CN105511351A - 工业现场can总线隔离数据采集模块 - Google Patents

工业现场can总线隔离数据采集模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业现场CAN总线隔离数据采集模块，包括CAN收发器、微控制器、电源电路、信号输入电路、信号输出电路和看门狗电路，其CAN收发器通过光电隔离器与微控制器连接，微控制器与电源电路电连接，信号输入电路和信号输出电路分别与微控制器连接，看门狗电路与微控制器控制连接；本发明其CAN收发器与微控制器电气隔离，信号输入电路、信号输出电路与微控制器之间电气隔离，可用于对现场的数字量信号或模拟量信号进行采集，并通过对其分析进行现场设备的控制和调节，可极大地降低工业现场干扰对其运行的影响，工业现场干扰对其运行影响极低，避免工业现场信号对其微控制器通讯接口的影响，运行稳定、可靠性好。

Description

工业现场CAN总线隔离数据采集模块
技术领域
本发明涉及一种数据采集模块，具体涉及一种适用于工业现场数字信号或模拟信号采集的带CAN总线隔离的数据采集模块。
背景技术
在工业控制过程中，经常需要对现场的数字量信号或模拟量信号进行采集，并通过对其分析进行现场设备的控制和调节，而目前现有的数据采集模块在实际使用过程中其运行容易受到工业现场干扰的影响，运行不稳定、可靠性差；并且微控制器的通讯接口容易受到工业现场信号的影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种运行稳定、可靠性好的工业现场干扰对其运行影响极低同时可避免工业现场信号对其微控制器通讯接口造成影响的工业现场CAN总线隔离数据采集模块。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
工业现场CAN总线隔离数据采集模块，包括CAN收发器、微控制器、电源电路、信号输入电路和信号输出电路，所述CAN收发器通过光电隔离器与微控制器连接，微控制器与电源电路电连接，信号输入电路和信号输出电路分别与微控制器连接。
进一步的，还包括用于在出现意外时重新启动系统的看门狗电路，所述看门狗电路与微控制器控制连接。
进一步的，所述信号输入电路和信号输出电路为十六路公用数字信号输入或输出通道，该十六路公用数字信号输入或输出通道通过光电隔离器与微控制器连接。
或者，所述信号输入电路为五路数字信号输入电路，信号输出电路为五路继电器输出电路，该五路数字信号输入电路的输出端与微控制器连接，该五路继电器输出电路的输入端与微控制器连接。
或者，所述信号输入电路包括两路数字信号输入电路和十二路模拟信号输入电路，该两路数字信号输入电路和十二路模拟信号输入电路分别通过光电隔离器与微控制器连接，所述十二路模拟信号输入电路包括多路模拟开关通道选择器、增益调整电路、抗混叠滤波电路和模拟数字转换器，多路模拟开关通道选择器的信号输出端与增益调整电路的电路输入端连接，增益调整电路的电路输出端与抗混叠滤波电路的电路输入端连接，抗混叠滤波电路的电路输出端与模拟数字转换器的模拟信号输入端连接，模拟数字转换器的数字信号输出端与光电隔离器连接，微控制器通过光电隔离器与多路模拟开关通道选择器、增益调整电路连接；信号输出电路包括两路数字信号输出电路和两路模拟信号输出电路，该两路数字信号输出电路和两路模拟信号输出电路分别通过光电隔离器与微控制器连接，该两路数字信号输出电路采用集电极开路输出，该两路模拟信号输出电路包括放大器电路、电压信号转换电路和数字模拟转换器，放大器电路、电压信号转换电路的信号输入端并联在数字模拟转换器的模拟信号输出端上，数字模拟转换器的数字信号输入端并联在光电隔离器上。
或者，所述信号输入电路为八路模拟信号输入电路，该八路模拟信号输入电路通过光电隔离器与微控制器连接，八路模拟信号输入电路包括多路模拟开关通道选择器、增益调整电路、抗混叠滤波电路和模拟数字转换器，多路模拟开关通道选择器的信号输出端与增益调整电路的电路输入端连接，增益调整电路的电路输出端与抗混叠滤波电路的电路输入端连接，抗混叠滤波电路的电路输出端与模拟数字转换器的模拟信号输入端连接，模拟数字转换器的数字信号输出端与光电隔离器连接，微控制器通过光电隔离器与多路模拟开关通道选择器、增益调整电路连接；所述信号输出电路为两路数字信号输出电路，该两路数字信号输出电路通过光电隔离器与微控制器连接，该两路数字信号输出电路采用集电极开路输出。
又或者，所述信号输入电路为八路数字信号输入电路，该八路数字信号输入电路通过光电隔离器与微控制器连接；信号输出电路为八路数字信号输出电路，该八路数字信号输出电路通过光电隔离器与微控制器连接。
