CN201221954Y - 多功能在线监测仪 - Google Patents

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CN201221954Y
CN201221954Y CNU2008200635283U CN200820063528U CN201221954Y CN 201221954 Y CN201221954 Y CN 201221954Y CN U2008200635283 U CNU2008200635283 U CN U2008200635283U CN 200820063528 U CN200820063528 U CN 200820063528U CN 201221954 Y CN201221954 Y CN 201221954Y
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CNU2008200635283U
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彭轶清
邹旭辉
杨浩
陶冶
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SICHUAN QINGHE TECHNOLOGY Co Ltd
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SICHUAN QINGHE TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本实用新型为多功能在线监测仪，解决已有监测仪功能单一，可靠性差，使用不方便的问题。壳体上有开关量输入端子、模拟量输入端子、按键、液晶显示器或者液晶显示器连接端子、远程通讯端子，开关量输入端子与电阻并联或串联后与多路选择器U1连接，U1与单片机U7和电压比较器U2连接，模拟量输入端子经滤波电路与AD转换器U3连接，AD转换器U3与单片机连接，时钟芯片U4与单片机连接，单片机与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与继电器连接，单片机与存储器U5连接。

Description

多功能在线监测仪
技术领域：
本实用新型与在污染源现场采集数据的装置有关，尤其与在现场采集模拟信号和开关量信号的监测装置有关。
背景技术：
已有的监测装置功能单一，可靠性差，使用不方便。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种功能多样、使用方便、可靠性高的多功能在线监测仪。
本实用新型是这样实现的：
本实用新型多功能在线监测仪，壳体上有开关量输入端子、模拟量输入端子、按键、液晶显示器或者液晶显示器连接端子、远程通讯端子，开关量输入端子与电阻并联或串联后与多路选择器U1连接，U1与单片机U7和电压比较器U2连接，模拟量输入端子经滤波电路与AD转换器U3连接，AD转换器U3与单片机U7连接，时钟芯片U4与单片机连接。
单片机与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与继电器连接，单片机与存储器U5连接。
所说的单片机为芯片SM5964，单片机与通讯芯片U11连接，通讯芯片通过网络服务器与上位机连接，通讯芯片U11为MAX485。
时钟芯片为集成块DS1302，与系统主板的5V电源连接，并与3.6V可充电电池连接。
模拟量输入端子为J4-J11，AD转换器U3为8通道的TLV2548集成块，开关量输入端子为J22-J29，多路选择器U1为八路选择器MC14051集成块，电压比较器U2为集成块LM393，模拟量输入端子与电流转电压开关U6连接。
本实用新型功能多样，可现场采集多通道模拟信号或开关量、可显示、贮存，并可供上位机查询。电源采用双电源，保证系统长时间掉电时，时钟能继续保持正确。使用方便，工作可靠性好。
附图说明：
图1为本实用新型框图。
图2为开关量输入部分电路原理图。
图3为模拟量输入部分电路原理图。
图4为继电器电路原理图。
图5为时钟部分电路原理图。
图6为单片机电路原理图。
图7为贮存器电路原理图。
图8为远程通讯芯片电路原理图。
图9为电源电路图。
具体实施方式：
多功能在线监测仪连接环保部门的监控中心和污染源监控现场端，将监控现场端数据传输至环保部门监控中心上位机，并接收上位机的控制命令。
多功能在线监测仪采集现场模拟信号4-20MA或1-5V，将信号转化为数字量，进行存储，并进行数据传输。电路板及元件，机箱采用环保材料，电路板内有12位8通道AD转换器U3，U3为TLV2548芯片。
如图9所示，系统供电电源为AC200-250V，机器内部有稳压开关电源，将供电转为12V-DC输出，此输出直接可以给网络服务器供电，同时也给内部的电路主板供电。电路板内部有12V和5V两种电路，所以电路板内还有5V稳压电源输出，以供主板的工作电源。
系统上电后，将复位内部各个工作寄存器，也就是单片机上电复位的过程，之后就是将存放现场模拟量数据和开关量数据的存储电源初始化，以备准备新数据的采集和存储，以及处理。
先查询开关量的输入，开关量并接电阻的方式，防破坏功能，短路和断路都会回馈开关量的信息。开关量的输入，当外接设备的开关平时为常开时，在输入端并接2.2K电阻，当平时为常闭时，在输入端串接2.2K电阻。8路开关信号分别接入MC14051八路选择器的8个输入通道，由单片机控制哪个通道选通，选通输出后再经LM393电压比较器，来判断电压状态，转为数字的1或0输出给单片机，单片机用一个变量来保存，从而判断是否有开关量的报警。当接受上位机来的查询开关量信息的命令代码时，就把当前的状态发出去，从而上位机就接收到了现场的开关量的信息。
MC14051为8路模拟选择器，第9，10，11脚为选择通道地址脚，由程序来控制ABC的状态，ABC由0和1的组合，通道从X0-X7，同一时刻X0-X7只有一路能通过到X(14051-3)，(从而接到了LM393的电压比较器输入端，电压的变化受外部的开关控制，最终体现在了箭头的位置，也就是高低电平的状态，由单片机查询通过程序控制ABC的状态来查取每个通道，这样每个通道的状态就由单片机直接查询得到。
模拟量的输入，如果现场信号为1-5V，则信号经过J4-J11端子由电容电路滤波处理后接入8通道的AD转换器TLV2548的模拟量输入端，TLV2548为被动方式，由单片机发出时钟信号和命令来查询TLV2548的各个通道，TLV2548没有专门的地址选择，识别通道是通过命令来完成的(不做详解)，每个通道返回两个字节的数字量，有效位数为12位，既最大数字量为2的12次幂减1，也就是十进制的4095，也就是分辨率为1/4095，简单介绍一下分辨率，当量程为4095时，能采集到的最小变化量为1，当量程为40950时，能采集到的最小变化量为10，依次类推。TLV2548共有8个模拟量通道，现以一个说明。假设现场仪表的模拟信号为4-20mA，则当模拟仪表的输出电流为4mA时，采集到的数字量为819；当模拟仪表输出的电流为20mA时，采集到的数字量为4095。按照线性的对应关系，现做如下表说明：
  输入电流(单位：mA)   对应数字量值
  0   0
  。。。。   。。。。
  4   819
  。。。。   。。。。
  8   1638
  。。。。   。。。。
  12   2457
  。。。。   。。。。
  16   3276
  。。。。   。。。。
  20   4095
由上表可看出，实际的电流为4--20mA，4是电气的零点，也就是仪表的零点，由上表当仪表为零点时对应的数字量为819，所以在单片机处理的时候要把所得的数字值减掉819，然后再乘以仪表的量程再除以4095，这个值就是仪表的真实值了。不同的通道，不同的量程，进行不同的实际值换算，将值存储在AT24存储器中，并且将信息显示在液晶屏上，同时也为上位机查询做准备。
如果现场信号为4-20mA，则需要将电流转电压开关U6拨到ON的位置，还要调节每路的可调电位器，使零点及量程能够正确。(目的为将4-20mA的电流信号转为1-5V的电压信号)因为目前的AD的模拟量输入基本都属于电阻权网络，采集电压的输入，所以需要一个电压转换的过程。
时钟数据的处理，时钟芯片采用DS1302，晶振为32.768K，它的电源采用双电源，既一个是系统主板的5V电源，一个是3.6V的高性能可充电电池，系统掉电后，时钟靠电池仍然会继续以很小的电流工作，内部有反向二极管，所以不会对整体系统供电，系统上电后又会对电池充电。充电有几个模式可以由程序控制，也就是充电电压的选择和电流的选择，可通过DS1302的内部电路进行调节。从而控制了充电电流和电压的大小。这样就保证了系统长时间掉电时，时钟更够继续保持正确。DS1302通过5、6、7管脚与单片机通讯，把当前的时钟数据传给单片机，以显示，存储。周期性的读取时钟芯片DS1302，依据此时间来来计算何时候存储，既间隔。单片机随时扫描到按键的输入，根据输入的信息处理并显示。
继电器输出，输出为常开或常闭，继电器为12VDC，由于单片机不能直接驱动继电器动作，所以通过C1815三极管来驱动它动作，从而达到输出有常开常闭的动作。动作与否由上位机来通过命令控制。
存储采用AT24C512EEPROM，64KEEPROM，可扩展。与单片机间以I方C总线的方式与单片机通讯，现场数据的内容存储在AT内，当需要时再从AT内取出。
按键为6个，采用机械键芯，显示部分采用128*64点液晶。
采集系统和网络服务器间通过485通讯进行数据传输，对485芯片简单说明，1脚：数字接收，2脚：数字发送，3脚：控制，6、7脚485通讯管脚，电路中有P6KE12CA防雷，R86，R87自恢复，
通讯采用RS485半双工，
波特率：9600，
校验位：无，
数据位：8，
停止位：1，
和网络服务器间通讯，以被动方式，由上位机来查询本设备的信息。
单片机处理芯片(SM5964)，晶振为11.0592，以51为内核，所有数据采集，显示处理，数据传输都通过它来完成，具有内部看门狗，可以可靠工作。

