CN206224185U - 一种嵌入式远程数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种嵌入式远程数据采集系统，包括上位机、嵌入式数据处理装置、信号采集设备和Modbus设备，所述嵌入式数据处理装置包括外壳及设置于外壳内的微处理器、信号转换单元、电平转换单元、按键单元、显示单元、通信单元、存储单元、时钟复位电路和电源单元，微处理器分别双向通信连接信号转换单元、电平转换单元、按键单元、显示单元、通信单元、存储单元、时钟复位电路和电源单元，微处理器为32位嵌入式ARM芯片，所述电平转换单元通过RS485总线或RS232总线与Modbus设备连接，通信单元与上位机连接，信号转换单元与信号采集设备连接，所述外壳上设有壁挂式卡扣。与现有技术相比，本实用新型具有可靠性高、抗干扰能力强等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种嵌入式数据采集装置，尤其是涉及一种嵌入式远程数据采集系统。
背景技术
在电力、石化、冶金等各种行业，数据采集对系统实行自动化控制必不可少。数据采集系统通过连续采集和处理所有与被控对象有关的系统运行参数及设备状态信号等，以便及时向操作人员提供有关信息，实现被控对象的安全，稳定和经济运行。一旦被控对象发生任何异常工况便可及时报警，以提高被控对象的可利用率。
随着自动化、计算机、网络与通信等技术的快速发展，网络化、智能化、数字化的分布式控制系统得到了广泛应用，这就要求对控制系统各项数据的准确性和可靠性提出了更高的要求。而目前大部分采用的基于单任务顺序机制的单片机数据采集系统不仅处理能力有限，且存在系统实时性、可靠性较差的问题。因此，为了提高其数据采集的精度及可靠性，采用高精度、高可靠性的数据采集系统很有必要。从未来的发展方向上看，数据采集系统应朝着强实时、多参数、高精度方向发展，数据存储朝着大容量、微型化、便携式方向发展，数据传输部分朝着多通讯方式、远距离数据传输方向发展。
嵌入式系统适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。目前，嵌入式ARM微处理器已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。在工业控制领域，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。
近年来，工业过程控制领域的快速发展以及嵌入式ARM处理器的迅速普及，用ARM处理器替代单片机来实现对工业现场传感器信号进行采集已成为趋势。ARM嵌入式系统能够很好地适应数据采集系统对功能、可靠性、成本、体积及功耗等方面的严格要求。以高性能嵌入式ARM微处理器为核心构建新一代的设备参数远程数据采集与监测系统具有重要应用意义。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种嵌入式远程数据采集系统。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种嵌入式远程数据采集系统，包括上位机、嵌入式数据处理装置、信号采集设备和Modbus设备，所述上位机通过有线或无线网络与嵌入式数据处理装置连接，所述信号采集设备与嵌入式数据处理装置连接，所述Modbus设备通过RS485总线或RS232总线与嵌入式数据处理装置连接，
所述嵌入式数据处理装置包括外壳及设置于外壳内的微处理器、信号转换单元、电平转换单元、按键单元、显示单元、通信单元、存储单元、时钟复位电路和电源单元，所述微处理器分别双向通信连接信号转换单元、电平转换单元、按键单元、显示单元、通信单元、存储单元、时钟复位电路和电源单元，所述微处理器为32位嵌入式ARM芯片，所述电平转换单元通过RS485总线或RS232总线与Modbus设备连接，所述通信单元与上位机连接，所述信号转换单元与信号采集设备连接，所述外壳上设有壁挂式卡扣，
所述信号转换单元包括模拟量转换子单元和开关量转换子单元，所述模拟量转换子单元包括依次连接的信号预处理电路、多路选择开关和A/D转换电路，所述信号预处理电路包括电阻或恒流源，所述开关量转换子单元包括I/O芯片。
所述I/O芯片与微处理器间连接有光电耦合器。
所述电平转换单元为RS485转RS232电平转换芯片。
所述按键单元包括与微处理器连接的键盘芯片和设置于外壳上的键盘矩阵。
所述显示单元包括设置于外壳上的液晶显示屏。
所述存储单元包括FLASH芯片和PSRAM芯片。
