本實(shí)用新型涉及工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及一種本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡。

背景技術(shù)：

對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集器與被采集設(shè)備之間通過RS485通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是一種常用的方式；對(duì)于燃?xì)?、粉塵等爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，“GB3836系列電氣設(shè)備防爆（強(qiáng)制性）標(biāo)準(zhǔn)”要求上述RS485通信采用本質(zhì)安全（簡(jiǎn)稱本安）等手段實(shí)現(xiàn)防爆；對(duì)于一部分被采集設(shè)備（例如燃?xì)庥?jì)量表、流量計(jì)等），在數(shù)據(jù)通信采集過程中，其數(shù)據(jù)采集處理裝置需要由數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行供電；從低功耗的角度出發(fā)，要求采集器具有“間歇式”供電功能，即在發(fā)生數(shù)據(jù)通信時(shí)對(duì)被采集設(shè)備供電，沒有數(shù)據(jù)通信時(shí)不供電。針對(duì)上述要求，一般的數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)品（PLC、RTU等）不具備本安的RS485通信模塊和本安的對(duì)外供電模塊，也不具備“間歇式”供電功能。因此，亟需為數(shù)據(jù)采集器研制一種具備本質(zhì)安全RS485通信和本質(zhì)安全對(duì)外供電功能，并可以進(jìn)行“間歇式”對(duì)外供電的數(shù)據(jù)采集板卡，以滿足爆炸危險(xiǎn)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集、防爆、低功耗要求，進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡，是一種具備本質(zhì)安全RS485通信和本質(zhì)安全對(duì)外供電功能，并可以進(jìn)行“間歇式”對(duì)外供電的數(shù)據(jù)采集板卡，以滿足爆炸危險(xiǎn)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集、防爆、低功耗要求，進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡，所述板卡上的數(shù)據(jù)采集電路包括有與數(shù)據(jù)采集器板卡連接的異步收發(fā)傳輸器電路，其中，所述數(shù)據(jù)采集電路包括至少一路信號(hào)輸出電路，所述信號(hào)輸出電路包括RS485收發(fā)器電路、本安通信電路、DC-DC隔離電源模塊、本安供電電路和本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口，其中：RS485收發(fā)器電路接收異步收發(fā)傳輸器電路傳送的數(shù)據(jù)采集信號(hào)，所述本安通信電路輸入連接RS485收發(fā)器電路輸出實(shí)現(xiàn)本安的RS485通信接口，本安通信電路輸出連接本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口，所述DC-DC隔離電源模塊具有輸出控制端，輸出控制端接收來自異步收發(fā)傳輸器電路的控制信號(hào)，DC-DC隔離電源模塊的輸入端連接一個(gè)DC12V，DC-DC隔離電源模塊的輸出提供一個(gè)受控的DC12V電源給本安供電電路，本安供電電路分別為RS485收發(fā)器電路、本安通信電路、本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口提供DC5V本安電源。

方案進(jìn)一步是：所述本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口為4線制輸出，其中兩線用于RS485通信接口，另外兩線用于本安對(duì)外供電接口。

方案進(jìn)一步是：所述異步收發(fā)傳輸器電路與信號(hào)輸出電路之間設(shè)置有串口擴(kuò)展電路，通過串口擴(kuò)展電路，所述異步收發(fā)傳輸器電路連接多路信號(hào)輸出電路。

方案進(jìn)一步是：在所述數(shù)據(jù)采集器板卡上設(shè)置有插座，所述本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡上設(shè)置有插頭，通過插拔的方式所述本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡與所述數(shù)據(jù)采集器板卡連接。

