CN109507612A - 模拟量采集卡和故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种模拟量采集卡和故障检测方法，该模拟量采集卡包括微处理器、光耦隔离器、模拟量采集电路和电源检测电路；其中，所述模拟量采集电路和所述电源检测电路分别与所述光耦隔离器的一端连接，所述微处理器与所述光耦隔离器的另一端连接。本发明能够实现在模拟量采集过程中的故障诊断，提高数据采集的可靠性，降低数据采集过程中的人力成本。

Description

模拟量采集卡和故障检测方法

技术领域

本发明涉及自动化检测技术领域，具体而言，涉及一种模拟量采集卡和故障检测方法。

背景技术

在目前的自动化仪器与仪表行业中，通常通过模拟量采集模块实现现场端的模拟量采集，但是现有的模拟量采集卡无法实现故障的自动诊断，或者在模拟量采集过程中一旦出现故障则需要进行人工排查、判断，从而导致数据采集成本增加，可靠性降低。

发明内容

本发明旨在改善上述的技术问题。为此，本发明提供一种模拟量采集卡和故障检测方法，以实现模拟量采集过程中的故障诊断，降低数据采集成本。

一方面，本发明较佳实施例提供一种模拟量采集卡，所述模拟量采集卡包括：

用于对现场端的模拟量进行采集的模拟量采集电路；

用于对现场端的电源进行电源状态进行检测的电源检测电路；

用于实现与系统端的光电隔离的光耦隔离器；

用于控制模拟量采集电路进行数据采集，以及根据所述模拟量采集电路采集并发送的数据以诊断该模拟量采集电路是否存在故障的微处理器；

其中，所述模拟量采集电路和所述电源检测电路分别与所述光耦隔离器的一端连接，所述微处理器与所述光耦隔离器的另一端连接。

在本发明较佳实施例的选择中，所述模拟量采集电路包括模数转换器和多个二线制传感器，所述模数转换器的输入端与所述多个所述二线制传感器分别连接、输出端与所述光耦隔离器连接。

在本发明较佳实施例的选择中，所述模拟量采集电路还包括与各所述二线制传感器一一对应的多个限流保护电路，所述限流保护电路的输入端与所述二线制传感器连接、输出端与所述模数转换器连接。

在本发明较佳实施例的选择中，所述限流保护电路包括第一电阻、第二电阻、二极管、第一保护器和第二保护器；

所述第一保护器的一端外接电源、另一端与所述二极管的输入端连接，所述二极管的输出端与所述二线制传感器的一端连接；所述第一电阻的一端与所述二线制传感器的另一端、所述第二保护器的一端分别连接、另一端与所述模数转换器的输入端连接，所述第二保护器的另一端接地，所述第二电阻的一端与所述模数转换器的输入端连接、另一端接地。

在本发明较佳实施例的选择中，所述第一保护器包括保险丝，所述第二保护器包括TVS管。

在本发明较佳实施例的选择中，所述电源检测电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端与所述第四电阻的一端连接，且所述光耦隔离器的输入端连接于所述第三电阻与所述第四电阻之间。

在本发明较佳实施例的选择中，所述微处理器与所述模拟量采集电路之间通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线连接。

在本发明较佳实施例的选择中，所述模拟量采集卡还包括EEPROM(ElectricallyErasable Programmable read only memory，带电可擦可编程读写存储器)，所述EEPROM与所述微处理器中的控制器连接。

在本发明较佳实施例的选择中，所述EEPROM与所述控制器之间采用IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路)总线连接。

另一方面，本发明较佳实施例还提供一种故障检测方法，应用于上述的所述模拟量采集卡，所述故障检测方法：

所述模拟量采集电路采集现场端的模拟量信息并转换为电信号后通过所述光耦隔离器发送给所述微处理器；

所述微处理器将接收到所述电信号与预设值进行比对，判断所述电信号的大小是否满足需要，若不满足，则判定所述模拟量采集电路存在故障。

与现有技术相比，本发明提供了一种模拟量采集卡和故障检测方法，其中，通过对模拟量采集卡的巧妙设计，既能够实现对现场模拟量的采集，还可实现在模拟量采集过程中的故障诊断，提高数据采集的可靠性，降低数据采集过程中的人力成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的模拟量采集卡的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例提供的模拟量采集卡的另一结构示意图。

