CN2039444U - 脉冲式多功能数据采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种脉冲式多功能数据采集器。它由三部分构成：一是位于现场端的由电压跟随器、多路器、电压频率转换器和线驱动器以及稳压电源组成的脉冲信号发送器；二是位于计算端的由光耦合器、计数器、专用地址译码电路组成的计数板；三是传送脉冲和控制信号的导线。具有抗干扰隔离；模数转换结果为0～16位可编程控制，分辨率高干0.0015％等特点。特别适于百米外长距离数据采集；可直接用于任何计算机。

Description

本实用新型是一种以脉中形式传送模数转换结果的数据采集器，特别是一种溶模数转换、计算地与现场地间抗干扰隔离、模数转换位数或分辨率可编程控制、适于现场与计算机间长距离信号传送等多功能为一体的可用于任何类型计算机的高精度数据采集器。

现有各种基于8位或12位模数转换芯片的模数转换板（以下简称ADC芯片式模数转换板）有以下缺点：

1.没有在模拟量的输入通道（这是干扰源串入微机的主要渠道）中解决抗干扰隔离问题；

2.没有解决当微机与被控对象所在现场间距离较远这一经常遇到的情况下，模数转换结果的传送问题；

3.模数转换结果的位数或分辨率是由硬件决定的，因而是固定不变的；

4.在不同类型机算机间无通用性；

5.被测信号中的噪声影响模数转换结果，从而降低数据采集精度。

本实用新型的任务在于提供一种能克服上述缺点，从而具有能将现场地与计算机地隔离、长距离传送信号、用户可按要求自编程选择模数转换结果之位数或分辨率、通用性强（可直接用于任何类型的计算机）等多功能高精度数据采集器。

为了实现上述任务，本实用新型提供了一种脉冲式多功能高精度数据采集器，其特征是它由三部分构成：

a.位于现场端的由电压跟随器、多路器、电压频率转换器和线路驱动器次连接，并由±15V稳压电源供电的脉冲信号发送器；

b.位于计算机端的接至计数器计数端的高速光耦合器和接至片选端的专用地址译码电路及其光耦合器组成的计数板；

c.连接两者用于传送脉冲和控制信号的导线。

上述的脉冲信号发送器具有以下特征：

a.通过电压频率转换器将待转换之模拟电压于现场就地转换为频率与该模拟电压值成比例的脉冲信号；

b.每个模拟电压均通过电压跟随器接至多路器的输入端；

c.通过线驱动器把脉冲信号的幅值提高到＋15V。

上述的计数板具有以下特征：

a.计算机输出接口的一位接至计数器的计数控制端，计数时间的长短由程序控制，模数转换结果为0～16位任选；

b.计数器的片选脚 CS所需的低电平片选信号由14个反相器［N1］～［N14］、28个开关［K1］～［K28］、4个与非门［NA1］～［NA4］和3个或门［OR1］～［OR3］组成的专用地址译码电路提供；

c.对分别提供 RD（读）和 WR（写）控制信号的计算机，将读写转换开关K29搬向左侧；而对以R／ W（读／写）形式提供信号的计算机，则将K29搬向右侧；

d.通过高速光耦合器［G01］及四个普通光耦合器［G02］、［G03］、［G04］、［G05］将计算机地与现场地隔离，并把计算机输出的＋5V电平转换为多路器的四个控制端A、B、C及INH所需的＋15V电平。