Claims (5)

1、多功能在线监测仪，其特征在于壳体上有开关量输入端子、模拟量输入端子、按键、液晶显示器或者液晶显示器连接端子、远程通讯端子，开关量输入端子与电阻并联或串联后与多路选择器U1连接，U1与单片机U7和电压比较器U2连接，模拟量输入端子经滤波电路与AD转换器U3连接，AD转换器U3与单片机U7连接，时钟芯片U4与单片机连接。
2、根据权利要求1所述的多功能在线监测仪，其特征在于单片机与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与继电器连接，单片机与存储器U5连接。
3、根据权利要求1所述的多功能在线监测仪，其特征在于所说的单片机为芯片SM5964，单片机与通讯芯片U11连接，通讯芯片通过网络服务器与上位机连接，通讯芯片U11为MAX485。
4、根据权利要求1所述的多功能在线监测仪，其特征在于时钟芯片为集成块DS1302，与系统主板的5V电源连接，并与3.6V可充电电池连接。
5、根据权利要求1所述的多功能在线监测仪，其特征在于模拟量输入端子为J4-J11，AD转换器U3为8通道的TLV2548集成块，开关量输入端子为J22-J29，AD，多路选择器U1为八路选择器MC14051集成块，电压比较器U2为集成块LM393，模拟量输入端子与电流转电压开关U6连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107014432A (zh) * 2017-04-12 2017-08-04 上海琪云压缩空气系统服务有限公司 一种模拟信号监测系统及方法
CN109730721A (zh) * 2019-01-25 2019-05-10 业成科技（成都）有限公司 生理特征数据测量装置

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