專利名稱：多阻段有源無(wú)源脈沖采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于多電阻段脈沖信號(hào)及有源信號(hào)的采集與計(jì)數(shù)裝置。
背景技術(shù)：
目前，脈沖計(jì)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(cè)采集端的0V與5V脈沖電壓，進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，如果有遠(yuǎn)程通訊要求，一般通過(guò)通訊總線可以將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。該類產(chǎn)品普遍存在如下不足一是采集的電壓只有兩個(gè)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(hù)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(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決技術(shù)問(wèn)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(wú)源脈沖采集器。一是如何通過(guò)一條采集回路，同時(shí)采集不同電壓范圍的脈沖信號(hào)，同時(shí)支持無(wú)源信號(hào)與有源信號(hào)。二是如何在采集回路上增加抗干擾、防強(qiáng)電破壞的措施，保證系統(tǒng)能夠始終安全可靠地運(yùn)行。三是如何使設(shè)備同時(shí)支持多種通訊總線，提高產(chǎn)品適用范圍。
為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案。
一種多阻段有源無(wú)源脈沖采集器，由脈沖采集及抗干擾、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)、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(chǔ)部分通過(guò)單片機(jī)的P1口線與單片機(jī)相連，數(shù)據(jù)顯示部分通過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線(P0)與單片機(jī)相連接，數(shù)據(jù)通信部分與單片機(jī)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(hù)電路中，在采集對(duì)象脈沖傳感器內(nèi)的信號(hào)線上串聯(lián)電阻R1及電阻2，脈沖開(kāi)關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)；信號(hào)線I與自恢復(fù)保險(xiǎn)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(hào)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(jī)U5的1、2、3引腳。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種全新的采集信號(hào)模式，使得采用該電路后每個(gè)采集回路可以同時(shí)支持多種信號(hào)型式，同時(shí)支持有源信號(hào)與無(wú)源信號(hào)，采集回路、通訊總線上增加保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)防強(qiáng)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(hù)電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型由脈沖采集及抗干擾、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)、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(chǔ)部分通過(guò)單片機(jī)的P1口線與單片機(jī)相連，數(shù)據(jù)顯示部分通過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線(P0)與單片機(jī)相連接，數(shù)據(jù)通信部分與單片機(jī)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(hù)電路中，在采集對(duì)象脈沖傳感器內(nèi)的信號(hào)線上串聯(lián)電阻R1及電阻2，脈沖開(kāi)關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)；信號(hào)線I與自恢復(fù)保險(xiǎn)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(hào)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(jī)U5的1、2、3引腳。
1、脈沖采集及抗干擾部分在采集對(duì)象脈沖傳感器內(nèi)的信號(hào)線上串聯(lián)電阻R1及電阻2，脈沖開(kāi)關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)。信號(hào)線I與自恢復(fù)保險(xiǎn)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(hào)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(jī)U5的1、2、3引腳。
當(dāng)脈沖開(kāi)關(guān)正常閉合時(shí)，信號(hào)線上的信號(hào)為電阻2上的壓降，當(dāng)脈沖開(kāi)關(guān)正常打開(kāi)時(shí)，信號(hào)線上的信號(hào)為電阻R1及電阻2的壓降之和，當(dāng)兩條信號(hào)線被非法短路時(shí)，信號(hào)線上的信號(hào)一直為零，當(dāng)兩條信號(hào)線被非法斷開(kāi)時(shí)，信號(hào)線上的信號(hào)一直為電源電壓。這樣，根據(jù)信號(hào)電平的高低就可以判斷出采集線路的狀態(tài)。信號(hào)通過(guò)光電隔離及電壓比較器后，由單片機(jī)根據(jù)信號(hào)的不同來(lái)做出相應(yīng)的處理。
本實(shí)用新型解決部分被采集信號(hào)為有源信號(hào)的問(wèn)題所采取的辦法是采用專用有源/無(wú)源轉(zhuǎn)換卡，當(dāng)信號(hào)為有源信號(hào)時(shí)可通過(guò)此轉(zhuǎn)換卡進(jìn)行隔離。設(shè)置轉(zhuǎn)換卡上的跳線，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)有源及無(wú)源信號(hào)的區(qū)別采集。
信號(hào)采集通過(guò)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(qiáng)信號(hào)的可靠性。通過(guò)熱敏電阻及瞬變電壓抑制二極管可有效的去除強(qiáng)電破壞，當(dāng)強(qiáng)電竄入采集回路時(shí)，瞬變電壓抑制二極管會(huì)吸收大量的浪涌電流，熱敏電阻也會(huì)過(guò)流斷開(kāi)，從而保護(hù)采集回路免遭強(qiáng)電的破壞。
