一種開關(guān)量信號采集模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種開關(guān)量信號采集模塊，包括顯示板(1)，開關(guān)量信號采集主控板(2)，電源板(3)組合連接組成，其功能在于對現(xiàn)場開關(guān)量信號進行采集處理，通過雙路CAN通訊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(4)。還具有雙路電源冗余。本實用新型具有三態(tài)檢測功能，即具有開關(guān)同時量信號通、斷和外部傳感器線路短路故障的三態(tài)檢測功能。采用雙路CAN通訊，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可靠性。采用雙路電源，雙路電源彼此隔離，增加電路安全性?，F(xiàn)場調(diào)試及后期維修相當便利。
【專利說明】一種開關(guān)量信號采集模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于工業(yè)自動化、船舶機艙自動化領(lǐng)域，涉及一種開關(guān)量信號采集模塊，用于工業(yè)自動化系統(tǒng)開關(guān)量信號采集。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)及船舶自動化領(lǐng)域，開關(guān)量信號采集設(shè)備是常用設(shè)備，傳統(tǒng)的開關(guān)量信號采集設(shè)備只能采集I路或幾路信號。
[0003]此外傳統(tǒng)的開關(guān)量采集設(shè)備通訊大多采用RS485或單CAN總線。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于將傳統(tǒng)開關(guān)量信號采集設(shè)備的改進，提供一種開關(guān)量信號采集模塊，具有三態(tài)檢測及雙CAN冗余通訊功能的現(xiàn)場開關(guān)量信號采集模塊，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點和不足。船舶機艙報警系統(tǒng)中開關(guān)量信號采集，船舶液位遙測系統(tǒng)中開關(guān)量信號采集，是一種現(xiàn)場開關(guān)量信號采集的設(shè)備。
[0005]本實用新型所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種開關(guān)量信號采集模塊，包括:顯示板1、開關(guān)量信號采集主控板2和電源板3，所述顯示板I與開關(guān)量信號采集主控板2連接，所述開關(guān)量信號采集主控板2與電源板3連接，其特征在于，
[0007]所述開關(guān)量信號采集主控板2，包括:電壓比較器電路21、通道信號電平22、基準電路23、微處理器24、第一 CAN總線25和第二 CAN總線26，所述通道信號電平22與電壓比較器電路21連接，所述基準電路23與電壓比較器電路21連接，所述電壓比較器電路21與微處理器24連接；
[0008]所述開關(guān)量信號采集模塊還包括:雙路CAN總線，所述雙路CAN總線采用第一 CAN總線25和第二 CAN總線26冗余通訊，所述微處理器24通過第一 CAN總線25和CAN26與上位機4連接。
[0009]其中，所述第一CAN總線包括:第一CAN總線的輸出電路和第一CAN總線的輸入電路，
[0010]所述第一 CAN總線的輸出電路，由電阻Rbl，高速光耦6N137ICbl，電容Cbl，CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICb3和接線端子J2組成；
[0011]所述第一 CAN總線的輸入電路，由電阻Rb2、高速光耦6N137ICb2、電阻Rb4、CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICb3和接線端子J2組成。
[0012]所述第二 CAN總線包括:第二 CAN總線的輸出電路和第二 CAN總線的輸入電路，
[0013]所述第二 CAN總線的輸出電路，由電阻Rcl、高速光耦I(lǐng)Ccl、電容Cd、電阻Rc3、CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICc3和接線端子J3組成；