所述Modbus设备包括温度传感器、流量传感器和功率计。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型微处理器为32位嵌入式ARM芯片，可靠性高，能耗低；
(2)本实用新型外壳为进口钢制机箱，防护等级为IP65，实现防尘、防水、防磁，电气抗干扰性能强，外壳上设有壁挂式卡扣，可使嵌入式数据处理装置采用壁挂式就地安装，可节省大量信号电缆和温度测量的补偿导线；
(3)本实用新型设置通信单元，可通过通信单元将采集数据远程传送至上位机，由上位做统一处理后，可用于设备重要参数监测及作为设备控制的依据。
(4)本实用新型实现了基于TCP/IP和ModbusTCP的工业现场远程信息化管理和监控；
(5)本实用新型信号转换单元包括模拟量转换子单元和开关量转换子单元，可方便地对模拟量和开关量进行采集处理。
(6)本实用新型嵌入式数据处理装置上设置有液晶显示屏，可对采集的数据进行就地监视，方便用于现场参数的设置和调试；
(7)本实用新型开关量信号的采集与微处理器间采用光电耦合器，使得输入在电气上完全隔离，抗干扰能力强；
(8)本实用新型可广泛适用于电力、石化、冶金等行业。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的电源单元使用示意图；
图3是本实用新型的A/D转换电路示意图；
图4是本实用新型的AD7715数据转换流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种嵌入式远程数据采集系统，包括上位机1、嵌入式数据处理装置2、信号采集设备3和Modbus设备4，上位机1通过有线或无线网络与嵌入式数据处理装置2连接，信号采集设备3与嵌入式数据处理装置2连接，Modbus设备4通过RS485总线或RS232总线与嵌入式数据处理装置2连接。
嵌入式数据处理装置2包括外壳及设置于外壳内的微处理器201、信号转换单元202、电平转换单元203、按键单元204、显示单元205、通信单元206、存储单元207、时钟复位电路208和电源单元209，微处理器201分别双向通信连接信号转换单元202、电平转换单元203、按键单元204、显示单元205、通信单元206、存储单元207、时钟复位电路208和电源单元209，微处理器201为32位嵌入式ARM芯片，电平转换单元203通过RS485总线或RS232总线与Modbus设备4连接，通信单元206与上位机1连接，信号转换单元202与信号采集设备3连接。外壳为防护等级为IP65的钢制机箱，实现防尘、防水、防磁，电气抗干扰性能强，外壳上设有壁挂式卡扣，可使嵌入式数据处理装置采用壁挂式就地安装，可节省大量信号电缆和温度测量的补偿导线。
信号转换单元202包括模拟量转换子单元和开关量转换子单元，模拟量转换子单元包括依次连接的信号预处理电路、多路选择开关和A/D转换电路，信号预处理电路包括电阻或恒流源，开关量转换子单元包括I/O芯片，I/O芯片与微处理器201间连接有光电耦合器。A/D转换电路采用16位ADC芯片AD7715，其结构如图3所示，AD77l5是美国AD公司推出的一种低价格、高分辨率A/D转换器，由于采用了∑-△技术实现A/D转换，使它更加不受噪声环境的影响，成为工业和过程控制应用中的理想选择。∑-△模数转换器的基本原理是以很低的采样分辨率和很高的采样速率将模拟信号数字化通过使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法增加有效分辨率，然后进行采样抽取处理得到低速、高分辨率转换结果。如图4所示为AD7715数据转换流程图，应用程序A/D转换是数据采集系统的重要组成部分，在μC/OS-II实时操作系统内核下A/D驱动程序的实现过程主要取决于A/D转换器的转换时间、模拟值的转换频率、输入通道数等。
电平转换单元203为RS485转RS232电平转换芯片。
按键单元204包括与微处理器连接的键盘芯片和设置于外壳上的键盘矩阵。键盘芯片采用ZLG7289键盘显示专用芯片，ZLG7289具有SPI串行接口，同时可连接多达64键的键盘矩阵。内含有去抖电路。当检测到有效的按键时，ZLG7289接收到‘读键盘数据指令’，则输出当前按键的键盘代码。串行数据从DATA引脚送入ARM芯片，并由CLK端同步。当片选信号变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入ZLG7289的缓冲寄存器。
