專利名稱:基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，包括數(shù)字輸入光電隔離電路輸入端輸入全自動血液粘度動態(tài)分析儀的物位數(shù)字輸入信號，所述數(shù)字輸入光電隔離電路輸出端連接單片機數(shù)字信號信號輸入端，壓力傳感器壓力信號輸出端經(jīng)放大器放大后連接單片機壓力信號輸入端，單片機數(shù)字信號輸出端連接數(shù)字輸出光電隔離電路信號輸入端，所述數(shù)字輸出光電隔離電路信號輸出端連接多功能驅(qū)動和干擾抑制電路信號輸入端，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路電機信號輸出端連接步進電機，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路托馬斯泵信號輸出端連接托馬斯泵信號輸入端，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路電磁閥和水泵信號輸出端連接電磁閥和水泵信號輸入端。
【專利說明】基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)療電器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，公知的下位機智能測控系統(tǒng)沒有同時具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率、快速大量數(shù)據(jù)傳輸USB接口的片上系統(tǒng)SOC的單片機，雖然有使用RS232轉(zhuǎn)USB橋接器的智能測控系統(tǒng)但是受RS232接口通訊能力的限制不能滿足快速大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?br> [0003]另外，現(xiàn)在公知的下位機智能測控系統(tǒng)中，放大器采用電位器對放大倍數(shù)及失調(diào)電壓進行調(diào)節(jié)，繁瑣復(fù)雜；放大器采用單一光電隔離技術(shù)對電磁干擾進行抑制，隔離效果不好；托馬斯泵采用開環(huán)控制技術(shù)，不利于實時監(jiān)控托馬斯泵的狀態(tài)。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)。
[0005]為了實現(xiàn)本實用新型的上述目的，本實用新型提供了一種基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，包括:單片機1、數(shù)字輸入光電隔離電路4、壓力傳感器6、數(shù)字輸出光電隔離電路11、多功能驅(qū)動和干擾抑制電路12、步進電機13、托馬斯泵14和水泵15，
[0006]數(shù)字輸入光電隔離電路4輸入端輸入全自動血液粘度動態(tài)分析儀的物位數(shù)字輸入信號，所述數(shù)字輸入光電隔離電路4輸出端連接單片機I數(shù)字信號信號輸入端，壓力傳感器6壓力信號輸出端經(jīng)放大器7放大后連接單片機I壓力信號輸入端，單片機I數(shù)字信號輸出端連接數(shù)字輸出光電隔離電路11信號輸入端，所述數(shù)字輸出光電隔離電路11信號輸出端連接多功能驅(qū)動和干擾抑制電路12信號輸入端，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路12電機信號輸出端連接步進電機13，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路12托馬斯泵信號輸出端連接托馬斯泵信號輸入端，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路12電磁閥和水泵信號輸出端連接電磁閥和水泵信號輸入端。
[0007]所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括輸入干擾抑制電路3，所述輸入干擾抑制電路3 —端連接輸入全自動血液粘度動態(tài)分析儀的物位數(shù)字輸入信號，所述輸入干擾抑制電路3另一端連接數(shù)字輸入光電隔離電路4 一端。
[0008]所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括跟隨器電路5，所述跟隨器電路5信號輸入端連接單片機I跟隨器電路信號輸出端。
[0009]所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括放大器7，壓力傳感器6壓力信號輸出端連接放大器7信號輸入端，所述放大器7信號輸出端連接單片機I壓力信號輸入端。
