CN103954312A - 数据采集无纸记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据采集无纸记录仪，包括壳体和设于壳体中的主板、采集板、开关电源板、液晶控制背板、彩色液晶屏和总线转接板；主板包括32位ARM处理器；采集板包括冷端补偿电路、光耦隔离电路、采样电路、多级运算放大电路、24位AD转换器、采样处理器和连接器；液晶控制背板与彩色液晶屏连接；总线转接板上设有连接器和接线端子；主板、采集板、开关电源板和液晶控制背板上的连接器分别与总线转接板的连接器相连以实现电源与信号在各线路板间的传输。本发明的有益效果是：提高了运算速率，并可处理更多的采样数据，采样数据的传输通道最高可达60路，提高了可用的采样通道数量。

Description

数据采集无纸记录仪

技术领域

本发明涉及自动化控制类仪表领域，尤其涉及一种用于温度、压力、液位和流量等工业物理量的采集、运算和控制的数据采集无纸记录仪。

背景技术

现有工业无纸记录仪是由有纸记录仪过渡而来，其硬件结构采用8位或16位处理器、12位AD转换器、单色液晶屏、开关电源等部件组成，其特点是无纸化记录工业生产数据信息，可切换接收不同的传感器传输而来的信号，内置存储器，可与计算机实现串行通讯，广泛应用于工业自动化控制系统。

但随着工业自动化程度的不断提高，此类的无纸记录仪已经开始出现采集通道少、运算速率低、可记录时间短、组网繁琐、显示单一等问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种数据采集无纸记录仪，可提高运算速率、增加采集通道的数量，提供丰富的曲线、报表等图形界面。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种数据采集无纸记录仪，包括壳体和设于壳体中的主板、采集板、开关电源板、液晶控制背板、彩色液晶屏和总线转接板，所述主板包括32位ARM处理器、片外数据存储器、异步串行通讯总线和第一连接器，所述32位ARM处理器安装于主板上的IC槽内,所述片外数据存储器、异步串行通讯总线和第一连接器安装于主板上通过主板相互连接；所述采集板包括光耦隔离电路、采样电路、多级运算放大电路、24位AD转换器、采样处理器和第二连接器；所述光耦隔离电路焊接于采集板最前端并与所述采样电路连接，采样电路包括冷端补偿电路、采样电阻和电子开关，采样电路与所述多级运算放大电路相连，多级运算放大电路与所述24位AD转换器相连，24位AD转换器与所述采样处理器相连，采样处理器的通讯接口连接有第二连接器；所述开关电源板上设有第三连接器；所述液晶控制背板与所述彩色液晶屏连接，液晶控制背板上装有第四连接器；所述总线转接板上设有第五连接器和接线端子；主板、采集板、开关电源板和液晶控制背板上的第一连接器、第二连接器、第三连接器和第四连接器分别与总线转接板的第五连接器相连以实现电源与信号在各线路板间的传输。

本发明的有益效果是：采用32位的ARM处理器并在采集板上设置独立的采样处理器与采样电路连接，不仅提高了运算速率，并可处理更多的采样数据，采样数据的传输通道最高可达60路，显著提高了可用的采样通道数量。

附图说明

图1是本发明的数据采集无纸记录仪的一个实施方式的结构框图；

图2是本发明的数据采集无纸记录仪的一个实施方式的主板的结构框图；

图3是本发明的数据采集无纸记录仪的一个实施方式的采集板的结构框图；

图4是本发明的数据采集无纸记录仪的一个实施方式的开关电源板的结构框图。

主要元件符号说明：

10、主板；20、采集板；30、开关电源板；40、液晶控制背板；50、彩色液晶屏；60、总线转接板。

具体实施方式

本发明本发明最关键的构思在于：采用32位的ARM处理器和带有独立采样处理器的采集板，提高了运算速率和可用的采样通道数量。为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施方式为一种数据采集无纸记录仪，包括壳体和设于壳体中的主板10、采集板20、开关电源板30、液晶控制背板40、彩色液晶屏50和总线转接板60。

所述主板10包括32位ARM处理器、片外数据存储器、异步串行通讯总线和第一连接器，所述32位ARM处理器安装于主板上的IC槽内，所述片外数据存储器、异步串行通讯总线和第一连接器安装于主板上以相互连接。

