專利名稱：多阻段有源無源脈沖采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于多電阻段脈沖信號及有源信號的采集與計數(shù)裝置。
背景技術(shù)：
目前，脈沖計數(shù)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，應(yīng)用非常廣泛，這些電路基本上都是檢測采集端的0V與5V脈沖電壓，進行脈沖計數(shù)，如果有遠程通訊要求，一般通過通訊總線可以將數(shù)據(jù)傳送至上位機。該類產(chǎn)品普遍存在如下不足一是采集的電壓只有兩個臨界值，功能單一，適用范圍窄。二是采集回路、通訊總線缺少防護措施，易造成設(shè)備損壞。三是支持的通訊總線單一，影響應(yīng)用范圍。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決技術(shù)問題，是克服上述已有產(chǎn)品的不足，提供一種新結(jié)構(gòu)的多阻段有源無源脈沖采集器。一是如何通過一條采集回路，同時采集不同電壓范圍的脈沖信號，同時支持無源信號與有源信號。二是如何在采集回路上增加抗干擾、防強電破壞的措施，保證系統(tǒng)能夠始終安全可靠地運行。三是如何使設(shè)備同時支持多種通訊總線，提高產(chǎn)品適用范圍。
為了解決上述問題，本實用新型采用了以下技術(shù)方案。
一種多阻段有源無源脈沖采集器，由脈沖采集及抗干擾、數(shù)據(jù)處理及存儲、數(shù)據(jù)顯示及指示、數(shù)據(jù)通信等部分組成，其中脈沖采集及抗干擾部分，數(shù)據(jù)存儲部分通過單片機的P1口線與單片機相連，數(shù)據(jù)顯示部分通過單片機的數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線(P0)與單片機相連接，數(shù)據(jù)通信部分與單片機片內(nèi)的通用異部串行數(shù)據(jù)收發(fā)器相連，其特征是其中采集及保護電路中，在采集對象脈沖傳感器內(nèi)的信號線上串聯(lián)電阻R1及電阻2，脈沖開關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)；信號線I與自恢復(fù)保險絲RT1的一端6相連，RT1的另一端7接電阻R3的一端8，R3的另一端9接電源VCC1(+12V)，信號線II接地，瞬變電壓抑制二極管RV1的一端4接RT1的一端6，另一端5接地；光電耦合器的引腳1接RT1的一端7，引腳2、4接地；電壓比較器U2、U3的引腳2及U3的引腳1接光電耦合器U1的引腳3，電壓比較器U2、U3、U4的輸出端引腳3分別接單片機U5的1、2、3引腳。
本實用新型設(shè)計了一種全新的采集信號模式，使得采用該電路后每個采集回路可以同時支持多種信號型式，同時支持有源信號與無源信號，采集回路、通訊總線上增加保護措施，實現(xiàn)防強電破壞功能，支持多種總線通訊，提高產(chǎn)品適用范圍。


圖1是采集器主板框圖。
圖2是采集及保護電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型由脈沖采集及抗干擾、數(shù)據(jù)處理及存儲、數(shù)據(jù)顯示及指示、數(shù)據(jù)通信等部分組成，其中脈沖采集及抗干擾部分，數(shù)據(jù)存儲部分通過單片機的P1口線與單片機相連，數(shù)據(jù)顯示部分通過單片機的數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線(P0)與單片機相連接，數(shù)據(jù)通信部分與單片機片內(nèi)的通用異部串行數(shù)據(jù)收發(fā)器相連。
如圖2所示，其中采集及保護電路中，在采集對象脈沖傳感器內(nèi)的信號線上串聯(lián)電阻R1及電阻2，脈沖開關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)；信號線I與自恢復(fù)保險絲RT1的一端6相連，RT1的另一端7接電阻R3的一端8，R3的另一端9接電源VCC1(+12V)，信號線II接地，瞬變電壓抑制二極管RV1的一端4接RT1的一端6，另一端5接地；光電耦合器的引腳1接RT1的一端7，引腳2、4接地；電壓比較器U2、U3的引腳2及U3的引腳1接光電耦合器U1的引腳3，電壓比較器U2、U3、U4的輸出端引腳3分別接單片機U5的1、2、3引腳。