图3为图2中所示的电流保护电路的结构示意图。

图4为图1中所示的电源检测电路的电路结构示意图。

图5为本发明较佳实施例提供的故障检测方法的流程示意图。

图标：10-模拟量采集卡；11-微处理器；13-光耦隔离器；14-模拟量采集电路；140-模数转换器；141-二线制传感器；142-限流保护电路；143-第一保护器；144-第二保护器；R1-第一电阻；R2-第二电阻；D-二极管；15-电源检测电路；R3-第三电阻；R4-第四电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，为本发明实施例提供的模拟量采集卡10的方框结构示意图，该模拟量采集卡10包括微处理器11、光耦隔离器13、模拟量采集电路14和电源检测电路15；其中，所述模拟量采集电路和所述电源检测电路分别与所述光耦隔离器的一端连接，所述微处理器与所述光耦隔离器的另一端连接。

本实施例通过对上述模拟量采集卡10的巧妙设计，不仅能够实现对现场端的模拟量的采集，还可实现在模拟量采集过程中的故障检测，确保数据采集的可靠性，降低数据采集成本。在此应注意的是，本发明实施例中提到的现场端是指位于光耦隔离器右侧的模拟量采集电路14和电源检测电路15等，系统端是指位于光耦隔离器13左侧进行数据处理诊断的微处理器11等。

进一步地，在本实施例中，所述模拟量采集电路14用于实现对现场端的模拟信号的采集，请结合参阅图2，所述模拟量采集电路14可以包括模数转换器140和多个二线制传感器141，所述模数转换器140的输入端与所述多个所述二线制传感器141分别连接、输出端与所述光耦隔离器13连接。其中，所述二线制传感器141用于实现对现场模拟量的采集，同时还可直接利用4～20mA的信号为自身提供电能，本实施例中，所述二线制传感器141可以包括但不限于温度传感器、湿度传感器等。在实际的模拟量采集时，可通过所述微处理器11控制所各所述二线制传感器进行采集。

另外，所述模数转换器140用于对各所述二线制传感器141采集的模拟量进行模数转换，并将转换后的电信号发送给所述微处理器11。

进一步地，所述模拟量采集电路14还可包括与各所述二线制传感器141一一对应的限流保护电路142，各所述限流保护电路142的输入端与所述二线制传感器141连接、输出端与所述模数转换器140连接。所述限流保护电路用于实现对模拟量采集卡10内部电路的安全防护，以避免外部电流对模拟量采集卡10中各部件的损坏。

可选地，如图3所示，在实际实施时，所述限流保护电路142可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、二极管、第一保护器143和第二保护器144；所述第一保护器143的一端外接电源、另一端与所述二极管D的输入端连接，所述二极管D的输出端与所述二线制传感器141的一端连接；所述第一电阻R1的一端与所述二线制传感器141的另一端、所述第二保护器144的一端分别连接、另一端与所述模数转换器140的输入端连接，所述第二保护器144的另一端接地，所述第二电阻R2的一端与所述模数转换器140的输入端连接、另一端接地。本实施例中，所述第一保护器143可以是但不限于保险丝，所述第二保护器144可以是但不限于TVS管(Transient Volitage Suppressor，瞬变电压抑制二极管)。

实际工作中，由于本发明采用了二线制传感器的形式对现场端的传感器进行供电以及数据采集，那么根据二线制传感器的设计标准，其电路电流一般为4～20mA，当二线制传感器电流流过系统模拟量采集电路中第二电阻，产生压降，所述模数转换器将该压降值转换为数字量后并通过所述光耦隔离器发送给所述微处理器，所述微处理器将该压降值转换为电流值，并判断该电流值是否超出了预设值(如二线制传感器的电流范围)，如果超出了，则判定对应的二进制传感器或限流保护电路存在故障。

进一步地，所述电源检测电路15用于实现对现场电源端的电源状态的监控。如图所示，在本实施例中，所述电源检测电路15可以包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3的一端与所述第四电阻R4的一端连接，且所述光耦隔离器13的输入端连接于所述第三电阻R3与所述第四电阻R4之间。其中，以现场端电源为24V电源为例，所述电源检测电路15可对现场端电源进行分压调理后输入所述光耦隔离器，其中，当现场端24V供电正常时，所述光耦隔离器的输出信号则为高电平信号，那么微处理器可根据所述光耦隔离器发送的高电平信号判定现场端的电源供电正常；反之，当现场端电源未供电，或者出现供电电压不足等异常状态时，所述光耦隔离器输出至所述微处理器的信号为低电平信号，那么微处理器根据该低电平信号可以判定现场端电源供电异常。同时微处理器将该状态的变化通过反馈给用户或其他终端。

可以理解的是，为了提高所述模拟量采集卡10的采集精度，本实施例中，在对上述模拟量采集电路14和电源检测电路15的设计中，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4可以采用误差较小的精密电阻，使得由于电阻产生的误差可控制在0.5％以内，例如，可以选用金属膜精密电阻、线绕精密电阻和金属箔精密电阻等。

