CN103489302A - 一种信号采集终端与试验箱数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种信号采集终端，包括处理器、信号采集接口、RS-485通讯接口和RS-232通讯接口；信号采集接口连接到处理器的I/O端口上；RS-485通讯接口连接到处理器的第二UART上；RS-232通讯接口连接到处理器的第三UART上。本发明还公开了试验箱数据采集系统，该系统使用若干个信号采集终端，每个信号采集终端与1个试验箱对应连接，信号采集终端的信号采集接口和RS-232通讯接口连接到试验箱上，RS-485通讯接口连接到RS-485网络中。本发明可把不同厂家的试验箱进行设备联网、集中显示和控制，结合大屏幕显示，对试验箱关键运行指标进行预警和报警，将大大降低值班人员的工作强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种工控设备的采集装置，特别是一种采用RS-485网络通讯的信号采集终端；本发明还涉及使用前述信号采集终端的试验箱数据采集系统。
背景技术
在机电设备的环境与可靠性检测、电子元器件的老化测试、电磁兼容测试中，被测设备根据试验大纲要求需要在试验箱中运行不同周期。在测试期间，每个试验箱的运行状态都需要定时人工巡检及记录，还要对突然出现的紧急情况进行干预处理。这种工作模式需要专人专箱一对一负责，可以满足试验任务少、试验箱数量少的情况。但面对不断增加的试验箱数量和试验任务及在夜晚值班情况下，上述工作模式让人手相形见绌。
试验箱设备临界工作状态的监控，对试验箱系统的正常运行有着关键的影响，对这些设备开关量信号的采集、预警及干预在实际工作中具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种信号采集终端，把不同品牌、不同型号试验箱设备的状态及运行信息在大屏上集中显示并提前做出故障预警，大大降低值班人员的工作强度。
本发明所要解决的另一技术问题是提供了一种使用前述信号采集终端的试验箱数据采集系统。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种信号采集终端，其特点是:包括STM32F103处理器、信号采集接口、RS-485通讯接口和RS-232通讯接口；
信号采集接口连接到STM32F103处理器的I/O端口上；
RS-485通讯接口连接到STM32F103处理器的第二UART上；
RS-232通讯接口连接到STM32F103处理器的第三UART上；
所述的信号采集接口由三个相同结构的采集模块组成，对外提供INPUT0、INPUT1、INPUT2的采集引脚，连接到STM32F103处理器的分别为INPUT0_CPU、INPUT1_CPU、INPUT2_CPU引脚；INPUT0_CPU连接到STM32F103处理器PB12的I/O管脚; INPUT1_CPU连接到STM32F103处理器PB13的I/O管脚; INPUT2_CPU连接到STM32F103处理器PB14的I/O管脚；
所述的采集模块由光电耦合器件A1、比较器IC1A、指示灯LED1及电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6组成；其中INPUT0连接到电阻R1的一端，R1的另一端连接至光电耦合器件A1的1管脚； A1的2管脚连接到COM；电阻R2连接至A1的1管脚和2管脚之间；A1的3管脚连接到信号地，A1的4管脚通过电阻R3上拉至5V，并连接到比较器IC1A的“+”输入，IC1A的“-”输入连接在比较电平V+，V+设定3.3V；IC1A的输出通过电阻R4上拉至3.3V，并连接电阻R5的一端，R5的另一端连接至INPUT0_CPU；INPUT0_CPU和带有限流电阻R6的LED1连接，R6上拉至3.3V；
所述的RS-485通讯接口由光电耦合模块、RS-485收发器、RS-485总线抗干扰模块和电源DC-DC组成；RS-485收发器为芯片SP485；
RS-485总线抗干扰模块由总线保护元件TVS、电阻R108、R109、R110、电容C103、C104、电感L1、L2组成；
