專(zhuān)利名稱(chēng)：模塊化數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模塊化思想設(shè)計(jì)的一種獨(dú)特的模塊組合方式的數(shù)據(jù)采集裝置，屬于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用領(lǐng)域，特別是數(shù)據(jù)采集技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控以及無(wú)人值守方面的應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種監(jiān)控例如機(jī)房、糧倉(cāng)、冷庫(kù)等應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)只是對(duì)特定的物理參數(shù)進(jìn)行采集或者對(duì)某些特定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如對(duì)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)90209039.9(1991年1月30日公告)以及專(zhuān)利申請(qǐng)91106146.0所表明的技術(shù)，分析后發(fā)現(xiàn)有如下不足1.由于其設(shè)計(jì)不是基于構(gòu)件化原則，所以功能單一、通用性比較差；2.只適合測(cè)點(diǎn)少、距離近、規(guī)模較小的環(huán)境；3.自動(dòng)化程度低、智能化水平低，很難實(shí)現(xiàn)在惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集，更難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程長(zhǎng)期無(wú)人值守的數(shù)據(jù)采集；4.連接線(xiàn)多、工作不可靠、通用性差。
5、采集現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法查看具體傳感器的參數(shù)數(shù)據(jù)。
6、對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)存在的空調(diào)設(shè)備不能進(jìn)行控制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)上述之弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一種較為靈活、能夠適用各種規(guī)模大小的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同時(shí)提供兩種串行通訊的接口，以適合不同場(chǎng)合，各種距離的數(shù)據(jù)采集，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)人值守的目的。為此，設(shè)計(jì)了該種模塊化組合式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的范圍包括環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、門(mén)禁、地濕等參數(shù)，動(dòng)力參數(shù)如電流、電壓、功率因數(shù)等，以及各種設(shè)備例如空調(diào)、電源、發(fā)電機(jī)等的各種運(yùn)行參數(shù)。該裝置連接簡(jiǎn)單，工作可靠，通用性強(qiáng)。
系統(tǒng)包括主控模塊、環(huán)境及動(dòng)力采集模塊、智能數(shù)據(jù)采集模塊、空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊，這些模塊通過(guò)一條數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)連接，每個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)主控模塊，其它模塊可以根據(jù)規(guī)模按需要進(jìn)行添加。
如圖1所示。方案如下1.該裝置包括主控模塊、環(huán)境及動(dòng)力采集模塊、智能數(shù)據(jù)采集模塊和參數(shù)采集和控制模塊，以及用于模塊之間的數(shù)據(jù)通信的、一條連接各個(gè)功能模塊的串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)。
2.該裝置中的所述主控模塊進(jìn)一步包含用于查看各模塊參數(shù)的液晶顯示器LCD和設(shè)置各模塊參數(shù)的鍵盤(pán)KEYBOARD。
3.所述的智能數(shù)據(jù)采集模塊具有可連接不同類(lèi)型的傳感器的接口。所述傳感器接口可以由元件1N4148(如圖8中的D400)、1N4148(如圖8中的D416)、0.1μf(如圖8中的C400)和250Ω(如圖8中的R400)構(gòu)成。由二極管1N4148、1N4148、組成電壓保護(hù)電路，要求輸入電壓不能高于5.7v，也不能低于-0.7v，起到穩(wěn)壓保護(hù)的作用；0.1μf的電容和250Ω的電阻構(gòu)成濾波電路，過(guò)濾掉噪聲。
4.所述的智能數(shù)據(jù)采集模塊包括串口擴(kuò)展芯片16C550-PLCC、光電耦合芯片4N25、4N25、4N25、電平轉(zhuǎn)換芯片MAX487和MAX232，由串口擴(kuò)展芯片出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合后，分別進(jìn)入MAX487和MAX232，將TTL電平轉(zhuǎn)化為RS485和RS232兩種電平，對(duì)外部智能設(shè)備提供RS485(MAX485)和RS232(MAX232)兩種電氣接口(如圖10)。該模塊通過(guò)串口與主控模塊進(jìn)行通訊，采集設(shè)備數(shù)據(jù)。
