CN104199618A - 通用型数据采集接口板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型数据采集接口板，包括：主控芯片；PWM控制单元，用于调制脉冲宽度；模拟量采集单元，用于采集模拟量信号；模拟量输出单元，用于输出模拟量信号；RS232通讯控制单元，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS232信号；继电器控制输出单元，用于控制并行信号的输出；数字量采集单元，用于采集数字量信号；RS485通讯控制单元，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS485信号；USB接口单元，包括USB信号模块，用于通过阻抗匹配实现USB信号的通讯。采用本发明，可集成多种接口和功能，扩充了信号采集接口板的功能；把采集信号的转换处理等功能放置到上级设备，提高了信号接口板的应用灵活性。

Description

通用型数据采集接口板

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种通用型数据采集接口板。

背景技术

在实际使用中，在线分析仪器的信号源种类多、控制功能繁杂，因此，往往需要采用几种不同模块来实现工程和设计目的。

但是，目前还没有同时具备模拟量采集、继电器输出、数字量采集、串口通讯、PWM控制、模拟量输出、USB端口等功能的数据采集接口板。

相应地，现有的数据采集接口板只几部分功能接口，接口功能单一，不能很好地集成必备的功能端口，实际使用中需要不同模块组合使用；从而导致产品设计或工程应用需要面对不同功能模块的控制使用、甚至出现不同供应商通讯协议不同导致控制软件复杂的现象、设备配置复杂、占用空间过多。

同时，作为工程应用方面，过多的功能模块容易导致应用企业物料管理混乱、且不便于日常物料的应用管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、可靠性强的通用型数据采集接口板，可集成多种接口和功能，扩充了信号采集接口板的功能；把采集信号的转换处理等功能放置到上级设备，提高了信号接口板的应用灵活性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通用型数据采集接口板，包括：主控芯片，所述主控芯片内置PWM控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、串行通讯控制模块、并行信号输出控制模块、数字信号输入检测模块及USB信号模块；PWM控制单元，用于调制脉冲宽度；模拟量采集单元，用于采集模拟量信号；模拟量输出单元，用于输出模拟量信号；RS232通讯控制单元，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS232信号；继电器控制输出单元，用于控制并行信号的输出；数字量采集单元，用于采集数字量信号；RS485通讯控制单元，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS485信号；USB接口单元，包括USB信号模块，用于通过阻抗匹配实现USB信号的通讯；所述PWM控制单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元、RS232通讯控制单元、继电器控制输出单元、数字量采集单元、RS485通讯控制单元及USB接口单元集成于所述主控芯片上。

作为上述方案的改进，所述PWM控制单元包括四路PWM控制模块，在各路的PWM控制模块内分别接入运算放大器及两个光电隔离器。

作为上述方案的改进，所述模拟量采集单元包括八路A/D转换模块；在各路的A/D转换模块内分别接入分压电阻、稳压二极管及运算放大器，模拟量信号经所述分压电阻分压后，通过所述稳压二极管进行稳压处理，并由所述运算放大器隔离缓冲后接入所述主控芯片对应信号输入端口。

作为上述方案的改进，所述模拟量输出单元包括两路D/A转换模块；在各路的D/A转换模块内分别接入光电隔离器、π型滤波回路、运算放大器及稳压二极管，所述主控芯片输出的模拟量信号通过所述光电隔离器后，经所述π型滤波回路滤除高频信号，通过所述运算放大器进行滤波稳定处理后，输出稳定的模拟量信号，并由所述稳压二极管对模拟量信号进行稳压处理。

作为上述方案的改进，所述继电器控制输出单元包括八路并行信号输出控制模块；在各路的并行信号输出控制模块内分别接入三极管、继电器及二极管，通过小功率驱动所述三极管后，通过所述继电器控制并行信号的输出。