[0014]所述第二 CAN總線的入電路，由電阻Rc2、高速光耦I(lǐng)Cc2、電阻Rc4、CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICc3，最后至接線端子J3組成。[0015]進一步，所述高速光耦I(lǐng)Cbl，ICb2，ICcl, ICc2對輸入、輸出數(shù)據(jù)進行光電隔離，確保了數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)不受前端電路的影響，保證了數(shù)據(jù)的安全性。
[0016]進一步，所述集成電路ICb3，ICc3為CAN總線收發(fā)器，是CAN控制器和物理總線間的接口，提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力。
[0017]進一步，所述雙路CAN總線還設(shè)有一集成電路SJ1000ICc4，所述集成電路SJ1000ICc4為獨立CAN控制器，提供一路獨立的第二 CAN總線。
[0018]其中，所述開關(guān)量信號采集主控板2的每路通道的電路設(shè)計信號通過8通道模擬多路復(fù)用器/解復(fù)用器⑶4051ICel進行通道的選擇，電阻Re33，Re34, Re49和運算放大器LM324ICe5A組成電壓比較器電路，其同相端為通道信號電平，反相端為由電阻Re57、穩(wěn)壓管Vzel和電容Ce33組成的一路基準電路；以及電阻Re35，Re36，Re50和運算放大器LM324ICe5B組成電壓比較器電路，其同相端為通道信號電平，反相端為由電阻Re58、穩(wěn)壓管Vze2和電容Ce34組成的一路基準電路。
[0019]進一步，所述顯示板I還包括:用于三態(tài)檢測中的傳感器斷線檢測電壓采樣的電阻Rel_Re8，所述電阻Rel_Re8為內(nèi)置IOK電阻。
[0020]進一步，所述顯示板I還包括:電容Cel_Ce8,所述電容Cel_Ce8起濾波作用。
[0021]其中，所述電源板3采用雙路冗余電源，包括:第一電源31、第二電源32，
[0022]所述第一電源31與開關(guān)量信號采集主控板2連接；
[0023]所述第二電源32與開關(guān)量信號采集主控板2連接。
[0024]本實用新型的有益效果:
[0025]與傳統(tǒng)的開關(guān)量信號采集設(shè)備，本實用新型具有三態(tài)檢測功能，即具有開關(guān)同時量信號通、斷和外部傳感器線路短路故障的三態(tài)檢測功能。
[0026]采用雙路電源，雙路電源彼此隔離，增加電路安全性。
[0027]采用雙路CAN通訊，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可靠性?br> [0028]本實用新型可采集多大32路的開關(guān)量信號，減少的硬件成本。
[0029]現(xiàn)場調(diào)試及后期維修相當便利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0031]圖2為本實用新型的顯示板I的電路圖。
[0032]圖3為本實用新型的開關(guān)量主控板2原理圖。
[0033]圖4為本實用新型的電源板3原理圖。
[0034]附圖標記:
[0035]顯示板1、開關(guān)量信號采集主控板2、電壓比較器電路21、通道信號電平22、基準電路23、微處理器24、第一 CAN總線25、第二 CAN總線26、電源板3、第一電源31、第二電源32、上位機4。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合具體實施例，對本實用新型作進步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本實用新型而非用于限定本實用新型的范圍。[0037]實施例1
[0038]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實用新型的顯示板I的電路圖。圖3為本實用新型的開關(guān)量主控板2原理圖。圖4為本實用新型的電源板3原理圖。
[0039]如圖1所示，一種開關(guān)量信號采集模塊，包括:顯示板1、開關(guān)量信號采集主控板2和電源板3上下拼接組合而成。
[0040]其中顯示板I主要用于顯示本實用新型的電源、運行、通訊、故障、通道狀態(tài)的顯
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[0041]開關(guān)量信號采集主控板2在本實用新型中為核心部件，負責(zé)對采集來的信號進行處理分析，將處理后的數(shù)據(jù)在顯示板I顯示以及通過CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機4。
[0042]開關(guān)量信號采集主控板2，包括:電壓比較器電路21、通道信號電平22、基準電路