芯片SP485的8管脚连接至V_485，5管脚连接至GND_485，芯片SP485的6管脚连接至电感L1的一端，L1另一端连接至A_485，芯片SP485的7管脚连接至电感L2，L2另一端连接至B_485；电阻R109连接至芯片SP485的6管脚和7管脚之间；电阻R108连接至芯片SP485的7管脚和V_485之间；电阻R110连接至芯片SP485的6管脚和GND_485之间；电容C104的一端连接至芯片SP485的7管脚，C104的另一端连接至GND_485；电容C103的一端连接至芯片SP485的6管脚，C103的另一端连接至GND_485；TVS的1管脚连接至A_485，2管脚连接至B_485，3管脚连接至GND_485；
光电耦合模块构成了隔离电路，由高速光电耦合器件A101、A102、普通光电耦合器件A103、电阻R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、及电容C101、C102组成；
高速光电耦合器件A101的6管脚通过电阻R101上拉至3.3V，同时和RX_CPU连接；A101的2管脚通过电阻R105连接至V_485电压；A101的3管脚连接至芯片SP485的1管脚；A101的VCC管脚连接至3.3V，A101的GND管脚连接至信号地；电容C101连接至3.3V和信号地中；
A102的2管脚通过电阻R104连接至3.3V；A102的3管脚连接至TX_CPU；A102的6管脚通过电阻R107上拉至V_485，同时连接到SP485的4管脚；A102的VCC管脚连接至V_485，A102的GND管脚连接至GND_485；电容C101连接至V_485和GND_485中；
A103的1管脚通过电阻R102连接至3.3V，A103的2管脚连接至TX_EN_CPU，电阻R103连接至A103的1管脚和2管脚之间；A103的4管脚连接至V_485，A103的3管脚通过电阻R106下拉至GND_485，同时连接至SP485的2管脚和3管脚之间；
STM32F103处理器的UART串口的RX_CPU、TX_CPU通过光电隔离电路连接芯片SP485的RO、DI引脚，控制信号TX_EN_CPU经过光电隔离电路去控制芯片SP485的DE和/RE引脚。
本发明还公开了一种试验箱数据采集系统，其特点是，该系统使用若干个如以上技术方案所述的信号采集终端，每个信号采集终端与1个试验箱对应连接，信号采集终端的信号采集接口和RS-232通讯接口连接到试验箱上，RS-485通讯接口连接到RS-485网络中，不同试验箱采集到的信息通过RS-485网络发送到中央控制室进行集中处理。
试验箱上的信号经过INPUT0进入采集模块；COM为试验箱上的公共地；当INPUT0为高电平时，指示灯LED1点亮，此时光电耦合器件A1导通，比较器IC1A的+端为低电平，比较器输出为低电平，STM32F103处理器采集到的信号为低电平；当INPUT0为低电平时，指示灯LED1熄灭，此时光电耦合器件A1不导通，比较器IC1A的+端为高电平，比较器输出为高电平，STM32F103处理器采集到的信号为高电平；
由STM32F103处理器输出的TX_EN_CPU信号为“1”状态，则芯片SP485的DE和/RE引脚为“1”状态，发送器有效，接收器禁止，此时STM32F103处理器通过RS-485总线发送数据字节；
TX_EN_CPU信号为“0”状态，则芯片SP485的DE和/RE引脚为“0”状态，发送器禁止，接收器有效，此时STM32F103处理器接收来自RS-485总线的数据字节；电阻R106和光电耦合器件A103同时构成上电抑制电路，保证STM32F103处理器上电期间，电阻R106所连接的DE和/RE引脚处于“0”状态，避免在一个RS-485网络中同时有多个收发器工作在“发送”状态，导致数据丢失、产生错误，使RS-485网络瘫痪；
连接至A_485引脚的上拉电阻R108、连接至B_485引脚的下拉电阻R110用于保证无连接的SP485芯片处于空闲状态，提供网络失效保护。
本发明通过数据采集接口、RS-232通讯接口连接到试验箱设备中，利用上述两个接口采集到试验箱的运行数据，通过RS-485通讯接口把采集到的运行数据汇总到中央控制室，经过相应处理在大屏显示器中显示。
本发明通过RS-232接口既可采集试验箱的试验数据，又可发出中央控制室的控制指令。
本发明通过采集接口获取开关信号量的数据，采集到高电平信号时，相应的LED灯点亮；采集到低电平信号时，相应的LED灯熄灭。