又或者，所述信号输入电路为四路数字信号输入电路，该四路数字信号输入电路通过光电隔离器与微控制器连接；信号输出电路为四路模拟信号输出电路，该四路模拟信号输出电路通过光电隔离器与微控制器连接，所述四路模拟信号输出电路包括放大器电路、电压信号转换电路和数字模拟转换器，放大器电路、电压信号转换电路的信号输入端并联在数字模拟转换器的模拟信号输出端上，数字模拟转换器的数字信号输入端并联在光电隔离器上。
又或者，所述信号输入电路包括热电阻温度探测器和24位分辨率的模拟数字转换器，热电阻温度探测器通过电流源电路与24位分辨率的模拟数字转换器的模拟信号输入端连接，24位分辨率的模拟数字转换器的数字信号输出端通过光电隔离器与微控制器连接，24位分辨率的模拟数字转换器与电源电路电连接；信号输出电路为两路数字信号输出电路，该两路数字信号输出电路通过光电隔离器与微控制器连接。
再或者，所述信号输入电路包括热电偶测温电路和24位分辨率的模拟数字转换器，该热电偶测温电路与24位分辨率的模拟数字转换器的模拟信号输入端连接，24位分辨率的模拟数字转换器的数字信号输出端通过光电隔离器与微控制器连接，24位分辨率的模拟数字转换器与电源电路电连接；该信号输出电路为五路数字信号输出电路，该五路数字信号输出电路的电路输入端与信号输入电路的模拟数字转换器的数字信号输出端并联在光电隔离器上。
本发明具有如下有益效果：
本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其可用于对现场的数字量信号或模拟量信号进行采集，并通过对其分析进行现场设备的控制和调节，可极大地降低工业现场干扰对其运行的影响，可避免工业现场信号对其微控制器通讯接口造成影响，具有运行稳定、可靠性好的特点。
附图说明
图1为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第一种实施例结构示意图；
图2为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第二种实施例结构示意图；
图3为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第三种实施例结构示意图；
图4为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第四种实施例结构示意图；
图5为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第五种实施例结构示意图；
图6为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第六种实施例结构示意图；
图7为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第七种实施例结构示意图；
图8为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第八种实施例结构示意图。
图中：1、CAN收发器；2、微控制器；3、电源电路；4、信号输入电路；5、信号输出电路；6、光电隔离器；7、看门狗电路；80、数字信号输入电路；81、继电器输出电路；82、模拟信号输入电路；83、数字信号输出电路；84、模拟信号输出电路；85、热电阻温度探测器；86、热电偶测温电路；82a、多路模拟开关通道选择器；82b、增益调整电路；82c、抗混叠滤波电路；82d、模拟数字转换器；84a、放大器电路；84b、电压信号转换电路；84c、数字模拟转换器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的描述，以便于更清楚的理解本发明要求保护的技术思想。
本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块，包括CAN收发器1、微控制器2、电源电路3、信号输入电路4和信号输出电路5，所述CAN收发器1通过光电隔离器6与微控制器2连接，微控制器2与电源电路3电连接，信号输入电路4和信号输出电路5分别与微控制器2连接。
如图1所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第一种实施例，其信号输入电路4和信号输出电路5为十六路公用数字信号输入或输出通道，该十六路公用数字信号输入或输出通道通过光电隔离器6与微控制器2连接，其支持十六路数字量隔离通道，每个通道可以独立配置为输入或者输出，数字量输入支持开关触点信号和电平信号，适用于采集工业现场的各种数字量信号以及控制继电器等开关设备。
如图2所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第二种实施例，其信号输入电路4为五路数字信号输入电路80，信号输出电路5为五路继电器输出电路81，该五路数字信号输入电路80的输出端与微控制器2连接，该五路继电器输出电路81的输入端与微控制器2连接；其具有五路继电器输出和五路隔离数字量输入，支持开关触点信号和电平信号，适用于采集工业现场的数字量信号以及控制小功率电气设备。