显示单元205包括设置于外壳上的液晶显示屏，用于实时显示传感器设备采集到的数据，工作人员可以用来调试和观察设备的运行情况。本实施例的液晶显示屏可以支持240x128分辨率的图形液晶，可以直接使用兼容TG240128A的液晶模块。使用地址译码电路，其操作地址范围是0x82400000～0x825FFFFF。
通信单元206包括RS485接口和以太网接口，其中，RS485接口具有双网冗余远程通讯功能，以提高通讯网络的抗干扰能力和可靠性。嵌入式以太网接口使得应用程序远程数据交换变得很容易。以太网接口采用独立的ZNE-100TL智能型嵌入式以太网串口转换模块，便于系统维护升级。ZNE-100TL模块具有10/100M自适应以太网接口，串口通信最高波特率高达230.4K bps，具有TCP Server、TCP Client、UDP和Real COM等多种工作模式，支持最多四个连接，支持域名访问等功能。
存储单元207包括FLASH芯片和PSRAM芯片。
Modbus设备4包括温度传感器、流量传感器和功率计等。
电源单元209包括相连接的24V开关电源和DC/DC降压电路。24V开关电源输出+24V电压，经DC/DC降压，得到+5V、+12V，系统-12V电压由+12V逆变得到，+3.3V由+5V降压得到。LPC2132微控制器的内核和I/O使用同一电源电压，只需单一电源3.3V供电。如图2所示，5V直流电源经过C28、C29滤波，然后通过SPX1117M-3.3将电源稳压至3.3V。LPC2132具有独立的模拟电源引脚VDDA、VSSA，为了降低噪声和出错几率，模拟电源与数字电源应该隔离。
上述数据采集系统的软件平台采用源码公开、可移植的实时多任务操作系统μC/OS-II。实时操作系统RTOS(Real Time Operating System)通过将应用程序分割成若干独立的任务，RTOS使得应用程序的设计过程大为简化。RTOS中最关键的部分是实时多任务内核，μC/OS-II实时多任务内核，基本功能包括任务管理、资源管理、系统管理、定时器管理、存储器管理、时间管理、消息管理、队列管理等，这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是RTOS的API函数。
Claims (7)
1.一种嵌入式远程数据采集系统，包括上位机、嵌入式数据处理装置、信号采集设备和Modbus设备，其特征在于，所述上位机通过有线或无线网络与嵌入式数据处理装置连接，所述信号采集设备与嵌入式数据处理装置连接，所述Modbus设备通过RS485总线或RS232总线与嵌入式数据处理装置连接，
所述嵌入式数据处理装置包括外壳及设置于外壳内的微处理器、信号转换单元、电平转换单元、按键单元、显示单元、通信单元、存储单元、时钟复位电路和电源单元，所述微处理器分别双向通信连接信号转换单元、电平转换单元、按键单元、显示单元、通信单元、存储单元、时钟复位电路和电源单元，所述微处理器为32位嵌入式ARM芯片，所述电平转换单元通过RS485总线或RS232总线与Modbus设备连接，所述通信单元与上位机连接，所述信号转换单元与信号采集设备连接，所述外壳上设有壁挂式卡扣，
所述信号转换单元包括模拟量转换子单元和开关量转换子单元，所述模拟量转换子单元包括依次连接的信号预处理电路、多路选择开关和A/D转换电路，所述信号预处理电路包括电阻或恒流源，所述开关量转换子单元包括I/O芯片。
2.根据权利要求1所述的嵌入式远程数据采集系统，其特征在于，所述I/O芯片与微处理器间连接有光电耦合器。
3.根据权利要求1所述的嵌入式远程数据采集系统，其特征在于，所述电平转换单元为RS485转RS232电平转换芯片。
4.根据权利要求1所述的嵌入式远程数据采集系统，其特征在于，所述按键单元包括与微处理器连接的键盘芯片和设置于外壳上的键盘矩阵。
5.根据权利要求1所述的嵌入式远程数据采集系统，其特征在于，所述显示单元包括设置于外壳上的液晶显示屏。
6.根据权利要求1所述的嵌入式远程数据采集系统，其特征在于，所述存储单元包括FLASH芯片和PSRAM芯片。
7.根据权利要求1所述的嵌入式远程数据采集系统，其特征在于，所述Modbus设备包括温度传感器、流量传感器和功率计。
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| CN111510360A (zh) * | 2020-04-11 | 2020-08-07 | 宁夏北斗科技有限公司 | 电气设施远程多路信号综合采集系统 |
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