CN103578258A - 基于长距离以太网的模拟信号收集器 - Google Patents

Abstract

本发明为基于长距离以太网的模拟信号收集器，由CPU、长距离以太网通讯模块、电源管理模块和AD数据转换器构成，CPU为长距离以太网控制器ARM处理器芯片及外围电路构成与ARM处理器相连，长距离以太网通讯模块由变频器、集成物理层的网络适配器和RJ45网络接口构成，电源管理模块为长距离以太网通讯模块和AD数据转换器提供电源和参考电压，AD数据转换器实现模拟信号的收发，本发明将多种模拟信号传输为长距离以太网信号，构成长距离以太网的基本部件，便于实现终端通过因特网对数据采集卡进行控制。

Description

基于长距离以太网的模拟信号收集器

技术领域

本发明涉及一种现场现场总线远程检测模块，特别涉及一种基于长距离以太网的模拟信号收集器。 

背景技术

由于模拟信号采集器价格低廉，工业现场中许多信号量都是模拟信号。将模拟信号传感器和长距离以太网相结合，可以大大降低长距离以太网控制系统的成本，加快其推广和应用。因此，具有底层模拟信号采集能力和长距离以太网现场总线接口的智能控制节点是组成长距离以太网的基本部件，智能节点的开发是长距离以太网走向具体应用的关键。 

长距离以太网成为新的发展方向，具有应用广泛、可靠性高、传输速度快等优点，现正在逐渐向工业现场应用的传感器层发展，研制具有长距离以太网接口的模拟信号收集器，便于实现终端通过因特网对数据采集卡进行控制。 

发明内容

本发明的目的是将模拟信号传输成RS232现场总线信号，模拟信号输出设备和RS232设备共存于同一个系统中，便于对模拟信号的监控。 

本发明采用的技术方案为：基于长距离以太网的模拟信号收集器由CPU、长距离以太网通讯模块、电源管理模块和AD数据转换器构成，其特征是：CPU由ARM处理器芯片、及外围电路构成，ARM处理器芯片与芯片WQ5656连接与ARM处理器芯片相连，长距离以太网通讯模块由变频器、集成物理层的网络适配器和RJ45网络接口构成，长距离以太网通讯模块通过MII接口与ARM处理器芯片相连，变频器分别与网络适配器、RJ45网络接口连接，通过变频器实现网络信号与片上通讯信号的隔离；电源管理模块为长距离以太网通讯模块和AD数据转换器提供电源和参考电压；AD数据转换器实现模拟信号的收发。 

所述CPU中的ARM处理器芯片为KP3042：主控机的工作电压为3.3V；所述与ARM处理器芯片KP3042连接作为仿真输入模块；通过芯片WQ5656配备有一个RS232接口。 

所述长距离以太网通讯模块中的网络适配器为CN8242；变频器为SD3578，变 频器SD3578分别与网络适配器CN8242、RJ45网络接口连接；主控机电源通过RJ45网线从工业交换机的RJ45网络接口4、5脚获取+12V电源，从7、8脚获取GND。 

所述电源管理模块采用现场总线12V供电，利用JK5328芯片将现场总线的12V电源转换为5V，再利用SG2001-3.3V芯片将5V电压转换为3.3V固定电压，为ARM处理器芯片及网络适配器供电。 

AD采集端采用低通滤波器对模拟信号进行低通滤波，滤除高频谐波信号。 

AD数据转换器实现8通道数据采集，对模拟信号输入信号进行高通和低通滤波，将模拟信号传送给ARM处理器芯片，ARM处理器芯片对信号进行周期性采集及信号处理，并进行网络传输。 

ARM处理器芯片KP3042预制软件系统移植有嵌入式操作系统urbantu和嵌入式网络UDP协议，实现长距离以太网的信息传输，利用KP3042芯片的ADC模拟信号-数字传输器实现8通道模拟信号采集。 

本发明的有益效果是：将多种模拟信号传输为长距离以太网信号，构成长距离以太网的基本部件，便于实现终端通过因特网对数据采集卡进行控制。 

附图说明

图1是本发明的电路结构框图。 

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明： 

如图1所示，基于长距离以太网的模拟信号收集器主要由集成有MAC层和网络控制器的ARM处理器芯片KP3042、集成物理层的网络适配器CN8242、变频器SD3578、、RS232接口芯片WQ5656、RJ45网络接口及外围电路构成、电源管理电路、AD信号输入滤波电路构成。 