本實(shí)用新型的有益效果是：將本安的RS485通信和本安的對(duì)外供電（提供4線制“通信+供電”接口）集成在一塊可插拔的數(shù)據(jù)采集板卡上，不但滿足爆炸危險(xiǎn)環(huán)境下的防爆要求，并且使用方便、性價(jià)比高；通過采集器CPU板卡的程序控制，可實(shí)現(xiàn)“間歇式”對(duì)外供電功能，有效降低采集器的功耗，以便在沒有市電（靠?jī)?nèi)部電池、太陽能等進(jìn)行供電）條件下的使用，提升供電續(xù)航時(shí)間；通過串口擴(kuò)展，一塊數(shù)據(jù)采集板卡上可提供多個(gè)本安型數(shù)據(jù)采集接口，從節(jié)省采集器內(nèi)采集板卡的配置數(shù)量、提高性能價(jià)格比，并且對(duì)多個(gè)被采集設(shè)備進(jìn)行“一接口對(duì)一設(shè)備”的數(shù)據(jù)采集，避免因一個(gè)接口（通過總線）同時(shí)連接和采集多個(gè)被采集設(shè)備而產(chǎn)生的實(shí)時(shí)性低（不能并發(fā)通信）、可靠性低（單個(gè)接口故障將影響對(duì)多個(gè)設(shè)備的采集）、浪費(fèi)電耗等問題。

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集電路邏輯框圖；

圖2是DC-DC隔離電源模塊的供電開關(guān)控制電路；

圖3是本安供電電路的本安DC5V供電電路；

圖4是本安供電電路的本安DC12V供電電路；

圖5是本安RS485通信電路。

具體實(shí)施方式

一種本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡，如圖1所示，所述板卡上的數(shù)據(jù)采集電路包括有與數(shù)據(jù)采集器板卡1連接的異步收發(fā)傳輸器電路（UART）2，其中，所述數(shù)據(jù)采集電路包括至少一路信號(hào)輸出電路，所述信號(hào)輸出電路包括RS485收發(fā)器電路3、本安通信電路4、DC-DC隔離電源模塊5、本安供電電路6和本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口7，其中：RS485收發(fā)器電路接收異步收發(fā)傳輸器電路傳送的數(shù)據(jù)采集信號(hào)，所述本安通信電路輸入連接RS485收發(fā)器電路輸出實(shí)現(xiàn)本安的RS485通信接口，本安通信電路輸出連接本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口，所述DC-DC隔離電源模塊具有輸出控制端501，輸出控制端接收來自異步收發(fā)傳輸器電路的控制信號(hào)，DC-DC隔離電源模塊的輸入端連接一個(gè)DC12V，實(shí)施例中DC12V由數(shù)據(jù)采集器板卡1提供，DC-DC隔離電源模塊的輸出提供一個(gè)受控的DC12V電源給本安供電電路，本安供電電路分別為RS485收發(fā)器電路、本安通信電路、本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口提供DC5V本安電源。

實(shí)施例中的DC-DC隔離電源模塊5如圖2所示，本安供電電路6如圖3和圖4所示，本安通信電路4如圖5所示。當(dāng)然按照本案的標(biāo)準(zhǔn)還可以有其它多種電路的選擇，這都是一些成熟的電路。

實(shí)施例中：所述本安“通信+供電”數(shù)據(jù)采集輸出接口為4線制輸出，其中兩線用于RS485通信接口，另外兩線用于本安對(duì)外供電接口。

實(shí)施例中：所述異步收發(fā)傳輸器電路與信號(hào)輸出電路之間設(shè)置有串口擴(kuò)展電路，通過串口擴(kuò)展電路，所述異步收發(fā)傳輸器電路連接多路信號(hào)輸出電路，也就是說：擴(kuò)展出的串口數(shù)量，決定板卡上本安型數(shù)采集接口的數(shù)量（信號(hào)輸出電路的數(shù)量），每路數(shù)采集接口均包含1套低功率RS485收發(fā)器電路、本安通信電路、電源模塊、本安供電電路。

每路串口通過低功率RS485收發(fā)器實(shí)現(xiàn)RS485數(shù)據(jù)收發(fā)（A、B兩線制）；每路RS485收發(fā)通過本安通信電路實(shí)現(xiàn)本安的RS485通信接口；每路隔離電源模塊輸出DC12V至本安供電電路；每路本安供電電路，為其對(duì)應(yīng)的低功率RS485收發(fā)器和本安通信電路提供DC5V本安供電，為所連接的被采集設(shè)備提供DC12V本安供電；上述本安的RS485通信接口（2線制）和對(duì)應(yīng)的本安的DC12V對(duì)外供電接口（2線制），一起組成（4線制）本安型數(shù)據(jù)采集接口。