5.所述空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊包含由三極管和電阻元件組成的旨在遙控空調(diào)的紅外遙控發(fā)射電路，可包括所述的三極管為兩只8050(如圖11中的Q2和Q3)；所述的電阻排布則如圖11中R19、R20、R21、R22、R23和R25所表現(xiàn)。
6.空調(diào)參數(shù)采集模塊通過(guò)電阻R3至R9和電容組成濾波電路將外部傳感器的空調(diào)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)(如圖11)，采集空調(diào)參數(shù)。
采用上述方案后，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化，可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)模塊數(shù)量自由配置；2.采用通用傳感器接口，可以配接不同類(lèi)型的傳感器，實(shí)現(xiàn)了采集參數(shù)的靈活搭配，并且傳感器數(shù)量可以按需要進(jìn)行配置；3、模塊之間、智能數(shù)據(jù)采集模塊與智能設(shè)備之間采用串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)連接，傳輸距離遠(yuǎn)，能夠適應(yīng)不同系統(tǒng)規(guī)模的需求；4、大大減少了系統(tǒng)內(nèi)連線(xiàn)，提高了系統(tǒng)可靠性和通用性；5、能夠現(xiàn)場(chǎng)查看數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，并能夠?qū)\(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；6、模塊全部采用智能微處理器設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化程度，能夠適應(yīng)長(zhǎng)期惡劣環(huán)境，并且無(wú)需人工參與運(yùn)行過(guò)程。
7、能夠采集空調(diào)參數(shù)并對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制。


圖1是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的概括性總圖；圖2是主控模塊結(jié)構(gòu)圖；圖3是環(huán)境動(dòng)力采集模塊；圖4是智能數(shù)據(jù)采集模塊；圖5是空調(diào)參數(shù)采集控制模塊；圖6是主控模塊原理圖；圖7是環(huán)境動(dòng)力采集模塊中CPU構(gòu)件原理圖；圖8是環(huán)境動(dòng)力采集模塊中模擬量輸入構(gòu)件原理圖；圖9是環(huán)境動(dòng)力采集模塊中模擬電源構(gòu)件原理圖；圖10是智能數(shù)據(jù)采集模塊原理圖；圖11是空調(diào)參數(shù)采集控制模塊原理圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型所述的裝置，以及其中的模塊進(jìn)行較為詳細(xì)的描述(一)主控模塊該模塊用于完成監(jiān)控中心與監(jiān)控終端各子模塊通訊、控制監(jiān)控終端各子模塊等功能。它由微處理器MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、液晶顯示LCD和鍵盤(pán)KEYBOARD、上行通信接口、數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)接口等構(gòu)成，如圖2所示。上行通信接口用于和上層控制網(wǎng)絡(luò)(如監(jiān)控中心或者本地管理)進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、更大范圍的監(jiān)控系統(tǒng)；液晶顯示器LCD和鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，用于查詢(xún)，顯示系統(tǒng)參數(shù)和對(duì)系統(tǒng)(包括本模塊或者下級(jí)模塊)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、控制；數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)用于連接各種數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)MCU與下級(jí)子模塊的通訊以及設(shè)備級(jí)連。詳細(xì)電路原理圖見(jiàn)圖6。
本電路設(shè)計(jì)選擇的MCU是SST公司的微處理器SST89C58，該電路板最多可連接14個(gè)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)采集終端模塊，既有同上位機(jī)的通訊，又有同多個(gè)下位機(jī)的通訊，還有鍵盤(pán)輸入和中文液晶顯示輸出，SST89C58內(nèi)含36K(32K的BLOCK0+4K的BLOCK1)的FLASH閃存儲(chǔ)器。
為保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)復(fù)位電路選擇了看門(mén)狗復(fù)位芯片CAT1162，該芯片具有如下優(yōu)點(diǎn)1.復(fù)位控制器，具有高低兩種電平復(fù)位輸出引腳，本實(shí)用新型選擇高電平輸出引腳RST作為MCU的復(fù)位輸入；2.精確的電源電壓監(jiān)測(cè)功能，具有多達(dá)5個(gè)復(fù)位門(mén)檻電壓；3.2K字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)I2C串行E2PROM，可以保存系統(tǒng)參數(shù)在掉電后不丟失；4.外圍電路簡(jiǎn)單，占用資源少。
