專利名稱：一種數(shù)據(jù)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集裝置，尤其涉及一種用于振動數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集器。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行往往需要采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動數(shù)據(jù)、機(jī)艙溫度、傳動軸轉(zhuǎn)速等各種數(shù)據(jù)信息，該等數(shù)據(jù)一般都由特定的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳感器進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換為符合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)或特定的分析系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)形式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對運(yùn)行數(shù)據(jù)按照控制策略分析并給出診斷分析結(jié)果，進(jìn)而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組盡可能的運(yùn)行在安全的范圍。然而，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)或特定的分析系統(tǒng)往往因機(jī)型、控制方案、通訊方式等不同而對傳感器采集的數(shù)據(jù)需要做相應(yīng)的轉(zhuǎn)換或者利用有針對性傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集才可以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)或特定的分析系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)形式。通常情況下，需要需要針對傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成滿足以太網(wǎng)需要的數(shù)據(jù)，這就要求數(shù)據(jù)采集器具有模擬信號向以太網(wǎng)數(shù)據(jù)要求的能力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種滿足以太網(wǎng)數(shù)據(jù)要求的數(shù)據(jù)采集器，該數(shù)據(jù)采集器具有將振動傳感器采集的模擬的振動信號向滿足以太網(wǎng)數(shù)據(jù)要求轉(zhuǎn)化傳輸功能。本發(fā)明一種數(shù)據(jù)采集器，主要用于振動數(shù)據(jù)的采集，且該數(shù)據(jù)采集器分別與工控機(jī)、下位機(jī)及傳感器相互連接與通訊。所述數(shù)據(jù)采集器主要至少包括一微控制器、一振動信號接口陣列、一恒流源、一信號調(diào)理電路陣列、一以太網(wǎng)控制器、一 RJ45接口及一 RS485收發(fā)器，下位機(jī)通過RS485收發(fā)器與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊，傳感器通過BNC陣列接口、信號調(diào)理電路陣列與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊，工控機(jī)通過一以太網(wǎng)控制器、一 RJ45接口與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊。綜上所述，本發(fā)明數(shù)據(jù)采集器可有效且精確地實(shí)現(xiàn)采集到模擬信號向滿足以太網(wǎng)數(shù)據(jù)要求的數(shù)據(jù)形式的轉(zhuǎn)化和傳輸，實(shí)現(xiàn)了傳感器與上一級工控機(jī)的有效的數(shù)據(jù)傳輸，滿足了風(fēng)機(jī)振動數(shù)據(jù)的傳輸需要。

圖1為本發(fā)明一種數(shù)據(jù)采集器的一結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及效果，以下茲例舉實(shí)施例并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本發(fā)明一種數(shù)據(jù)采集器包括主要用于振動數(shù)據(jù)的采集，該數(shù)據(jù)采集器分別與工控機(jī)、下位機(jī)及傳感器相互連接與通訊。該數(shù)據(jù)采集器主要至少包括一微控制器、一振動信號接口陣列、一;〖亙流源、一信號調(diào)理電路陣列、一以太網(wǎng)控制器、一 RJ45接口、一RS485收發(fā)器。所述數(shù)據(jù)采集器進(jìn)一步包括一兩高速光耦陣列、一外部中斷接口及一輸入捕獲接口。以太網(wǎng)控制器采用帶寬為IOM的以太網(wǎng)控制器。振動信號接口陣列為一以并列方式設(shè)置的12路BNC接口陣列。12路BNC接口陣列可同時傳輸傳感器采集的12路振動數(shù)據(jù)信號。信號調(diào)理電路陣列的單一信號調(diào)理電路均采用IPC加速度計信號調(diào)理電路。信號調(diào)理電路陣列與振動信號接口陣列設(shè)置的接口數(shù)量相等，本具體實(shí)施例中，共有12路信號調(diào)理電路陣列，信號調(diào)理電路陣列與BNC接口陣列的具有一一對應(yīng)的關(guān)系，即一個BNC接口對應(yīng)一信號調(diào)理電路。恒流源為采用24V的恒流源，通過12路BNC接口陣列向連接在數(shù)據(jù)采集器上的12個傳感器供給24V、3. 5mA的電能。