本发明设计的信号采集接口提供了对开关量信号的采集；本发明设计的RS-232接口提供了对试验箱的运行状态与运行方式进行采集和控制；本发明设计的RS-485的网络通信模块，和STM32F103处理器的第二UART接口连接，提供了光电耦合隔离和上电抑制功能，实现了RS-485网络通信功能。
通过本发明设计的信号采集接口和RS-232接口采集试验箱的运行状态和试验数据，通过RS-485网络发送到中控室的大屏显示上；通过RS-485网络传送的中控室的控制命令经过RS-232接口发送到试验箱中，调整试验箱的运行方式。
本发明的优点是提供一种网络化的数据采集和远程控制方式，通过本发明可把不同厂家的试验箱进行设备联网、集中显示和控制，结合大屏幕显示，对试验箱关键运行指标进行预警和报警，将大大降低值班人员的工作强度，特别是针对一些不适合人员在现场的试验箱环境更具有使用价值。
附图说明
图1为本发明信号采集终端的模块图；
图2为本发明系统的系统结构框图；
图3为信号采集接口的连线图；
图4为 RS-485通讯接口图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1、图3-4，一种信号采集终端，包括STM32F103处理器、信号采集接口、RS-485通讯接口和RS-232通讯接口；
信号采集接口连接到STM32F103处理器的I/O端口上；
RS-485通讯接口连接到STM32F103处理器的第二UART上；
RS-232通讯接口连接到STM32F103处理器的第三UART上；
所述的信号采集接口由三个相同结构的采集模块组成，对外提供INPUT0、INPUT1、INPUT2的采集引脚，连接到STM32F103处理器的分别为INPUT0_CPU、INPUT1_CPU、INPUT2_CPU引脚；INPUT0_CPU连接到STM32F103处理器PB12的I/O管脚; INPUT1_CPU连接到STM32F103处理器PB13的I/O管脚; INPUT2_CPU连接到STM32F103处理器PB14的I/O管脚；
所述的采集模块由光电耦合器件A1、比较器IC1A、指示灯LED1及电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6组成；其中INPUT0连接到电阻R1的一端，R1的另一端连接至光电耦合器件A1的1管脚； A1的2管脚连接到COM；电阻R2连接至A1的1管脚和2管脚之间；A1的3管脚连接到信号地，A1的4管脚通过电阻R3上拉至5V，并连接到比较器IC1A的“+”输入，IC1A的“-”输入连接在比较电平V+，V+设定3.3V；IC1A的输出通过电阻R4上拉至3.3V，并连接电阻R5的一端，R5的另一端连接至INPUT0_CPU；INPUT0_CPU和带有限流电阻R6的LED1连接，R6上拉至3.3V；
所述的RS-485通讯接口由光电耦合模块、RS-485收发器、RS-485总线抗干扰模块和电源DC-DC组成；RS-485收发器为芯片SP485；
RS-485总线抗干扰模块由总线保护元件TVS、电阻R108、R109、R110、电容C103、C104、电感L1、L2组成；
芯片SP485的8管脚连接至V_485，5管脚连接至GND_485，芯片SP485的6管脚连接至电感L1的一端，L1另一端连接至A_485，芯片SP485的7管脚连接至电感L2，L2另一端连接至B_485；电阻R109连接至芯片SP485的6管脚和7管脚之间；电阻R108连接至芯片SP485的7管脚和V_485之间；电阻R110连接至芯片SP485的6管脚和GND_485之间；电容C104的一端连接至芯片SP485的7管脚，C104的另一端连接至GND_485；电容C103的一端连接至芯片SP485的6管脚，C103的另一端连接至GND_485；TVS的1管脚连接至A_485，2管脚连接至B_485，3管脚连接至GND_485；
光电耦合模块构成了隔离电路，由高速光电耦合器件A101、A102、普通光电耦合器件A103、电阻R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、及电容C101、C102组成；
高速光电耦合器件A101的6管脚通过电阻R101上拉至3.3V，同时和RX_CPU连接；A101的2管脚通过电阻R105连接至V_485电压；A101的3管脚连接至芯片SP485的1管脚；A101的VCC管脚连接至3.3V，A101的GND管脚连接至信号地；电容C101连接至3.3V和信号地中；