23、微處理器24、第一 CAN總線25和第二 CAN總線26，將通道信號電平22采集通過與基準電路23給出的恒定電壓信號經(jīng)電壓比較器電路21的比較，將此信號送至微處理器24，微處理器24將信號處理后通過第一 CAN總線25和第二 CAN總線26傳輸至上位機4。
[0043]電源板3為本實用新型提供雙路電源，分別為第一電源31、第二電源32，確保本實用新型的穩(wěn)定運行。
[0044]如圖2所示，通過接插件J8將微處理器AT90CAN128ICal處理后的數(shù)字量信號傳輸至顯示板2，通過接插件J9提供第一 CAN總線終端電阻選擇信號，通過接插件JlO提供直流電源，公共端以及第二 CAN總線終端電阻選擇信號。
[0045]顯示板2獲得直流電源后，經(jīng)過發(fā)光二極管L37，限流電阻R37回到公用端，這樣就點亮了發(fā)光二極管L37。同理發(fā)光二極管L33，L34，L35，L36經(jīng)限流電阻R33，R34，R35，R36與微處理器AT90CAN128ICal連接，根據(jù)微處理器AT90CAN128ICal輸出的數(shù)字量信號控制發(fā)光二極管L33，L34，L35，L36的狀態(tài)，如亮、滅還是閃。
[0046]直流電源，電阻R38，電容C6，按鍵SW2，二極管Dl組成復(fù)位電路。按下按鍵SW2就提供一個復(fù)位信號對微處理器AT90CAN128ICal進行復(fù)位。此外微處理器AT90CAN128ICal將采集分析后的數(shù)字量信號經(jīng)鎖存器IC1-1C4鎖存輸出信號，再經(jīng)限流電阻(Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R31、R32，簡稱 R1-R32)，根據(jù)微處理器 AT90CAN128ICal 輸出的數(shù)字量信號控制發(fā)光二極管(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、Lll、L12、L13、L14、L15、L16、L17、L18、L19、L20、L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28、L29、L31、L32，簡稱L1-L32)的狀態(tài)，如亮、滅還是閃。
[0047]最后撥碼開關(guān)Sffl,上拉電阻(R39、R40、R41、R42、R43、R44，簡稱 R39-R44)，電阻(R45-R46)，電容C5以及鎖存器IC5組成CAN地址及CAN終端電阻選擇電路，通過撥動撥碼開關(guān)將模塊地址以二進制數(shù)形式進行編址，這樣同一種模塊在同一個系統(tǒng)中就可以根據(jù)地址的不同進行擴展，另外上述電路內(nèi)置了 CAN終端電阻使能信號鎖存輸出至微處理器AT90CAN128ICal，在遠距離通訊信號傳輸時保證信號抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)的安全。
[0048]如圖3所示，接插件Jl外部直流24V電源輸出端，接插件(J8，J9，J10)連接顯示板1，接插件(J6，J7)連接電源板3。晶振Yal，電容(Cal，Ca2)為微處理器AT90CAN128ICal提供穩(wěn)定的時鐘源。
[0049]微處理器AT90CAN128ICal為美國ATME公司的高性能、低功耗的AVR8位微處理器，采用先進的RISC結(jié)構(gòu)，主要功能為處理分析采集到的信號，將數(shù)據(jù)傳輸至顯示板I執(zhí)行本地顯示，通過執(zhí)行CAN通訊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機4進行綜合顯示。
[0050]如圖4所示，第一路直流24V電源經(jīng)過二極管D1，電容(C5，C10)，進入電源模塊P1，再通過電容(C1，C6)后輸出直流24V。
[0051]第二路直流24V電源經(jīng)過二極管D2，電容(C5，C10)，進入電源模塊P2，再通過電容(C2，C7)后輸出直流5V。
[0052]將得到的直流5V電源經(jīng)過由隔離電源模塊(P3，P4)，電阻(R5，R6)，電容(C3，C4，C8，C9)組成的二路隔離電源處理電路，輸出經(jīng)隔離后的直流5V電源。上拉電阻(R1-R4)，接插件JO組成JTAG端口，用于將程序?qū)懭胛⑻幚砥鰽T90CAN128ICal，調(diào)試或仿真。
[0053]直流電源，JTAG端口信號通過接插件(J6，J7)與開關(guān)量主控板2連接。
