CN103279100A - 一种万能信号调理模块 - Google Patents

一种万能信号调理模块 Download PDF

Info

Publication number
CN103279100A
CN103279100A CN2013101841103A CN201310184110A CN103279100A CN 103279100 A CN103279100 A CN 103279100A CN 2013101841103 A CN2013101841103 A CN 2013101841103A CN 201310184110 A CN201310184110 A CN 201310184110A CN 103279100 A CN103279100 A CN 103279100A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
data
signal
controller
signal condition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013101841103A
Other languages
English (en)
Inventor
黄永忠
沈学明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZHEJIANG ZHENGTAI ZHONGZI CONTROL ENGINEERING Co Ltd
Original Assignee
ZHEJIANG ZHENGTAI ZHONGZI CONTROL ENGINEERING Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZHEJIANG ZHENGTAI ZHONGZI CONTROL ENGINEERING Co Ltd filed Critical ZHEJIANG ZHENGTAI ZHONGZI CONTROL ENGINEERING Co Ltd
Priority to CN2013101841103A priority Critical patent/CN103279100A/zh
Publication of CN103279100A publication Critical patent/CN103279100A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种万能信号调理模块，包括主控制器、从控制器和数据采集系统，数据采集系统具有I/O模块，从控制器控制数据采集系统采集16路现场信号数据，主控制器对16个通道进行扫描通讯，完成16路现场信号数据的采集。本发明的万能信号调理模块采用主从模式，主控制器实时控制信号线选择导通线性光耦，实现各个通道从控制器与主控制器URAT通信，从而得到现场信号数据。再将数据上传到CAN总线层供上位机监控显示。模块化的信号采集调理模块通过接插件放置在总线底板上，采集现场信号数据，每一通道隔离，每个通道模块的替换不影响其他通道模块。