A102的2管脚通过电阻R104连接至3.3V；A102的3管脚连接至TX_CPU；A102的6管脚通过电阻R107上拉至V_485，同时连接到SP485的4管脚；A102的VCC管脚连接至V_485，A102的GND管脚连接至GND_485；电容C101连接至V_485和GND_485中；
A103的1管脚通过电阻R102连接至3.3V，A103的2管脚连接至TX_EN_CPU，电阻R103连接至A103的1管脚和2管脚之间；A103的4管脚连接至V_485，A103的3管脚通过电阻R106下拉至GND_485，同时连接至SP485的2管脚和3管脚之间；
STM32F103处理器的UART串口的RX_CPU、TX_CPU通过光电隔离电路连接芯片SP485的RO、DI引脚，控制信号TX_EN_CPU经过光电隔离电路去控制芯片SP485的DE和/RE引脚。
实施例2，参照图2，一种试验箱数据采集系统，该系统使用若干个如权利要求1所述的信号采集终端，每个信号采集终端与1个试验箱对应连接，信号采集终端的信号采集接口和RS-232通讯接口连接到试验箱上，RS-485通讯接口连接到RS-485网络中，不同试验箱采集到的信息通过RS-485网络发送到中央控制室进行集中处理；
试验箱上的信号经过INPUT0进入采集模块；COM为试验箱上的公共地；当INPUT0为高电平时，指示灯LED1点亮，此时光电耦合器件A1导通，比较器IC1A的+端为低电平，比较器输出为低电平，STM32F103处理器采集到的信号为低电平；当INPUT0为低电平时，指示灯LED1熄灭，此时光电耦合器件A1不导通，比较器IC1A的+端为高电平，比较器输出为高电平，STM32F103处理器采集到的信号为高电平；
由STM32F103处理器输出的TX_EN_CPU信号为“1”状态，则芯片SP485的DE和/RE引脚为“1”状态，发送器有效，接收器禁止，此时STM32F103处理器通过RS-485总线发送数据字节；
TX_EN_CPU信号为“0”状态，则芯片SP485的DE和/RE引脚为“0”状态，发送器禁止，接收器有效，此时STM32F103处理器接收来自RS-485总线的数据字节；电阻R106和光电耦合器件A103同时构成上电抑制电路，保证STM32F103处理器上电期间，电阻R106所连接的DE和/RE引脚处于“0”状态，避免在一个RS-485网络中同时有多个收发器工作在“发送”状态，导致数据丢失、产生错误，使RS-485网络瘫痪；
连接至A_485引脚的上拉电阻R108、连接至B_485引脚的下拉电阻R110用于保证无连接的SP485芯片处于空闲状态，提供网络失效保护。
Claims (2)
1.一种信号采集终端，其特征在于:包括STM32F103处理器、信号采集接口、RS-485通讯接口和RS-232通讯接口；
信号采集接口连接到STM32F103处理器的I/O端口上；
RS-485通讯接口连接到STM32F103处理器的第二UART上；
RS-232通讯接口连接到STM32F103处理器的第三UART上；
所述的信号采集接口由三个相同结构的采集模块组成，对外提供INPUT0、INPUT1、INPUT2的采集引脚，连接到STM32F103处理器的分别为INPUT0_CPU、INPUT1_CPU、INPUT2_CPU引脚；INPUT0_CPU连接到STM32F103处理器PB12的I/O管脚; INPUT1_CPU连接到STM32F103处理器PB13的I/O管脚; INPUT2_CPU连接到STM32F103处理器PB14的I/O管脚；
所述的采集模块由光电耦合器件A1、比较器IC1A、指示灯LED1及电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6组成；其中INPUT0连接到电阻R1的一端，R1的另一端连接至光电耦合器件A1的1管脚； A1的2管脚连接到COM；电阻R2连接至A1的1管脚和2管脚之间；A1的3管脚连接到信号地，A1的4管脚通过电阻R3上拉至5V，并连接到比较器IC1A的“+”输入，IC1A的“-”输入连接在比较电平V+，V+设定3.3V；IC1A的输出通过电阻R4上拉至3.3V，并连接电阻R5的一端，R5的另一端连接至INPUT0_CPU；INPUT0_CPU和带有限流电阻R6的LED1连接，R6上拉至3.3V；
