CN202904868U - 一种数据采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种数据采集器，主要用于振动数据的采集，且该数据采集器分别与工控机、下位机及传感器相互连接与通讯。所述数据采集器主要至少包括一微控制器、一振动信号接口阵列、一恒流源、一信号调理电路阵列、一以太网控制器、一RJ45接口及一RS485收发器，下位机通过通用异步收发器、RS485收发器与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯，传感器通过BNC阵列接口、信号调理电路阵列与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯，工控机通过一以太网控制器、一RJ45接口与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据采集装置，尤其涉及一种用于振动数据采集的数据采集器。
背景技术
风力发电机组的安全运行往往需要采集风力发电机组的运行数据信息，如风力发电机组的振动数据、机舱温度、传动轴转速等各种数据信息，该等数据一般都由特定的风力发电机组传感器进行采集并转换为符合风力发电机组控制系统或特定的分析系统需要的数据形式，风力发电机组对运行数据按照控制策略分析并给出诊断分析结果，进而对风力发电机组进一步进行调整和优化，使风力发电机组尽可能的运行在安全的范围。
然而，风力发电机组控制系统或特定的分析系统往往因机型、控制方案、通讯方式等不同而对传感器采集的数据需要做相应的转换或者利用有针对性传感器进行数据的采集才可以满足风力发电机组控制系统或特定的分析系统需要数据形式。通常情况下，需要需要针对传感器输出的模拟电压信号转换成满足以太网需要的数据，这就要求数据采集器具有模拟信号向以太网数据要求的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种满足以太网数据要求的数据采集器，该数据采集器具有将振动传感器采集的模拟的振动信号向满足以太网数据要求转化传输功能。
本发明一种数据采集器，主要用于振动数据的采集，且该数据采集器分别与工控机、下位机及传感器相互连接与通讯。所述数据采集器主要至少包括一微控制器、一振动信号接口阵列、一恒流源、一信号调理电路阵列、一以太网控制器、一RJ45接口及一RS485收发器，下位机通过RS485收发器与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯，传感器通过BNC阵列接口、信号调理电路阵列与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯，工控机通过一以太网控制器、一RJ45接口与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯。
综上所述，本发明数据采集器可有效且精确地实现采集到模拟信号向满足以太网数据要求的数据形式的转化和传输，实现了传感器与上一级工控机的有效的数据传输，满足了风机振动数据的传输需要。
附图说明
图1为本发明一种数据采集器的一结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明一种数据采集器包括主要用于振动数据的采集，该数据采集器分别与工控机、下位机及传感器相互连接与通讯。该数据采集器主要至少包括一微控制器、一振动信号接口阵列、一恒流源、一信号调理电路阵列、一以太网控制器、一RJ45接口、一RS485收发器。所述数据采集器进一步包括一两高速光耦阵列、一外部中断接口及一输入捕获接口。
以太网控制器采用带宽为10M的以太网控制器。
振动信号接口阵列为一以并列方式设置的12路BNC接口阵列。
12路BNC接口阵列可同时传输传感器采集的12路振动数据信号。
信号调理电路阵列的单一信号调理电路均采用IPC加速度计信号调理电路。信号调理电路阵列与振动信号接口阵列设置的接口数量相等，本具体实施例中，共有12路信号调理电路阵列，信号调理电路阵列与BNC接口阵列的具有一一对应的关系，即一个BNC接口对应一信号调理电路。
恒流源为采用24V的恒流源，通过12路BNC接口阵列向连接在数据采集器上的12个传感器供给24V、3.5mA的电能。
RJ45接口为一带隔离的RJ45接口，该设置可使工控机与数据采集器之间进行交换的数据得到有效的隔离，防止相互的干扰，保证工控机与数据采集器之间进行正常的通讯。
信号调理电路可对传感器送入的模拟电压信号进行1/2分压处理，再利用电压跟随器（电压跟随器原理为业内所公知的现有技术，故图中未示）进行缓冲隔离，通过减法电路将0~2.5V转换为3.3~0.8V输出给微控制器采集，即信号调理电路可将振动信号转换输出为微控制器可接受的电压范围值。通过电压跟随器及减法电路处理转换后的电压值保持在较大的范围内，便于微控制器对数据精确的采集。
微控制器为采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列处理器，且该微控制器内部进一步包括有12路模数转换器ADC、DMA控制器、SPI控制器、通用异步收发器及存储器SRAM（图中未示）。
微控制器通过12路模数转换器ADC及DMA控制器将送入的电压信号进行模拟信号向数字信号的转换、快速传输振动数据至SPI控制器。
微控制器通过以太网控制器及RJ45接口转译并传输工控机可接受的数据形式。微控制器与工控机之间采用UDP 协议进行通讯和数据传输。
下位机通过RS485收发器及相应的输出端口实现与数据采集器的微控制器相互的电连接和通讯，微控制器与下位机（诸如：个人电脑等）之间采用MODBUS协议进行相互的通讯和数据传输。下位机可通过COMMIX软件程序对数据采集器的相关参数进行设置。