如图3所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第三种实施例，其信号输入电路4包括两路数字信号输入电路80和十二路模拟信号输入电路82，该两路数字信号输入电路80和十二路模拟信号输入电路82分别通过光电隔离器6与微控制器2连接，所述十二路模拟信号输入电路82包括多路模拟开关通道选择器82a、增益调整电路82b、抗混叠滤波电路82c和模拟数字转换器82d，多路模拟开关通道选择器82a的信号输出端与增益调整电路82b的电路输入端连接，增益调整电路82b的电路输出端与抗混叠滤波电路82c的电路输入端连接，抗混叠滤波电路82c的电路输出端与模拟数字转换器82d的模拟信号输入端连接，模拟数字转换器82d的数字信号输出端与光电隔离器6连接，微控制器2通过光电隔离器6与多路模拟开关通道选择器82a、增益调整电路82b连接；信号输出电路5包括两路数字信号输出电路83和两路模拟信号输出电路84，该两路数字信号输出电路83和两路模拟信号输出电路84分别通过光电隔离器6与微控制器2连接，该两路数字信号输出电路83采用集电极开路输出，该两路模拟信号输出电路84包括放大器电路84a、电压信号转换电路84b和数字模拟转换器84c，放大器电路84a、电压信号转换电路84b的信号输入端并联在数字模拟转换器84c的模拟信号输出端上，数字模拟转换器84c的数字信号输入端并联在光电隔离器6上；其主要功能是进行模拟量输入信号采集，可以满足不同场合需求，适用于采集工业现场的各种电压和电流信号，其两路模拟量输出通道，可独立控制输出，也可进行同步输出。
如图4所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第四种实施例，其信号输入电路4为八路模拟信号输入电路82，该八路模拟信号输入电路82通过光电隔离器6与微控制器2连接，八路模拟信号输入电路82包括多路模拟开关通道选择器82a、增益调整电路82b、抗混叠滤波电路82c和模拟数字转换器82d，多路模拟开关通道选择器82a的信号输出端与增益调整电路82b的电路输入端连接，增益调整电路82b的电路输出端与抗混叠滤波电路82c的电路输入端连接，抗混叠滤波电路82c的电路输出端与模拟数字转换器82d的模拟信号输入端连接，模拟数字转换器82d的数字信号输出端与光电隔离器6连接，微控制器2通过光电隔离器6与多路模拟开关通道选择器82a、增益调整电路82b连接；所述信号输出电路5为两路数字信号输出电路83，该两路数字信号输出电路83通过光电隔离器6与微控制器2连接，该两路数字信号输出电路83采用集电极开路输出；其可以同时采样八路的差分信号，适用于采集工业现场的各种电压和电流信号，同时可以用于采集传感器或变送器的信号，其还具有两路通道的数字量输出，可以设置为用户控制输出或对输入采样进行超限状态指示输出。
如图5所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第五种实施例，其信号输入电路4为八路数字信号输入电路80，该八路数字信号输入电路80通过光电隔离器6与微控制器2连接；信号输出电路5为八路数字信号输出电路83，该八路数字信号输出电路83通过光电隔离器6与微控制器2连接；其具有八路隔离数字量输入，八路隔离数字量输出，数字量输入可支持开关触点信号或电平信号，数字量输出采用开集输出，适用于采集工业现场的数字量信号以及控制小功率继电器等。
如图6所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第六种实施例，其信号输入电路4为四路数字信号输入电路80，该四路数字信号输入电路80通过光电隔离器6与微控制器2连接；信号输出电路5为四路模拟信号输出电路84，该四路模拟信号输出电路84通过光电隔离器6与微控制器2连接，所述四路模拟信号输出电路84包括放大器电路84a、电压信号转换电路84b和数字模拟转换器84c，放大器电路84a、电压信号转换电路84b的信号输入端并联在数字模拟转换器84c的模拟信号输出端上，数字模拟转换器84c的数字信号输入端并联在光电隔离器6上；其可以同时输出四路的模拟量信号，模拟量输出信号可以软件配置为电压信号输出或电流信号输出，还具有四路数字量输入通道，可以采集电平信号或开关触点信号，为模拟量输出提供匹配输出功能。
