CN202018346U - 一种带有故障自诊断功能的温度采集模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有故障自诊断功能的温度采集模块，包括5路铂电阻温度传感器输入电路、信号选通电路、信号放大电路、恒流源输入电路、AD转换电路、单片机、RS485通讯接口，其特征在于：增设了故障自诊断电路，故障自诊断电路包含继电器芯片、100欧姆电阻，与单片机软件共同作用，实现故障自诊断的功能。当上位机监测到采集的数据出现异常时，向温度采集模块发送故障诊断指令，温度采集模块的485通讯接口收到指令后传给单片机，单片机软件控制继电器芯片吸合，断开外部采集线路，所有采集通道与内部100欧姆电阻相连接，由单片机进行测量计算，然后单片机再通过485通讯接口将检测结果返回一个指令给上位机，判断是温度采集模块本身损坏，还是被监测设备出现故障。模块的上位传输支持MODBUS-RTU总线通讯协议。

Description

一种带有故障自诊断功能的温度采集模块

1.技术领域

本实用新型涉及一种带有故障自诊断功能的温度采集模块，用于对铂电阻温度传感器的信号采集，通过模块应用软件进行测量，上位传输支持MODBUS-RTU总线协议，属于现场总线控制技术领域。

2.背景技术

铂电阻温度传感器随着温度的上升，铂电阻的阻值也会升高，阻值与温度有着很好的线性关系，温度测量范围：-200℃～+850℃，并且还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，被广泛应用于工业测温领域。

温度采集模块是用来采集铂电阻温度传感器信号，将采集到的信号通过单片机软件进行测量，转换为数字量信号，通过MODBUS-RTU总线协议由模块的RS485通讯接口传到上位机进行显示、控制，是工业设备的温度监测系统的重要组成部分。

当温度监测系统的上位机监测到温度信号发生异常报警时，可能是出现了两种情况：第一种：被监测设备的温度出现了异常报警，需要立即进行保养、维修，否则会出现生产事故；第二种：由于温度监测系统出现故障的误报警，是温度采集模块损坏。由此可见，必须有方法迅速判断故障的原因，区分两种报警，才能确保安全生产。温度监测系统应具备故障自诊断功能就尤为重要，而实现这一功能的就需要一种带有故障自诊断功能的温度采集模块。

本实用新型是一种带有故障自诊断功能的温度采集模块，模块中采用继电器芯片、100欧姆电阻与单片机软件共同作用，通过上位机向模块发送指令，上位机通过模块回传的信号判断故障部位，提示维修人员立刻进行有针对性的维修工作，以达到迅速排除故障、降低维修成本的目的。

3.实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带有故障自诊断功能的温度采集模块。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：硬件包括5路铂电阻温度传感器输入电路、信号选通电路、信号放大电路、恒流源输入电路、AD转换电路、单片机、RS485通讯接口、故障自诊断电路，其特征在于：

温度采集模块增设了故障自诊断电路，故障自诊断电路包含继电器芯片、100欧姆电阻，与单片机软件共同作用，实现故障自诊断的功能。当上位机监测到采集的温度数据出现异常时，向温度采集模块发送故障诊断指令(地址01，功能码04，起始地址0000，长度0005，CRC校验)，温度采集模块的485通讯接口收到指令后传给单片机，单片机软件控制继电器芯片吸合，断开外部采集线路，所有采集通道与内部100欧姆电阻相连接，由单片机进行测量计算，然后单片机再通过485通讯接口返回一个温度值指令(地址01，功能码04，数据个数，通道1状态，通道2状态，通道3状态，通道4状态，通道5状态，CRC校验)给上位机，从上位机监测到返回的温度值如果在0℃左右(100欧姆的电阻值对应0℃，电阻会有少许误差)，说明模块本身工作正常，需要立即检查被监测设备是否出现了故障；如果返回的温度值偏出0℃较多，说明是温度采集模块损坏，只要检查并更换模块就可以了。模块的上位传输支持MODBUS-RTU总线通讯协议。

软件均固化在硬件单片机中，模块的地址，波特率，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：当上位机软件发现温度数据异常时，可对模块发送故障自诊断指令，启动模块故障自诊断电路，模块诊断完毕后，会给上位机软件返回故障代码，以便判断故障部位，迅速解决问题。