該電路提供高、低兩種復(fù)位電平，只需在低電平復(fù)位管腳加上拉電阻，在高電平復(fù)位管腳加下拉電阻，在I2C總線(xiàn)SCL和SDA上加上拉電阻，只占用MCU的2根空閑的I/O口線(xiàn)。
MCU單片機(jī)的地址低8位與數(shù)據(jù)線(xiàn)共用P0口，訪(fǎng)問(wèn)采用分時(shí)復(fù)用方式，外接一個(gè)8位鎖存器74HC573芯片。
在通訊系統(tǒng)中，一要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，二要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。通用異步收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能。由于MCU只有一個(gè)串口，且設(shè)計(jì)用于與下級(jí)個(gè)子模塊的通訊，要想實(shí)現(xiàn)MCU與上位機(jī)的通訊，采用串口擴(kuò)展芯片16C550進(jìn)行串口擴(kuò)展，完成通訊中的并口轉(zhuǎn)串口，串口轉(zhuǎn)并口功能。16C550提供了先進(jìn)先出(FIFO)工作方式，其內(nèi)部獨(dú)立的16字節(jié)發(fā)送、接收緩沖區(qū)，可編程分頻和波特率發(fā)生器，可通過(guò)查詢(xún)或中斷兩種方式進(jìn)行發(fā)送和接收。值得一提的是，16C550還提供了兩個(gè)TTL電平管腳輸出，TTL電平可通過(guò)寫(xiě)寄存器的方式改變。在設(shè)計(jì)中，這兩個(gè)管腳輸出可以在MCU的I/O口不夠的時(shí)候，考慮使用。
由于本電路的MCU要實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的通訊，鍵盤(pán)的輸入和中文液晶顯示(LCD)的輸出，存儲(chǔ)、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，采用32K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器CY62256。
本電路采用4×3矩陣式鍵盤(pán)和自帶漢字庫(kù)的中文液晶顯示模塊(LCD)。鍵盤(pán)輸入可以進(jìn)行本地地址、工作參數(shù)的設(shè)置和報(bào)警狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)。LCD可以對(duì)工作狀態(tài)、報(bào)警參數(shù)等進(jìn)行顯示。鍵盤(pán)輸入采用緩沖存儲(chǔ)器74HC541進(jìn)行緩沖。
地址譯碼和邏輯控制采用兩片可編程門(mén)陣列器件GAL16V8來(lái)實(shí)現(xiàn)，GAL16V8可在線(xiàn)用電擦除多次，數(shù)據(jù)可保存20年，與TTL兼容、具有可編程的保密位、靈活、可靠、穩(wěn)定等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足我們對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。
RS-232電平轉(zhuǎn)換接口芯片為MAX202，這種芯片具有與MAX232、ICL232一樣的性能，且外圍電容可以用0.1μ的獨(dú)石電容，使外圍電路體積更小。
本電路有聲、光、繼電器觸點(diǎn)三級(jí)報(bào)警輸出和MCU狀態(tài)運(yùn)行指示輸出，利用MC1413芯片做驅(qū)動(dòng)。
(二)環(huán)境、動(dòng)力采集模塊本模塊完成的功能主要是對(duì)16路模擬信號(hào)輸入并進(jìn)行采集，并提供傳感器的電源(12V或24伏)，將采集回來(lái)的信息進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，通過(guò)總線(xiàn)上傳到上位機(jī)，如圖3所示。該模塊是基于構(gòu)件化的思想設(shè)計(jì)的。主要包括CPU構(gòu)件、模擬量的輸入構(gòu)件、模擬電源的輸出構(gòu)件、串行通訊構(gòu)件等。由微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、AD采樣電路，多路選擇電路、傳感器接口電路，串口等構(gòu)成。傳感器接口電路用于連接各種類(lèi)型的參數(shù)傳感器，如溫度、濕度、門(mén)禁、地濕等以及動(dòng)力參數(shù)電流、電壓、功率因數(shù)等。由多路選擇電路和AD采樣電路對(duì)各傳感器參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)傳輸?shù)街骺啬K，由主控模塊再傳回到監(jiān)控中心。詳細(xì)原理圖見(jiàn)圖7-圖9。
圖7是CPU構(gòu)件。MCU選用的是SST89C58單片機(jī)，完成對(duì)本系統(tǒng)的控制，以及與外部的串行通訊功能，包括對(duì)A/D采集的控制，模擬電源的選通控制。同時(shí)在內(nèi)部包括對(duì)RAM的操作及看門(mén)狗的控制和處理。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用32K的CY62256型RAM，地址譯碼和邏輯控制單元采用一片可編程門(mén)陣列器件GAL16V8來(lái)實(shí)現(xiàn)，還包括一個(gè)該采集系統(tǒng)的地址選擇部分。
多路選擇開(kāi)關(guān)可選用CD4051，AD采樣可選用TLV1549。將多路模擬信號(hào)，經(jīng)多多路選擇開(kāi)關(guān)CD4051，AD轉(zhuǎn)換成給CPU的串行數(shù)據(jù)信號(hào)。
傳感器電路提供16路的模擬量輸入接口(采用RJ45的方式)每個(gè)接口包括兩個(gè)功能模擬量的輸入和傳感器電源(12伏或者24伏)供電電壓選擇采用內(nèi)部跳線(xiàn)的方式選擇(參考圖8)。