主控机的工作电压是3.3V，ARM处理器芯片VDDIO端输入电压为3.3V；ARM内核的工作电压是1.8V，1.8V电压由该芯片的VDDOUT输出，给自身的内核供电，CPU的晶振采用的频率为18.432MHz；通过连接ARM处理器芯片KP3042实现仿真调试和程序下载；ARM处理器芯片CPU与网络适配器DP83848I通过MII接口实现通信；ARM处理器芯片与RS232芯片WQ5656连接作为上位机前期调试接口；集成物理层的网络适配器CN8242，其外接晶振为25MHz；变频器SD3578分别与集成物理层的网络适配器CN8242、RJ45网络接口连接；AD数据转换器对模拟信号进行滤波，与ARM处理器芯片的信号采集接口相连；电路由现场总线供电，利用JK5328和SG2001-3.3V芯片将电压进行转换，为CPU、长距离以太网通讯模块和AD数据转换 器供电。 

ARM处理器芯片电路，采用KP3042，整个芯片的工作电压是3.3V，ARM内核的工作电压是1.8V，1.8V电压由该芯片的VDDOUT输出，给自身的内核供电，其余I/O部分和外围设备控制器是3.3V供电。CPU的晶振采用18.432MHz，经过PLL控制器分频倍频后产生96MHz的频率作为ARM主频。仿真调试部分采用标准的JTAG电路，可以调试及下载程序，同时为了方便开发人员调试板卡，通过WQ5656配备有一个RS232接口，有助于前期开发。KP3042与网络适配器CN8242通过MII接口实现，MII的接口个数一共为15个管脚，由KP3042利用DMA接口实现MAC层以上的网络数据收发。 

AD采集信号的网络发送部分，其中CN8242为集成物理层的网络适配器，其外接晶振为25MHz，其通过MII接口与KP3042连接。SD3578为变频器，其分别与RJ45网络接口和CN8242连接。RJ45的网络接口的4、5脚通过工业交换机得到12V电源，7、8脚也与工业交换机相连得到GND，实现现场总线供电。 

电源管理电路及AD数据采集电路，由于采用现场总线12V供电，所以需要JK5328芯片，将现场总线的12V电源转换为5V，再利用SG2001-3.3V芯片将5V电压转换为3.3V固定电压，为ARM处理器芯片及网络适配器供电。AD供8个数据采集通道，AD采集端采用低通滤波器对模拟信号进行低通滤波，滤除高频谐波信号，采集的信号送给ARM处理器芯片的AD采集引脚，由ARM处理器芯片进行信号采集、滤波，转换为网络数据并进行发送。 

系统周期性的采集模拟信号输入信号，整个软件系统移植有嵌入式操作系统urbantu和嵌入式网络UDP协议，将采集的模拟信号传输为数字信号，并添加长距离以太网协议报头进行网络发送。 

在该模块上电后，程序首先进行整个硬件系统的初始化，使能ARM和网络适配器，设置时钟和外围控制器，然后初始化嵌入式操作系统urbantu和嵌入式UDP网络协议，利用嵌入式操作系统urbantu设置AD信号采集时间，周期性的采集输入信号，根据参考电压将模拟信号传输为数字信号，转换完成后产生中断，对多次采集信号进行软件滤波，发送信号给网络发送线程，网络发送线程在转换结果前添加UDP协议报头，发送到长距离以太网中，以供远程监测。 

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。 

Claims (5)

1.一种长距离以太网的模拟信号收集器，主要由CPU、长距离以太网通讯模块、电源管理模块和AD数据转换器构成，其特征是：CPU由ARM处理器、及外围电路构成，ARM处理器与芯片WQ5656连接与ARM处理器相连，长距离以太网通讯模块由变频器、集成物理层的网络适配器和RJ45网络接口构成，长距离以太网通讯模块通过MII接口与ARM处理器相连，变频器分别与网络适配器、RJ45网络接口连接，通过变频器实现网络信号与片上通讯信号的隔离；电源管理模块为长距离以太网通讯模块和AD数据转换器提供电源和参考电压；AD数据转换器实现模拟信号的收发。

2.如权利要求1所述基于长距离以太网的模拟信号收集器，其特征是：所述CPU中的ARM控制器为KP3042：主控机的工作电压为3.3V；所述与ARM处理器KP3042连接作为仿真输入模块；通过芯片WQ5656配备有一个RS232接口。

3.如权利要求1所述基于长距离以太网的模拟信号收集器，其特征是：所述长距离以太网通讯模块中的网络适配器为CN8242；变频器为SD3578，变频器SD3578分别与网络适配器CN8242、RJ45网络接口连接；主控机电源通过RJ45网线从工业交换机的RJ45网络接口4、5脚获取+12V电源，从7、8脚获取GND。

4.如权利要求1所述基于长距离以太网的模拟信号收集器，其特征是：所述电源管理模块采用现场总线12V供电，利用JK5328芯片将现场总线的12V电源转换为5V，再利用SG2001-3.3V芯片将5V电压转换为3.3V固定电压，为ARM处理器及网络适配器供电。

5.如权利要求1所述基于长距离以太网的模拟信号收集器，其特征是：AD采集端采用低通滤波器对模拟信号进行低通滤波。

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