CN204009877U - 一种综合数据采集和控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种综合数据采集和控制装置。其在背板上通过CPCI总线连接有第一主控板、第二主控板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板，电源板通过背板为通过CPCI总线连接到背板上的各扩展板供电，各个扩展板上设有各种接口方便输入和输出信息，且各扩展板之间通过CPCI总线快速传输信息，第一主控板和第二主控板互为热备冗余，实时备份数据，实现多种信号采集，提高了综合数据采集和控制装置的可靠性和实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种综合数据采集和控制装置。
背景技术
名词解释：
CPCI(英文全称：Compact Peripheral Component Interconnect)是国际工业计算机制造者联合会提出来的一种总线接口标准。
CAN(英文全称：Controller Area Network)是ISO国际标准化的串行通信协议。
CRT(英文全称：Cathode Ray Tube)是一种使用阴极射线管的显示器。
VGA(英文全称：Video Graphics Array)是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。
PCI(英文全称：Peripheral Component Interconnect)是外设部件互连标准的缩写。
DA(英文全称：Digital to Analog)数模转换。
CPLD(英文全称：Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件。
随着技术的发展，需要采集的信号种类越来越多、通信接口越来越复杂，对实时性和可靠性的要求也越来越高，但现有的数据采集和控制装置由于硬件资源的限制，支持的通信接口和采集信号种类较少，实时性和可靠性都较低，已经不能满足综合数据采集的需求。
因此，针对以上不足，需要提供一种能够采集多种信号且实时性好、可靠性高的综合数据采集和控制装置。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是解决现有数据采集的控制装置采集信号种类少和实时性、可靠性低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种综合数据采集和控制装置，包括第一主控板、第二主控板、电源板、背板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板、CAN通信扩展板。所述第一主控板、第二主控板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板均基于CPCI总线连接到背板上，且所述开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板通过CPCI总线与第一主控板、第二主控板通信，第一主控板和第二主控板通过CPCI总线互为热备冗余；所述电源板连接到背板，通过背板为第一主控板、第二主控板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板供电。
其中，所述第一主控板和第二主控板均集成有图形处理器，还均设有以太网接口、VGA接口、USB接口和调试串口。
其中，所述开关量输入输出板通过CPCI总线提供开关量隔离输入和开关量输出，所述开关量隔离输入电压为5V～24V，开关量输出电压为5V～40V，开关量输出最大负载为200mA。
其中，所述模拟量输入输出板通过CPCI总线提供模拟量输入和模拟量输出，所述模拟量输入和模拟量输出的量程均为-10V～+10V或者0～20mA。
其中，所述串口通信扩展板通过CPCI总线扩展8路标准的RS-232/RS-422/RS-485通信接口。
其中，所述CAN通信扩展板通过CPCI总线扩展两路隔离的CAN通信接口。
其中，所述电源板至少设有三个用于装置内部供电的电压输出端。
其中，所述的电压输出端输出电压为+5V、+12V和-12V。
其中，所述第一主控板、第二主控板均采用Intel Dothan处理器和VxWorks或者Linux操作系统。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的综合数据采集的控制装置，在背板上通过CPCI总线连接有第一主控板、第二主控板、背板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板，电源板通过背板为通过CPCI总线连到到背板上的各扩展板供电，各个扩展板上设有各种接口方便输入和输出信息，且各扩展板之间通过CPCI总线快速传输信息，第一主控板和第二主控板互为热备冗余，实时备份数据，实现多种信号采集，提高了综合数据采集和控制装置的可靠性和实用性。
附图说明
图1是本实用新型综合数据采集和控制装置的结构示意图；
图2是本实用新型中开关量输入输出板的结构示意图；
图3是本实用新型中模拟量输入输出板的结构示意图；
图4是本实用新型中串口通信扩展板的结构示意图；
图5是本实用新型中CAN通信扩展板的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的综合数据采集和控制装置，包括第一主控板、第二主控板、电源板、背板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板。
其中，第一主控板、第二主控板、电源板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板都通过CPCI总线连接到背板上，开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板、CAN通信扩展板通过CPCI总线连接到背板与第一主控板、第二主控板进行通信，装置采用CPCI总线连接各种板块，开放性好，信号传输速度快；第一主控板和第二主控板互为热备冗余，以一主一从方式工作，通过高速内部总线实时备份数据，当任一主控板出现故障时，另一个主控板可以单独工作，保证装置运行不受影响，提高了综合数据采集和控制装置的可靠性、安全性。
第一主控板和第二主控板均带有自身调试串口，还各自设有10/100M自适应以太网接口和千兆以太网接口用于调试以及现场双以太网络的需要；第一主控板和第二主控板还各自设有VGA接口和USB接口，以方便外接显示器、键盘和鼠标等设备。
