CN219105360U - 环网通信的数据采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种环网通信的数据采集电路,包括主控芯片模块、数字量采集模块、以太网通信模块、光纤环网模块以及模拟量采集模块；所述主控芯片模块分别与所述数字量采集模块、所述模拟量采集模块以及所述以太网通信模块连接，所述以太网通信模块连接有所述光纤环网模块。本实用新型通过通过手拉手的连接方式组建环行以太网通信网络，有助于简化了网络布线；利用光纤或网线作为通信介质，以数字信号传输，完成设备的数据采集，有助于提高可靠性；同时高速采集模拟信号和数字信号，采样频率高，可有效的还原设备瞬时状态，有助于提高采集精度，有助于提高采集效率。

Description

环网通信的数据采集电路

技术领域

本实用新型涉及控制装置技术领域，具体地，涉及一种环网通信的数据采集电路。

背景技术

近年来，传统污水处理厂中的自动控制系统，得到了快速的发展，除了常用的由PLC组建的DCS系统外，分布式智能控制系统，逐渐在行业中得到应用。

PLC建立的自动控制系统，其显著的特点是将单个或多个PLC装置安装到PLC柜中，通过控制电缆将设备和PLC的信号端子连接在一起。由于被控设备通过控制电缆将信号接入PLC，这导致将在PLC和设备之间铺设大量电缆，加之电缆传输属于模拟信号传输，PLC柜和设备之间距离较远，存在线损大、电磁干扰大、成本高的问题。

分布式智能控制系统，通过为每一个被控设备配置一套智能控制器，使被控设备在本地实现数据数字化，利用以太网传输以数字信号传输数据，具有信号就地采集、抗干扰能力强、全数字化传输、成本低的特点。

分布式智能控制系统，很好的解决了PLC系统存在的问题，但也暴露除了一些缺陷。一方面，由于智能控制器分布式安装，且节点众多，导致现场需要部署大量的工业交换机用于构建通信网络，成本较高；另一方面，交换机连接设备属于星型链接，当交换机出现故障时，会导致交换机链接的所有设备全部失联，降低了系统可靠性。

发明人认为需要提供一种施工布线简单、采集精度高、系统可靠性高的环网通信的数据采集电路。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种环网通信的数据采集电路。

根据本实用新型提供的一种环网通信的数据采集电路，包括：主控芯片模块、数字量采集模块、以太网通信模块、光纤环网模块以及模拟量采集模块；所述主控芯片模块分别与所述数字量采集模块、所述模拟量采集模块以及所述以太网通信模块连接，所述以太网通信模块连接有所述光纤环网模块。

优选地，所述主控芯片模块的主控芯片为ARM Cortex-M4内核的GD32F450VET6。

优选地，所述数字量采集模块包括11路用于采集电平信号的信号接口。

优选地，任一路信号接口均依次串联有限流电阻、稳压二极管MMSZ5240BT1G以及光耦TLP291-4，所述光耦TLP291-4连接至所述主控芯片的IO引脚。

优选地，所述主控芯片包括以太网控制器，所述以太网通信模块包括以太网PHY芯片IP101，所述主控芯片通过RMII接口与所述以太网PHY芯片IP101连接。

优选地，所述光纤环网模块包括XN-5500芯片。

优选地，所述光纤环网模块包括三路以太网通信接口，其中一路与所述以太网通信模块连接。

优选地，所述模拟量采集模块包括四路信号采集电路。

优选地，任一路所述信号采集电路均包括依次并联的信号端、采样电阻、电压跟随器，所述电压跟随器连接至所述主控芯片的12bitADC引脚。

优选地，所述电压跟随器由运算放大器LM124构建而成。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型通过手拉手的连接方式组建环行以太网通信网络，有助于简化了网络布线；利用光纤或网线作为通信介质，以数字信号传输，完成设备的数据采集，有助于提高可靠性；同时高速采集模拟信号和数字信号，采样频率高，可有效的还原设备瞬时状态，有助于提高采集精度，有助于提高采集效率。

2、本实用新型通过采用环网构建通信网络，单点故障可以快速隔离故障点，并自愈网络，影响范围极小。

3、本实用新型通过采用以太网作为传输介质，让系统传输响应达到毫秒级，有助于提高实时性

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型主要体现环网通信的数据采集电路的整体结构示意图；

图2为本实用新型主要体现主控芯片模块的电路图；

图3为本实用新型主要体现数字量采集模块的电路图；

图4为本实用新型主要体现以太网通信模块的电路图；

图5为本实用新型主要体现光纤环网模块的电路图；

图6为本实用新型主要体现模拟量采集模块的电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，根据本实用新型提供的一种环网通信的数据采集电路，包括：主控芯片模块、数字量采集模块、以太网通信模块、光纤环网模块以及模拟量采集模块；主控芯片模块分别与数字量采集模块、模拟量采集模块以及以太网通信模块连接，以太网通信模块连接有光纤环网模块；数字量采集模块、模拟量采集模块二者的信号均传输至主控芯片模块；主控芯片模块与以太网通信模块相互传输信号，以太网通信模块与光纤环网模块相互传输信号。

