專利名稱：：多功能在線監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型與在污染源現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的裝置有關(guān)，尤其與在現(xiàn)場采集模擬信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)的監(jiān)測裝置有關(guān)。技術(shù)背景已有的監(jiān)測裝置功能單一，可靠性差，使用不方便。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種功能多樣、使用方便、可靠性高的多功能在線監(jiān)測儀。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型多功能在線監(jiān)測儀，殼體上有開關(guān)量輸入端子、模擬量輸入端子、按鍵、液晶顯示器或者液晶顯示器連接端子、遠(yuǎn)程通訊端子，開關(guān)量輸入端子與電阻并聯(lián)或串聯(lián)后與多路選擇器仏連接，仏與單片機(jī)仏和電壓比較器U2連接，模擬量輸入端子經(jīng)濾波電路與AD轉(zhuǎn)換器仏連接，AD轉(zhuǎn)換器U3與單片機(jī)U7連接，時(shí)鐘芯片U4與單片機(jī)連接。單片機(jī)與三極管Q,的基極連接，三極管Q工的集電極與繼電器連接，單片機(jī)與存儲(chǔ)器U5連接。所說的單片機(jī)為芯片SM5964,單片機(jī)與通訊芯片Un連接，通訊芯片通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與上位機(jī)連接，通訊芯片Un為MAX485。時(shí)鐘芯片為集成塊DS1302，與系統(tǒng)主板的5V電源連接，并與3.6V可充電電池連接。模擬量輸入端子為j4一Ju，AD轉(zhuǎn)換器133為8通道的TLV2548集成塊，開關(guān)量輸入端子為J22—J29，多路選擇器仏為八路選擇器MC14051集成塊，電壓比較器U2為集成塊LM393，模擬量輸入端子與電流轉(zhuǎn)電壓開關(guān)U6連接。本實(shí)用新型功能多樣，可現(xiàn)場采集多通道模擬信號(hào)或開關(guān)量、可顯示、貯存，并可供上位機(jī)查詢。電源采用雙電源，保證系統(tǒng)長時(shí)間掉電時(shí)，時(shí)鐘能繼續(xù)保持正確。使用方便，工作可靠性好。圖l為本實(shí)用新型框圖。圖2為開關(guān)量輸入部分電路原理圖。圖3為模擬量輸入部分電路原理圖。圖4為繼電器電路原理圖。圖5為時(shí)鐘部分電路原理圖。圖6為單片機(jī)電路原理圖。圖7為貯存器電路原理圖。圖8為遠(yuǎn)程通訊芯片電路原理圖。圖9為電源電路圖。具體實(shí)施方式多功能在線監(jiān)測儀連接環(huán)保部門的監(jiān)控中心和污染源監(jiān)控現(xiàn)場端，將監(jiān)控現(xiàn)場端數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)保部門監(jiān)控中心上位機(jī)，并接收上位機(jī)的控制命令。多功能在線監(jiān)測儀采集現(xiàn)場模擬信號(hào)4一20MA或1一5V，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)行存儲(chǔ)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。電路板及元件，機(jī)箱采用環(huán)保材料，電路板內(nèi)有12位8通道AD轉(zhuǎn)換器U3，U3為TLV2548芯片。如圖9所示，系統(tǒng)供電電源為AC200—250V，機(jī)器內(nèi)部有穩(wěn)壓開關(guān)電源，將供電轉(zhuǎn)為12V—DC輸出，此輸出直接可以給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器供電，同時(shí)也給內(nèi)部的電路主板供電。電路板內(nèi)部有12V和5V兩種電路，所以電路板內(nèi)還有5V穩(wěn)壓電源輸出，以供主板的工作電源。系統(tǒng)上電后，將復(fù)位內(nèi)部各個(gè)工作寄存器，也就是單片機(jī)上電復(fù)位的過程，之后就是將存放現(xiàn)場模擬量數(shù)據(jù)和開關(guān)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)電源初始化，以備準(zhǔn)備新數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，以及處理。先査詢開關(guān)量的輸入，開關(guān)量并接電阻的方式，防破壞功能，短路和斷路都會(huì)回饋開關(guān)量的信息。開關(guān)量的輸入，當(dāng)外接設(shè)備的開關(guān)平時(shí)為常開時(shí)，在輸入端并接2.2K電阻，當(dāng)平時(shí)為常閉時(shí)，在輸入端串接2.2K電阻。