專利名稱：總線式智能測控模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于工業(yè)測量控制領域，涉及總線通訊式測量控制技術，信號調理及采集技術。
背景技術：
工業(yè)或者醫(yī)療等設備由于需要實時采集信息、實時控制等需求，在設備內部大量使用了各種測控模塊。其中大廠家如西門子等公司工控模塊占有很大的市場份額。實際使用中，由于現(xiàn)有的西門子等公司工控模塊多采用公司內部研發(fā)的通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，無法實現(xiàn)靈活透明的數(shù)據(jù)傳輸，一旦使用此類模塊則需要購買整套方案，價格昂貴，同時測控系統(tǒng)體積也無法控制，并且不同廠家的控制器與模塊無法實現(xiàn)互聯(lián)。 為實現(xiàn)傳感器與變送器的標準化，IEEE技術委員會提出了智能傳感器設計的一系列標準，其中電子數(shù)據(jù)表格(Transducer Electronic Data Sheet, TEDS)實現(xiàn)了變送器數(shù)據(jù)存儲、處理及即插即用的功能。工業(yè)現(xiàn)場，往往需要同時采集多種信號，如交流電壓信號、電流信號、脈沖信號等；并且需要進行多種控制，如流量控制、功率控制、限位控制等。采用單一功能的模塊，會導致接入模塊太多，設備體積難以控制。專利00221742. 2公布了一種“RS-485總線式測控系統(tǒng)中的即插即用測控模塊”，其主要實現(xiàn)了模塊接入的實時響應，并不能實現(xiàn)智能識別。專利00112532. X公布了一種“RS-485總線式測控系統(tǒng)中測控模塊的即插即用法及其測控模塊”，其主要是通過自己設計的通訊模式與協(xié)議實現(xiàn)了模塊接入的及時識別與管理，由于并非采用通用協(xié)議標準和格式，無法實現(xiàn)與其他設備的互聯(lián)。專利201020199340. 9公布一種“一體化智能測控模塊”，其針對霍爾電流傳感器設計，通訊采用RS485、RS232以及無線的方式進行通訊，智能化主要體現(xiàn)在能夠對多路電流變化信號做出分析，并不能實現(xiàn)多種信號同時處理的需求。專利201010206443. 8公布了一種“基于現(xiàn)場總線的多功能測控模塊”，其可以實現(xiàn)多路信號的選擇輸入，以此降低放大器的成本，并通過Modbush或Profibus-DP現(xiàn)場總線輸出，但該模塊并不涉及智能化設計，無法實現(xiàn)即插即用。
發(fā)明內容為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種總線式智能測控模塊，包括信號調理電路、總線通訊模塊、接口隔離電路、控制采集單元，總線接頭。信號調理電路以儀表運放為核心，將輸入的原始信號處理為采集單元可以采集的信號。控制采集單元以單片機為核心完成電源管理、數(shù)據(jù)的采集，并通過總線通訊模塊將數(shù)據(jù)傳遞出去，總線通訊模塊采用CAN總線實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透明傳輸，完成了單片機接口與總線接口的交互。接口隔離模塊對總線通訊模塊進行浪涌、防靜電、短路等保護，提高系統(tǒng)的可靠性，延長通訊模塊的實用壽命?？偩€接頭定義了數(shù)據(jù)線和電源線，實現(xiàn)測控模塊的接入。[0010]本實用新型其特征在于，控制采集單元以單片機為核心，單片機通過變送器電子數(shù)據(jù)表格(Transducer Electronic Data Sheet, TEDS)實現(xiàn)即插即用、智能識別，并通過改進的ModBus通訊協(xié)議將現(xiàn)場測控信息通過CAN總線傳輸給上位機。信號調理電路可同時處理交流毫伏電壓信號、交流電流信號、4-20mA電流信號、脈沖電壓信號。包括信號放大，交流直流的整流電路，脈沖信號的隔離輸入功能。信號處理后統(tǒng)一為電壓信號，然后送入控制采集單元進行處理。交流信號采用儀表運放AD620或者INAl 16作為放大器，放大倍數(shù)10-100倍；4_20mA電流信號采用RCV420作為電流電壓轉換核心，轉換后的電壓范圍0-5V ;脈沖電壓信號通過高速隔離光耦6N137輸入控制采集單元;接口隔離電路采用TVS管，共模扼流圈，PTC熱敏電阻作為保護核心；總線通訊模塊采用UART轉CAN方式，采用周立功CSM100作為UART轉CAN模塊將單片機的串口數(shù)據(jù)通過工業(yè)總線的方式傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳遞，提高工業(yè)現(xiàn)場應用的穩(wěn) 定性；控制采集單元采用AVR單片機為核心，包含電源管理、模擬量和數(shù)字量采集、基于單片機內部存儲器的電子數(shù)據(jù)表格TEDS。兩線制串行接口將數(shù)據(jù)傳遞給總線通訊模塊?？偩€接頭采用DB9接頭，數(shù)據(jù)線和電源線均通過接頭接入。本實用新型的有益效果是，在降低成本的同時實現(xiàn)工業(yè)設備的高效測量控制，可靠性高，通訊協(xié)議透明，體積小。