圖9是模擬電源構(gòu)件，完成12伏或24伏直流電源的輸出。由CPU的選通信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器TPIC6B273DW來(lái)控制模擬電源的輸出。
本設(shè)備提供一個(gè)UART串行通信接口，用于和上位機(jī)進(jìn)行通信。這個(gè)通信接口采用3線(xiàn)制的RS232物理接口，與串行通訊總線(xiàn)都屬于并聯(lián)方式的連接。采用DB9M和雙排插針座的兩種方式。
(三)智能數(shù)據(jù)采集模塊該模塊由微處理器MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、設(shè)備通信接口和上行串口、狀態(tài)指示器構(gòu)成，如圖4所示。該模塊用于接入外部智能設(shè)備。其主要功能是完成和其它廠(chǎng)家的智能設(shè)備的控制協(xié)議到本公司的設(shè)備控制協(xié)議的轉(zhuǎn)換，同時(shí)要求其對(duì)外部智能設(shè)備提供RS232和RS485兩種接口，所以它也可以實(shí)現(xiàn)物理接口的轉(zhuǎn)換。原理見(jiàn)圖10，該模塊以SST89C58單片機(jī)為核心，配有看門(mén)狗，時(shí)鐘電路，由16C550擴(kuò)展一個(gè)串行接口，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合后，進(jìn)入電平轉(zhuǎn)換芯片，用戶(hù)通過(guò)選擇RS232或者RS485接口，與智能設(shè)備通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
MCU選用的是SST89C58單片機(jī)，完成本系統(tǒng)的控制以及與外部智能設(shè)備和主控制模塊的串行通訊功能，同時(shí)在內(nèi)部包括對(duì)SRAM的操作及看門(mén)狗的控制和處理。
在通訊系統(tǒng)中，MCU一方面要完成與外部智能設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送，一方面要完成與主控模塊的通訊。MCU只有一個(gè)串口，在此采用16C550進(jìn)行串口擴(kuò)展，完成通訊中的并口轉(zhuǎn)串口，串口轉(zhuǎn)并口功能。
設(shè)備通信接口連接到外部設(shè)備的智能通信口，這一通信接口使用標(biāo)準(zhǔn)UART通信方式，其通信波特率兼容1200BPS到19200BPS之間的各種波特率。它對(duì)外的物理接口方式為兩種，一種為RS232方式，一種為RS485方式，這兩種方式應(yīng)可以通過(guò)跳針進(jìn)行選擇。功能是提取設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)，如電源、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。
上行通信接口用于通過(guò)協(xié)議擴(kuò)展底板連接到主板的外部設(shè)備接口。這一通信接口使用標(biāo)準(zhǔn)UART通信方式，它和協(xié)議擴(kuò)展底板之間使用的TTL電平連接，要求使用的波特率為9600BPS。經(jīng)過(guò)格式變換后形成與數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)兼容的數(shù)據(jù)包，通過(guò)數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)傳輸?shù)街骺啬K。
狀態(tài)指示有一下幾個(gè)“RUN”指示燈用于指示程序的運(yùn)行狀態(tài)，如果程序正常運(yùn)行，這一指示燈則一秒亮一秒滅反復(fù)閃爍。
“ERXD”指示燈用于指示有信息通過(guò)外部智能設(shè)備接口發(fā)出，如果正在發(fā)出信息則這一指示燈應(yīng)閃爍。
“ETXD”指示燈用于指示通過(guò)外部智能設(shè)備接口接收到外部智能設(shè)備的信息，如果正在接收信息則這一指示燈應(yīng)閃爍。
“PTX”指示燈用于指示有信息通過(guò)上行通信接口發(fā)送給主板，如果正在發(fā)出信息則這一指示燈應(yīng)閃爍。
“PRX”指示燈用于指示通過(guò)上行通信接口接收到主板發(fā)來(lái)的信息，如果正在接收信息則這一指示燈應(yīng)閃爍。
(四)空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊該模塊由微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、AD采樣電路、空調(diào)參數(shù)傳感器接口、紅外遙控信號(hào)發(fā)射電路、數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)接口等構(gòu)成，如圖5所示?？照{(diào)參數(shù)傳感器接口外接空調(diào)參數(shù)傳感器，采集的參量經(jīng)AD采樣電路數(shù)字化后，由微處理器傳送到數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)并傳輸?shù)街骺啬K。主控模塊的空調(diào)控制命令經(jīng)數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)傳輸?shù)轿⑻幚砥?，產(chǎn)生紅外遙控編碼信號(hào)，經(jīng)紅外遙控信號(hào)發(fā)射電路發(fā)射，由空調(diào)的紅外接收器接收并執(zhí)行相應(yīng)的控制。原理見(jiàn)圖11，該模塊以SST89C58單片機(jī)為核心，配有看門(mén)狗，時(shí)鐘電路，采集信號(hào)經(jīng)過(guò)多路控制選擇開(kāi)關(guān)CD4051進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換芯片，為處理器將采集到的信號(hào)上傳主控模塊，，并接受主控模塊的命令，通過(guò)紅外發(fā)射電路遙控空調(diào)。