作为上述方案的改进，所述数字量采集单元包括四路数字信号输入检测模块；在各路的数字信号输入检测模块内分别接入光电耦合器，通过所述光电耦合采集外部输入的数字量信号。

作为上述方案的改进，所述主控芯片的型号为STM32FL03。

作为上述方案的改进，所述A/D转换模块为12位A/D转换模块。

作为上述方案的改进，其特征在于，所述模拟量信号包括电压信号、电流信号。

作为上述方案的改进，所述模拟量采集单元采取跨接短路方式将电压信号与电流信号进行切换。

实施本发明，具有如下有益效果：

通用型数据采集接口板通过对主控芯片内置的PWM控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、串行通讯控制模块、并行信号输出控制模块、数字信号输入检测模块及USB信号模块进行改进，把PWM控制单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元、RS232通讯控制单元、继电器控制输出单元、数字量采集单元、RS485通讯控制单元、USB接口单元等多种接口和功能集成于同一主控芯片上，扩充了通用型数据采集接口板的功能，可以减少实际使用中因信号源种类多、控制功能繁杂而采用几种不同模块来实现工程和设计目的的局面。

同时，分别在PWM控制单元、模拟量采集单元及模拟量输出单元内设置运算放大器，相应地，运算放大器相当于射随器，通过射随器可灵活采集电压、电流两种信号源，解决了模拟电压和模拟电流输入时，信号差异性处理问题。分别在所述PWM控制单元、模拟量输出单元、数字量采集单元内设置光电耦合器，可有效实现下游设备和上设备、控制核心和外界的完全隔离，保证系统工作的稳定性，并保证核心单元不受外界的干扰影响。

另外，通用型数据采集接口板的功能简化了原有的设计，把采集信号的转换处理等功能放置到上级设备，提高了信号接口板的应用灵活性，因此，通用型数据采集接口板作为一个数据采集板只接受上级设备发送的各项指令、对指令解析后执行相应的动作，即由上级接入设备通过RS485通讯控制单元8进行各种功能的启动、停止。

附图说明

图1是本发明通用型数据采集接口板的结构示意图；

图2是本发明通用型数据采集接口板中PWM控制单元的电路图；

图3是本发明通用型数据采集接口板中PWM控制单元的另一电路图；

图4是本发明通用型数据采集接口板中模拟量采集单元的电路图；

图5是本发明通用型数据采集接口板中模拟量输出单元的电路图；

图6是本发明通用型数据采集接口板中继电器控制输出单元的电路图；

图7是本发明通用型数据采集接口板中数字量采集单元的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，所述通用型数据采集接口板包括：

主控芯片1，所述主控芯片1内置PWM控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、串行通讯控制模块、并行信号输出控制模块、数字信号输入检测模块及USB信号模块；

PWM控制单元2，用于调制脉冲宽度；

模拟量采集单元3，用于采集模拟量信号；

模拟量输出单元4，用于输出模拟量信号；

RS232通讯控制单元5，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS232信号；

继电器控制输出单元6，用于控制并行信号的输出；

数字量采集单元7，用于采集数字量信号；

RS485通讯控制单元8，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS485信号；使用时，由上级接入设备通过RS485通讯控制单元8进行各种功能的启动、停止。

USB接口单元9，包括USB信号模块，用于通过阻抗匹配实现USB信号的通讯；

所述PWM控制单元2、模拟量采集单元3、模拟量输出单元4、RS232通讯控制单元5、继电器控制输出单元6、数字量采集单元7、RS485通讯控制单元8及USB接口单元9集成于所述主控芯片1上。

更佳地，所述主控芯片1的型号为STM32FL03。

需要说明的是，利用主控芯片1内置的PWM控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、串行通讯控制模块、并行信号输出控制模块、数字信号输入检测模块及USB信号模块，可构造PWM控制单元2、模拟量采集单元3、模拟量输出单元4、RS232通讯控制单元5、继电器控制输出单元6、数字量采集单元7、RS485通讯控制单元8及USB接口单元9，将多种接口和功能集成于同一主控芯片1上，扩充了通用型数据采集接口板的功能。另外，通用型数据采集接口板的功能简化了原有的设计，把采集信号的转换处理等功能放置到上级设备，提高了信号接口板的应用灵活性，因此，通用型数据采集接口板作为一个数据采集板只接受上级设备发送的各项指令、对指令解析后执行相应的动作，即由上级接入设备通过RS485通讯控制单元8进行各种功能的启动、停止。