[0054]以上對本實用新型的【具體實施方式】進行了說明，但本實用新型并不以此為限，只要不脫離本實用新型的宗旨，本實用新型還可以有各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)量信號采集模塊，包括:顯示板(I)、開關(guān)量信號采集主控板(2)和電源板(3)，所述顯示板(I)與開關(guān)量信號采集主控板(2)連接，所述開關(guān)量信號采集主控板(2)與電源板(3)連接，其特征在于，所述開關(guān)量信號采集主控板(2)，包括:電壓比較器電路(21)、通道信號電平(22)、基準電路(23)、微處理器(24)、第一 CAN總線(25)和第二 CAN總線(26)，所述通道信號電平(22)與電壓比較器電路(21)連接，所述基準電路(23)與電壓比較器電路(21)連接，所述電壓比較器電路(21)與微處理器(24)連接；所述開關(guān)量信號采集模塊還包括:雙路CAN總線，所述雙路CAN總線采用第一 CAN總線(25)和第二 CAN總線(26)冗余通訊，所述微處理器(24)通過第一 CAN總線(25)和第二CAN總線(26)與上位機(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)量信號采集模塊，其特征在于: 所述第一 CAN總線包括:第一 CAN總線的輸出電路和第一 CAN總線的輸入電路， 所述第一 CAN總線的輸出電路，由電阻Rb I，高速光耦6N137ICbl，電容Cb I，CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICb3和接線端子J2組成； 所述第一 CAN總線的輸入電路，由電阻Rb2、高速光耦6N137ICb2、電阻Rb4、CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICb3和接 線端子J2組成； 所述第二 CAN總線包括:第二 CAN總線的輸出電路和第二 CAN總線的輸入電路， 所述第二 CAN總線的輸出電路，由電阻Re 1、高速光耦6N137 ICcl、電容Cd、電阻Rc3、CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICc3和接線端子J3組成； 所述第二 CAN總線的入電路，由電阻Rc2、高速光耦6N137ICc2、電阻Rc4、CAN總線驅(qū)動器PC82C250ICc3和接線端子J3組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種開關(guān)量信號采集模塊，其特征在于:所述雙路CAN總線還設(shè)有一集成電路SJlOOO (ICc4)，所述集成電路SJlOOO (ICc4)為獨立CAN控制器，提供一路獨立的第二 CAN總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)量信號采集模塊，其特征在于:所述開關(guān)量信號采集主控板(2)的每路通道的電路設(shè)計信號通過8通道模擬多路復(fù)用器/解復(fù)用器CD4051ICel進行通道的選擇，電阻(Re33，Re34，Re49)和運算放大器LM324ICe5A組成電壓比較器電路，其同相端為通道信號電平，反相端為由電阻Re57、穩(wěn)壓管Vzel和電容Ce33組成的一路基準電路；以及電阻(Re35，Re36，Re50)和運算放大器LM324ICe5B組成電壓比較器電路，其同相端為通道信號電平，反相端為由電阻Re58、穩(wěn)壓管Vze2和電容Ce34組成的一路基準電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種開關(guān)量信號采集模塊，其特征在于:所述顯示板(I)還包括:用于三態(tài)檢測中的傳感器斷線檢測電壓采樣的電阻(Rel-ReS)，所述電阻(Rel-ReS)為內(nèi)置IOK電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種開關(guān)量信號采集模塊，其特征在于:所述顯示板(I)還包括:電容(Cel_Ce8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)量信號采集模塊，其特征在于:所述電源板(3)采用雙路冗余電源，包括:第一電源(31)、第二電源(32)， 所述第一電源(31)與開關(guān)量信號采集主控板(2)連接；所述第二電源(32)與開關(guān)量信號采集主控板(2)連接 。
【文檔編號】G05B19/042GK203433306SQ201320028024
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】張瑞明, 徐廷良, 袁安俊, 吳杰 申請人:上海航海設(shè)備有限責(zé)任公司