Description

一种万能信号调理模块
技术领域
       本发明属于工业现场各种物理信号变送调理数据采集电路技术，具体是一种万能信号调理模块。
背景技术
工控应用领域中需要对外部现场模拟量信号数据采集，并上传显示到上位机监控软件进行各个状态监控显示，达到安全生产的目的。所以外部现场模拟量信号的正确数据采集是整个系统中的重要一环，在许多控制系统中各种模拟量输入的电路功能是一定的，也就是一个电路模板只能采集电压信号，不能采集电流信号或者电阻信号，同时在多通道集成化的模板中如果出现某个通道损坏，就需要拆除更换整个模板并且采集速度过慢而达不到工业现场要求。这为工程维护和升级带来了诸多的不变，如果现场变送仪表变化了，相应的控制系统采集模板和工程软件都要相应的进行升级维护，这样造成了工程系统升级维护成本太大，周期太长。
随着市场和工程现场的需求的发展，迫切需要一种稳定可靠，运行维护成本低，维护简单，多通道模块化的信号采集调理技术。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种万能信号调理模块，包括主控制器、从控制器和数据采集系统，数据采集系统含有I/O模块电路功能，从控制器控制数据采集系统采集16路现场信号数据，主控制器对16个通道进行扫描通讯，完成16路现场信号数据的采集。
进一步的，所述I/O模块包括：I/O模块前端电路、I/O模块选择放大电路和I/O模块双积分电路。
进一步的，所述I/O模块前端电路可以采集电压、电流或电阻。
进一步的，所述I/O模块选择放大电路包括CD4051和CD4053，来控制放大倍数。
进一步的，所述I/O模块双积分电路选择0.47uF的钽电容与运放组合，通过COMP接口去反馈给单片机产生中断处理双积分时间。
进一步的，所述从控制器将数字量化后的电压码值存入相应的数据缓冲区，等待主控制器对通道数据的轮询扫描。
进一步的，所述主控制器得到从控制器上传的采样电压码值存入模板信息缓冲区，等待上位机的数据采集命令。
本发明的万能信号调理模块采用主从模式，主控制器实时控制信号线选择导通线性光耦，实现各个通道从控制器与主控制器URAT通信，从而得到现场信号数据。再将数据上传到CAN总线层供上位机监控显示。模块化的信号采集调理模块通过接插件放置在总线底板上，采集现场信号数据，每一通道隔离，每个通道模块的替换不影响其他通道模块。
附图说明
图1为本发明的万能信号调理模块的总框架图；
图2为I/O模块框架图；
图3为I/O模块前端电路；
图4为I/O模块选择放大电路；
图5为I/O模块双积分原理图；
图6为双积分时间原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的万能信号调理模块在采用模块化结构，I/O模块信号类型可以配置通过接口插件接入系统中。数据采集系统设计采用主从模式采集16路现场信号数据。主控制器负责对16个通道进行扫描通讯，完成16路现场信号数据的采集。模块化结构减少了主控制器对每一个通道进行数据采集的等待时间，将采样任务分配给从控制器提高了采样速率。
I/O模块前端电路：
如图2和3所示，由于本模块采集的信号种类多，工业现场信号分电压，电流，电阻三种物理信号类型，这样不同的信号类型可以通过设置不同的接口位置来区分例如端口有INB、INC、AGND三个，电流信号接入INC、AGND端口，电压信号接入INB、AGND端口，电阻信号接入INB、INC、AGND端口。
当现场物理信号为电流信号时，通过接线接通INC、AGND端口。采样电流通过端口INC流入模块中，在电阻R2上通过I/V转换产生电压，这样我们只需要去采样VX3和VX2点电压就可以算出电流的值。
当现场物理信号为电压信号时，通过接线接通INB、AGND端口，由于是电压信号，这样只需要采样VX1点的电压就可以得到实际电压值。
当现场物理信号为电压信号时，通过接线接通INB、AGND端口，通过采样VX3和VX1的值就可以得到电阻值，这里使用的是三线制恒压方式采样电阻。
I/O模块选择放大电路：
如图4所示，模块支持的信号类型多，各个信号的量程范围也不一样，而且每个信号采样需要采集多个点，所以需要一个模拟选择开关电路和倍数选择放大电路，
通过控制4051，可以选择在前端设计电路中不同的输入点电压，控制4053和OP07可以得到不同的放大倍数，将相应的信号类型放大到一定的量程范围内，所有的控制同时按照不同的信号类型来操作的。比如当信号类型是0-20mV的时候，放大倍数选择在224倍，对应0V——4.48V电压输入范围，当信号类型是0-5V的时候是，放大倍数为1。对应0V——5V电压输入范围。
       I/O模块双积分电路：
如图5和6所示，双积分电路选择0.47uF的钽电容与运放组合，通过COMP接口去反馈给单片机产生中断处理双积分时间。
双积分实现过程分为三个阶段：
1.      起始阶段：先使积分器进入U0=0的状态，对应时间为t0-t1；
2.      采样阶段：输入被测电压，在t1时刻，接入电压使积分器正向积分。知道积分到设置好的定时时间。此时有U0m=T1/RC*Ui。
3.      比较阶段：将基准电压接入，直到电压触发外部中断，此时记录下定时计数T2，则有U02=Uom-T2/RC*Ur。
根据步骤2和步骤3可以得出Ui=Ur/ T1* T2。
实施例一：对U i=4V输入信号采集过程。
、万能信号调理模板配合上位机组态软件将I/O模块的信号类型设置为0V-5V；
2、工业现场变送器信号线接入接线端子B，D端口；
3、现场仪表变送模拟信号的测量需要信号调理电路对的内部基准5V、内部基准地、Ui输入信号三个测量点进行电压采样处理；
3.1、从控制器控制选择放大电路中CD4051芯片选择测量点内部基准5V导通，控制CD4053芯片使放大倍数为1，对内部基准5V电压进行定时积分，定时时间后从控制器控制CD4053芯片对-5V基准电压进行反向定值积分并通过定时器计时，比较器在反向定值积分到一定程度时会发生电平翻转，由此电平翻转信号来触发从控制器将发生电平翻转时的时间值T1保存在寄存器中。
、从控制器控制选择放大电路中CD4051芯片选择测量点内部基准地导通，控制CD4053芯片使放大倍数为1，对内部基准地电压进行定时积分，定时时间后从控制器控制CD4053芯片对-5V基准电压进行反向定值积分并通过定时器计时，比较器在反向定值积分到一定程度时会发生电平翻转，由此电平翻转信号来触发从控制器将发生电平翻转时的时间值T0保存在寄存器中。
、从控制器控制选择放大电路中CD4051芯片选择测量点Ui输入信号导通，控制CD4053芯片使放大倍数为1，对Ui输入信号电压进行定时积分，定时时间后从控制器控制CD4053芯片对-5V基准电压进行反向定值积分并通过定时器计时，比较器在反向定值积分到一定程度时会发生电平翻转，由此电平翻转信号来触发从控制器将发生电平翻转时的时间值T2保存在寄存器中。
、内部基准电压Ur=5V，理想情况下内部基准地U r’=0，所以根据Ui=Ur/ T1* T2由于Ur、T1、 T2通过采样后都是已知的，这样就可以得出Ui和T2的对应关系。在0V——5V输入范围中，相应的T2时间值就对应一定的电压值，从而得到了数字量化后的输入电压值。在非理想情况下的内部基准电压都存在一定程度上的误差，这种由于器件差异性的引入的误差可以通过数据标定的方式，通过一定的标定算法将这种误差消除，提高产品整体精确度。
、从控制器将数字量化后的电压码值存入相应的数据缓冲区，等待主控制器对通道数据的轮询扫描。
、主控制器得到从控制器上传的采样电压码值存入模板信息缓冲区，等待上位机的数据采集命令。
此仅以电压信号为例详细说明数据采集过程，相应的电流信号、电阻信号与此过程相似故不再做说明。
本发明具有以下有益效果：
1．电压、电流、电阻三种不同的物理信号都可以测量，对应的工业现场不同的标准信号可以随意组态，方便工程现成调试应用。
2．A/D转换电路具有较高的精度，对元器件的使用没有特殊的要求，总体成本低，性价比高，利于大规模生产，具有良好的使用前景。
3．采用模块化结构，主从控制器模式提高了对多通道信号数据采样的速度。

