一種綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置。其在背板上通過CPCI總線連接有第一主控板、第二主控板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板，電源板通過背板為通過CPCI總線連接到背板上的各擴展板供電，各個擴展板上設(shè)有各種接口方便輸入和輸出信息，且各擴展板之間通過CPCI總線快速傳輸信息，第一主控板和第二主控板互為熱備冗余，實時備份數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多種信號采集，提高了綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置的可靠性和實用性。
【專利說明】一種綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]名詞解釋:
[0003]CPCI (英文全稱:Compact Peripheral Component Interconnect)是國際工業(yè)計算機制造者聯(lián)合會提出來的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]CAN(英文全稱:Controller Area Network)是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。
[0005]CRT(英文全稱:Cathode Ray Tube)是一種使用陰極射線管的顯示器。
[0006]VGA (英文全稱:Video Graphics Array)是IBM于1987年提出的一個使用模擬信號的電腦顯示標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]PCI (英文全稱:Peripheral Component Interconnect)是外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)的縮與。
[0008]DA(英文全稱:Digital to Analog)數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0009]CPLD (英文全稱:Comp I ex Programmable Logic Device)復(fù)雜可編程邏輯器件。
[0010]隨著技術(shù)的發(fā)展，需要采集的信號種類越來越多、通信接口越來越復(fù)雜，對實時性和可靠性的要求也越來越高，但現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集和控制裝置由于硬件資源的限制，支持的通信接口和采集信號種類較少，實時性和可靠性都較低，已經(jīng)不能滿足綜合數(shù)據(jù)采集的需求。
[0011]因此，針對以上不足，需要提供一種能夠采集多種信號且實時性好、可靠性高的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置。
實用新型內(nèi)容
[0012](一)要解決的技術(shù)問題
[0013]本實用新型要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集的控制裝置采集信號種類少和實時性、可靠性低的問題。
[0014](二)技術(shù)方案
[0015]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，包括第一主控板、第二主控板、電源板、背板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板、CAN通信擴展板。所述第一主控板、第二主控板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板均基于CPCI總線連接到背板上，且所述開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板通過CPCI總線與第一主控板、第二主控板通信，第一主控板和第二主控板通過CPCI總線互為熱備冗余；所述電源板連接到背板，通過背板為第一主控板、第二主控板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板供電。
[0016]其中，所述第一主控板和第二主控板均集成有圖形處理器，還均設(shè)有以太網(wǎng)接口、VGA接口、USB接口和調(diào)試串口。
[0017]其中，所述開關(guān)量輸入輸出板通過CPCI總線提供開關(guān)量隔離輸入和開關(guān)量輸出，所述開關(guān)量隔尚輸入電壓為5V?24V,開關(guān)量輸出電壓為5V?40V,開關(guān)量輸出最大負載為 200mA。
[0018]其中，所述模擬量輸入輸出板通過CPCI總線提供模擬量輸入和模擬量輸出，所述模擬量輸入和模擬量輸出的量程均為-1OV?+1V或者O?20mA。
[0019]其中，所述串口通信擴展板通過CPCI總線擴展8路標(biāo)準(zhǔn)的RS-232/RS-422/RS-485通信接口。
[0020]其中，所述CAN通信擴展板通過CPCI總線擴展兩路隔離的CAN通信接口。
[0021 ] 其中，所述電源板至少設(shè)有三個用于裝置內(nèi)部供電的電壓輸出端。
[0022]其中，所述的電壓輸出端輸出電壓為+5V、+12V和-12V。
[0023]其中，所述第一主控板、第二主控板均采用Intel Dothan處理器和VxWorks或者Linux操作系統(tǒng)。
[0024](三)有益效果