如图2所示，主控芯片模块，采用ARM Cortex-M4内核的GD32F450VET6作为主控芯片，其中主控芯片包含了SW接口用于程序烧录、外部看门狗电路用于防止系统死机、以及复位电路、时钟电路、电源电路等。

如图3所示，数字量采集模块提供11路信号接口，用于采集外部接入的0-24V电平信号，并利用稳压管实现信号小于10V时有效关断，成低电平，大于10V时，有效开启，成高电平。具体的，将电平信号负极接入-KM信号，和电平信号形成回路，当为高电平时，信号经过限流电阻后，经过串联的稳压二极管MMSZ5240BT1G，进入后级电路，由于稳压二极管的反向击穿特性，可确保开入信号小于10V时不导通，大于10V时导通。信号导通后经过光耦TLP291-4隔离后，送达主控芯片IO引脚。

如图4所示，以太网通信模块用于10M/100M以太网通信，主控芯片提供了以太网控制器，利用RMII接口驱动以太网PHY芯片IP101之后，输出两对差分信号，接入光纤环网通信模块。

如图5所示，光纤环网模块具有组件光纤环网通信能力，选用的XN-5500光纤环网模块具有3路以太网通信接口，一路接入装置以太网通信模块，另外两路用于和其他设备建立光纤环网，对外两路通信接口可以根据项目需求选择电口或光口。

如图6所示，模拟量采集模块提供了4路0-20mA信号采集，兼容4-20mA信号。0-20mA信号进入装置后，经过低温漂、高精度150Ω采样电阻将信号转换为0-3V的电压信号，经过由运算放大器LM124构建的电压跟随器将信号调理后，接入到主控芯片最高1Msps转换速率的12bitADC引脚中，主控芯片以10kHz采样速率实时转换数据。

本申请通用性强，提供了自控系统中常用的IO接口，可以满足不同设备的数字化需求。本申请实时性高，采用以太网作为传输介质，让系统传输响应达到毫秒级。本申请采集精度高、效率高，装置同时高速采集模拟信号和数字信号，采样频率高，可有效的还原设备瞬时状态。本申请组网简单，装置不依靠其他设备，通过手拉手的连接方式组建环行以太网通信网络，极大的简化了网络布线。本申请可靠性高，装置分布式方式就地安装到被监控设备，完成设备就地数字化，并利用光纤或网线作为通信介质，以数字信号传输，完成设备的数据采集与控制。通过数字信号传输，有效的提高了信号抗干扰能力，还能通过加密的方式提高数据安全性。通过数字信号传输，提高了控制信号抗干扰能力，杜绝了因干扰引起的设备误动，控制数据错乱的情况。本申请采用环网构建通信网络，单点故障可以快速隔离故障点，并自愈网络，影响范围极小。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种环网通信的数据采集电路，其特征在于，包括：主控芯片模块、数字量采集模块、以太网通信模块、光纤环网模块以及模拟量采集模块；

所述主控芯片模块分别与所述数字量采集模块、所述模拟量采集模块以及所述以太网通信模块连接，所述以太网通信模块连接有所述光纤环网模块。

2.如权利要求1所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，所述主控芯片模块的主控芯片为ARMCortex-M4内核的GD32F450VET6。

3.如权利要求2所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，所述数字量采集模块包括11路用于采集电平信号的信号接口。

4.如权利要求3所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，任一路信号接口均依次串联有限流电阻、稳压二极管MMSZ5240BT1G以及光耦TLP291-4，所述光耦TLP291-4连接至所述主控芯片的IO引脚。

5.如权利要求2所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，所述主控芯片包括以太网控制器，所述以太网通信模块包括以太网PHY芯片IP101，所述主控芯片通过RMII接口与所述以太网PHY芯片IP101连接。

6.如权利要求1所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，所述光纤环网模块包括XN-5500芯片。

7.如权利要求6所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，所述光纤环网模块包括三路以太网通信接口，其中一路与所述以太网通信模块连接。

8.如权利要求1所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，所述模拟量采集模块包括四路信号采集电路。

9.如权利要求8所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，任一路所述信号采集电路均包括依次并联的信号端、采样电阻、电压跟随器，所述电压跟随器连接至所述主控芯片的12bitADC引脚。

10.如权利要求9所述的环网通信的数据采集电路，其特征在于，所述电压跟随器由运算放大器LM124构建而成。

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