CN201867633U - 一种低温环境下使用的室外型模拟量采集模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低温环境下使用的室外型模拟量采集模块，包括：8路模拟量输入、信号选通、信号放大、AD转换、单片机、RS485接口；其特征在于：增设了环境温度采集及加热控制电路，模块在低温环境下的自身电加热功能有特殊设计，配有控制软件，模块中设计了一个监测环境温度的传感器芯片，将温度信号传入单片机，根据实际使用需要，通过单片机设定温度的上限和下限，当环境温度低于设定下限时，由单片机启动铝壳电阻加热，当环境温度高于设定上限后，停止加热。该模拟量采集模块用于在低温室外环境下对传感器、变送器等仪表的标准4-20mA电流环信号采集，上位传输支持MODBUS-RTU总线通讯协议。

Description

一种低温环境下使用的室外型模拟量采集模块

1.技术领域

本实用新型涉及一种低温环境下使用的室外型模拟量采集模块，用于在低温室外环境下对传感器、变送器仪表的标准4-20mA电流环信号采集，上位传输支MODBUS-RTU总线协议，属于现场总线控制技术领域。 

2.背景技术

模拟量采集模块是将传感器、变送器工业现场仪表的标准4-20mA电流环信号，应用MODBUS-RTU总线协议转换为数字量信号，通过模块的RS485接口传到上位机。由于4-20mA电流环模拟信号传输距离短、易受到信号干扰，因此安装要求靠近现场传感器、变送器等仪表。 

在中国北方的工业现场，冬季室外的温度会达到-30℃以下，一般的模拟量采集模块很难在如此低温下正常工作，通常采用的方法是将模块放在安装了风扇加热器的室外恒温机柜内靠近传感器、变送器等工业现场仪表使用，这种方法加热能耗高、恒温机柜的采购安装成本高、升温效率低；如果将模块放在室内，则可能因为传输线路过长，而导致数据无法传输或传输不准确。 

本实用新型是一种低温环境下使用的室外型模拟量采集模块，是采用为模块芯片加热的特殊设计，可直接安装在低温环境下，最大限度地节约了能耗，提高了效率，使应用成本大大降低。 

3.实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自身具备适应在低温环境下使用的模拟量采集模块，带有8路4-20mA电流环采集通道，用于在低温室外环境下对传感器、变送器仪表的标准4-20mA电流环信号采集。 

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：硬件包括8路模拟量输入、信号选通电路、信号放大电路、AD转换电路、单片机、RS485接口以及环境温度采集及加热控制电路，其特征在于： 

模拟量采集模块增设了环境温度采集及加热控制电路，在将8路模拟量输入信号转换为RS485数字量信号输出的同时，进行模块的环境温度采集及模块加热控制，包含环境温度采集电路、AD转换电路、铝壳电阻。在电路中设计了监测环境温度的传感器芯片，将当前的环境温度值传送给单片机，在单片机设定环境温度的上限和下限值，当单片机检测到环境温度低于下限值时，则给温控电路一个高电平信号，铝壳电阻开始加热；当单片机检测到环境温度高于上限值时，则给温控电路一个低电平信号，铝壳电阻停止加热。加热温度的上限下限值可以根据应用的实际需要，用软件灵活设定，使模块可以工作在不同的低温环境下。 

软件均固化在硬件CPU单片机中，模块的地址，波特率，温控值均存于单片 机的EEPROM中，在断电情况下这些重要的数据不会丢失。 

本实用新型的有益效果：该室外型模拟量采集模块可简易地安装在靠近传感器、变送器等工业现场仪表的低温室外环境下，对的标准4-20mA电流环信号采集，上位传输支持MODBUS-RTU总线通讯协议，使信号传输准确，降低使用成本。 

4.附图说明

图1为本实用新型的模拟量采集模块的原理框图； 

图2为本实用新型的模拟量采集模块的CPU电路； 

图3为本实用新型的模拟量采集模块的信号选通电路； 

图4为本实用新型的模拟量采集模块的信号放大电路； 

图5为本实用新型的模拟量采集模块的AD转换电路； 

图6为本实用新型的模拟量采集模块的电源电路 

图7为本实用新型的模拟量采集模块的RS485通讯电路； 

图8为本实用新型的模拟量采集模块的温度控制电路； 

图9为本实用新型的软件主程序流程图； 

图10为本实用新型的软件串口接收中断流程图。 

5.具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做一个较详细的说明。 

参照图1，这是本实用新型的8路模拟量采集模块的原理框图。 

如图所示，模拟量采集模块包括：8路模拟量输入、信号选通电路、信号放大电路、AD转换电路、单片机、RS485通讯电路、环境温度采集电路以及加热控制电路。 

8路模拟量输入1将信号传至信号选通电路2，选通其中一路后，经由信号放大电路3，把数据送至AD转换电路4，AD转换电路4将模拟量转换为数字量后，将数据传送至CPU单片机5，单片机5将数据通过RS485接口6输出。数据传输的同时，环境温度采集电路8将采集到的温度以数字量的形式传送给单片机5，单片机5使用内部AD转换电路将环境温度算出并与EEPROM中的温控值相比较，如果低于下限，单片机5开启加热控制电路7，如果高于上限，单片机5关闭加热控制电路7。 