[0025]本實用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點:本實用新型提供的綜合數(shù)據(jù)采集的控制裝置，在背板上通過CPCI總線連接有第一主控板、第二主控板、背板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板，電源板通過背板為通過CPCI總線連到到背板上的各擴展板供電，各個擴展板上設(shè)有各種接口方便輸入和輸出信息，且各擴展板之間通過CPCI總線快速傳輸信息，第一主控板和第二主控板互為熱備冗余，實時備份數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多種信號采集，提高了綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置的可靠性和實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本實用新型中開關(guān)量輸入輸出板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本實用新型中模擬量輸入輸出板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是本實用新型中串口通信擴展板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5是本實用新型中CAN通信擴展板的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0031]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0032]如圖1所示，本實用新型的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，包括第一主控板、第二主控板、電源板、背板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板。
[0033]其中，第一主控板、第二主控板、電源板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板都通過CPCI總線連接到背板上，開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板、CAN通信擴展板通過CPCI總線連接到背板與第一主控板、第二主控板進行通信，裝置采用CPCI總線連接各種板塊，開放性好，信號傳輸速度快；第一主控板和第二主控板互為熱備冗余，以一主一從方式工作，通過高速內(nèi)部總線實時備份數(shù)據(jù)，當(dāng)任一主控板出現(xiàn)故障時，另一個主控板可以單獨工作，保證裝置運行不受影響，提高了綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置的可靠性、安全性。
[0034]第一主控板和第二主控板均帶有自身調(diào)試串口，還各自設(shè)有10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口和千兆以太網(wǎng)接口用于調(diào)試以及現(xiàn)場雙以太網(wǎng)絡(luò)的需要；第一主控板和第二主控板還各自設(shè)有VGA接口和USB接口，以方便外接顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等設(shè)備。
[0035]第一主控板和第二主控板支持浮點運算，自帶實時時鐘，并支持軟件設(shè)時及GPS對時；具有Watchdog功能,故障情況下能夠自動復(fù)位并重新啟動。
[0036]主控板是裝置的控制核心部分，通過CPCI總線完成對擴展模件的數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)輸出。為滿足裝置實時性的要求，第一主控板和第二主控板均采用Intel Dothan處理器和Vxfforks或者Linux等操作系統(tǒng)。
[0037]電源板連接到背板，采用標(biāo)準(zhǔn)的交流或者直流220V輸入，至少設(shè)有三個輸出電壓分別為+5V、+12V、-12V的電壓輸出端,通過背板為第一主控板、第二主控板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板供電。
[0038]如圖2所示，本實用新型的開關(guān)量輸入輸出板包括PCI橋接芯片、邏輯譯碼芯片CPLD、開關(guān)量輸入電路和開關(guān)量輸出電路。開關(guān)量輸入輸出板通過CPCI總線提供16路開關(guān)量隔離輸入和16路開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸入信號經(jīng)過前端開關(guān)量輸入電路濾波處理、光耦隔離后進入邏輯譯碼芯片CPLD，通過PCI橋接芯片將開關(guān)量輸入信號上傳到CPCI總線上，PCI橋接芯片接收CPCI總線上開關(guān)量輸出信號，通過CPLD和開關(guān)量輸出電路完成開關(guān)量的輸出控制，開關(guān)量隔尚輸入電壓為5V?24V,開關(guān)量輸出電壓為5V?40V,開關(guān)量輸出最大負載為200mA。
[0039]如圖3所示，本實用新型的模擬量輸入輸出板包括PCI橋接芯片、邏輯譯碼芯片CPLD, AD轉(zhuǎn)換芯片、多路開關(guān)切換和DA轉(zhuǎn)換芯片。模擬量輸入輸出板通過CPCI總線提供16路模擬量輸入和2路模擬量輸出，模擬量輸入和模擬量輸出的量程均為-1OV?+1V或者O?20mA。模擬量電壓信號經(jīng)過前端調(diào)理電路通過多路開關(guān)切換選擇后進入AD轉(zhuǎn)換芯片，電流型信號通過精密電阻形成電壓信號，由邏輯譯碼芯片CPLD啟動AD轉(zhuǎn)換并完成時序控制，通過PCI橋接芯片將AD采樣的最終結(jié)果上傳到CPCI總線上，PCI橋接芯片接收CPCI總線上DA信號，通過DA轉(zhuǎn)換芯片完成數(shù)字信號到模擬量輸出信號的轉(zhuǎn)換，模擬量輸出信號包括電壓型和電流型輸出信號，可以通過控制方式進行選擇。