采集板的结构可另行参阅图3，所述采集板20包括光耦隔离电路、采样电路、多级运算放大电路、24位AD转换器、采样处理器和第二连接器；所述光耦隔离电路焊接于采集板最前端并与所述采样电路连接，采样电路包括冷端补偿电路、采样电阻和电子开关，采样电路与所述多级运算放大电路相连，多级运算放大电路与所述24位AD转换器相连，24位AD转换器与所述采样处理器相连，采样处理器的通讯接口连接有第二连接器。

所述开关电源板30上设有第三连接器。

所述液晶控制背板40与所述彩色液晶屏50连接，液晶控制背板40上装有第四连接器。

所述总线转接板60的正面设有第五连接器，背面设有接线端子。

主板10、采集板20、开关电源板30和液晶控制背板40上的第一连接器、第二连接器、第三连接器和第四连接器分别与总线转接板60的第五连接器相连以实现电源与信号在各线路板间的传输。

本实施方式不仅提高了运算速率，并可处理更多的采样数据，采样数据的传输通道最高可达60路，显著提高了可用的采样通道数量。

具体地，在上述实施方式中，所述的32位ARM处理器是市场上主流的ARM9通用处理器，多用于移动设备，在工业仪表中的应用较少；所述光耦隔离电路用于提高信号可靠性，进行电信号－光编码－电信号转换以提供电气保护；所述多级运算放大电路用于对电信号进行放大，与普通的运放电路比起来，采用了多级运放，可实现过滤杂波，精准运放，同时按A/D的比例要求，自动切换放大倍数，并能提供正负信号的识别；所述采样处理器为ARM7处理器，采样处理器与一般的单片机比起来，可以内嵌操作系统，口线资源丰富，组网模式多，驱动简单。

请参阅图2，作为对上述实施方式的一个改进方案，所述主板还包括USB数据转存电路与SD卡数据扩展存储电路，所述USB数据转存电路与SD卡数据扩展存储电路为模块化线路板，USB数据转存电路与SD卡数据扩展存储电路与所述片外数据存储器相连接。

本实施方式还可在数据采集无纸记录仪中安装操作系统，并配合USB数据转存电路和SD卡数据扩展存储电路，不仅能完成生产数据的无纸化记录，还能将存储的历史数据导出、转存，SD卡数据扩展存储电路能够弥补现有技术的不足，让存储的数据记录能够近乎无限扩展。

请参阅图2，作为对上述实施方式的一个改进方案，所述异步串行通讯总线包括基于TCP/IP协议的以太网数据电路和基于MODBUS RTU协议的RS232/485串行通讯电路。以太网数据电路使本发明突破了原有的通讯模式，可以连接到互联网进行生产数据的传输。

作为对上述实施方式的一个细化方案，所述液晶控制背板包括显示处理器、背光调节电路、对比调节电路、分辨率调节电路和FPC连接器，所述彩色液晶屏的排线卡入FPC连接器内与液晶控制背板连接，彩色液晶屏能够显示多条历史数据曲线，方便操作者查看和对比。彩色液晶屏的显示内容由显示处理器进行控制，显示处理器通过异步串行通讯总线接收来自主板上的32位ARM处理器的控制信号，当操作者设置或切换显示模式时，32位ARM处理器将控制信号以异步通讯方式传输显示处理器，显示处理器可完成点阵显示控制、对比度调节、分辨率调节等功能。彩色液晶屏可显示丰富的曲线、报表等图形界面。

请参阅图4，作为对上述实施方式的一个细化方案，所述开关电源板30还包括电磁兼容电路、高频变压器、开关管、反馈电路、肖特整流管、稳压电路和滤波网络；所述电磁兼容电路包括焊接于开关电源板前端的TVS嵌位管、电感、校正电容和热压敏复合管；所述高频变压器包括初级线圈、反馈线圈、次级线圈和磁芯骨架；所述滤波网络包括相连的高频滤波电路、低频滤波电路；电磁兼容电路与所述初级线圈相连，所述开关管的输出端与所述反馈线圈相连，开关管的输入端与所述反馈电路相连，所述肖特整流管连接所述所述次级线圈和所述稳压电路，稳压电路与所述高频滤波电路相连。

作为对上述实施方式的一个细化方案，所述总线转接板的接线端子包括焊接于总线转接板背面的分体式的公头和母头，所述公头内设有插针，所述插针用于插入各线路板的焊盘后与各线路板焊接，所述母头上设有接线孔，所述接线孔用于连接被测设备的信号输出端。