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明的限定。在附圖中圖I是本實用新型的示意圖。圖2是信號調理電路的電路原理圖。圖3是總線接頭與引腳定義。 圖4是接口隔離保護電路原理圖。
具體實施方式
請參閱圖I所示，本實用新型總線式智能測控模塊包括信號調理電路、總線通訊模塊、接口隔離電路、控制采集單元，總線接頭。信號調理電路可同時處理交流毫伏電壓信號、交流電流信號、4-20mA電流信號、脈沖電壓信號，具體功能包括，隔離、放大、整流。總線通訊模塊完成總線通訊，接口隔離電路對總線接口進行保護，控制采集單元為數(shù)據(jù)處理、通訊的核心，總線接頭采用如圖2定義各輸入輸出引腳?？刂撇杉瘑卧贏VR單片機實現(xiàn)，在其內部的存儲器空間設計了一個電子數(shù)據(jù)表格TEDS實現(xiàn)測控模塊的智能化。電源管理實現(xiàn)將總線電源降壓輸出，為系統(tǒng)提供正負電源。單片機通過模擬量、數(shù)字量采集接口將調理的信號轉換為數(shù)字量，并通過電子數(shù)據(jù)表格TEDS進行校正，然后將處理的數(shù)據(jù)按照Modbus通訊協(xié)議通過總線通訊模塊傳輸?？刂撇杉瘑卧娮訑?shù)據(jù)表格TEDS的信息可以被上位機通過總線進行讀取，實現(xiàn)模塊的自動識別。[0025]優(yōu)選的，所述總線通訊模塊采用周立功UART轉CAN產品模塊CSM100 ；優(yōu)選的，所述控制采集單元以工業(yè)級AVR單片機ATMEGA128為控制核心；優(yōu)選的，所述信號調理電路采用儀表運放AD620/INA116作為放大器。精密整流電路以0P97為放大器，將交流信號轉換為直流信號；4-20mA信號采用RCV420芯片轉換為直流電壓信號；光耦隔離輸入采用6N137實現(xiàn)?！?br> 權利要求1.一種總線式智能測控模塊，包括信號調理電路、總線通訊模塊、接口隔離電路、控制采集單元，總線接頭；信號調理電路將輸入的原始信號調理為采集單元可以處理的信號，控制采集單元完成電源管理，數(shù)據(jù)的采集，并通過總線通訊模塊將數(shù)據(jù)傳遞出去，總線通訊模塊實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透明傳輸，完成了單片機接口與總線接口的交互；接口隔離模塊對總線通訊模塊進行保護，總線接頭定義了數(shù)據(jù)線和電源線，實現(xiàn)測控模塊的接入。
2.如權利要求I所述的總線式智能測控模塊，其特征在于信號調理電路針對交流毫伏電壓信號、交流電流信號、4-20mA電流信號、脈沖電壓信號四種輸入信號。
3.如權利要求2所述的總線式智能測控模塊，其特征在于交流信號采用儀表運放AD620或者INAl 16作為放大器。
4.如權利要求2所述的總線式智能測控模塊，其特征在于4-20mA電流信號采用RCV420作為電流電壓轉換核心。
5.如權利要求2所述的總線式智能測控模塊，其特征在于脈沖電壓信號通過高速隔離光耦輸入控制采集單元。
6.如權利要求I所述的總線式智能測控模塊，其特征在于總線通訊模塊采用UART轉CAN模塊。
7.如權利要求I所述的總線式智能測控模塊，其特征在于接口隔離電路采用TVS管，共模扼流圈，熱敏電阻作為保護核心。
8.如權利要求I所述的總線式智能測控模塊，其特征在于控制采集單元以AVR單片機為核心，單片機內部存儲空間設計的電子數(shù)據(jù)表格TEDS作為智能識別的核心。
專利摘要本實用新型公開了一種總線式智能測控模塊，屬于工業(yè)測量控制領域。包括信號調理電路、總線通訊模塊、接口隔離保護電路、控制采集單元，總線接頭。其特征在于信號調理電路采用儀表運放和電流電壓轉換芯片將各種信號轉換成電壓信號，以AVR單片機為核心的控制采集單元采集電壓信號，并將結果通過內部的電子數(shù)據(jù)表格TEDS進行校正和處理，然后通過總線通訊模塊將數(shù)據(jù)傳輸給上位機。接口隔離電路用來對總線進行保護，總線接頭實現(xiàn)設備的互聯(lián)，是測控模塊電源和數(shù)據(jù)總線的輸入輸出物理接口。 本實用新型具有在降低成本的同時實現(xiàn)工業(yè)設備的高效測量控制，可靠性高，通訊協(xié)議透明的有益效果。
文檔編號G05B19/418GK202632075SQ201220221388
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權日2012年5月15日
發(fā)明者唐勁天, 蔡東陽, 卓子寒, 王婕, 武建安 申請人:清華大學