RJ45接口為一帶隔離的RJ45接口，該設(shè)置可使工控機(jī)與數(shù)據(jù)采集器之間進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)得到有效的隔離，防止相互的干擾，保證工控機(jī)與數(shù)據(jù)采集器之間進(jìn)行正常的通τΗ ο信號調(diào)理電路可對傳感器送入的模擬電壓信號進(jìn)行1/2分壓處理，再利用電壓跟隨器(電壓跟隨器原理為業(yè)內(nèi)所公知的現(xiàn)有技術(shù)，故圖中未示)進(jìn)行緩沖隔離，通過減法電路將(Γ2. 5V轉(zhuǎn)換為3. 3^0. 8V輸出給微控制器采集，即信號調(diào)理電路可將振動信號轉(zhuǎn)換輸出為微控制器可接受的電壓范圍值。通過電壓跟隨器及減法電路處理轉(zhuǎn)換后的電壓值保持在較大的范圍內(nèi)，便于微控制器對數(shù)據(jù)精確的采集。微控制器為采用基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列處理器，且該微控制器內(nèi)部進(jìn)一步包括有12路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、DMA控制器、SPI控制器、通用異步收發(fā)器及存儲器SRAM (圖中未示)。微控制器通過12路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC及DMA控制器將送入的電壓信號進(jìn)行模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、快速傳輸振動數(shù)據(jù)至SPI控制器。微控制器通過以太網(wǎng)控制器及RJ45接口轉(zhuǎn)譯并傳輸工控機(jī)可接受的數(shù)據(jù)形式。微控制器與工控機(jī)之間采用UDP協(xié)議進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸。下位機(jī)通過RS485收發(fā)器及相應(yīng)的輸出端口實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集器的微控制器相互的電連接和通訊，微控制器與下位機(jī)(諸如個人電腦等)之間采用MODBUS協(xié)議進(jìn)行相互的通訊和數(shù)據(jù)傳輸。下位機(jī)可通過COMMIX軟件程序?qū)?shù)據(jù)采集器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。其中一高速光耦陣列連接在微控制器的一外部中斷口與編碼器過零信號接口之間用于對編碼器過零信號進(jìn)行光電隔離，另一高速光耦陣列連接在微控制器的另一外部中斷口與編碼器轉(zhuǎn)速脈沖信號接口的之間用于對編碼器轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行光電隔離。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集器的主要工作原理及過程如下設(shè)置在信號調(diào)理電路陣列與BNC接口陣列之間的恒流源通過BNC接口陣列向傳感器送入24V、3. 5mA的電能，傳感器根據(jù)振動信號的強(qiáng)弱對應(yīng)輸出(T5V的模擬電壓信號，輸出的電壓信號經(jīng)BNC接口陣列中的各接口向信號調(diào)理電路輸出，因微控制器的模 數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC工作參考電壓為3. 3V，所以信號調(diào)理電路進(jìn)一步對傳感器送入的模擬電壓信號進(jìn)行1/2分壓處理，以使分壓處理后的電壓符合微控制器工作時的電壓要求(T3. 3V，信號調(diào)理電路通過電壓跟隨器進(jìn)行緩沖隔離，為增大采集范圍，提高精度，此電壓信號經(jīng)減法電路將輸入的(Γ2. 5V電壓信號轉(zhuǎn)換為微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC可采集的3. 3^0. 8V的電壓信號；微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將送入的已處理的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的串行數(shù)字信號，存儲到存儲器SRAM —存儲區(qū)內(nèi)，微控制器用DMA控制器對每一路存儲在存儲器SRAM中的串行數(shù)字信號均以160ΚΗζ的速率進(jìn)行定時讀取并累加，每讀取8次取其平均值并將計算值以按照各路順序順序存儲在存儲器SRAM另一存儲區(qū)內(nèi)；當(dāng)數(shù)據(jù)采集器收到工控機(jī)發(fā)出的“開始采集”的指令后，每打包好一個完整的數(shù)據(jù)包，將完整的數(shù)據(jù)包封裝成標(biāo)準(zhǔn)UDP協(xié)議數(shù)據(jù)包，由微控制器用SPI控制器以DMA模式將數(shù)據(jù)傳送至IOM以太網(wǎng)控制器，經(jīng)RJ45接口隔離上傳至工控機(jī)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集器收到工控機(jī)發(fā)出的“停止采集”的指令后并經(jīng)一部解析，數(shù)據(jù)采集器根據(jù)解析到“停止采集”指令停止向上一級的工控機(jī)發(fā)送。本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集器通過微控制器的通用異步收發(fā)器、RS485收發(fā)器實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)之間的通訊并可由下位機(jī)完成對數(shù)據(jù)采集器的參數(shù)設(shè)定及零度校準(zhǔn)。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集器對編碼器過零信號通過高速光耦整列、外部中斷接口送入本數(shù)據(jù)采集器并打包轉(zhuǎn)換后經(jīng)傳送給上一級工控機(jī)。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集器對編碼器轉(zhuǎn)速脈沖通過高速光耦整列、輸入捕獲接口送入本數(shù)據(jù)采集器并打包轉(zhuǎn)換后經(jīng)傳送給上一級工控機(jī)。