zhuǎn)IEEE 1394b采集卡，插到控制器主機的PCI插槽中，通過1394連接線與背板單元相連傳輸控制信息和采集的數(shù)據(jù)信息；1394數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將接收到的數(shù)據(jù)信號按照1394協(xié)議進行轉(zhuǎn)換后輸出。

所述的KVM包括顯示器和鍵盤鼠標。KVM集鍵盤、鼠標和顯示器于一體，為控制器提供輸入、顯示功能，集成度高，大大節(jié)省了機柜空間，通過VGA或者DVI接口連接控制器。

所述的背板單元包括：模擬總線、數(shù)字通信/控制總線、電源總線和總線通訊接口，作為連接控制器和通用信號采集模塊的橋梁，通過背板上的模擬總線，可以將被測信號互相連接；通過背板上的通信總線，控制器可以向通用信號采集模塊發(fā)送命令和接收測量數(shù)據(jù)。通用信號采集模塊的供電通過背板電源總線進行提供，背板單元通過內(nèi)置的1394總線接口與控制器相連通訊。

傳感器感應待測物理量并產(chǎn)生相應的模擬電信號，電信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄓ眯盘柌杉K，根據(jù)傳感器類型的不同，通用信號采集模塊分為標準電壓采集模塊、標準電流采集模塊和熱電偶溫度采集模塊。

所述的標準電壓采集模塊和標準電流采集模塊，每一路電壓和電流采集通道通過信號線連接到接口單元的同一個通用電信號接口上。

所述的熱電偶溫度采集模塊，每一路采集通道通過K、T、E補償導線分別連接到接口單元的K、T、E 3個通用溫度采集接口上。控制器可以對熱電偶溫度采集模塊的每個通道進行設(shè)置，通過對分度表的控制，實現(xiàn)對多路T、K、E型熱電偶的實時采集。

如圖2所示，所述的通用信號采集模塊(標準電壓采集模塊、標準電流采集模塊和熱電偶溫度采集模塊)包括：信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、電氣隔離模塊、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、總線通信模塊和電源模塊；信號調(diào)理模塊對傳感器模塊輸出信號進行放大，A/D轉(zhuǎn)換模塊與電氣隔離模塊相連傳輸每路標準信號A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，電氣隔離模塊與FPGA數(shù)據(jù)處理模塊相連傳輸各通道采集電氣隔離后的數(shù)據(jù)信息，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)處理模塊與總線通信模塊相連傳輸控制信息和處理后的多路數(shù)據(jù)信息，總線通信模塊與背板單元內(nèi)部通信總線相連，用于與控制器的通信，電源模塊為與其相連的模塊提供電源。裝置由多個多通道串行A/D轉(zhuǎn)換模塊10構(gòu)成，通過FPGA數(shù)據(jù)處理模塊12實現(xiàn)多個AD轉(zhuǎn)換器同時并行工作，在保證數(shù)據(jù)采集精度的同時大幅度提高了采樣速率。通用信號采集模塊采用FPGA作為控制芯片，通過Verilog語言編程實現(xiàn)邏輯及時序控制。如需增加采集通道，只需要擴充數(shù)據(jù)采集單元即可。

所述的電源隔離模塊包括：線性直流穩(wěn)壓電源和隔離模塊，線性直流穩(wěn)壓電源通過背板單元的電源總線為通用信號采集模塊提供激勵電源，保證其正常工作。隔離模塊采用穩(wěn)固得2DS5，輸出電壓24V，它與線性直流穩(wěn)壓電源相連輸出多路電壓信號，為每一個傳感器單獨供電，電源隔離模塊對傳感器之間的供電進行有效隔離，擺脫了各通道之間的信號干擾。

所述的接口單元與通用信號采集模塊通過信號線和K、T、E補償導線相連傳輸傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，與電源隔離模塊通過電源線相連傳輸傳感器供電電壓信號。電壓、電流復用電氣接口為XS12K4P標準接插件，T、K、E型分時復用同一通道的電氣接口為2針熱電偶小插頭。

所述的傳感器模塊由多種類型的傳感器構(gòu)成，包括輸出標準信號0～5V的傳感器、輸出標準信號4～20mA的傳感器和T、K、E型熱電偶傳感器，它與接口單元通過傳感器連接線纜的標準接插件相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息。

如圖3所示，標準電信號采集通道的航插定義，電氣接口為XS12K4P，第1芯：電壓信號+，第2芯：+24VDC供電，第3芯：電流信號+，第4芯：電源地、信號地。

如圖4所示，3線制電壓型傳感器按接線圖接入多路通用信號采集裝置后面板的采集通道上，在控制器上通過數(shù)據(jù)采集軟件對電壓信號線性或非線性處理后顯示相應通道采集到的參數(shù)值。

如圖5所示，2線制電流型傳感器按接線圖接入多路通用信號采集裝置后面板的采集通道上，在控制器上通過數(shù)據(jù)采集軟件對電流信號線性或非線性處理后顯示相應通道采集到的參數(shù)值。

根據(jù)熱電偶傳感器的類型不同，將相應類型的熱電偶插入相應的熱電偶采集通道上，不同的熱電偶接頭顏色不同，K型熱電偶接頭為黃色，T熱電偶接頭為藍色，E型熱電偶接頭為紫色。同一時刻，同一通道只能采集一個類型(K/T/E)的熱電偶，在數(shù)據(jù)采集軟件上將會顯示相應通道采集到的溫度值。