CN204630593U - 一种基于avr的多点库位状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于AVR的多点库位状态监测系统，包括上位机监控装置、微处理器、矩阵扫描式采集电路和电源。微处理器的型号为ATmgea1280，其输入端通过ModBus现场总线与矩阵扫描式采集电路的输出端相连，其输出端通过RS485总线与上位机监控装置的输入端相连。矩阵扫描式采集电路为由n*n个红外传感器模块组成的n*n矩阵式电路。矩阵扫描式采集电路的输入、输出端分别设有外电路输入隔离电路和外电路输出隔离电路。电源为微处理器和矩阵扫描式采集电路供电。该库位状态监测系统解决了现有技术中存在的通讯效率及IO口使用效率低、抗干扰能力差等问题，具有通讯效率及IO使用效率高，抗干扰能力强，库位状态监测结果准确等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及档案柜监测技术领域，具体涉及一种基于AVR的多点库位状态监测系统。
背景技术
随着信息社会的发展，信息资料的存储呈现出多量化、密集化的发展趋势，信息管理的高效性和实时性也越来越引起人们的关注。
现有的档案室和库房的库位状态监测系统，存在以下几点不足：一、控制器采用STC52单片机，该单片机通讯效率低、可编程IO口少，随着密集柜存储数量的增加，难以满足社会实际需求；二、库位状态采集电路直接将采集到的信号发送给可编程IO口，这严重影响了单片机IO口的使用效率，增加了整个库位状态监测系统中单片机的数量，提高了生产成本；三、库位状态采集电路的抗干扰能力差，易受电磁、噪音干扰，影响库位状态监测结果的准确性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于AVR的多点库位状态监测系统，该库位状态监测系统解决了现有技术中存在的通讯效率及IO口使用效率低、抗干扰能力差等问题，具有通讯效率及IO使用效率高，抗干扰能力强，库位状态监测结果准确等特点。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种基于AVR的多点库位状态监测系统，包括上位机监控装置、微处理器、矩阵扫描式采集电路和电源。
所述的微处理器的型号为ATmgea1280，其输入端通过ModBus现场总线与矩阵扫描式采集电路的输出端相连，其输出端通过RS485总线与上位机监控装置的输入端相连。
所述的矩阵扫描式采集电路为由n*n个红外传感器模块组成的n*n矩阵式电路，其中，n为大于0的整数；所述的矩阵扫描式采集电路的输入、输出端分别设有外电路输入隔离电路和外电路输出隔离电路。
所述的电源为微处理器和矩阵扫描式采集电路供电。所述的电源采用AMS1117-3.3稳压芯片。
进一步的，所述的红外传感器模块包括光电开关U5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电压比较器U1和发光二极管D1；所述的光电开关U5的型号为ITR9909，该ITR9909光电开关包括红外线发射二极管D2和NPN硅光电晶体管V1。
所述的红外线发射二极管D2，其阳极接电阻R1，其阴极接地；所述的NPN硅光晶体管V1，其发射极经电阻R4接地，其集电极接电源。
所述的电压比较器U1，其同相输入端接NPN硅光电晶体管V1的发射极，其反相输入端分别经电阻R2、电阻R3接电源、地，其输出端分别经发光二级管D1与电阻R5、电阻R6接地、电源。
进一步的，所述的微处理器的输出端连接有串口通信单元，所述的串口通信单元采用ADM2483芯片。
进一步的，所述的外电路输入隔离电路包括光电耦合器U54、电阻R122、电阻R113、电阻R114、电阻R131和晶体三极管Q16。所述的光电耦合器U54的型号为TLP521，该TLP521光电耦合器U54包括红外线发射二级管D3和NPN硅光晶体管V2。所述的红外线发射二极管D3，其阳极接电阻R122，其阴极接地。所述的NPN硅光晶体管，其发射极经电阻R131接地，其集电极经电阻R113接电源。所述的晶体三极管Q16，其基极接NPN硅光晶体管V2的发射极，其集电极经电阻R114接电源，其发射极接矩阵扫描式采集电路的输入端。
所述的外电路输出隔离电路包括光电耦合器U18、电阻R25和电阻R33；所述的光电耦合器U18的型号为TLP521，该TLP521光电耦合器U18包括红外线发射二级管D4和NPN硅光晶体管V3；所述的红外线发射二极管D4，其阳极接矩阵扫描式采集电路的输出端，其阴极经电阻R25接地；所述的NPN硅光晶体管V3，其发射极经电阻R33接地，其集电极接电源。
更进一步的，n的取值为16。