2、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)部分單片機(jī)采用PHILIPS的P89C60X2，這種單片機(jī)采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計(jì)，以先進(jìn)的CMOS工藝制造，并且片內(nèi)含多達(dá)64K非易失性Flash程序存儲(chǔ)器，從而可在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能；存儲(chǔ)部分采用鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)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(duì)于EEPROM或其他非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)RAM具有系統(tǒng)可靠性更高，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于鐵電存儲(chǔ)器的讀寫次數(shù)可達(dá)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(chǔ)器失效問(wèn)題。
3、數(shù)據(jù)顯示及指示部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示采用13位數(shù)碼管，可以顯示用戶房屋號(hào)碼及精確到0.01的電度數(shù)。指示燈有供電、總線通訊、信號(hào)采集、短路報(bào)警、斷線報(bào)警等指示，并有相應(yīng)聲音警報(bào)。
4、通信部分本實(shí)用新型的通信方式具有多樣性及靈活性的特點(diǎn)。主板上集成一種常用的通信方式(如485方式)，同時(shí)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(wú)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(shí)用新型有更廣闊的應(yīng)用空間。
本實(shí)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(duì)單片機(jī)內(nèi)部資源及相關(guān)外圍器件進(jìn)行初使化之后進(jìn)入正常工作狀態(tài)，即循環(huán)采集各回路的脈沖信號(hào)，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(kāi)關(guān)(S1)的狀態(tài)變化一次為一個(gè)脈沖，當(dāng)S1閉合時(shí)C點(diǎn)電壓為1/2VCC1，S2打開(kāi)時(shí)C點(diǎn)電壓為2/3VCC1。當(dāng)水表遭到破壞，例如A，B點(diǎn)被短路時(shí)，C點(diǎn)電壓固定為0V，而當(dāng)兩條信號(hào)線之一被斷開(kāi)時(shí)，C點(diǎn)電壓則固定為VCC1。這樣C點(diǎn)電平的高低通電光電隔離后就可反應(yīng)在D點(diǎn)，D點(diǎn)的信號(hào)通過(guò)電壓比較器就可以得到正確的反應(yīng)信號(hào)，最后通過(guò)單片機(jī)根據(jù)各種信號(hào)做出相應(yīng)的處理，如果為正常脈沖，則進(jìn)行計(jì)數(shù)累計(jì)存儲(chǔ)，如果為非正常數(shù)據(jù)，則發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)。
本實(shí)用新型通過(guò)一片MC1413來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有源及無(wú)源信號(hào)的區(qū)別處理，當(dāng)信號(hào)為有源時(shí)可將MC1413短接，即使用主板上的電源驅(qū)動(dòng)；若信號(hào)為有源信號(hào)則可通過(guò)MC1413將主板電源隔離，以避免發(fā)生沖突。
信號(hào)采集通過(guò)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(qiáng)信號(hào)的可靠性。通過(guò)熱敏電阻RT1及瞬變電壓抑制二極管RV1可有效的去除強(qiáng)電破壞，當(dāng)強(qiáng)電竄入采集回路時(shí)，瞬變電壓抑制二極管RV1會(huì)吸收大量的浪涌電流，熱敏電阻RT1也會(huì)過(guò)流斷開(kāi)，從而保護(hù)采集回路遭受強(qiáng)電的破壞。
正常采集到脈沖信號(hào)后，在進(jìn)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(chǔ)到鐵電存儲(chǔ)器FM25045中，供抄表及即時(shí)查詢使用。鐵電存儲(chǔ)器與單片機(jī)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(dāng)本實(shí)用新型檢測(cè)到有按鍵響應(yīng)時(shí)，將顯示第一位用戶的房屋編號(hào)及其相應(yīng)的耗能計(jì)量值，當(dāng)使用者連續(xù)按鍵時(shí)則順序顯示各用戶的耗能計(jì)量值。當(dāng)使用者在10秒內(nèi)未有按鍵動(dòng)作時(shí)，本實(shí)用新型將自動(dòng)關(guān)閉數(shù)碼管顯示，以降低功耗。
當(dāng)上位機(jī)需要采集數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)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(dāng)本實(shí)用新型需要和系統(tǒng)中其它設(shè)備通信時(shí)與此類同。
通過(guò)通訊總線，系統(tǒng)可以接受來(lái)自上位機(jī)的命令，并響應(yīng)上位機(jī)的命令，如抄表、設(shè)置參數(shù)、獲取報(bào)警狀態(tài)等命令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)程抄表功能。
權(quán)利要求1.一種多阻段有源無(wú)源脈沖采集器，由脈沖采集及抗干擾、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)、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(chǔ)部分通過(guò)單片機(jī)的P1口線與單片機(jī)相連，數(shù)據(jù)顯示部分通過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線(P0)與單片機(jī)相連接，數(shù)據(jù)通信部分與單片機(jī)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(hù)電路中，在采集對(duì)象脈沖傳感器內(nèi)的信號(hào)線上串聯(lián)電阻R1及電阻R2，脈沖開(kāi)關(guān)S1和電阻R1并聯(lián)；信號(hào)線I與自恢復(fù)保險(xiǎn)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(hào)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(jī)U5的(1)、(2)、(3)引腳。
專利摘要本實(shí)用新型是一種多阻段有源無(wú)源脈沖采集器，在采集對(duì)象脈沖傳感器內(nèi)的信號(hào)線上串聯(lián)電阻1及電阻2，脈沖開(kāi)關(guān)S1和電阻1并聯(lián)；信號(hào)線I與自恢復(fù)保險(xiǎn)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(hào)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(jī)U5的1、2、3引腳。實(shí)現(xiàn)了防強(qiáng)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(hào)G08C19/16GK2748996SQ20042011268
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:煙臺(tái)佳園智能數(shù)碼科技有限公司