MCU選型時(shí)采用了具有ISP功能微處理器SST89C58，SST89C58內(nèi)部具有兩塊分別為32Kbyte(BANK0)和4KByte(BANK1)的FLASHROM閃存，其中一塊作為程序存儲(chǔ)器，一塊用來(lái)存儲(chǔ)紅外學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)。
為了兼容不具有ISP功能的MCU，使用了一片型號(hào)為AT24C128的E2PROM。AT24C128的容量為128K Bit，與MCU使用為I2C接口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，可用來(lái)保存紅外學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)。
由于空調(diào)遙控器大多采用PWM方式進(jìn)行編碼，且不同空調(diào)遙控器的指令長(zhǎng)度和對(duì)邏輯0、1的脈沖寬度定義都不相同，為了保證對(duì)各型空調(diào)都能夠由較好的學(xué)習(xí)結(jié)果，因此在學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。故增加一片62C256作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，保存要進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)。
用的模數(shù)轉(zhuǎn)換IC MAX1136有4個(gè)模擬量輸入通道可對(duì)2路空調(diào)的電壓、電流共4個(gè)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；使用GAL16V8對(duì)2路空調(diào)遙控的控制信號(hào)進(jìn)行控制；使用SST89C58上的2個(gè)I/O引腳控制兩個(gè)繼電器的動(dòng)作，使得模塊由2路干節(jié)點(diǎn)輸出；以達(dá)到一個(gè)空調(diào)遙控模塊控制2路空調(diào)的目的。
通過(guò)對(duì)MCU對(duì)外部擴(kuò)展IO的賦值來(lái)設(shè)置控制2路繼電器的吸合、斷開(kāi)，達(dá)到提供節(jié)點(diǎn)輸出的目的。由于繼電器的輸出需要保持，因此增加一片6B273來(lái)進(jìn)行鎖存。由于繼電器觸點(diǎn)通過(guò)的電流較大，因此要在常開(kāi)觸點(diǎn)間并聯(lián)一個(gè)電容進(jìn)行滅弧。
使用傳感器將2路空調(diào)電流轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號(hào)，輸入到空調(diào)遙控模塊中。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換IC MAX1136的模擬量輸入為電壓信號(hào)，需通過(guò)串接電阻將輸入的電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，又因?yàn)镸AX1136的內(nèi)部參考電壓為4.096V，因此串接的電阻值為200，將輸入的4～20mA的電流輸入轉(zhuǎn)換為0.8V～4V的電壓輸入；通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由軟件根據(jù)所得到空調(diào)的電流的值，判斷空調(diào)的工作狀態(tài)；使用傳感器將2路非遙控的空調(diào)電壓轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號(hào)，輸入到空調(diào)遙控模塊中。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換IC MAX1136的模擬量輸入為電壓信號(hào)，需通過(guò)串接電阻將輸入的電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，又因?yàn)镸AX1136的內(nèi)部參考電壓為4.096V，因此串接的電阻值為200，將輸入的4～20mA的電流輸入轉(zhuǎn)換為0.8V～4V的電壓輸入；通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由軟件根據(jù)所得到空調(diào)的電壓的值，判斷非遙控空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
從空調(diào)遙控模塊設(shè)計(jì)有供紅外接收管輸入的接口，將紅外接收管將解調(diào)后的輸入信號(hào)及經(jīng)過(guò)74HC14反相的信號(hào)分別連接至SST89C58的外部中斷輸入引腳INT0、INT1，當(dāng)空調(diào)遙控器發(fā)出命令的有邏輯發(fā)生變化時(shí)SST89C58會(huì)產(chǎn)生INT0和INT1中斷，以供軟件對(duì)空調(diào)遙控器的指令進(jìn)行分析，達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。
在本模塊采用了集成數(shù)十個(gè)品牌的100種型號(hào)的空調(diào)遙控器指令的遙控IC，在要對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制時(shí)，遙控IC輸出的紅外遙控信號(hào)和SST89C58輸出的紅外遙控信號(hào)分別與邏輯控制單元的控制信號(hào)相與，再進(jìn)行或運(yùn)算后，當(dāng)被控制空調(diào)的類(lèi)型在遙控IC的所能控制的類(lèi)型內(nèi)時(shí)，由邏輯控制單元關(guān)斷SST89C58的紅外輸出。遙控IC的輸出經(jīng)由紅外發(fā)射管，實(shí)現(xiàn)控制空調(diào)的目的。