参照图2，这是本实用新型的主CPU电路。 

这里所述的主CPU电路，指的是单片机5，CPUCLK在收到AD转换电路4的数据后，将数据分为3种通讯协议通过RS485接口6输出，分别是ASCII码协议，16进制协议和国际通用的Modbus协议。数据传输的同时，环境温度采集电路8将采集到的温度以数字量的形式传送给单片机5，单片机5使用内部AD转换电路将环境温度算出并与EEPROM中的温控值相比较，如果低于下限，单片机5将输出一个高电平，加热控制电路7开始工作，如果高于上限，单片机5将输出一个低电平，加热控制电路7停止工作。 

参照图3，这是本实用新型的信号选通电路。 

单片机5通过控制信号选通芯片的A、B、C脚来逐个选通8个模拟量输入通道，被选通信号进入信号放大电路3，信号选通芯片的负电源(V-)也是由单片机5提供的。 

参照图4，这是本实用新型的信号放大电路。 

被选通信号进入信号放大电路1脚，经增益后由4脚输出，进入AD转换电路4。 

参照图5，这是本实用新型的AD转换电路。 

模拟信号经放大后以电压形式进入AD转换芯片，在收到单片机5的读取数据的命令后，AD转换芯片的SDO脚将会把一个24位的数据送入单片机5。同时单片机5的时钟也是由AD转换芯片的2脚提供。 

参照图6，这是本实用新型的电源电路。 

本模块采用DC24V电源供电，通过电路将24V电源转换成5V给单片机5和其他所有需要5V的器件供电。 

参照图7，这是本实用新型的RS485通讯电路，单片机5控制PC5为低电平时，单片机5处于接收状态，从RXD引脚读取收到的数据，单片机5控制PC5为高电平时，单片机5处于发送状态，从TXD引脚发送数据。 

参照图8，这是本实用新型的温度控制电路。 

测温芯片将检测到的温度数据通过PC3送入单片机5，单片机5启用内部8位AD转换功能计算模块当前的环境温度，并与EEPROM中的上限值和下限值作比较，如果低于下限，单片机5的PC4脚将输出高电平控制温度加热电路7开始工作，如果高于上限，单片机5的PC4脚将输出低电平控制温度加热电路7停止工作。 

参照图9，这是本实用新型的主程序流程图。 

如图9所示，其流程如下：开始9、初始化10、逐个读取8路模拟量输入值11、将数据存入相应寄存器12、返回读取模拟量输入值11、读取模块当前环境温度13、判断是否小于下限值14，如果是，PC4输出高电平开始加热16，返回读取模块当前环境温度13；如果否，判断是否高于上限值15，如果是，PC4输出低电平停止加热17，返回读取模块当前环境温度13；如果否，返回读取模块当前环境温度13。 

参照图10，这是本实用新型的串口接收中断流程图。 

如图10所示，其流程如下：有串口接收中断产生18、读取接收到的数据19、判断是否有读取数据的命令20，如果是，发送数据21，退出中断22；如果否，判断是否有读配置的命令23，如果是，读取模块配置24，退出中断22；如果否，判断是否有写配置的命令25，如果是，把数据写入EEPROM26，退出中断22；如果否，退出中断22。 

Claims (2)

1.一种低温环境下使用的室外型模拟量采集模块，带有8路4-20mA电流环采集通道，用于在低温室外环境下对传感器、变送器仪表的标准4-20mA电流环信号采集；

其中模拟量采集模块包括：8路模拟量输入(1)、信号选通电路(2)、信号放大电路(3)、AD转换电路(4)、单片机(5)、RS485接口(6)，其特征在于：

所述的模拟量采集模块增设了环境温度采集(8)及加热控制(7)电路。

2.根据权利要求1所述的低温环境下使用的室外型模拟量采集模块，其特征在于：

所述的模块的环境温度采集及加热控制，包含温度采集电路、AD转换电路、铝壳电阻。 

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