[0010]所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括電磁閥，所述電磁閥連接在水泵出水控制端，用于打開和關(guān)閉水泵。
[0011]所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括總線擴展電路8和USB接口電路9，
[0012]所述總線擴展電路8數(shù)據(jù)信號傳輸端連接單片機I數(shù)據(jù)輸出端，所述總線擴展電路8數(shù)據(jù)信號傳輸端連接USB接口電路9數(shù)據(jù)信號傳輸端。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是:
[0014]通過上述智能測控系統(tǒng)的工作，實現(xiàn)對下位機的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送，使用方便，節(jié)省成本。
[0015]本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

【附圖說明】

[0016]本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0017]圖1是本實用新型基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0019]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
[0020]在本實用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0021]如圖1所示，下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:
[0022]1、SOC 單片機
[0023]針對由于沒有同時具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率、USB接口的片上系統(tǒng)SOC的單片機的現(xiàn)狀，首先選擇了具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率的片上系統(tǒng)SOC的單片機 C8051F06X。
[0024]全集成電路混合信號片上系統(tǒng)System On Chip,簡稱SOC單片機選用美國SL(Silicon Laboratories)公司的具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率的片上系統(tǒng)SOC的單片機C8051F06X，該芯片還具有12位DAC，JTAG接口，高速8051微控制器內(nèi)核，多達64個I/O 口，可配置CAN、SMBus, SP1、UART通信接口等功能，是代表性的SOC單片機。
[0025]在印刷板設(shè)計上特別注意了晶振盡可能靠近芯片，距離小于1mm且周圍用地線屏蔽。
[0026]2數(shù)字輸入信號。各種數(shù)字輸入信號主要來自各種位置傳感器。
[0027]3輸入干擾抑制電路。由于各種位置傳感器距離控制系統(tǒng)較遠最容易拾取干擾，本控制系統(tǒng)采取使用瞬態(tài)電壓抑制二極管，磁珠和片式電容構(gòu)成的低通濾波器構(gòu)成輸入干擾抑制電路。
[0028]4數(shù)字輸入光電隔離電路。可以有效濾除共模干擾和高內(nèi)阻干擾信號，有效保護SOC單片機。數(shù)字輸入光電隔離電路的輸出連接到SOC單片機的P5 口。
[0029]5跟隨器電路?？梢愿綦xSOC單片機的DAC輸出與負載電路并增加驅(qū)動能力。
[0030]6壓力傳感器。根據(jù)需要采用美國FREESCALE公司生產(chǎn)的壓力傳感器MPX5010，設(shè)壓力為Ρχ，傳感器靈敏度為K，傳感器失調(diào)電壓為Voff傳感器輸出電壓為Vx:
[0031]Vx = K*Px+K5
[0032]對于選定的傳感器來說，K與Voff是常數(shù)，Px是變量，I式是一個典型的線性方程式。為本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0033]7放大器.放大器采用美國TI公司生產(chǎn)的軌到軌四運算放大器TLV2254。將壓力傳感器的輸出信號放大后送SOC單片機的16位高精度ADC。本實用新型不使用電位器對放大倍數(shù)及失調(diào)電壓進行調(diào)節(jié)而使用標(biāo)度換算并根據(jù)本智能測控系統(tǒng)獨創(chuàng)提出相應(yīng)的算法直接計算出壓力值。具體方法如下:設(shè)壓力為O時采得的數(shù)據(jù)為D0，設(shè)壓力為滿量程Pfs時采得的數(shù)據(jù)為Dfs，設(shè)待測未知壓力為Px時采得的數(shù)據(jù)為Dx，由于I式是一個典型的線性方程式可以推導(dǎo)出待測未知壓力Px可以由下式計算出:
[0034]Px = (Dx-DO)*Pfs/ (Dfs-DO)2
[0035]使用標(biāo)度換算并根據(jù)本智能測控系統(tǒng)獨創(chuàng)提出相應(yīng)的算法使調(diào)試更加方便、可靠不依賴操作者的調(diào)試操作水平、測試精度也更高。
[0036]8總線擴展電路。使用SOC單片機的P4、P6、P7 口外接鎖存器、譯碼器電路構(gòu)成AB, DB, CB三總線擴展電路。
[0037]9USB接口電路。在三總線擴展電路上掛接南京沁園公司生產(chǎn)的USB接口電路CH372,使得本基于片上系統(tǒng)SOC單片機的下位機智能測控系統(tǒng)同時具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率、USB接口的性能。USB接口用與作為上位機的計算機進行通訊。
[0038]10可編程多功能接口。可以根據(jù)需要通過軟件將可編程多功能接口配置成CAN、SMBus、SP1、UART通信接口和計數(shù)定時器等功能。
[0039]11數(shù)字輸出光電隔離電路。光電隔離電路采用日本東芝公司生產(chǎn)的TLP281-4GB。數(shù)字輸出光電隔離電路的輸入信號來自SOC單片機的P3-P5 口，對數(shù)字輸出光電隔離，可以防止驅(qū)動電路對SOC單片機的干擾。
[0040]12多功能驅(qū)動和干擾抑制電路。多功能驅(qū)動電路包括步進電機驅(qū)動器、驅(qū)動器、電磁閥和水泵驅(qū)動器。
[0041]其中獨特創(chuàng)新的是托馬斯泵驅(qū)動器，由于托馬斯泵沒有也無法添加速度傳感器所以原則上是無法實現(xiàn)閉環(huán)控制，本實用新型利用了托馬斯泵負載周期性變化的特點，從周期性變化的驅(qū)動電流中獲得了轉(zhuǎn)速信號，將托馬斯泵控制技術(shù)由采用開環(huán)控制技術(shù)改進為獨創(chuàng)的閉環(huán)監(jiān)控技術(shù)，可以實時監(jiān)控托馬斯泵工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)控制電壓，保證托馬斯泵的正常工作。
[0042]多功能驅(qū)動中的干擾抑制電路是全部驅(qū)動電路的輸出端都設(shè)計有干擾抑制二極管，采用雙絞線驅(qū)動負載。
[0043]綜上所述采用的復(fù)合抗干擾技術(shù)有:
[0044]改善電磁敏感度(EMS)的方法是:使用美國VISHAY公司生產(chǎn)的MSMP系列瞬態(tài)電壓抑制二極管，日本TDK公司生產(chǎn)的MMZ系列磁珠和片式電容構(gòu)成的低通濾波器構(gòu)成輸入干擾抑制電路，數(shù)字輸入光電隔離電路。
[0045]降低電磁干擾的(EMI)方法是:使用數(shù)字輸出光電隔離電路，全部驅(qū)動電路的輸出端都設(shè)計有干擾抑制二極管，采用雙絞線驅(qū)動負載。在印刷板設(shè)計上特別注意了晶振盡可能靠近芯片，距離小于1mm且周圍用地線屏蔽。
[0046]眾所周知電磁兼容性EMC包括電磁敏感度(EMS)和電磁干擾的(EMI)兩部分。因此電磁兼容性EMC得到大大改善。
[0047]13步進電機。最多可以帶4只步進電機。
[0048]14托馬斯泵。最多可以帶4只托馬斯泵。
[0049]15電磁閥和水泵。最多可以帶12只電磁閥和水泵。
[0050]優(yōu)選的，針對由于沒有同時具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率、USB接口的片上系統(tǒng)SOC的單片機的現(xiàn)狀，首先選擇了具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率的片上系統(tǒng)SOC 的單片機 C8051F06X。
[0051]然后使用SOC單片機的P4、P6、P7 口外接鎖存器、譯碼器電路構(gòu)成AB，DB, CB三總線擴展電路。
[0052]最后在三總線擴展電路上掛接USB接口電路CH372，使得本基于片上系統(tǒng)SOC單片機的下位機智能測控系統(tǒng)同時具有16位高精度ADC、IMsps高采樣率、能夠快速大量數(shù)據(jù)傳輸USB接口的性能。USB接口用與作為上位機的計算機進行通訊。
[0053]本實用新型不使用電位器對放大倍數(shù)及失調(diào)電壓進行調(diào)節(jié)而使用標(biāo)度換算并根據(jù)本智能測控系統(tǒng)獨創(chuàng)提出相應(yīng)的算法直接計算出壓力值。具體方法如下，當(dāng)然本算法為本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用的:設(shè)壓力為O時采得的數(shù)據(jù)為D0，設(shè)壓力為滿量程Pfs時采得的數(shù)據(jù)為Dfs，設(shè)待測未知壓力為Px時采得的數(shù)據(jù)為Dx，由于I式是一個典型的線性方程式可以推導(dǎo)出待測未知壓力Px可以由下式計算出:
[0054]Px= (Dx-D0)*Pfs/ (Dfs-DO)2
[0055]使用標(biāo)度換算并根據(jù)本智能測控系統(tǒng)獨創(chuàng)提出相應(yīng)的算法使調(diào)試更加方便、可靠不依賴操作者的調(diào)試操作水平、測試精度也更高。
[0056]采用的復(fù)合抗干擾技術(shù)有:
[0057]改善電磁敏感度(EMS)的方法是:使用數(shù)字輸入光電隔離電路，使用瞬態(tài)電壓抑制二極管，使用磁珠和片式電容構(gòu)成的低通濾波器構(gòu)成輸入干擾抑制電路。
[0058]降低電磁干擾的(EMI)方法是:使用數(shù)字輸出光電隔離電路，全部驅(qū)動電路的輸出端都設(shè)計有干擾抑制二極管，采用雙絞線驅(qū)動負載。在印刷板設(shè)計上特別注意了晶振盡可能靠近芯片，距離小于1mm且周圍用地線屏蔽。
[0059]眾所周知電磁兼容性EMC包括電磁敏感度(EMS)和電磁干擾的(EMI)兩部分。因此電磁兼容性EMC得到大大改善。
[0060]由于托馬斯泵沒有也無法添加速度傳感器，所以原則上是無法實現(xiàn)閉環(huán)控制，本實用新型利用了托馬斯泵負載周期性變化的特點，從周期性變化的驅(qū)動電流中獲得了轉(zhuǎn)速信號，保證托馬斯泵的正常工作。
[0061]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0062]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，其特征在于，包括:單片機(1)、數(shù)字輸入光電隔離電路(4)、壓力傳感器(6)、數(shù)字輸出光電隔離電路(11)、多功能驅(qū)動和干擾抑制電路(12)、步進電機(13)、托馬斯泵(14)和水泵(15)， 數(shù)字輸入光電隔離電路(4)輸入端輸入全自動血液粘度動態(tài)分析儀的物位數(shù)字輸入信號，所述數(shù)字輸入光電隔離電路(4)輸出端連接單片機(I)數(shù)字信號信號輸入端，壓力傳感器(6)壓力信號輸出端經(jīng)放大器(7)放大后連接單片機(I)壓力信號輸入端，單片機(I)數(shù)字信號輸出端連接數(shù)字輸出光電隔離電路(11)信號輸入端，所述數(shù)字輸出光電隔離電路(11)信號輸出端連接多功能驅(qū)動和干擾抑制電路(12)信號輸入端，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路(12)電機信號輸出端連接步進電機(13)，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路(12)托馬斯泵信號輸出端連接托馬斯泵信號輸入端，所述多功能驅(qū)動和干擾抑制電路(12)電磁閥和水泵信號輸出端連接電磁閥和水泵信號輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，其特征在于，還包括輸入干擾抑制電路(3)，所述輸入干擾抑制電路(3) —端連接輸入全自動血液粘度動態(tài)分析儀的物位數(shù)字輸入信號，所述輸入干擾抑制電路(3)另一端連接數(shù)字輸入光電隔離電路(4)一端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，其特征在于，還包括跟隨器電路(5)，所述跟隨器電路(5)信號輸入端連接單片機(I)跟隨器電路信號輸出端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，其特征在于，還包括放大器(7)，壓力傳感器(6)壓力信號輸出端連接放大器(7)信號輸入端，所述放大器(7)信號輸出端連接單片機(I)壓力信號輸入端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，其特征在于，還包括電磁閥，所述電磁閥連接在水泵出水控制端，用于打開和關(guān)閉水泵。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于片上系統(tǒng)的下位機智能測控系統(tǒng)，其特征在于，還包括總線擴展電路⑶和USB接口電路(9)， 所述總線擴展電路(8)數(shù)據(jù)信號傳輸端連接單片機(I)數(shù)據(jù)輸出端，所述總線擴展電路(8)數(shù)據(jù)信號傳輸端連接USB接口電路(9)數(shù)據(jù)信號傳輸端。
【文檔編號】G05B19-418GK204287935SQ201420763913
【發(fā)明者】蔡泳, 陶世宏 [申請人]重慶南方數(shù)控設(shè)備有限責(zé)任公司