8路開關(guān)信號(hào)分別接入MC14051八路選擇器的8個(gè)輸入通道，由單片機(jī)控制哪個(gè)通道選通，選通輸出后再經(jīng)LM393電壓比較器，來判斷電壓狀態(tài)，轉(zhuǎn)為數(shù)字的1或0輸出給單片機(jī)，單片機(jī)用一個(gè)變量來保存，從而判斷是否有開關(guān)量的報(bào)警。當(dāng)接受上位機(jī)來的查詢開關(guān)量信息的命令代碼時(shí)，就把當(dāng)前的狀態(tài)發(fā)出去，從而上位機(jī)就接收到了現(xiàn)場的幵關(guān)量的信息。MC14051為8路模擬選擇器，第9，10，ll腳為選擇通道地址腳，由程序來控制ABC的狀態(tài)，ABC由0和1的組合，通道從X0—X7，同一時(shí)刻X0—X7只有一路能通過到X(14051-3)，(從而接到了LM393的電壓比較器輸入端，電壓的變化受外部的開關(guān)控制，最終體現(xiàn)在了箭頭的位置，也就是高低電平的狀態(tài)，由單片機(jī)査詢通過程序控制ABC的狀態(tài)來查取每個(gè)通道，這樣每個(gè)通道的狀態(tài)就由單片機(jī)直接查詢得到。模擬量的輸入，如果現(xiàn)場信號(hào)為1一5V，則信號(hào)經(jīng)過J4一J11端子由電容電路濾波處理后接入8通道的AD轉(zhuǎn)換器TLV2548的模擬量輸入端，TLV2548為被動(dòng)方式，由單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)和命令來查詢TLV2548的各個(gè)通道，TLV2548沒有專門的地址選擇，識(shí)別通道是通過命令來完成的(不做詳解)，每個(gè)通道返回兩個(gè)字節(jié)的數(shù)字量，有效位數(shù)為12位，既最大數(shù)字量為2的12次冪減1，也就是十進(jìn)制的4095，也就是分辨率為1/4095，簡單介紹一下分辨率，當(dāng)量程為4095時(shí)，能采集到的最小變化量為l，當(dāng)量程為40950時(shí)，能采集到的最小變化量為10，依次類推。TLV2548共有8個(gè)模擬量通道，現(xiàn)以一個(gè)說明。假設(shè)現(xiàn)場儀表的模擬信號(hào)為4一20mA，則當(dāng)模擬儀表的輸出電流為4mA時(shí)，采集到的數(shù)字量為819;當(dāng)模擬儀表輸出的電流為20mA時(shí)，采集到的數(shù)字量為4095。按照線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)做如下表說明.-<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由上表可看出，實(shí)際的電流為4—20mA，4是電氣的零點(diǎn)，也就是儀表的零點(diǎn)，由上表當(dāng)儀表為零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為819,所以在單片機(jī)處理的時(shí)候要把所得的數(shù)字值減掉819，然后再乘以儀表的量程再除以4095,這個(gè)值就是儀表的真實(shí)值了。不同的通道，不同的量程，進(jìn)行不同的實(shí)際值換算，將值存儲(chǔ)在AT24存儲(chǔ)器中，并且將信息顯示在液晶屏上，同時(shí)也為上位機(jī)査詢做準(zhǔn)備。如果現(xiàn)場信號(hào)為4一20mA，則需要將電流轉(zhuǎn)電壓開關(guān)U6撥到ON的位置，還要調(diào)節(jié)每路的可調(diào)電位器，使零點(diǎn)及量程能夠正確。(目的為將4一20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)為1一5V的電壓信號(hào))因?yàn)槟壳暗腁D的模擬量輸入基本都屬于電阻權(quán)網(wǎng)絡(luò)，采集電壓的輸入，所以需要一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換的過程。時(shí)鐘數(shù)據(jù)的處理，時(shí)鐘芯片采用DS1302，晶振為32.768K，它的電源采用雙電源，既一個(gè)是系統(tǒng)主板的5V電源，一個(gè)是3.6V的高性能可充電電池，系統(tǒng)掉電后，時(shí)鐘靠電池仍然會(huì)繼續(xù)以很小的電流工作，內(nèi)部有反向二極管，所以不會(huì)對(duì)整體系統(tǒng)供電，系統(tǒng)上電后又會(huì)對(duì)電池充電。充電有幾個(gè)模式可以由程序控制，也就是充電電壓的選擇和電流的選擇，可通過DS1302的內(nèi)部電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。從而控制了充電電流和電壓的大小。這樣就保證了系統(tǒng)長時(shí)間掉電時(shí)，時(shí)鐘更夠繼續(xù)保持正確。DS1302通過5、6、7管腳與單片機(jī)通訊，把當(dāng)前的時(shí)鐘數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，以顯示，存儲(chǔ)。