4.附图说明

图1为本实用新型的温度采集模块的原理框图；

图2为本实用新型的温度采集模块的单片机电路；

图3为本实用新型的温度采集模块的信号选通电路；

图4为本实用新型的温度采集模块的信号放大电路；

图5为本实用新型的温度采集模块的AD转换电路；

图6为本实用新型的温度采集模块的电源电路

图7为本实用新型的温度采集模块的RS485通讯接口；

图8为本实用新型的温度采集模块的恒流源输入电路；

图9为本实用新型的温度采集模块的故障自诊断电路；

图10为本实用新型的软件主程序流程图；

图11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，这是本实用新型的温度采集模块的原理框图。

如图所示，温度模块包括：5路铂电阻温度传感器输入电路、信号选通电路、信号放大电路、AD转换电路、单片机、RS485通讯接口、恒流源输入电路、故障自诊断电路。

5路铂电阻温度传感器输入电路1与恒流源输入电路7和故障自诊断电路8将信号传至信号选通电路2，选通其中一路后，产生了电压信号，经由信号放大电路3，把电压信号送至AD转换电路4，AD转换电路4将电压信号转换为数字量后，将数据传送至单片机5，单片机5经过处理后，将数据通过RS485通讯接口6输出。

参照图2，这是本实用新型的单片机电路。

单片机5时钟使用的是内部1M晶振，单片机在收到AD转换电路4的数据后，将电压值除以恒流源的值(833uA)，就得到铂电阻的阻值了，根据阻值使用查表法就可得到温度值，接着将数据分为3种通讯协议通过RS485通讯接口6输出，分别是ASCII码协议，16进制协议和国际通用的Modbus协议。

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5路铂电阻温度传感器输入通道，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。

铂电阻温度传感器选通一路后，信号进入信号放大电路，经增益后进入AD转换电路4。

参照图5，这是本实用新型的AD转换电路。

采集信号经信号放大电路3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3脚和4脚通过I2C协议将会把一个16位的数据送入单片机5。

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通讯接口。

单片机5控制PD2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PD2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，这是本实用新型的恒流源输入电路。

由于铂电阻温度传感器是电阻信号，AD芯片只能测量电压信号，所以必须要有一个恒定不变的电流输入，通过单片机5的PB1脚输出脉冲，使恒流源输入电路工作，计算出输出的电流为833uA。

参照图9，这是本实用新型的故障自诊断电路。

如图9所示，当上位机软件监测到温度数据异常时，便向RS485通讯接口6发送控制命令，启动模块故障自诊断电路8，使继电器芯片吸合，即继电器3脚和4脚连通，断开外部线路(I0～I4)，把100欧姆电阻和所有测量通道连接起来，向上位机发回故障自诊断信号。

参照图10，这是本实用新型的主程序流程图。

如图10所示，其流程如下：开始9、初始化10、逐个读取5路铂电阻温度传感器输入值11、将数据存入相应寄存器12。

参照图11，这是本实用新型的串口接收中断流程图。

如图11所示，其流程如下：串口接收中断产生13、读取接收到的数据14、判断是否有读取数据的命令15，如果是，发送数据16，退出中断17；如果否，判断是否有读配置的命令18，如果是，读取模块配置19，退出中断17；如果否，判断是否有写配置的命令20，如果是，把数据写入EEPROM 21，退出中断17；如果否，判断是否有故障自诊断命令23，如果是，控制继电器芯片吸合，将诊断结果通过485通讯接口返回；如果否，退出中断17。

Claims (2)

1.一种带有故障自诊断功能的温度采集模块，带有5路温度采集通道，用于对铂电阻温度传感器的信号采集；

其中温度采集模块包括：5路铂电阻温度传感器输入(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通讯接口(6)、恒流源电路(7)，其特征在于：

所述的温度采集模块增设了故障自诊断电路(8)。

2.根据权利要求1所述的带有故障自诊断功能的温度采集模块，其特征在于：

所述的模块的故障自诊断电路，包含继电器芯片，100欧姆电阻。

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