Claims (7)

1.一种万能信号调理模块，包括主控制器、从控制器和数据采集系统，数据采集系统含有I/O模块电路功能，其特征在于：从控制器控制数据采集系统采集16路现场信号数据，主控制器对16个通道进行扫描通讯，完成16路现场信号数据的采集。
2.如权利要求1所述的万能信号调理模块，其特征在于：所述I/O模块包括：I/O模块前端电路、I/O模块选择放大电路和I/O模块双积分电路。
3.如权利要求2所述的万能信号调理模块，其特征在于：所述I/O模块前端电路可以采集电压、电流或电阻。
4.如权利要求2所述的万能信号调理模块，其特征在于：所述I/O模块选择放大电路包括CD4051和CD4053，来控制放大倍数。
5.如权利要求2所述的万能信号调理模块，其特征在于：所述I/O模块双积分电路选择0.47uF的钽电容与运放组合，通过COMP接口去反馈给单片机产生中断处理双积分时间。
6.如权利要求1所述的万能信号调理模块，其特征在于：所述从控制器将数字量化后的电压码值存入相应的数据缓冲区，等待主控制器对通道数据的轮询扫描。
7.如权利要求6所述的万能信号调理模块，其特征在于：所述主控制器得到从控制器上传的采样电压码值存入模板信息缓冲区，等待上位机的数据采集命令。
CN2013101841103A 2013-05-17 2013-05-17 一种万能信号调理模块 Pending CN103279100A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101841103A CN103279100A (zh) 2013-05-17 2013-05-17 一种万能信号调理模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101841103A CN103279100A (zh) 2013-05-17 2013-05-17 一种万能信号调理模块