由以上技术方案可知，本实用新型利用n*n个红外传感器模块连接成n*n矩阵式扫描采集电路，对n*n个柜体的状态进行监测，解决了现有技术中因状态变量过多而导致的采集难的问题；本实用新型运用光电隔离技术，在矩阵式扫描采集电路的输入、输出端分别设置外电路输入隔离电路和外电路输出隔离电路，能够对采集数据的输入输出进行隔离，提高了监测系统的抗干扰能力和稳定性；本实用新型采用了高性能的ATmgea1280单片机，并运用ModBus现场总线进行通讯，保证了该监测系统通讯的实时性和准确性。本实用新型适用于政府、企事业单位、档案馆等单位的档案管理室。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是矩阵扫描式采集电路的电路原理图；
图3是红外传感器模块的电路原理图；
图4是外电路输入隔离电路的电路原理图；
图5是外电路输出隔离电路的电路原理图。
其中：
1、上位机监控装置，2、微处理器，3、矩阵扫描式采集电路，4、电源，5、串口通信单元。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
如图1所示的一种基于AVR的多点库位状态监测系统，包括上位机监控装置1、微处理器2、矩阵扫描式采集电路3和电源4。所述的电源4为微处理器2和矩阵扫描式采集电路3供电。电源4采用AMS1117-3.3稳压芯片，该芯片具有较好的稳定性，能够为微处理器提供3.3V的稳定电压，为矩阵扫描式采集电路提供12V的直流电压。所述的微处理器的输出端连接有串口通信单元，所述的串口通信单元5采用ADM2483芯片，该RS485驱动芯片内部集成有隔离器，具有低功耗、抗干扰能力强等特点。
所述的微处理器2的型号为ATmgea1280，其输入端通过ModBus现场总线与矩阵扫描式采集电路3的输出端相连，其输出端通过RS485总线与上位机监控装置1的输入端相连。ATmgeal1280具有丰富的I/O接口资源，能够降低监测系统的设计成本，提高运行效率和采集速率。ATmgeal1280将矩阵扫描式采集电路采集的数据暂时保存在内部RAM区，再将数据通过RS485总线上传至上位机监控装置。
如图2所示，所述的矩阵扫描式采集电路3为由n*n个红外传感器模块组成的n*n矩阵式电路，其中，n为大于0的整数。优选的，n的取值为16。
如图3所示，所述的红外传感器模块包括光电开关U5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电压比较器U1和发光二极管D1；所述的光电开关U5的型号为ITR9909，该ITR9909光电开关包括红外线发射二极管D2和NPN硅光电晶体管V1。所述的红外线发射二极管D2，其阳极接电阻R1，其阴极接地；所述的NPN硅光晶体管V1，其发射极经电阻R4接地，其集电极接电源。所述的电压比较器U1，其同相输入端接NPN硅光电晶体管V1的发射极，其反相输入端分别经电阻R2、电阻R3接电源、地，其输出端分别经发光二级管D1与电阻R5、电阻R6接地、电源。当该矩阵扫描式采集电路上电后，由微处理器2输出驱动信号给各个红外传感器模块的输入IN接口，当文件柜中有文件时，光电开关U5的输出端导通，电压比较器U1的输出为高电平；当文件柜中没有文件时，光电开关U5的输出端关闭，电压比较器U1的输出为低电平。
如图2和图3所示，每个红外传感器模块包括输入IN、输出OUT、电源VCC和接地端GND四个接口。在矩阵扫描式采集电路接线时，采用256个红外传感器模块连接成16行*16列的矩阵。具体地说，将256个红外传感器模块的电源VCC接口均接到12V电源的正；将256个红外传感器模块的接地端GND均与12V电源共地；将该矩阵扫描式采集电路每一行的16个红外传感器模块的输入IN接口连接在一起，共连接16行，依次形成IN0……IN15；将该矩阵扫描式采集电路每一列的16个红外传感器模块的输出OUT接口连接在一起，依次形成OUT0……OUT15。在现有的库位状态监测系统中，一片单片机难以满足大量文件柜的需求。而本实用新型所采用的矩阵扫描式采集电路，只需16位输入和16位输出共32个IO口就能对256个文件柜的状态进行采集。该矩阵扫描式采集电路，能够提高微处理器IO口的使用效率。在采集相同数量的状态时，能够大大减少所使用的微处理器的IO口的数量，降低监测系统的成本。
所述的矩阵扫描式采集电路3的输入、输出端分别设有外电路输入隔离电路和外电路输出隔离电路。通过对16位输入和16位输出进行隔离，能够提高该监测系统的准确性和稳定性。