进一步地，所述光耦隔离器13用于实现对现场端与系统端的光电隔离，以提升所述模拟量采集卡10的抗干扰能力，如在现场端发生故障时对于系统端可以做到良好的保护。可选地，在本实施例中，所述光耦隔离器13可以是但不限于HCPL-181型号的单路光耦。

所述微处理器11用于实现对现场端的故障诊断、电源缺失检测、模数转换器140的控制等。在本实施例中，所述微处理器11可以选用但不限于SPARC V8架构微处理器11。另外，实际实施时，所述微处理器中集成有控制器以及与该控制器连接的EEPROM，所述EEPROM与所述控制器12连接。其中，所述控制器12用于实现EtherCAT总线的通信功能，所述EEPROM用于存储所述控制器12工作模式配置信息，以及实现对EtherCAT控制器12的初始化配置。

可以理解的是，在实际实施时，所述模拟量采集卡10还可包括报警器，所述报警器与所述微处理器11连接，以用于在所述微处理器11检测到所述模拟量检测电路存在故障或者电源故障时进行报警，本实施例在此不做具体限制。

基于对上述模拟量采集卡10的设计和描述，如图5所示，本发明实施例还提供一种应用于模拟量采集卡10的故障检测方法，下面结合图5中所述的步骤对所述故障检测方法的详细流程进行介绍。

步骤S1，所述模拟量采集电路14采集现场中的模拟量信息并转换为电信号后通过所述光耦隔离器13发送给所述微处理器11；

步骤S2，所述微处理器11将接收到所述电信号与预设值进行比对，判断所述电信号的大小是否满足需要，若不满足，则判定所述模拟量采集电路14存在故障。

需要说明的是，由于上述故障检测方法具有与上述模拟量采集卡10相同的技术特征，因此，关于所述故障检测方法的详细描述可参照对上述模拟量采集卡10中模拟量采集电路14、电源检测电路15、微处理器11等的相关描述，本实施例在此不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种模拟量采集卡10和故障检测方法，其中，通过对模拟量采集卡10的巧妙设计，既能够实现对现场模拟量的采集，还可实现在模拟量采集过程中的故障诊断，提高数据采集的可靠性，降低数据采集过程中的人力成本。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟量采集卡，其特征在于，所述模拟量采集卡包括：

用于对现场端的模拟量进行采集的模拟量采集电路；

用于对现场端的电源进行电源状态进行检测的电源检测电路；

用于实现与系统端的光电隔离的光耦隔离器；

用于控制模拟量采集电路进行数据采集，以及根据所述模拟量采集电路采集并发送的数据以诊断该模拟量采集电路是否存在故障的微处理器；

其中，所述模拟量采集电路和所述电源检测电路分别与所述光耦隔离器的一端连接，所述微处理器与所述光耦隔离器的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述模拟量采集电路包括模数转换器和多个二线制传感器，所述模数转换器的输入端与多个所述二线制传感器分别连接、输出端与所述光耦隔离器连接。

3.根据权利要求2所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述模拟量采集电路还包括与各所述二线制传感器一一对应的多个限流保护电路，所述限流保护电路的输入端与所述二线制传感器连接、输出端与所述模数转换器连接。

4.根据权利要求3所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述限流保护电路包括第一电阻、第二电阻、二极管、第一保护器和第二保护器；

所述第一保护器的一端外接电源、另一端与所述二极管的输入端连接，所述二极管的输出端与所述二线制传感器的一端连接；所述第一电阻的一端与所述二线制传感器的另一端、所述第二保护器的一端分别连接、另一端与所述模数转换器的输入端连接，所述第二保护器的另一端接地，所述第二电阻的一端与所述模数转换器的输入端连接、另一端接地。

5.根据权利要求4所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述第一保护器包括保险丝，所述第二保护器包括TVS管。

6.根据权利要求3所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述电源检测电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端与所述第四电阻的一端连接，且所述光耦隔离器的输入端连接于所述第三电阻与所述第四电阻之间。

7.根据权利要求3所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述微处理器与所述模拟量采集电路之间通过SPI总线连接。

8.根据权利要求1所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述模拟量采集卡还包括EEPROM，所述EEPROM与所述微处理器中的控制器连接。

9.根据权利要求8所述的模拟量采集卡，其特征在于，所述EEPROM与所述控制器之间采用IIC总线连接。

10.一种故障检测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-9中任一项所述的所述模拟量采集卡，所述故障检测方法：

所述模拟量采集电路采集现场端的模拟量信息并转换为电信号后通过所述光耦隔离器发送给所述微处理器；

所述微处理器将接收到所述电信号与预设值进行比对，判断所述电信号的大小是否满足需要，若不满足，则判定所述模拟量采集电路存在故障。