1、脈沖采集及抗干擾部分在采集對象脈沖傳感器內(nèi)的信號線上串聯(lián)電阻R1及電阻2，脈沖開關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)。信號線I與自恢復(fù)保險絲RT1的一端6相連，RT1的另一端7接電阻R3的一端8，R3的另一端9接電源VCC1(+12V)，信號線II接地，瞬變電壓抑制二極管RV1的一端4接RT1的一端6，另一端5接地。光電耦合器的引腳1接RT1的一端7，引腳2、4接地。電壓比較器U2、U3的引腳2及U3的引腳1接光電耦合器U1的引腳3，電壓比較器U2、U3、U4的輸出端引腳3分別接單片機U5的1、2、3引腳。
當脈沖開關(guān)正常閉合時，信號線上的信號為電阻2上的壓降，當脈沖開關(guān)正常打開時，信號線上的信號為電阻R1及電阻2的壓降之和，當兩條信號線被非法短路時，信號線上的信號一直為零，當兩條信號線被非法斷開時，信號線上的信號一直為電源電壓。這樣，根據(jù)信號電平的高低就可以判斷出采集線路的狀態(tài)。信號通過光電隔離及電壓比較器后，由單片機根據(jù)信號的不同來做出相應(yīng)的處理。
本實用新型解決部分被采集信號為有源信號的問題所采取的辦法是采用專用有源/無源轉(zhuǎn)換卡，當信號為有源信號時可通過此轉(zhuǎn)換卡進行隔離。設(shè)置轉(zhuǎn)換卡上的跳線，即可實現(xiàn)對有源及無源信號的區(qū)別采集。
信號采集通過光電隔離，軟件去抖的軟硬結(jié)合方式可以很好的去除干擾，增強信號的可靠性。通過熱敏電阻及瞬變電壓抑制二極管可有效的去除強電破壞，當強電竄入采集回路時，瞬變電壓抑制二極管會吸收大量的浪涌電流，熱敏電阻也會過流斷開，從而保護采集回路免遭強電的破壞。
2、數(shù)據(jù)處理及存儲部分單片機采用PHILIPS的P89C60X2，這種單片機采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計，以先進的CMOS工藝制造，并且片內(nèi)含多達64K非易失性Flash程序存儲器，從而可在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能；存儲部分采用鐵電隨機存儲器(FRAM)，其具有非易失性，并且可以象RAM一樣快速讀寫，數(shù)據(jù)在掉電后可以保存10年，相對于EEPROM或其他非易失性存儲器，F(xiàn)RAM具有系統(tǒng)可靠性更高，結(jié)構(gòu)更簡單等諸多優(yōu)點。由于鐵電存儲器的讀寫次數(shù)可達100億次，很好的解決了電度采集中需要高頻刷新記錄所引起的EEPROM存儲器失效問題。
3、數(shù)據(jù)顯示及指示部分數(shù)據(jù)顯示采用13位數(shù)碼管，可以顯示用戶房屋號碼及精確到0.01的電度數(shù)。指示燈有供電、總線通訊、信號采集、短路報警、斷線報警等指示，并有相應(yīng)聲音警報。
4、通信部分本實用新型的通信方式具有多樣性及靈活性的特點。主板上集成一種常用的通信方式(如485方式)，同時提供基于串口通訊方式的統(tǒng)一接口，其它如485總線、調(diào)制解調(diào)總線、CAN總線、無線通信等通訊方式做成專門的通訊卡，通訊卡與主板接口相連，滿足多種通訊方式的需求，從而使本實用新型有更廣闊的應(yīng)用空間。
本實用新型在上電后首先執(zhí)行一系列的自檢操作，如檢查數(shù)碼管、發(fā)光二極管、蜂鳴器等工作是否正常。在對單片機內(nèi)部資源及相關(guān)外圍器件進行初使化之后進入正常工作狀態(tài)，即循環(huán)采集各回路的脈沖信號，具體脈沖采集電路如附圖2所示，R1＝R2＝R3，正常狀態(tài)下，脈沖開關(guān)(S1)的狀態(tài)變化一次為一個脈沖，當S1閉合時C點電壓為1/2VCC1，S2打開時C點電壓為2/3VCC1。當水表遭到破壞，例如A，B點被短路時，C點電壓固定為0V，而當兩條信號線之一被斷開時，C點電壓則固定為VCC1。這樣C點電平的高低通電光電隔離后就可反應(yīng)在D點，D點的信號通過電壓比較器就可以得到正確的反應(yīng)信號，最后通過單片機根據(jù)各種信號做出相應(yīng)的處理，如果為正常脈沖，則進行計數(shù)累計存儲，如果為非正常數(shù)據(jù)，則發(fā)出相應(yīng)報警信號。