[0040]如圖4所示，本實用新型的串口通信擴展板包括PCI橋接芯片、邏輯譯碼芯片CPLD和串口通信擴展電路。PCI橋接芯片接收CPCI總線上串口通信信號，由邏輯譯碼芯片CPLD完成時序控制，串口通信擴展電路擴展8個RS-232/RS-422/RS-485自適應(yīng)串行通信接口，以方便與現(xiàn)場智能設(shè)備通訊，且每個串口均可編程，波特率支持300bps?38400bps，校驗方式、校驗位、停止位均可配置，根據(jù)需要進行電平轉(zhuǎn)換:TTL/RS-232、TTL/RS-422、TTL/RS-485，以連接外部數(shù)據(jù)通信接口。
[0041]如圖5所示，本實用新型的CAN通信擴展板包括PCI橋接芯片、邏輯譯碼芯片CPLD和CAN通信擴展電路。PCI橋接芯片接收CPCI總線上CAN通信信號，由邏輯譯碼芯片CPLD完成時序控制，CAN通信擴展電路通過電平轉(zhuǎn)換、光耦隔離以及CAN通信控制器擴展2個CAN通信接口，滿足外部CAN通信需求。
[0042]CAN通信擴展板面板上設(shè)有2排LED指示燈(圖中未示出)，分別指示其CAN網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)送和接收。
[0043]綜上所述，本實用新型提供的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置采用高性能、低功耗嵌入式硬件平臺，實時操作系統(tǒng)以及標(biāo)準(zhǔn)的CPCI總線，實現(xiàn)板卡之間的無線纜連接，不僅數(shù)據(jù)傳輸速度快，而且插槽標(biāo)準(zhǔn)，易于擴展。通過CPCI總線擴展模塊，實現(xiàn)多種類型數(shù)據(jù)的采集和控制，包括模擬量信號、開關(guān)量信號、串行總線信號、CAN信號、以太網(wǎng)信號等，滿足工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控實時性、可靠性、穩(wěn)定性、模塊化、易使用的要求。
[0044]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于:包括第一主控板、第二主控板、電源板、背板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板；所述第一主控板、第二主控板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板均基于CPCI總線連接到背板上，且所述開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板通過CPCI總線與第一主控板、第二主控板通信，第一主控板和第二主控板通過CPCI總線互為熱備冗余；所述電源板連接到背板，通過背板為第一主控板、第二主控板、開關(guān)量輸入輸出板、模擬量輸入輸出板、串口通信擴展板和CAN通信擴展板供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述第一主控板和第二主控板均集成有圖形處理器，還均設(shè)有以太網(wǎng)接口、VGA接口、USB接口和調(diào)試串口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述開關(guān)量輸入輸出板通過CPCI總線提供開關(guān)量隔離輸入和開關(guān)量輸出，所述開關(guān)量隔離輸入電壓為5V?24V,開關(guān)量輸出電壓為5V?40V，開關(guān)量輸出最大負載為200mA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述模擬量輸入輸出板通過CPCI總線提供模擬量輸入和模擬量輸出，所述模擬量輸入和模擬量輸出的量程均為-1OV?+1V或者O?20mA。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述串口通信擴展板通過CPCI總線擴展8路標(biāo)準(zhǔn)的RS-232/RS-422/RS-485通信接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述CAN通信擴展板通過CPCI總線擴展兩路隔離的CAN通信接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述電源板至少設(shè)有三個用于裝置內(nèi)部供電的電壓輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述的電壓輸出端輸出電壓為+5V、+12V和-12V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)據(jù)采集和控制裝置，其特征在于，所述第一主控板、第二主控板均采用Intel Dothan處理器和VxWorks或者Linux操作系統(tǒng)。
【文檔編號】G06F13/38GK204009877SQ201420309257
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】李愛魁, 楊祥軍, 馬軍, 郭錦龍, 孫虎全, 冀國龍, 馬嘯飛 申請人:國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司