周期性的讀取時(shí)鐘芯片DS1302，依據(jù)此時(shí)間來來計(jì)算何時(shí)候存儲(chǔ)，既間隔。單片機(jī)隨時(shí)掃描到按鍵的輸入，根據(jù)輸入的信息處理并顯示。繼電器輸出，輸出為常開或常閉，繼電器為12VDC,由于單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，所以通過C1815三極管來驅(qū)動(dòng)它動(dòng)作，從而達(dá)到輸出有常開常閉的動(dòng)作。動(dòng)作與否由上位機(jī)來通過命令控制。存儲(chǔ)采用AT24C512EEPR0M，64KEEPR0M，可擴(kuò)展。與單片機(jī)間以I方C總線的方式與單片機(jī)通訊，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的內(nèi)容存儲(chǔ)在AT內(nèi)，當(dāng)需要時(shí)再從AT內(nèi)取出。按鍵為6個(gè)，采用機(jī)械鍵芯，顯示部分采用128*64點(diǎn)液晶。采集系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間通過485通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)485芯片簡單說明，l腳數(shù)字接收，2腳數(shù)字發(fā)送，3腳控制，6、7腳485通訊管腳，電路中有P6KE12CA防雷，R86，R87自恢復(fù)，通訊采用RS485半雙工，波特率9600，校驗(yàn)位無，數(shù)據(jù)位8,停止位1,和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間通訊，以被動(dòng)方式，由上位機(jī)來查詢本設(shè)備的信息。單片機(jī)處理芯片(SM5964),晶振為11.0592，以51為內(nèi)核，所有數(shù)據(jù)采集，顯示處理，數(shù)據(jù)傳輸都通過它來完成，具有內(nèi)部看門狗，可以可靠工作。權(quán)利要求1、多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于殼體上有開關(guān)量輸入端子、模擬量輸入端子、按鍵、液晶顯示器或者液晶顯示器連接端子、遠(yuǎn)程通訊端子，開關(guān)量輸入端子與電阻并聯(lián)或串聯(lián)后與多路選擇器U1連接，U1與單片機(jī)U7和電壓比較器U2連接，模擬量輸入端子經(jīng)濾波電路與AD轉(zhuǎn)換器U3連接，AD轉(zhuǎn)換器U3與單片機(jī)U7連接，時(shí)鐘芯片U4與單片機(jī)連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于單片機(jī)與三極管Qi的基極連接，三極管Q,的集電極與繼電器連接，單片機(jī)與存儲(chǔ)器U5連接。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于所說的單片機(jī)為芯片SM5964，單片機(jī)與通訊芯片Un連接，通訊芯片通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與上位機(jī)連接，通訊芯片Uu為MAX485。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于時(shí)鐘芯片為集成塊DS1302，與系統(tǒng)主板的5V電源連接，并與3.6V可充電電池連接。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于模擬量輸入端子為j4一Ju，AD轉(zhuǎn)換器U3為8通道的TLV2548集成塊，開關(guān)量輸入端子為J22—J29，AD，多路選擇器比為八路選擇器MC14051集成塊，電壓比較器112為集成塊LM393,模擬量輸入端子與電流轉(zhuǎn)電壓開關(guān)U6連接。專利摘要本實(shí)用新型為多功能在線監(jiān)測儀，解決已有監(jiān)測儀功能單一，可靠性差，使用不方便的問題。殼體上有開關(guān)量輸入端子、模擬量輸入端子、按鍵、液晶顯示器或者液晶顯示器連接端子、遠(yuǎn)程通訊端子，開關(guān)量輸入端子與電阻并聯(lián)或串聯(lián)后與多路選擇器U₁連接，U₁與單片機(jī)U₇和電壓比較器U₂連接，模擬量輸入端子經(jīng)濾波電路與AD轉(zhuǎn)換器U₃連接，AD轉(zhuǎn)換器U₃與單片機(jī)連接，時(shí)鐘芯片U₄與單片機(jī)連接，單片機(jī)與三極管Q₁的基極連接，三極管Q₁的集電極與繼電器連接，單片機(jī)與存儲(chǔ)器U₅連接。文檔編號(hào)G01D21/00GK201221954SQ200820063528公開日2009年4月15日申請(qǐng)日期2008年5月28日優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日發(fā)明者彭軼清,浩楊,鄒旭輝,冶陶申請(qǐng)人:四川清和科技有限公司