邏輯控制由一片GAL16V8來(lái)完成，使用GAL16V8對(duì)由遙控IC和SST89C58發(fā)出的控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(載波38K)，根據(jù)空調(diào)的類(lèi)型決定由遙控IC還是SST89C58來(lái)控制空調(diào)，再根據(jù)上位機(jī)的命令決定控制2路空調(diào)中的某一路。
在設(shè)計(jì)中采用CAT1161作為看門(mén)狗，CAT1161的SDA引腳連接至SST89C58的I/O引腳上。在模塊正常運(yùn)行期間SDA上的電平會(huì)不斷發(fā)生變化，當(dāng)出現(xiàn)程序跑飛時(shí)SDA高電平保持1.6S不變時(shí)，CAT1161與SST89C58復(fù)位端相連的的引腳就會(huì)輸出高電平并保持200mS，使SST89C58可靠復(fù)位，程序正常運(yùn)行。
以下就本實(shí)用新型的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，再簡(jiǎn)要闡述其中各部分之間關(guān)聯(lián)及所解決的技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置包括主控模塊、環(huán)境及動(dòng)力采集模塊、智能數(shù)據(jù)采集模塊和空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊，模塊之間由一條串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)連接，主控模塊通過(guò)串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)采集其它模塊的數(shù)據(jù)和控制信息。參見(jiàn)圖1。模塊的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行增加或減少，以克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能單一、通用性差的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，還有如下特征該裝置中的所述主控模塊進(jìn)一步包含用于查看各模塊參數(shù)的液晶顯示器和設(shè)置各模塊參數(shù)的鍵盤(pán)。液晶顯示器和鍵盤(pán)采用CN101組件實(shí)現(xiàn)。通過(guò)鍵盤(pán)和液晶顯示器可以瀏覽各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)各個(gè)模塊的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改，解決了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法查看和設(shè)置傳感數(shù)據(jù)的問(wèn)題。
本實(shí)用新型所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置中，所述的智能數(shù)據(jù)采集模塊具有可連接不同類(lèi)型的傳感器的接口，接口由D400-D431、C400-C415、R400-R415構(gòu)成。接口可以配接不同類(lèi)型的傳感器，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中模塊功能單一、通用性差的問(wèn)題。
本實(shí)用新型所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置中，所述傳感器接口由二極管D400-D431組成電壓保護(hù)電路，保護(hù)輸入電壓不高于5.7v，不低于-0.7v，起到電路保護(hù)的作用；電容C400-C415構(gòu)成濾波電路，過(guò)濾外部干擾噪聲；電阻R400-R415構(gòu)成電流電壓變換電路，將外部傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
本實(shí)用新型所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置中，所述的智能數(shù)據(jù)采集模塊包括串口擴(kuò)展芯片U10、光電耦合芯片U5-U7、電平轉(zhuǎn)換芯片U1和U2，由串口擴(kuò)展芯片出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合后，分別進(jìn)入U(xiǎn)1和U2，將TTL電平轉(zhuǎn)化為RS485和RS232兩種電平，對(duì)外部智能設(shè)備提供RS485和RS232兩種電氣接口。該模塊通過(guò)串口與主控模塊進(jìn)行通訊，采集設(shè)備數(shù)據(jù)。串口擴(kuò)展芯片U10采用16C550、U5-U7采用4N25、U1采用MAX487、U2采用MAX232實(shí)現(xiàn)。接口可以連接多個(gè)設(shè)備，并且傳輸距離較遠(yuǎn)，解決了測(cè)點(diǎn)少、距離近、規(guī)模小的問(wèn)題。通過(guò)總線(xiàn)方式連接，大大減少了系統(tǒng)連線(xiàn)，增加了系統(tǒng)可靠性和通用性。
本實(shí)用新型所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置中，所述空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊包含由三極管和電阻元件組成的紅外遙控發(fā)射電路，用于對(duì)空調(diào)進(jìn)行紅外遙控。