本實用新型通過一片MC1413來實現(xiàn)對有源及無源信號的區(qū)別處理，當信號為有源時可將MC1413短接，即使用主板上的電源驅(qū)動；若信號為有源信號則可通過MC1413將主板電源隔離，以避免發(fā)生沖突。
信號采集通過光電隔離，軟件去抖的軟硬結(jié)合方式可以很好的去除干擾，增強信號的可靠性。通過熱敏電阻RT1及瞬變電壓抑制二極管RV1可有效的去除強電破壞，當強電竄入采集回路時，瞬變電壓抑制二極管RV1會吸收大量的浪涌電流，熱敏電阻RT1也會過流斷開，從而保護采集回路遭受強電的破壞。
正常采集到脈沖信號后，在進行軟件去抖、判斷、換算等一系列的處理，最后將得到的電度數(shù)存儲到鐵電存儲器FM25045中，供抄表及即時查詢使用。鐵電存儲器與單片機之間采用SPI(Serial Peripheral Interface)總線連接，由于P89C60X2不具有硬件SPI功能，故采用了用普通I/O口模擬SPI總線的方式。當本實用新型檢測到有按鍵響應(yīng)時，將顯示第一位用戶的房屋編號及其相應(yīng)的耗能計量值，當使用者連續(xù)按鍵時則順序顯示各用戶的耗能計量值。當使用者在10秒內(nèi)未有按鍵動作時，本實用新型將自動關(guān)閉數(shù)碼管顯示，以降低功耗。
當上位機需要采集數(shù)據(jù)時，可采用多種靈活的通信方式，即可直接利用主板上的調(diào)制解調(diào)接口，亦可采用其它需要的通信方式，如若需要使用485總線通信時只需將485通信卡插入主板的相應(yīng)接口，并將跳線作相就設(shè)置即可。當本實用新型需要和系統(tǒng)中其它設(shè)備通信時與此類同。
通過通訊總線，系統(tǒng)可以接受來自上位機的命令，并響應(yīng)上位機的命令，如抄表、設(shè)置參數(shù)、獲取報警狀態(tài)等命令，實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)與遠程抄表功能。
權(quán)利要求1.一種多阻段有源無源脈沖采集器，由脈沖采集及抗干擾、數(shù)據(jù)處理及存儲、數(shù)據(jù)顯示及指示、數(shù)據(jù)通信等部分組成，其中脈沖采集及抗干擾部分，數(shù)據(jù)存儲部分通過單片機的P1口線與單片機相連，數(shù)據(jù)顯示部分通過單片機的數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線(P0)與單片機相連接，數(shù)據(jù)通信部分與單片機片內(nèi)的通用異部串行數(shù)據(jù)收發(fā)器相連，其特征是其中采集及保護電路中，在采集對象脈沖傳感器內(nèi)的信號線上串聯(lián)電阻R1及電阻R2，脈沖開關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)；信號線I與自恢復(fù)保險絲RT1的一端(6)相連，RT1的另一端(7)接電阻R3的一端(8)，R3的另一端(9)接電源VCC1(+12V)，信號線II接地，瞬變電壓抑制二極管RV1的一端(4)接RT1的一端(6)，另一端(5)接地；光電耦合器的引腳(1)接RT1的一端(7)，引腳(2)、(4)接地；電壓比較器U2、U3的引腳(2)及U3的引腳(1)接光電耦合器U1的引腳(3)，電壓比較器U2、U3、U4的輸出端引腳(3)分別接單片機U5的(1)、(2)、(3)引腳。
專利摘要本實用新型是一種多阻段有源無源脈沖采集器，在采集對象脈沖傳感器內(nèi)的信號線上串聯(lián)電阻1及電阻2，脈沖開關(guān)S1和電阻1并聯(lián)；信號線I與自恢復(fù)保險絲RT1的一端6相連，RT1的另一端7接電阻R3的一端8，R3的另一端9接電源VCC1(+12V)，信號線II接地，瞬變電壓抑制二極管RV1的一端4接RT1的一端6，另一端5接地；光電耦合器的引腳1接RT1的一端7，引腳2、4接地；電壓比較器U2、U3的引腳2及U3的引腳1接光電耦合器U1的引腳3，電壓比較器U2、U3、U4的輸出端引腳3分別接單片機U5的1、2、3引腳。實現(xiàn)了防強電破壞功能，支持多種總線通訊，提高產(chǎn)品適用范圍。
文檔編號G08C19/16GK2748996SQ20042011268
公開日2005年12月28日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者張興林, 安濤 申請人:煙臺佳園智能數(shù)碼科技有限公司