專利名稱：現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種主要解決生產(chǎn)過程現(xiàn)場測量中相對集中的開關(guān)量信號的數(shù)據(jù)采集問題的開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置，屬于現(xiàn)場總線控制的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場總線技術(shù)是電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展結(jié)果，是工業(yè)自動化事業(yè)的進(jìn)展需要，也是技術(shù)發(fā)展的必然?，F(xiàn)場總線使得現(xiàn)場儀表之間、現(xiàn)場儀表和控制室設(shè)備之間構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)互連系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、雙向、多點(diǎn)數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是控制功能的下載，控制功能由過去的控制室設(shè)備完成轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧嫌芍悄芑默F(xiàn)場儀表來承擔(dān)，控制功能徹底分散，更易于組成大型的開放式系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從最高決策層到設(shè)備底層的綜合管理和控制。
中國計(jì)算機(jī)學(xué)會工業(yè)控制計(jì)算機(jī)專業(yè)委員會早已關(guān)注現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展并認(rèn)為這是工業(yè)自動化裝置產(chǎn)業(yè)界面臨的一次重大變革性挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是提供一種使profibus-Dp現(xiàn)場總線分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)更加靈活和方便的現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置中16個(gè)光電隔離器的輸入端分別對應(yīng)接16路去抖電路，16路去抖電路分別對應(yīng)接16路鎖存電路，16路鎖存電路、看門狗電路、地址譯碼器、從站地址撥碼設(shè)置電路、SPC3協(xié)議控制器、內(nèi)存擴(kuò)展電路分別對應(yīng)接中心控制器；485通訊控制電路分別與SPC3協(xié)議控制器和保護(hù)電路相連接。
中心控制器“U32”的“9”端接看門狗電路中的“U13F”的“12”端；中心控制器“U32”的“D0～D7”端分別接鎖存電路“U1、U2”、從站地址撥碼設(shè)置電路“U9”、SPC3協(xié)議控制器“11”、內(nèi)存擴(kuò)展電路“U4”的“D0～D7”端；中心控制器“U32”的“25～28”端接地址譯碼器“U12”的“1～4”端。
485通訊控制電路“U5”的“2”端、“U6”的“2”端、“U7”的“6”端對應(yīng)與SPC3協(xié)議控制器“U11”的“27、26、30”端相接。
本實(shí)用新型主要解決生產(chǎn)過程現(xiàn)場測量中相對集中的開關(guān)量信號的數(shù)據(jù)采集問題，為基于profibus-Dp現(xiàn)場總線分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)提供一種更高性價(jià)比的產(chǎn)品。
有益效果本實(shí)用新型提供一種基于profibus-Dp現(xiàn)場總線技術(shù)的16路開關(guān)量信號的智能采集裝置，使profibus-Dp現(xiàn)場總線分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)更加靈活和方便。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是集電源、CPU、通信控制、信號調(diào)理、信號采集、狀態(tài)指示等于一體，大大降低了儀器的制造成本和安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等成本。實(shí)施本實(shí)用新型具有管理效率更高、管理能力更強(qiáng)、抗干擾能力更好、監(jiān)控精度更優(yōu)的特點(diǎn)。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是基于底層控制網(wǎng)絡(luò)的開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的控制系統(tǒng)。