如图4所示，所述的外电路输入隔离电路包括光电耦合器U54、电阻R122、电阻R113、电阻R114、电阻R131和晶体三极管Q16。所述的光电耦合器U54的型号为TLP521，该TLP521光电耦合器U54包括红外线发射二级管D3和NPN硅光晶体管V2。所述的红外线发射二极管D3，其阳极接电阻R122，其阴极接地。所述的NPN硅光晶体管，其发射极经电阻R131接地，其集电极经电阻R113接电源。所述的晶体三极管Q16，其基极接NPN硅光晶体管V2的发射极，其集电极经电阻R114接电源，其发射极接矩阵扫描式采集电路的输入端。在该外电路输入隔离电路中，微处理器I/O口的输出作为其驱动信号，当微处理器的I/O输出为高电平时，晶体三极管Q16的发射极输出为高电平；当微处理器的I/O输出为低电平时，晶体三极管Q16的发射极输出为低电平。
如图5所示，所述的外电路输出隔离电路包括光电耦合器U18、电阻R25和电阻R33；所述的光电耦合器U18的型号为TLP521，该TLP521光电耦合器U18包括红外线发射二级管D4和NPN硅光晶体管V3；所述的红外线发射二极管D4，其阳极接矩阵扫描式采集电路的输出端，其阴极经电阻R25接地；所述的NPN硅光晶体管V3，其发射极经电阻R33接地，其集电极接电源。在该外电路输出隔离电路中，外电路输出作为驱动信号，当外电路输出为高电平时，光电耦合器的输出端为高电平；当外电路输出为低电平时，光电耦合器的输出端为低电平。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于AVR的多点库位状态监测系统，其特征在于：包括上位机监控装置（1）、微处理器（2）、矩阵扫描式采集电路（3）和电源（4）；
所述的微处理器（2）的型号为ATmgea1280，其输入端通过ModBus现场总线与矩阵扫描式采集电路（3）的输出端相连，其输出端通过RS485总线与上位机监控装置（1）的输入端相连；
所述的矩阵扫描式采集电路（3）为由n*n个红外传感器模块组成的n*n矩阵式电路，其中，n为大于0的整数；所述的矩阵扫描式采集电路（3）的输入、输出端分别设有外电路输入隔离电路和外电路输出隔离电路；
所述的电源（4）为微处理器（2）和矩阵扫描式采集电路（3）供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于AVR的多点库位状态监测系统，其特征在于：所述的红外传感器模块包括光电开关U5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电压比较器U1和发光二极管D1；所述的光电开关U5的型号为ITR9909，该ITR9909光电开关包括红外线发射二极管D2和NPN硅光电晶体管V1；
所述的红外线发射二极管D2，其阳极接电阻R1，其阴极接地；所述的NPN硅光晶体管V1，其发射极经电阻R4接地，其集电极接电源；
所述的电压比较器U1，其同相输入端接NPN硅光电晶体管V1的发射极，其反相输入端分别经电阻R2、电阻R3接电源、地，其输出端分别经发光二级管D1与电阻R5、电阻R6接地、电源。
3.根据权利要求1所述的一种基于AVR的多点库位状态监测系统，其特征在于：所述的微处理器（2）的输出端连接有串口通信单元（5），所述的串口通信单元（5）采用ADM2483芯片。
4.根据权利要求1所述的一种基于AVR的多点库位状态监测系统，其特征在于：所述的外电路输入隔离电路包括光电耦合器U54、电阻R122、电阻R113、电阻R114、电阻R131和晶体三极管Q16；所述的光电耦合器U54的型号为TLP521，该TLP521光电耦合器U54包括红外线发射二级管D3和NPN硅光晶体管V2；所述的红外线发射二极管D3，其阳极接电阻R122，其阴极接地；所述的NPN硅光晶体管，其发射极经电阻R131接地，其集电极经电阻R113接电源；所述的晶体三极管Q16，其基极接NPN硅光晶体管V2的发射极，其集电极经电阻R114接电源，其发射极接矩阵扫描式采集电路的输入端；
所述的外电路输出隔离电路包括光电耦合器U18、电阻R25和电阻R33；所述的光电耦合器U18的型号为TLP521，该TLP521光电耦合器U18包括红外线发射二级管D4和NPN硅光晶体管V3；所述的红外线发射二极管D4，其阳极接矩阵扫描式采集电路的输出端，其阴极经电阻R25接地；所述的NPN硅光晶体管V3，其发射极经电阻R33接地，其集电极接电源。
5.根据权利要求1所述的一种基于AVR的多点库位状态监测系统，其特征在于：n的取值为16。
6.根据权利要求1所述的一种基于AVR的多点库位状态监测系统，其特征在于：所述的电源（4）采用AMS1117-3.3稳压芯片。
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