如图7所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第七种实施例，其信号输入电路4包括热电阻温度探测器85和24位分辨率的模拟数字转换器82d，热电阻温度探测器85通过电流源电路与24位分辨率的模拟数字转换器82d的模拟信号输入端连接，24位分辨率的模拟数字转换器82d的数字信号输出端通过光电隔离器6与微控制器2连接，24位分辨率的模拟数字转换器82d与电源电路3电连接；信号输出电路5为两路数字信号输出电路83，该两路数字信号输出电路83通过光电隔离器6与微控制器2连接；其可以同时对五路的热电阻温度探测器进行测量，适用于采集工业现场的温度值，还具有两路通道的数字量输出，可以设置为用户控制输出或对测量温度值进行超限状态指示输出。
如图8所示为本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块的第八种实施例，其信号输入电路4包括热电偶测温电路86和24位分辨率的模拟数字转换器82d，该热电偶测温电路86与24位分辨率的模拟数字转换器82d的模拟信号输入端连接，24位分辨率的模拟数字转换器82d的数字信号输出端通过光电隔离器6与微控制器2连接，24位分辨率的模拟数字转换器82d与电源电路3电连接；该信号输出电路5为五路数字信号输出电路83，该五路数字信号输出电路83的电路输入端与信号输入电路4的模拟数字转换器82d的数字信号输出端并联在光电隔离器6上；其具有五路测温通道，适用于采集工业现场的温度值，还具有五路数字量输出通道，可以设置为用户控制输出或对测量温度值进行超限状态指示输出。
为能在出现意外时重新启动系统，上述本发明工业现场CAN总线隔离数据采集模块还包括用于在出现意外时重新启动系统的看门狗电路7，该看门狗电路7与微控制器2控制连接。
本发明的工作原理为：其CAN收发器1通过光电隔离器6与微控制器2连接，信号输入电路4和信号输出电路5与微控制器2之间电气隔离，可用于对现场的数字量信号或模拟量信号进行采集，并通过对其分析进行现场设备的控制和调节，可极大地降低工业现场干扰对其运行的影响，工业现场干扰对其运行影响极低，可避免工业现场信号对其微控制器通讯接口造成影响，运行稳定、可靠性好。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：包括CAN收发器（1）、微控制器（2）、电源电路（3）、信号输入电路（4）和信号输出电路（5），所述CAN收发器（1）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，微控制器（2）与电源电路（3）电连接，信号输入电路（4）和信号输出电路（5）分别与微控制器（2）连接。
2.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：还包括用于在出现意外时重新启动系统的看门狗电路（7），所述看门狗电路（7）与微控制器（2）控制连接。
3.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）和信号输出电路（5）为十六路公用数字信号输入或输出通道，该十六路公用数字信号输入或输出通道通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接。
4.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）为五路数字信号输入电路（80），信号输出电路（5）为五路继电器输出电路（81），该五路数字信号输入电路（80）的输出端与微控制器（2）连接，该五路继电器输出电路（81）的输入端与微控制器（2）连接。
5.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）包括两路数字信号输入电路（80）和十二路模拟信号输入电路（82），该两路数字信号输入电路（80）和十二路模拟信号输入电路（82）分别通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，所述十二路模拟信号输入电路（82）包括多路模拟开关通道选择器（82a）、增益调整电路（82b）、抗混叠滤波电路（82c）和模拟数字转换器（82d），多路模拟开关通道选择器（82a）的信号输出端与增益调整电路（82b）的电路输入端连接，增益调整电路（82b）的电路输出端与抗混叠滤波电路（82c）的电路输入端连接，抗混叠滤波电路（82c）的电路输出端与模拟数字转换器（82d）的模拟信号输入端连接，模拟数字转换器（82d）的数字信号输出端与光电隔离器（6）连接，微控制器（2）通过光电隔离器（6）与多路模拟开关通道选择器（82a）、增益调整电路（82b）连接；信号输出电路（5）包括两路数字信号输出电路（83）和两路模拟信号输出电路（84），该两路数字信号输出电路（83）和两路模拟信号输出电路（84）分别通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，该两路数字信号输出电路（83）采用集电极开路输出，该两路模拟信号输出电路（84）包括放大器电路（84a）、电压信号转换电路（84b）和数字模拟转换器（84c），放大器电路（84a）、电压信号转换电路（84b）的信号输入端并联在数字模拟转换器（84c）的模拟信号输出端上，数字模拟转换器（84c）的数字信号输入端并联在光电隔离器（6）上。