下面结合附图对本实用新型所提供的技术方案详细描述如下。

为提高被转换模拟电压信号的负载阻抗，从而提高数据采集精度，模拟电压通过八个电压跟随器［OA1］～［OA8］分别接至多路器［MUX］的八个输入端1～8。

计算机利用其输出接口的B0、B1、B2、B3这四位，通过光耦合器［G02］、［G03］、［G04］、［G05］以及多路器［MUX］，可选择不同通道的模拟电压进行转换，即只有被选中的模拟电压才能通过多路器作为电压频率转换器［VFC］的输入。光耦合器［G02］、［G03］、［G04］及［G05］的作用有二：一是起隔离计算机地丄与现场地 的作用；二是将计算机输出接口的＋5V电平转换为多路器控制端A、B、C和INH所需之＋15V电平。［VFC］的功能是将其被转换的模拟电压线性地变换为相应频率的脉冲信号。线驱动器［LD］将［VFC］A点输出的脉冲信号之幅值由＋5V升至＋15V，以提高脉冲信号在长距离传送过程中的抗干扰能力及驱动能力。［LD］输出端B点通过电磁屏蔽线接至稳压管［DW］的C点。［DW］和电阻［R9］的作用在于将幅值为＋15V的脉冲信号降至高速光耦合器［G01］所能接受的电平。［G01］的输出连至16位计数器［COUT］的计数端CLK。［C3］为抗干扰滤波电容。

计算机输出接口的之一位B4连至计数器［COUT］的计数控制端GT。此端为高电平时，开始计数；为低电平时，停止计数。计数停止后，计算机用读指令分别将存于［COUT］中的模数转换结果的低字节及高字节，通过数据总线直接读入计算机内两个由用户指定的存贮单元。计数时间的长短由用户通过延时程序按需要进行控制，因此模数转换结果是0～16位可编程控制的。故分辨率高达1／2¹⁶＝0.0015％。计数器片选脚 CS所需的低电平片选信号是由专门设计的地址译码电路提供的。该专用地址译码电路由14个反相器［N1］～［N14］、28个开关［K1］～［K28］、四个与非门［NA1］～［NA4］以及三个或门［OR1］～［OR3］构成。用户通过选择［K1］～［K28］各开关状态（指通或断）的不同组合方式，便可在0000～FFFF的宽广范围内选择两个合适的地址作为计数器的控制字及计数存贮单元的地址代码。考虑到不同计算机提供的读、写控制信号的方式不同，对于分别提供 RD（读）及 WR（写）控制信号的计算机，使用本数据采集器时，将读写转换开关［K29］搬至左侧；而对于以R／ W形式提供读／写控制信号的计算机，［K29］应搬至右侧。［N15］为读写用反相器。由于本数据采集器只用到任何计算机都具备的地址总线A0～A15和数据总线D0～D7以及读写控制线，而不涉及只为某种机型特有的信号，故它可供任何类型的计算机（含单片机、单板机和系统机）数据采集用。

本数据采集器通过高速光耦合器［G01］和4个光耦合器［G02］～［G05］将计算机地丄与现场地 彻底隔离开来，从而提高了计算机抗干扰能力。

本数据采集器所需的±15V电压是由具有两个独立付绕组的220／15V    20VA变压器［T］一只、硅桥两个［B1］［B2］、滤波电容两个［C1］［C2］以及三端子＋15V集成稳压片两片［W1］［W2］构成之稳压电源提供的。

本实用新型所提供的上述技术方案的优点是，除具有模数转换这一基本功能外，还兼备传统产品所不具有的下列重要功能：

a.能将现场地与计算地隔离，从而大大提高计算机抗干扰能力；

b.适于被控对象所在现场与计算机间距离较远这一工程实际中常遇情况下的数据采集；

c.用户可按要求在0～16位间自编程随意选择模数转换结果的位数，分辨高达0.0015％，而且各模拟电压通道转换结果之位数还可以不同。传统产品模数转换位数是固定不变的，且所有通道均相同；

d.可直接用于任何单片机、单板机或系统机，而传统产品在不同类型计算机间无通用性；

e.由于模数转换结果是被采集信号在转换时间内的平均值，故大大削弱了信号中噪音对其数据采集精度的影响。

以上a、b两项，在传统产品中用户不得不自行解决。

本数据采集器在苹果Ⅱ微型机和TP801单板上试验应用近十个月，均成功的完成了高精度数据采集任务。非线性误差（满度）≤±0.005％，温度漂移（满度）≤50PPM／℃，信号传送距离≥100米，转换误差（满度）≤0.01％。