實(shí)施例中：在所述數(shù)據(jù)采集器板卡上設(shè)置有插座，所述本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡上設(shè)置有插頭，通過插拔的方式所述本安型RS485通信和對(duì)外供電數(shù)據(jù)采集板卡與所述數(shù)據(jù)采集器板卡連接。

上述實(shí)施例中的異步收發(fā)傳輸器電路為SC16IS752IPW異步收發(fā)傳輸器芯片，通過“SC16IS752IPW”異步收發(fā)傳輸器實(shí)現(xiàn)每塊板卡上2個(gè)串口，即2路本安型數(shù)據(jù)采集接口。以此為例，每個(gè)串口通過低功率RS485收發(fā)器（以“SN65HVD3082E”收發(fā)器為例），實(shí)現(xiàn)RS485通信數(shù)據(jù)收發(fā)（A、B兩線制）。每路RS485數(shù)據(jù)收發(fā)，通過本安通信電路（穩(wěn)壓二級(jí)管限壓、電阻限流）處理后，實(shí)現(xiàn)本安的RS485通信（2線制接口）為每路本安型數(shù)據(jù)采集接口配置1個(gè)DC-DC隔離電源模塊（DC12V輸入/DC12V輸出，以“GDY 12S12-2W/3KV”模塊為例）。通過上述“SC16IS752IPW”異步收發(fā)傳輸器的“485Power” 引腳和N-MOS管電路，對(duì)各路隔離電源模塊DC12V輸入進(jìn)行開關(guān)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各路本安供電的開關(guān)控制。隔離電源模塊向?qū)?yīng)的本安供電電路提供DC12V供電，本安供電電路通過快速熔斷絲Fs、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓、電阻限流等措施，以及5V穩(wěn)壓器，向?qū)?yīng)的“SN65HVD3082E”RS485收發(fā)器和本安通信電路，提供本安的DC5V供電；對(duì)外向所連接的被采集設(shè)備提供本安的DC12V供電。

本實(shí)施例板卡中的本安供電電路，包括DC5V供電和DC12V供電兩個(gè)部分，主要的限能措施是快速熔斷絲、穩(wěn)壓二極管限壓、電阻限流。本安DC12V供電作為對(duì)外供電接口；DC5V供電作為對(duì)“SN65HVD3082E”RS485收發(fā)器和其本安通信電路的供電輸入，繼續(xù)通過本安通信電路穩(wěn)壓二極管限壓、電阻限流措施，實(shí)現(xiàn)本安的RS485通信。SC16IS752IPW異步收發(fā)傳輸器芯片中的RS485通信接口的本安參數(shù)為：Uo:5.4VDC、Io:188mA、Po:0.25W 、Co:1000uF、Lo:4mH；DC12V對(duì)外供電接口的本安參數(shù)為：Uo:12.6VDC、Io:177mA、Po:0.56W 、Co:7uF、Lo:4.5mH。

本實(shí)施例板卡通過（2×16P背板總線接口-12）實(shí)現(xiàn)在采集器背板上的工作和插拔。板卡上包含2個(gè)（4線制）本安型數(shù)據(jù)采集接口-13-14，每個(gè)接口由（2線制）本安的RS485通信接口和對(duì)應(yīng)的（2線制）本安的DC12V對(duì)外供電接口組成。對(duì)于每路RS485通信收、發(fā)狀態(tài)，板卡上設(shè)置發(fā)光二極管（LED燈）-15進(jìn)行狀態(tài)顯示。

本數(shù)據(jù)采集板卡在實(shí)現(xiàn)本安供電和本安RS485通信的基礎(chǔ)上，將二者集成為本安型數(shù)據(jù)采集器接口，具有本安防爆、多接口并行采集、間歇式供電、低功耗的技術(shù)特點(diǎn)，以及安全性、實(shí)時(shí)性、可靠性、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。