第一主控板和第二主控板支持浮点运算，自带实时时钟，并支持软件设时及GPS对时；具有Watchdog功能，故障情况下能够自动复位并重新启动。
主控板是装置的控制核心部分，通过CPCI总线完成对扩展模件的数据读取、数据输出。为满足装置实时性的要求，第一主控板和第二主控板均采用Intel Dothan处理器和VxWorks或者Linux等操作系统。
电源板连接到背板，采用标准的交流或者直流220V输入，至少设有三个输出电压分别为+5V、+12V、-12V的电压输出端，通过背板为第一主控板、第二主控板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板供电。
如图2所示，本实用新型的开关量输入输出板包括PCI桥接芯片、逻辑译码芯片CPLD、开关量输入电路和开关量输出电路。开关量输入输出板通过CPCI总线提供16路开关量隔离输入和16路开关量输出，开关量输入信号经过前端开关量输入电路滤波处理、光耦隔离后进入逻辑译码芯片CPLD，通过PCI桥接芯片将开关量输入信号上传到CPCI总线上，PCI桥接芯片接收CPCI总线上开关量输出信号，通过CPLD和开关量输出电路完成开关量的输出控制，开关量隔离输入电压为5V～24V，开关量输出电压为5V～40V，开关量输出最大负载为200mA。
如图3所示，本实用新型的模拟量输入输出板包括PCI桥接芯片、逻辑译码芯片CPLD、AD转换芯片、多路开关切换和DA转换芯片。模拟量输入输出板通过CPCI总线提供16路模拟量输入和2路模拟量输出，模拟量输入和模拟量输出的量程均为-10V～+10V或者0～20mA。模拟量电压信号经过前端调理电路通过多路开关切换选择后进入AD转换芯片，电流型信号通过精密电阻形成电压信号，由逻辑译码芯片CPLD启动AD转换并完成时序控制，通过PCI桥接芯片将AD采样的最终结果上传到CPCI总线上，PCI桥接芯片接收CPCI总线上DA信号，通过DA转换芯片完成数字信号到模拟量输出信号的转换，模拟量输出信号包括电压型和电流型输出信号，可以通过控制方式进行选择。
如图4所示，本实用新型的串口通信扩展板包括PCI桥接芯片、逻辑译码芯片CPLD和串口通信扩展电路。PCI桥接芯片接收CPCI总线上串口通信信号，由逻辑译码芯片CPLD完成时序控制，串口通信扩展电路扩展8个RS-232/RS-422/RS-485自适应串行通信接口，以方便与现场智能设备通讯，且每个串口均可编程，波特率支持300bps～38400bps，校验方式、校验位、停止位均可配置，根据需要进行电平转换：TTL/RS-232、TTL/RS-422、TTL/RS-485，以连接外部数据通信接口。
如图5所示，本实用新型的CAN通信扩展板包括PCI桥接芯片、逻辑译码芯片CPLD和CAN通信扩展电路。PCI桥接芯片接收CPCI总线上CAN通信信号，由逻辑译码芯片CPLD完成时序控制，CAN通信扩展电路通过电平转换、光耦隔离以及CAN通信控制器扩展2个CAN通信接口，满足外部CAN通信需求。
CAN通信扩展板面板上设有2排LED指示灯(图中未示出)，分别指示其CAN网络通讯的发送和接收。
综上所述，本实用新型提供的综合数据采集和控制装置采用高性能、低功耗嵌入式硬件平台，实时操作系统以及标准的CPCI总线，实现板卡之间的无线缆连接，不仅数据传输速度快，而且插槽标准，易于扩展。通过CPCI总线扩展模块，实现多种类型数据的采集和控制，包括模拟量信号、开关量信号、串行总线信号、CAN信号、以太网信号等，满足工业现场监控实时性、可靠性、稳定性、模块化、易使用的要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种综合数据采集和控制装置，其特征在于：包括第一主控板、第二主控板、电源板、背板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板；所述第一主控板、第二主控板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板均基于CPCI总线连接到背板上，且所述开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板通过CPCI总线与第一主控板、第二主控板通信，第一主控板和第二主控板通过CPCI总线互为热备冗余；所述电源板连接到背板，通过背板为第一主控板、第二主控板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板、串口通信扩展板和CAN通信扩展板供电。
2.根据权利要求1所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述第一主控板和第二主控板均集成有图形处理器，还均设有以太网接口、VGA接口、USB接口和调试串口。
3.根据权利要求1所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述开关量输入输出板通过CPCI总线提供开关量隔离输入和开关量输出，所述开关量隔离输入电压为5V～24V，开关量输出电压为5V～40V，开关量输出最大负载为200mA。
4.根据权利要求1所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述模拟量输入输出板通过CPCI总线提供模拟量输入和模拟量输出，所述模拟量输入和模拟量输出的量程均为-10V～+10V或者0～20mA。
5.根据权利要求1所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述串口通信扩展板通过CPCI总线扩展8路标准的RS-232/RS-422/RS-485通信接口。
6.根据权利要求1所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述CAN通信扩展板通过CPCI总线扩展两路隔离的CAN通信接口。
7.根据权利要求1所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述电源板至少设有三个用于装置内部供电的电压输出端。
8.根据权利要求7所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述的电压输出端输出电压为+5V、+12V和-12V。
9.根据权利要求1所述的综合数据采集和控制装置，其特征在于，所述第一主控板、第二主控板均采用Intel Dothan处理器和VxWorks或者Linux操作系统。
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