附图说明：

图1为脉冲式多功能数据采集器的原理图。

图2为脉冲式多功能数据采集器的电路图。

图中虚框Ⅰ为位于现场端的脉冲信号发送器。它包括8个电压跟随器［OA1］～［OA8］、多路器［MUX］、电压频率转换器［VFC］、线驱动器［LD］电阻［R10］以及由变压器［T］、两个硅桥［B1］［B2］、两个滤波电容［C1］［C2］、两片＋15V集成稳压片［W1］［W2］组成的±15V直流稳压电源。变压器［T］由交流220V供电。虚框Ⅱ为位于计算机端的计数板。它由高速光耦合器［G01］、计数器［COUT］、光耦合器［G02］［G03］［G04］［G05］、9个电阻［R1］～［R9］、稳压管［DW］、电容［C3］、读写转换开关［K29］、读写用反相器［N15］以及专用地址译码电路所组成。而该译码电路包括：14个反相器［N1］～［N14］、28个开关［K1］～［K28］、一个二输入与非门［NA1］、三个四输入与非门［NA2］［NA3］［NA4］和三个二输入或门［OR1］［OR2］［OR3］。计数板与计算机的16根地址总线A0～A15，写信号线 WR、读信号线 RD和8根数据总线D0～D7相连；同时，计算机输出接口中有五位与计数板相连，其中四位B0～B3连至电阻［R1］［R3］［R5］［R7］，而B4位接至计数器的计数控制端GT。计数板上的电阻［R2］［R4］［R6］［R8］通过四根普通导线分别接至多路器［MUX］的A、B、C、INH四点。线驱动器［LD］的输出点B，通过电磁屏敝线接至计数板上的C点。

为实施本实用新型所提供的技术方案，下面仅举其中一个实施例说明。

按附图说明中所给出的线路图采用以下元件既可实现上述方案。

［OA1］～［OA8］        LM324

［MUX］        CD4051

［VFC］        LM331H

［LD］        LM324

［G01］        G0713

［DM］        2CW11

［C3］        1μ／20V

［COUT］        74LS191×4

［OR1］～［OR3］        74LS32

［NA1］～［NA4］        74LS20

［N1］～［N15］        74LS04

［N1］～［G05］        GO102

［T］        220／15V    20VA

［W1］［W2］        7815

［C1］［C2］        100μ／30V

［B1］［B2］        2CP22

［R1］［R3］［R5］［R7］        200Ω

［R2］［R4］［R6］［R8］        10K

［R9］        2K

［R10］        1K

［C3］        5000P／15V

Claims (3)

1、一种脉冲式多功能高精度数据采集器，其特征是它由三部分构成：

a.位于现场端的由电压跟随器、多路器、电压频率转换器和线路驱动器依次连接，并由±15V稳压电源供电的脉冲信号发送器；

b.位于机算机端的接至计数器计数端的高速光耦合器和接至片选端的专用地址译码电路及其光耦合器组成的计数板；

c.连接两者用于传送脉冲和控制信号的导线。

2、根据权利要求1所述的一种脉冲式多功能高精度数据采集器的脉冲信号发送器，其特征是：

a.通过电压频率转换器将转换之模拟电压于现场就地转换为频率与该模拟电压值成比例的脉冲信号；

b.每个模拟电压均通过电压跟随器接至多路的输入端；

c.通过线驱动器把脉冲信号的幅值提高到＋15V。

3、根据权利要求1所述的一种脉冲式多功能高精度数据采集器的计数板，其特征是：

a.计算机输出接口的一位接至计数器的计数控制端，计数时间的长短由程序控制，模数转换结果为0～16位任选；

b.计数器的片选脚CS所需的低电平片选信号由14个反相器［N1］～［N14］、28个开关［K1］～［K28］、4个与非门［NA1］～［NA4］和3个或门［OR1］～［OR3］组成的专用地址译码电路提供；

c.对分别提供 RD（读）和 WR（写）控制信号的计算机，将读写转换开关K29搬向左侧；而对以R／ W（读／写）形式提供信号的计算机，则将K29搬向右侧。

d.通过高速光耦合器［G01］及四个普通光耦合器［G02］、［G03］、［G04］、［G05］将计算机地与现场地隔离，并把计算机输出的＋5V电平转换为多路器的四个控制端A、B、C及INH所需的＋15V电平。

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