如图2及图3所示，所述PWM控制单元2包括四路PWM控制模块，在各路的PWM控制模块内分别接入运算放大器及两个光电隔离器。

更佳地，所述模拟量信号包括电压信号、电流信号。

需要说明的是，通过在原有的PWM控制模块内接入光电隔离器U7及光电隔离器U8可有效实现脉冲宽度控制，并把下游设备和上设备完全隔离，保证系统工作的稳定性。另外，运算放大器U8A相当于射随器，通过射随器可灵活采集电压、电流两种信号源。

如图4所示，所述模拟量采集单元3包括八路A/D转换模块；在各路的A/D转换模块内分别接入分压电阻、稳压二极管及运算放大器，模拟量信号经所述分压电阻分压后，通过所述稳压二极管进行稳压处理，并由所述运算放大器隔离缓冲后接入所述主控芯片1对应信号输入端口。

需要说明的是，运算放大器U21B相当于射随器，通过射随器可灵活采集电压、电流两种信号源，解决了模拟电压和模拟电流输入时，信号差异性处理问题。

更佳地，所述模拟量采集单元采取跨接短路方式将电压信号与电流信号进行切换。

工作时，模拟量信号（电压信号、电流信号）经分压电阻R84分压稳定后通过稳压二极管ZD9把采集电压限制在5.1V，然后通过运算放大器U21B隔离缓冲后接入主控芯片1对应信号输入端口。

更佳地，所述A/D转换模块为12位A/D转换模块，保证了转换精度可以达到0.1%。

如图5所示，所述模拟量输出单元4包括两路D/A转换模块；在各路的D/A转换模块内分别接入光电隔离器、π型滤波回路、运算放大器及稳压二极管，所述主控芯片输出的模拟量信号通过所述光电隔离器后，经所述π型滤波回路滤除高频信号，通过所述运算放大器进行滤波稳定处理后，输出稳定的模拟量信号，并由所述稳压二极管对模拟量信号进行稳压处理。

需要说明的是，运算放大器U18A相当于射随器，通过射随器可灵活采集电压、电流两种信号源。

工作时，所述主控芯片1输出的电压信号通过所述光电隔离器U17后，经所述π型滤波回路滤除高频信号，通过所述运算放大器U18A进行滤波稳定处理后，输出稳定的直流电压，并由所述稳压二极管对直流电压进行稳压处理，使输出电压维持在5.1V，从而提高信号输出的驱动能力和抗干扰能力。

如图6所示，所述继电器控制输出单元6包括八路并行信号输出控制模块；在各路的并行信号输出控制模块内分别接入三极管、继电器及二极管，通过小功率驱动所述三极管后，通过所述继电器控制并行信号的输出。

工作时，通过小功率驱动所述三极管Q1后，再驱动继电器K1实现继电器控制输出功能。相应地，通过在原有的并行信号输出控制模块中接入二极管D16，可有效防止继电器K1断开瞬间的浪涌电流损坏驱动电路。

如图7所示，所述数字量采集单元7包括四路数字信号输入检测模块；在各路的数字信号输入检测模块内分别接入光电耦合器，通过所述光电耦合采集外部输入的数字量信号。

需要说明的是，通过在原有的数字信号输入检测模块内接入光电耦合器U25，可有效地采集外部输入的电平信号；同时，通过光电耦合器U25将控制核心和外界隔离，可保证核心单元不受外界的干扰影响。