所述的RS-485通讯接口由光电耦合模块、RS-485收发器、RS-485总线抗干扰模块和电源DC-DC组成；RS-485收发器为芯片SP485；
RS-485总线抗干扰模块由总线保护元件TVS、电阻R108、R109、R110、电容C103、C104、电感L1、L2组成；
芯片SP485的8管脚连接至V_485，5管脚连接至GND_485，芯片SP485的6管脚连接至电感L1的一端，L1另一端连接至A_485，芯片SP485的7管脚连接至电感L2，L2另一端连接至B_485；电阻R109连接至芯片SP485的6管脚和7管脚之间；电阻R108连接至芯片SP485的7管脚和V_485之间；电阻R110连接至芯片SP485的6管脚和GND_485之间；电容C104的一端连接至芯片SP485的7管脚，C104的另一端连接至GND_485；电容C103的一端连接至芯片SP485的6管脚，C103的另一端连接至GND_485；TVS的1管脚连接至A_485，2管脚连接至B_485，3管脚连接至GND_485；
光电耦合模块构成了隔离电路，由高速光电耦合器件A101、A102、普通光电耦合器件A103、电阻R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、及电容C101、C102组成；
高速光电耦合器件A101的6管脚通过电阻R101上拉至3.3V，同时和RX_CPU连接；A101的2管脚通过电阻R105连接至V_485电压；A101的3管脚连接至芯片SP485的1管脚；A101的VCC管脚连接至3.3V，A101的GND管脚连接至信号地；电容C101连接至3.3V和信号地中；
A102的2管脚通过电阻R104连接至3.3V；A102的3管脚连接至TX_CPU；A102的6管脚通过电阻R107上拉至V_485，同时连接到SP485的4管脚；A102的VCC管脚连接至V_485，A102的GND管脚连接至GND_485；电容C101连接至V_485和GND_485中；
A103的1管脚通过电阻R102连接至3.3V，A103的2管脚连接至TX_EN_CPU，电阻R103连接至A103的1管脚和2管脚之间；A103的4管脚连接至V_485，A103的3管脚通过电阻R106下拉至GND_485，同时连接至SP485的2管脚和3管脚之间；
STM32F103处理器的UART串口的RX_CPU、TX_CPU通过光电隔离电路连接芯片SP485的RO、DI引脚，控制信号TX_EN_CPU经过光电隔离电路去控制芯片SP485的DE和/RE引脚。
2.一种试验箱数据采集系统，其特征在于，该系统使用若干个如权利要求1所述的信号采集终端，每个信号采集终端与1个试验箱对应连接，信号采集终端的信号采集接口和RS-232通讯接口连接到试验箱上，RS-485通讯接口连接到RS-485网络中，不同试验箱采集到的信息通过RS-485网络发送到中央控制室进行集中处理；
试验箱上的信号经过INPUT0进入采集模块；COM为试验箱上的公共地；当INPUT0为高电平时，指示灯LED1点亮，此时光电耦合器件A1导通，比较器IC1A的+端为低电平，比较器输出为低电平，STM32F103处理器采集到的信号为低电平；当INPUT0为低电平时，指示灯LED1熄灭，此时光电耦合器件A1不导通，比较器IC1A的+端为高电平，比较器输出为高电平，STM32F103处理器采集到的信号为高电平；
由STM32F103处理器输出的TX_EN_CPU信号为“1”状态，则芯片SP485的DE和/RE引脚为“1”状态，发送器有效，接收器禁止，此时STM32F103处理器通过RS-485总线发送数据字节；
TX_EN_CPU信号为“0”状态，则芯片SP485的DE和/RE引脚为“0”状态，发送器禁止，接收器有效，此时STM32F103处理器接收来自RS-485总线的数据字节；电阻R106和光电耦合器件A103同时构成上电抑制电路，保证STM32F103处理器上电期间，电阻R106所连接的DE和/RE引脚处于“0”状态，避免在一个RS-485网络中同时有多个收发器工作在“发送”状态，导致数据丢失、产生错误，使RS-485网络瘫痪；
连接至A_485引脚的上拉电阻R108、连接至B_485引脚的下拉电阻R110用于保证无连接的SP485芯片处于空闲状态，提供网络失效保护。
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