綜上所述，本發(fā)明數(shù)據(jù)采集器可有效且精確地實(shí)現(xiàn)采集到模擬信號向滿足以太網(wǎng)數(shù)據(jù)要求的數(shù)據(jù)形式的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了傳感器與上一級工控機(jī)的有效的數(shù)據(jù)傳輸，滿足了風(fēng)機(jī)振動數(shù)據(jù)的傳輸需要。以上所述的技術(shù)方案僅為本發(fā)明一種數(shù)據(jù)采集器的較佳實(shí)施例，任何在本發(fā)明一種數(shù)據(jù)采集器基礎(chǔ)上所作 的等效變換或替換都包含在本專利的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種數(shù)據(jù)采集器，主要用于振動數(shù)據(jù)的采集，且該數(shù)據(jù)采集器分別與工控機(jī)、下位機(jī)及傳感器相互連接與通訊，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器主要至少包括一微控制器、一振動信號接口陣列、一〖亙流源、一信號調(diào)理電路陣列、一以太網(wǎng)控制器、一 RJ45接口及一 RS485收發(fā)器，下位機(jī)通過RS485收發(fā)器與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊，傳感器通過BNC陣列接口、信號調(diào)理電路陣列與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊，工控機(jī)通過一以太網(wǎng)控制器、一 RJ45接口與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于微控制器為采用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32系列處理器，且該微控制器內(nèi)部進(jìn)一步包括有12路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、DMA控制器、SPI控制器、通用異步收發(fā)器及存儲器SRAM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于信號調(diào)理電路陣列的單一信號調(diào)理電路均采用IPC加速度計信號調(diào)理電路，振動信號接口陣列為一以并列方式設(shè)置的12路BNC接口陣列，且12路BNC接口陣列可同時傳輸傳感器采集的12路振動數(shù)據(jù)信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于信號調(diào)理電路陣列與BNC接口陣列設(shè)置的接口數(shù)量相等，共有12路IPC加速度計信號調(diào)理電路陣列，信號調(diào)理電路陣列與BNC接口陣列的具有一一對應(yīng)的關(guān)系，即一個BNC接口對應(yīng)一信號調(diào)理電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于微控制器與工控機(jī)之間采用UDP協(xié)議進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)傳輸，微控制器與下位機(jī)之間采用MODBUS協(xié)議進(jìn)行相互的通訊和數(shù)據(jù)傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于以太網(wǎng)控制器采用帶寬為IOM的以太網(wǎng)控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于恒流源為采用24V的恒流源，通過12路BNC接口陣列向連接在數(shù)據(jù)采集器上的12個傳感器供給24V、3. 5mA的電能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于數(shù)據(jù)采集器通過微控制器的通用異步收發(fā)器、RS485收發(fā)器實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)之間的通訊并可由下位機(jī)完成對數(shù)據(jù)采集器的參數(shù)設(shè)定及零度校準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)采集器，其特征在于數(shù)據(jù)采集器進(jìn)一步包括一兩高速光耦陣列、一外部中斷接口及一輸入捕獲接口，其中一高速光耦陣列連接在微控制器的一外部中斷口與編碼器過零信號接口之間用于對編碼器過零信號進(jìn)行光電隔離，另一高速光耦陣列連接在微控制器的另一外部中斷口與編碼器轉(zhuǎn)速脈沖信號接口的之間用于對編碼器轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行光電隔離。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種數(shù)據(jù)采集器，主要用于振動數(shù)據(jù)的采集，且該數(shù)據(jù)采集器分別與工控機(jī)、下位機(jī)及傳感器相互連接與通訊。所述數(shù)據(jù)采集器主要至少包括一微控制器、一振動信號接口陣列、一恒流源、一信號調(diào)理電路陣列、一以太網(wǎng)控制器、一RJ45接口及一RS485收發(fā)器，下位機(jī)通過通用異步收發(fā)器、RS485收發(fā)器與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊，傳感器通過BNC陣列接口、信號調(diào)理電路陣列與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊，工控機(jī)通過一以太網(wǎng)控制器、一RJ45接口與數(shù)據(jù)采集器的微控制器實(shí)現(xiàn)相互的電連接和通訊。
文檔編號G08C19/00GK202904868SQ20122059825
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者李泳林, 孟娟 申請人:成都阜特科技股份有限公司