由上可知，通用型数据采集接口板通过对主控芯片1内置的PWM控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、串行通讯控制模块、并行信号输出控制模块、数字信号输入检测模块及USB信号模块进行改进，构造出PWM控制单元2、模拟量采集单元3、模拟量输出单元4、RS232通讯控制单元5、继电器控制输出单元6、数字量采集单元7、RS485通讯控制单元8及USB接口单元9，将多种接口和功能集成于同一主控芯片1上，扩充了通用型数据采集接口板的功能。同时，分别在PWM控制单元2、模拟量采集单元3及模拟量输出单元4内设置运算放大器，相应地，运算放大器相当于射随器，通过射随器可灵活采集电压、电流两种信号源，解决了模拟电压和模拟电流输入时，信号差异性处理问题。分别在所述PWM控制单元2、模拟量输出单元4、数字量采集单元7内设置光电耦合器，可有效实现下游设备和上设备、控制核心和外界的完全隔离，保证系统工作的稳定性，并保证核心单元不受外界的干扰影响。另外，通用型数据采集接口板的功能简化了原有的设计，把采集信号的转换处理等功能放置到上级设备，提高了信号接口板的应用灵活性，因此，通用型数据采集接口板作为一个数据采集板只接受上级设备发送的各项指令、对指令解析后执行相应的动作，即由上级接入设备通过RS485通讯控制单元8进行各种功能的启动、停止。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通用型数据采集接口板，其特征在于，所述通用型数据采集接口板包括：

主控芯片，所述主控芯片内置PWM控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、串行通讯控制模块、并行信号输出控制模块、数字信号输入检测模块及USB信号模块；

PWM控制单元，用于调制脉冲宽度；

模拟量采集单元，用于采集模拟量信号；

模拟量输出单元，用于输出模拟量信号；

RS232通讯控制单元，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS232信号；

继电器控制输出单元，用于控制并行信号的输出；

数字量采集单元，用于采集数字量信号；

RS485通讯控制单元，包括所述串行通讯控制模块，用于接收、处理及转换RS485信号；

USB接口单元，包括USB信号模块，用于通过阻抗匹配实现USB信号的通讯；

所述PWM控制单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元、RS232通讯控制单元、继电器控制输出单元、数字量采集单元、RS485通讯控制单元及USB接口单元集成于所述主控芯片上。

2.如权利要求1所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述PWM控制单元包括四路PWM控制模块，在各路的PWM控制模块内分别接入运算放大器及两个光电隔离器。

3.如权利要求1所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述模拟量采集单元包括八路A/D转换模块；

在各路的A/D转换模块内分别接入分压电阻、稳压二极管及运算放大器，模拟量信号经所述分压电阻分压后，通过所述稳压二极管进行稳压处理，并由所述运算放大器隔离缓冲后接入所述主控芯片对应信号输入端口。

4.如权利要求1所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述模拟量输出单元包括两路D/A转换模块；

在各路的D/A转换模块内分别接入光电隔离器、π型滤波回路、运算放大器及稳压二极管，所述主控芯片输出的模拟量信号通过所述光电隔离器后，经所述π型滤波回路滤除高频信号，通过所述运算放大器进行滤波稳定处理后，输出稳定的模拟量信号，并由所述稳压二极管对模拟量信号进行稳压处理。

5.权利要求1所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述继电器控制输出单元包括八路并行信号输出控制模块；

在各路的并行信号输出控制模块内分别接入三极管、继电器及二极管，通过小功率驱动所述三极管后，通过所述继电器控制并行信号的输出。

6.权利要求1所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述数字量采集单元包括四路数字信号输入检测模块；

在各路的数字信号输入检测模块内分别接入光电耦合器，通过所述光电耦合采集外部输入的数字量信号。

7.权利要求1所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述主控芯片的型号为STM32FL03。

8.如权利要求1所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述A/D转换模块为12位A/D转换模块。

9.如权利要求1~8任一项所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述模拟量信号包括电压信号、电流信号。

10.如权利要求9所述的通用型数据采集接口板，其特征在于，所述模拟量采集单元采取跨接短路方式将电压信号与电流信号进行切换。