6.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）为八路模拟信号输入电路（82），该八路模拟信号输入电路（82）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，八路模拟信号输入电路（82）包括多路模拟开关通道选择器（82a）、增益调整电路（82b）、抗混叠滤波电路（82c）和模拟数字转换器（82d），多路模拟开关通道选择器（82a）的信号输出端与增益调整电路（82b）的电路输入端连接，增益调整电路（82b）的电路输出端与抗混叠滤波电路（82c）的电路输入端连接，抗混叠滤波电路（82c）的电路输出端与模拟数字转换器（82d）的模拟信号输入端连接，模拟数字转换器（82d）的数字信号输出端与光电隔离器（6）连接，微控制器（2）通过光电隔离器（6）与多路模拟开关通道选择器（82a）、增益调整电路（82b）连接；所述信号输出电路（5）为两路数字信号输出电路（83），该两路数字信号输出电路（83）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，该两路数字信号输出电路（83）采用集电极开路输出。
7.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）为八路数字信号输入电路（80），该八路数字信号输入电路（80）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接；信号输出电路（5）为八路数字信号输出电路（83），该八路数字信号输出电路（83）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接。
8.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）为四路数字信号输入电路（80），该四路数字信号输入电路（80）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接；信号输出电路（5）为四路模拟信号输出电路（84），该四路模拟信号输出电路（84）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，所述四路模拟信号输出电路（84）包括放大器电路（84a）、电压信号转换电路（84b）和数字模拟转换器（84c），放大器电路（84a）、电压信号转换电路（84b）的信号输入端并联在数字模拟转换器（84c）的模拟信号输出端上，数字模拟转换器（84c）的数字信号输入端并联在光电隔离器（6）上。
9.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）包括热电阻温度探测器（85）和24位分辨率的模拟数字转换器（82d），热电阻温度探测器（85）通过电流源电路与24位分辨率的模拟数字转换器（82d）的模拟信号输入端连接，24位分辨率的模拟数字转换器（82d）的数字信号输出端通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，24位分辨率的模拟数字转换器（82d）与电源电路（3）电连接；信号输出电路（5）为两路数字信号输出电路（83），该两路数字信号输出电路（83）通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接。
10.如权利要求1所述的工业现场CAN总线隔离数据采集模块，其特征在于：所述信号输入电路（4）包括热电偶测温电路（86）和24位分辨率的模拟数字转换器（82d），该热电偶测温电路（86）与24位分辨率的模拟数字转换器（82d）的模拟信号输入端连接，24位分辨率的模拟数字转换器（82d）的数字信号输出端通过光电隔离器（6）与微控制器（2）连接，24位分辨率的模拟数字转换器（82d）与电源电路（3）电连接；该信号输出电路（5）为五路数字信号输出电路（83），该五路数字信号输出电路（83）的电路输入端与信号输入电路（4）的模拟数字转换器（82d）的数字信号输出端并联在光电隔离器（6）上。
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