本发明在实际操作中采用的方案包含了上述各实施方式的所有技术特征的集合，其在使用原理为，32位ARM处理器根据用户设定的输入信号种类，打开采样电路上电子开关的对应端口，模拟信号或数字信号通过接线端子进入采集板，采集板的光耦隔离电路对电信号进行光电隔离，电子开关进行选通采集信号，采样电阻对输入的模拟信号进行分压限流取值，滤波网络对输入信号进行去耦滤波，运算放大电路将微弱的mV信号进行放大，再次经过滤波网络进行处理，经处理的模拟信号送入24位AD转换器，进行模数转换，模数转换后的数字信号送至采集板的采样处理器进行运算，运算后的信号存储在采样处理器的片内存储器中，采样处理器与异步串行通讯总线相连，将采样数据通过异步串行通讯的方式发给32位ARM处理器，32位ARM处理器将采集到的数据传送到片外数据存储器进行保存，同时实时传送到彩色液晶屏进行显示。

相对于现有技术，本发明的方案运算速度更快、可同时采集的数据更多，且由于设置了SD卡数据扩展存储电路来安装SD存储卡，使本发明具有更大的存储空间，记录时间长，可存储的数据多。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种数据采集无纸记录仪，包括壳体和设于壳体中的主板、采集板、开关电源板、液晶控制背板、彩色液晶屏和总线转接板，其特征在于，

所述主板包括32位ARM处理器、片外数据存储器、异步串行通讯总线和第一连接器，所述32位ARM处理器安装于主板上的IC槽内,所述片外数据存储器、异步串行通讯总线和第一连接器安装于主板上并通过主板相互连接；

所述采集板包括光耦隔离电路、采样电路、多级运算放大电路、24位AD转换器、采样处理器和第二连接器；所述光耦隔离电路焊接于采集板最前端并与所述采样电路连接，采样电路包括冷端补偿电路、采样电阻和电子开关，采样电路与所述多级运算放大电路相连，多级运算放大电路与所述24位AD转换器相连，24位AD转换器与所述采样处理器相连，采样处理器的通讯接口连接有第二连接器；

所述开关电源板上设有第三连接器；

所述液晶控制背板与所述彩色液晶屏连接，液晶控制背板上装有第四连接器；

所述总线转接板上设有连接器第五和接线端子；

主板、采集板、开关电源板和液晶控制背板上的第一连接器、第二连接器、第三连接器和第四连接器分别与总线转接板的第五连接器相连以实现电源与信号在各线路板间的传输。

2.根据权利要求1所述的数据采集无纸记录仪，其特征在于，所述主板还包括USB数据转存电路与SD卡数据扩展存储电路，所述USB数据转存电路与SD卡数据扩展存储电路为模块化线路板，USB数据转存电路与SD卡数据扩展存储电路与所述片外数据存储器相连接。

3.根据权利要求1所述的数据采集无纸记录仪，其特征在于，所述异步串行通讯总线包括基于TCP/IP协议的以太网数据电路和基于MODBUS RTU协议的RS232/485串行通讯电路。

4.根据权利要求1所述的数据采集无纸记录仪，其特征在于，所述液晶控制背板包括显示处理器、背光调节电路、对比调节电路、分辨率调节电路和FPC连接器，所述彩色液晶屏的排线卡入FPC连接器内与液晶控制背板连接。

5.根据权利要求1所述的数据采集无纸记录仪，其特征在于，所述开关电源板还包括电磁兼容电路、高频变压器、开关管、反馈电路、肖特整流管、稳压电路和滤波网络；

所述电磁兼容电路包括焊接于开关电源板前端的TVS嵌位管、电感、校正电容和热压敏复合管；

所述高频变压器包括初级线圈、反馈线圈、次级线圈和磁芯骨架；

所述滤波网络包括相连的高频滤波电路、低频滤波电路；

电磁兼容电路与所述初级线圈相连，所述开关管的输出端与所述反馈线圈相连，开关管的输入端与所述反馈电路相连，所述肖特整流管连接所述所述次级线圈和所述稳压电路，稳压电路与所述高频滤波电路相连。

6.根据权利要求1所述的数据采集无纸记录仪，其特征在于，所述总线转接板的接线端子包括焊接于总线转接板背面的分体式的公头和母头，所述公头内设有插针，所述插针用于插入各线路板的焊盘后与各线路板焊接，所述母头上设有接线孔，所述接线孔用于连接被测设备的信号输出端。