其中一高速光耦阵列连接在微控制器的一外部中断口与编码器过零信号接口之间用于对编码器过零信号进行光电隔离，另一高速光耦阵列连接在微控制器的另一外部中断口与编码器转速脉冲信号接口的之间用于对编码器转速脉冲进行光电隔离。
本发明数据采集器的主要工作原理及过程如下：设置在信号调理电路阵列与BNC接口阵列之间的恒流源通过BNC接口阵列向传感器送入24V、3.5mA的电能，传感器根据振动信号的强弱对应输出0~5V的模拟电压信号，输出的电压信号经BNC接口阵列中的各接口向信号调理电路输出，因微控制器的模数转换器ADC工作参考电压为3.3V，所以信号调理电路进一步对传感器送入的模拟电压信号进行1/2分压处理，以使分压处理后的电压符合微控制器工作时的电压要求：0~3.3V，信号调理电路通过电压跟随器进行缓冲隔离，为增大采集范围，提高精度，此电压信号经减法电路将输入的0~2.5V电压信号转换为微控制器的模数转换器ADC可采集的3.3~0.8V的电压信号；微控制器的模数转换器ADC将送入的已处理的模拟电压信号转换成相应的串行数字信号，存储到存储器SRAM一存储区内，微控制器用DMA控制器对每一路存储在存储器SRAM中的串行数字信号均以160KHz的速率进行定时读取并累加，每读取8次取其平均值并将计算值以按照各路顺序顺序存储在存储器SRAM另一存储区内；当数据采集器收到工控机发出的“开始采集”的指令后，每打包好一个完整的数据包，将完整的数据包封装成标准UDP协议数据包，由微控制器用SPI控制器以DMA模式将数据传送至10M以太网控制器，经RJ45接口隔离上传至工控机，当数据采集器收到工控机发出的“停止采集”的指令后并经一部解析，数据采集器根据解析到“停止采集”指令停止向上一级的工控机发送。
本发明通过数据采集器通过微控制器的通用异步收发器、RS485收发器实现与下位机之间的通讯并可由下位机完成对数据采集器的参数设定及零度校准。
本发明数据采集器对编码器过零信号通过高速光耦整列、外部中断接口送入本数据采集器并打包转换后经传送给上一级工控机。
本发明数据采集器对编码器转速脉冲通过高速光耦整列、输入捕获接口送入本数据采集器并打包转换后经传送给上一级工控机。
综上所述，本发明数据采集器可有效且精确地实现采集到模拟信号向满足以太网数据要求的数据形式的转化，实现了传感器与上一级工控机的有效的数据传输，满足了风机振动数据的传输需要。
以上所述的技术方案仅为本发明一种数据采集器的较佳实施例，任何在本发明一种数据采集器基础上所作的等效变换或替换都包含在本专利的权利要求的范围之内。
Claims (9)
1.一种数据采集器，主要用于振动数据的采集，且该数据采集器分别与工控机、下位机及传感器相互连接与通讯，其特征在于：所述数据采集器主要至少包括一微控制器、一振动信号接口阵列、一恒流源、一信号调理电路阵列、一以太网控制器、一RJ45接口及一RS485收发器，下位机通过RS485收发器与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯，传感器通过BNC阵列接口、信号调理电路阵列与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯，工控机通过一以太网控制器、一RJ45接口与数据采集器的微控制器实现相互的电连接和通讯。
2.根据权利要求1所述的一种数据采集器，其特征在于：微控制器为采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列处理器，且该微控制器内部进一步包括有12路模数转换器ADC、DMA控制器、SPI控制器、通用异步收发器及存储器SRAM。
3.根据权利要求1所述的一种数据采集器，其特征在于：信号调理电路阵列的单一信号调理电路均采用IPC加速度计信号调理电路，振动信号接口阵列为一以并列方式设置的12路BNC接口阵列，且12路BNC接口阵列可同时传输传感器采集的12路振动数据信号。
4.根据权利要求1或3所述的一种数据采集器，其特征在于：信号调理电路阵列与BNC接口阵列设置的接口数量相等，共有12路IPC加速度计信号调理电路阵列，信号调理电路阵列与BNC接口阵列的具有一一对应的关系，即一个BNC接口对应一信号调理电路。
5.根据权利要求1所述的一种数据采集器，其特征在于：微控制器与工控机之间采用UDP 协议进行通讯数据传输，微控制器与下位机之间采用MODBUS协议进行相互的通讯和数据传输。
6.根据权利要求1所述的一种数据采集器，其特征在于：以太网控制器采用带宽为10M的以太网控制器。
7.根据权利要求1所述的一种数据采集器，其特征在于：恒流源为采用24V的恒流源，通过12路BNC接口阵列向连接在数据采集器上的12个传感器供给24V、3.5mA的电能。
8.根据权利要求1所述的一种数据采集器，其特征在于：数据采集器通过微控制器的通用异步收发器、RS485收发器实现与下位机之间的通讯并可由下位机完成对数据采集器的参数设定及零度校准。
9.根据权利要求1所述的一种数据采集器，其特征在于：数据采集器进一步包括一两高速光耦阵列、一外部中断接口及一输入捕获接口，其中一高速光耦阵列连接在微控制器的一外部中断口与编码器过零信号接口之间用于对编码器过零信号进行光电隔离，另一高速光耦阵列连接在微控制器的另一外部中断口与编码器转速脉冲信号接口的之间用于对编码器转速脉冲进行光电隔离。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102930707A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-02-13 | 成都阜特科技股份有限公司 | 一种数据采集器 |
| CN106128061A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-11-16 | 苏州盖恩茨电子科技有限公司 | 一种终端匹配式电机驱动信号采集器 |
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