他將微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信的能力，然后采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測量控制儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、統(tǒng)一、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個(gè)微機(jī)化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自控系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，給自動化系統(tǒng)的最終用戶帶來更大的實(shí)惠和更多方便，并促使目前生產(chǎn)的自動化儀表、集散控制系統(tǒng)(DCS)、可編程控制器(PLC)產(chǎn)品面臨體系結(jié)構(gòu)、功能等方面的重大變革，導(dǎo)致了工業(yè)自動化產(chǎn)品的又一次更新?lián)Q代，因而現(xiàn)場總線已成為世界范圍的自控技術(shù)熱點(diǎn)、被譽(yù)為跨世紀(jì)的自控新技術(shù)。


圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖。其中有光電隔離器11～116、去抖電路21～216、鎖存電路31～316、看門狗電路4、地址譯碼器5、CPU中心控制電路6、從站地址撥碼設(shè)置電路7、SPC3協(xié)議控制器8、內(nèi)存擴(kuò)展電路9、485通訊控制電路10、保護(hù)電路11。
圖2、圖3是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置由光電隔離器11～116、去抖電路21～216、鎖存電路31～316、看門狗電路4、地址譯碼器5、從站地址撥碼設(shè)置電路7、SPC3協(xié)議控制器8、內(nèi)存擴(kuò)展電路9、485通訊控制電路10、保護(hù)電路11所組成，在該裝置中16個(gè)光電隔離器11～116的輸入端分別對應(yīng)接16路去抖電路21～216，16路去抖電路21～216分別對應(yīng)接16路鎖存電路31～316，16路鎖存電路31～316、看門狗電路4、地址譯碼器5、從站地址撥碼設(shè)置電路7、SPC3協(xié)議控制器8、內(nèi)存擴(kuò)展電路9分別對應(yīng)接中心控制器6；485通訊控制電路10分別與SPC3協(xié)議控制器8和保護(hù)電路11相連接。
本實(shí)用新型分三大部分1.CPU及外圍電路這一部分主要包括89C52單片機(jī)、地址譯碼電路、內(nèi)存擴(kuò)展電路、看門狗電路、從站地址撥碼設(shè)置電路等。
地址譯碼電路采用外設(shè)與外部數(shù)據(jù)RAM統(tǒng)一編址的方式，高位地址線經(jīng)A12～A14經(jīng)3-8譯碼器后形成片選信號輸出，譯碼器的使能端接地址線A15，因此共有8路片選信號XCS0至XCS7輸出。
外部RAM采用芯片62256，共32K，片選信號端經(jīng)反相器反相后與地址線A15相連，因此外部RAM的地址范圍為8000H～FFFFF。
由MAX705組成的看門狗復(fù)位電路可以保證單片機(jī)系統(tǒng)在程序“跑飛”時(shí)能夠可靠復(fù)位，MAX705的復(fù)位脈沖輸出有正脈沖和負(fù)脈沖兩種方式，當(dāng)復(fù)位脈沖為負(fù)脈沖時(shí)，需要外接反相器后再連接到單片機(jī)的復(fù)位端。在正常情況下，P1.x引腳不超過1.6s就向WDI端發(fā)出“喂狗”信號，程序陷入死循環(huán)后，“喂狗”信號無法發(fā)出，當(dāng)死循環(huán)運(yùn)行時(shí)間超過1.6s時(shí)，MAX705的看門狗輸出WDO將變低并觸發(fā)MR，復(fù)位信號從RESET端輸出。
從站地址的設(shè)定由撥碼器得到，撥碼器的狀態(tài)選擇位通過產(chǎn)生相應(yīng)的高低電平信號連接到74LS244的輸入端，當(dāng)片選信號XCS0有效時(shí)，從站地址由數(shù)據(jù)總線輸出。
2.現(xiàn)場總線通信部分這一部分，通信控制器采用了西門子SPC3協(xié)議控制器協(xié)議芯片。SPC3協(xié)議控制器可獨(dú)立完成全部PROFIBUS-DP通信功能，包括數(shù)據(jù)的成幀、發(fā)送、接收、差錯處理、數(shù)據(jù)還原等。這樣既可以加速通信協(xié)議的執(zhí)行，也可以減少接口模板微處理器中的軟件程序?？偩€存取由硬件驅(qū)動，數(shù)據(jù)傳送來自SPC3協(xié)議控制器內(nèi)的一個(gè)雙口RAM，與應(yīng)用對象之間的通信采用數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)的交換獨(dú)立于總線周期，數(shù)據(jù)傳輸速率得到了大大的提高，最大值可達(dá)12Mb/s。通信主板的設(shè)計(jì)可以采用外設(shè)與外部數(shù)據(jù)RAM統(tǒng)一編址的方式，高位地址線經(jīng)A12～A14經(jīng)3-8譯碼器后形成片選信號輸出。
SPC3協(xié)議控制器協(xié)議芯片內(nèi)部含1.5k的RAM，地址范圍為×000H～×5FFH，可以為該芯片分配1000H--1FFFH的地址空間；外部擴(kuò)展32K的RAM芯片62256，其地址空間可以分配為8000H--FFFFH?？蓪⑹Ｓ嗟目诰€和片選信號線引至從板接口。