本實(shí)用新型所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置中，包括所述的三極管為兩只8050(Q2和Q3)、電阻(R19、R20、R21、R22、R23和R25)。
本實(shí)用新型所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置中，所述的空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊通過(guò)電阻(R3至R9)和濾波電路將一外部傳感器的一空調(diào)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而采集到所需的空調(diào)參數(shù)。以配合實(shí)現(xiàn)空調(diào)控制的功能。
權(quán)利要求1.一種模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于該裝置包括主控模塊、環(huán)境及動(dòng)力采集模塊、智能數(shù)據(jù)采集模塊、空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊，模塊之間由一條串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)連接，主控模塊通過(guò)串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)采集其它模塊的數(shù)據(jù)和控制信息。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于該裝置中的所述主控模塊進(jìn)一步包含用于查看各模塊參數(shù)的液晶顯示器和設(shè)置各模塊參數(shù)的鍵盤(pán)。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述的智能數(shù)據(jù)采集模塊具有可連接不同類(lèi)型的傳感器的接口。
4.如權(quán)利要求3所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其進(jìn)一步特征在于所述傳感器接口由二極管(D400至D431)組成電壓保護(hù)電路，保護(hù)輸入電壓不高于5.7v，不低于-0.7v，起到電路保護(hù)的作用；電容(C400至C415)構(gòu)成濾波電路，過(guò)濾外部干擾噪聲；電阻(R400-R415)構(gòu)成電流電壓變換電路，將外部傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述的智能數(shù)據(jù)采集模塊包括串口擴(kuò)展芯片(U10)、光電耦合芯片(U5至U7)、電平轉(zhuǎn)換芯片(U1和U2)，由串口擴(kuò)展芯片出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合后，分別進(jìn)入(U1和U2)，將TTL電平轉(zhuǎn)化為RS485和RS232兩種電平對(duì)外部智能設(shè)備提供RS485和RS232兩種電氣接口；所述的智能數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)串口與主控模塊進(jìn)行通訊，采集設(shè)備數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1、2或者5所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊包含由三極管和電阻元件組成的紅外遙控發(fā)射電路，用于對(duì)空調(diào)進(jìn)行紅外遙控。
7.如權(quán)利要求6所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于包括所述的三極管為兩只8050(Q2和Q3)；所述的電阻(R19、R20、R21、R22、R23和R25)。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述的參數(shù)采集和控制模塊通過(guò)電阻(R3至R9)和濾波電路將一外部傳感器的一電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而采集到所需的參數(shù)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種模塊化數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置包括主控模塊、環(huán)境及動(dòng)力采集模塊、智能數(shù)據(jù)采集模塊和空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊，以及用于模塊之間的數(shù)據(jù)通信的、一條連接各個(gè)功能模塊的串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)。該主控模塊包含用于查看各模塊參數(shù)的液晶顯示器和設(shè)置各模塊參數(shù)的鍵盤(pán)。該智能數(shù)據(jù)采集模塊具有可連接不同類(lèi)型的傳感器的接口，通過(guò)通信的方式采集設(shè)備數(shù)據(jù)。該空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊包含由三極管和電阻元件組成的旨在遙控空調(diào)的紅外遙控發(fā)射電路。該空調(diào)參數(shù)采集和控制模塊通過(guò)電阻和濾波電路將一外部傳感器的一空調(diào)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而采集到所需的空調(diào)參數(shù)。
文檔編號(hào)G06F17/40GK2684272SQ20042004851
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者馮建濤 申請(qǐng)人:北京世紀(jì)瑞爾技術(shù)股份有限公司