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103279100A true CN103279100A (zh) 2013-09-04

Family

ID=49061663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101841103A Pending CN103279100A (zh) 2013-05-17 2013-05-17 一种万能信号调理模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103279100A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103760819A (zh) * 2013-12-30 2014-04-30 杭州电子科技大学 一种超声切割声主轴状态监测系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5909660A (en) * 1994-10-13 1999-06-01 National Instruments Corporation Signal conditioning module for sensing multiform field voltage signals
CN201654088U (zh) * 2010-03-19 2010-11-24 内江电业局 多路实时同步并行电能量采集装置
CN202257202U (zh) * 2011-07-11 2012-05-30 天津哈德韦尔自控技术有限公司 16路模拟量数据采集板
CN102981472A (zh) * 2012-11-22 2013-03-20 浙江正泰中自控制工程有限公司 一种基于双积分的万能模拟量采集模块
CN102999644A (zh) * 2011-11-22 2013-03-27 北京泛华恒兴科技有限公司 多功能隔离式数据采集卡

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5909660A (en) * 1994-10-13 1999-06-01 National Instruments Corporation Signal conditioning module for sensing multiform field voltage signals
CN201654088U (zh) * 2010-03-19 2010-11-24 内江电业局 多路实时同步并行电能量采集装置
CN202257202U (zh) * 2011-07-11 2012-05-30 天津哈德韦尔自控技术有限公司 16路模拟量数据采集板
CN102999644A (zh) * 2011-11-22 2013-03-27 北京泛华恒兴科技有限公司 多功能隔离式数据采集卡
CN102981472A (zh) * 2012-11-22 2013-03-20 浙江正泰中自控制工程有限公司 一种基于双积分的万能模拟量采集模块

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103760819A (zh) * 2013-12-30 2014-04-30 杭州电子科技大学 一种超声切割声主轴状态监测系统及方法
CN103760819B (zh) * 2013-12-30 2016-05-18 杭州电子科技大学 一种超声切割声主轴状态监测系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202770933U (zh) 一种高精度多通道模拟量自动测试系统
CN102087334B (zh) 一种高可靠性数字量采集系统
CN103791944A (zh) 一种高精度通用测量装置
CN202710975U (zh) 一种数据采集装置
CN105425681B (zh) 一种多功能通信接口数据诊断及信号驱动卡
CN1928574A (zh) 时分复用采样的输电线路行波故障测距装置
CN101615013A (zh) 数据采集装置及其数据处理方法
CN103176037B (zh) 一种柔性交流输电装置用交流信号采集板卡
CN101153879A (zh) 一种多路三相交流电采样系统及其实现方法
CN201497780U (zh) 两线制工业仪表的快速巡回检测装置
CN202329850U (zh) 开关设备温升检测系统
CN202372210U (zh) 用于农业传感器的通用智能变送装置
CN103279100A (zh) 一种万能信号调理模块
CN211878121U (zh) 电路板电源参数测试设备和系统
CN102636192B (zh) 一种i/o类型可编程设置智能变送器
CN202916432U (zh) 基于虚拟仪器技术数字多用表自动检定系统
CN203054632U (zh) 一种基于蓝牙传输的温度采集控制装置
CN106094630A (zh) 一种轨道车辆调试信号自动采集装置
CN203909558U (zh) 搅拌站计量控制系统
CN204287285U (zh) 一种万用表测量采集卡
CN206281912U (zh) 基于可调直流稳压电源的数字i/o模块集成测试装置
CN201788231U (zh) 微功耗现场总线仪表
CN202205078U (zh) 多通道数据采集设备
CN210465605U (zh) 一种多功能电路板故障智能检测系统
CN204206213U (zh) 一种可提供回路电源的hart通信调制解调器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130904