SPC3協(xié)議控制器協(xié)議芯片輸出通過RS-485通訊控制電路接口電路與PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊。在該電路中有兩片光電隔離芯片HCPL0721，用于高速通信信號的隔離；符合RS485通訊控制電路標(biāo)準(zhǔn)SN75176的驅(qū)動芯片用作支持12M波特率的驅(qū)動。使用9針SubD插座，提供必須的A-line，B-line，VP，GND和RTS信號。
此外在防雷擊和抗干擾方面我們設(shè)計(jì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)電路。在不影響原信號收、發(fā)的條件下，以保護(hù)接收和發(fā)送回路的元器件。
3.開關(guān)量信號的采集與處理部分16路開關(guān)量信號通過外圍電路(指電源和上拉電阻上)轉(zhuǎn)換成“0”或“1”信號后，送入光隔電路，經(jīng)光電耦合隔離現(xiàn)場“地線”后，進(jìn)行RC去抖。然后將16路開關(guān)量信號送到2片8路鎖存器，等待89C52 CPU的數(shù)據(jù)讀入。
在具體結(jié)構(gòu)上，中心控制器6“U32”的“9”端接看門狗電路4中“U13F”的“12”端；中心控制器6“U32”的“D0～D7”端分別接鎖存電路31～316“U1、U2”、從站地址撥碼設(shè)置電路7“U9”、SPC3協(xié)議控制器8“11”、內(nèi)存擴(kuò)展電路9“U4”的“D0～D7”端；中心控制器6“U32”的“25～28”端接地址譯碼器5“U12”的“1～4”端。
485通訊控制電路10“U5”的“2”端、“U6”的“2”端、“U7”的“6”端對應(yīng)與SPC3協(xié)議控制器8“U11”的“27、26、30”端相接。
權(quán)利要求1.一種現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于在該裝置中16個(gè)光電隔離器(11～116)的輸入端分別對應(yīng)接16路去抖電路(21～216)，16路去抖電路(21～216)分別對應(yīng)接16路鎖存電路(31～316)，16路鎖存電路(31～316)、看門狗電路(4)、地址譯碼器(5)、從站地址撥碼設(shè)置電路(7)、SPC3協(xié)議控制器(8)、內(nèi)存擴(kuò)展電路(9)分別對應(yīng)接中心控制器(6)；485通訊控制電路(10)分別與SPC3協(xié)議控制器(8)和保護(hù)電路(11)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于中心控制器(6)“U32”的“9”端接看門狗電路(4)“U13F”的“12”端；中心控制器(6)“U32”的“D0～D7”端分別接鎖存電路(31～316)“U1、U2”、從站地址撥碼設(shè)置電路(7)“U9”、SPC3協(xié)議控制器(8)“11”、內(nèi)存擴(kuò)展電路(9)“U4”的“D0～D7”端；中心控制器(6)“U32”的“25～28”端接地址譯碼器(5)“U12”的“1～4”端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于485通訊控制電路(10)“U5”的“2”端、“U6”的“2”端、“U7”的“6”端對應(yīng)與SPC3協(xié)議控制器(8)“U11”的“27、26、30”端相接。
專利摘要現(xiàn)場總線式智能開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置是一種主要解決生產(chǎn)過程現(xiàn)場測量中相對集中的開關(guān)量信號的數(shù)據(jù)采集問題的開關(guān)量數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置中16個(gè)光電隔離器11～116的輸入端分別對應(yīng)接16路去抖電路21～216，16路去抖電路21～216分別對應(yīng)接16路鎖存電路31～316，16路鎖存電路31～316、看門狗電路4、地址譯碼器5、從站地址撥碼設(shè)置電路7、SPC3協(xié)議控制器8、內(nèi)存擴(kuò)展電路9分別對應(yīng)接中心控制器6；485通訊控制電路10分別與SPC3協(xié)議控制器8和保護(hù)電路11相連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是集電源、CPU、通信控制、信號調(diào)理、信號采集、狀態(tài)指示等于一體，大大降低了儀器的制造成本和安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等成本，具有管理效率更高、管理能力更強(qiáng)、抗干擾能力更好、監(jiān)控精度更優(yōu)的特點(diǎn)。
文檔編號H04L12/40GK2671241SQ20032012361
公開日2005年1月12日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者方彥軍, 曹國華, 常健 申請人:南京師范大學(xué)