专利名称：一种专用数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据采集领域，特别是一种专用数据采集系统。
背景技术：
环境空气质量自动监测已成为我国城市环境空气质量监测的主要技术手段。环境 空气质量监测系统(AQMS，Air quality Monitoring System)的数据采集通常是通过专门 设计的数据采集硬件装置来实现。如图1所示，现有的环境空气质量监测系统，整个采集系 统的硬件由工控机(计算机)和通信扩展卡(一般为PCI串口扩展卡)，信号采集面板组 成。为了实现对AQMS测量系统中的污染物分析仪进行校准，还可以有对校准器的配气控制 电路和对校准电磁阀的电源控制电路。现有气体污染物分析仪浓度数据使用RS-232 (multidrop)方式直接传送到工控 机，而可吸入颗粒物、气象参数、站房电压等则通过TP9400(黑盒子)来进行采集。黑盒子 内部还有一定数量的开关量输入输出通道，可以实现对气体校准器的控制。ΤΡ9400作为一个专门为环保系统设计的信号采集设备，是数据采集装置，它具有 以下主要特点1. 士 12V 或+5V 供电；2. 16路单端或差分输入，16位精度(士 3Μν)，量程士 IOV ；3. 8路数字输入，8路数字输出；4. 13路频率输入；5. RS-232通信接口(可通过串口线供电)；AQMS系统在测量各种气态污染物及可吸入颗粒物浓度的同时，还需要对风速，风 向，大气压，温湿度，站房电压等气象参数进行监测，为气象研究和评估提供可靠的依据。但 是风速，风向，大气压，温、湿度传感器，站房电压，电流，站房温度等传感器给出的信号形式 和量程可能不相同，为了保证信号的幅度和精度，在对气象参数进行采集前，需要使用一个 气象参数显示仪给各个气象传感器提供电源，并将气象传感器输出的信号进行调整，处理 后的信号形式，统一为0 5V电压，再使用TP9400的模拟通道进行采集。所有的数字量采 集和模拟量采集功能集成在一个的硬件装置中，资源相对固定，不方便灵活扩展模拟通道 或数字通道；一体化设计使得可靠性降低，一旦设备故障，可能所有通道都不能正常工作。由TP9400的特点“16路单端或差分输入，16位精度(士3Mv)，量程士 10V”，根据 ADC转换器的误差计算与评价方法，AD转换的误差初步估算不小于3Mv。可知在进行模拟 通道采集时，因为采集模块的功能比较单一，只能以16位的采集方式采集固定范围内的电 压信号(量程不能设定)，因此精度固定，不灵活，不能满足多种条件下的不同要求，信号也 可能受通信距离的影响。现有的TP9400使用数字输出通道DO来对气体校准器进行控制， 数字量和模拟量功能模块都集成在一起不方便扩展。在数据读取方面，监控计算机上监控软件必需有9400TP的驱动，只能根据特定的 协议读取各模拟和开关量数据。因此，功能的集中和固定，使得系统的可靠性和可扩展性降低。设备的特殊性，专用性，同类产品生产厂家稀少，导致了协议的专用性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种专用数据采集系统，提高设备的可靠性和可扩展性。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种专用数据采集系统，所述系统中的各个模块采用总线式的通信，通过通用 modbus协议对信号进行控制和采集；所述系统包括发送模块和至少一个采集模块，其中， 发送模块和模拟采集模块的数据差分输入正端和负端分别接在共同的数据总线上，发送模 块的接地端与采集模块的接地端均接在共同的地线上，发送模块的电压输入端与模拟采集 模块的电压输入端接在共同的电源线上；所述发送模块用于将采集模块采集的数据发送出 去，所述采集模块包括用于采集气象参数的模拟量采集模块。优选的，所述采集模块还包括用于采集站房温度模拟量采集模块。优选的，所述采集模块还包括与电源连接并能采集电源的电源参数的电量参数采 集模块。优选的，所述采集模块还包括数字量输入输出模块，用于接收数字形式的采集信 号并输出数字形式的控制信号。优选的，所述系统采用485总线通信方式。优选的，所述发送模块包括GPRS采集模块和接口转换模块，GPRS采集模块用于传 送非视频数据，接口转换模块用于接口转换。优选的，还包括继电器，所述数字输入输出模块和继电器用于共同对气体校准器 和校准电磁阀控制。优选的，所述继电器使用常开节点。优选的，所述系统的接线端子用于220V交流系统电源的分接。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种专用数据采 集系统，所述系统使用了基于总线和模块的数据采集方式，信号采集通道的扩展变得更加 灵活，故障风险也更加分散，可靠性更高，而且可以直接对气象传感器输出的信号进行采 集，不要增加气象参数显示仪来处理，这样也降低了系统的成本。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。图1为本发明的一种实施例提供的各模块的电气连接图；图2为本发明的一种实施例提供的继电器和标准电磁阀组内部的各接线端子的 电气连接图；图3为本发明的一种实施例提供的继电器和标准电磁阀组的外部引脚接线示意 图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。本发明公开了一种专用数据采集系统，所述系统利用模块化的硬件和总线式的通 信对信号进行采集和控制。模块化的硬件主要由发送模块和模拟量采集模块组成，其中发送模块包括GPRS 采集模块和接口转换模块。GPRS采集模块用于传送非视频数据，接口转换模块作为总线出 口接到工控机上，用于接口转换。模拟量采集模块用来采集气象温度、站房温度等模拟参 数，这些参数分布接到模块的输入通道上。基于现有智能数据采集模块的功能，系统对各采 集通道数据的读取方便，并且量程单独编程，电压电流切换灵活。而且由于采用总线的通信 方式，在通道不够的情况下扩展很灵活，当某一个通道发生故障时，通常不影响其他模块的 正常工作。另外系统的硬件还包括数字输入输出模块和电量参数采集模块。其中数字输入 输出模块用于接收数字形式的采集信号并输出数字形式的控制信号。电量参数采集模块检 测系统的电量参数并对整个系统的电源参数进行数字读取。继电器作为功率驱动和控制器 件在控制气体校准器的同时也控制电磁阀，继电器使用常开节点。如图1所示，提供了本发明的一种实施例的各个模块的电气连接图，其中，模块化 的系统硬件中REM0-8073是电量参数采集模块，用来检测系统的电量参数，并读取系统电 源参数，串接一根电源线到模块检测孔即可实现；总线上的REM0-8554即GPRS无线模块用 来传输浓度等非视频数据；REM0-8520是接口转换模块，作为总线出口接到工控机上，起接 口转换作用；REM0-8050是数字量输入输出模块用于数字量的发送和接收，和继电器Jl J8 一起对气体校准器和校准电磁阀控制；REM0-8017B是模拟量采集模块，用来采集气象温 度、站房温度等模拟参数，这些参数分布接到模块的输入通道上。同时基于现有智能数据 采集模块的功能，系统对各采集通道数据的读取方便，并且量程单独编程，电压电流切换灵 活。而且由于采用总线方式，通道不够的情况下扩展很灵活。当某一个通道发生故障时，通 常不影响其他模块的正常工作。如图1 所示，REM0-8073、REM0-8554、REM0-8520、REM0-8017B、REM0-8050 五个分 布式模块的接线端子(R)+VS串接，串接后接于接线端子4A上，即模块的电压输入端均接 到电源线上；REM0-8073、REM0-8554、REM0-8520、REM0-8017B、REM0-8050 五个分布式模块 的接线端子(R)GNDlO串接，串接后接到接线端子5A上，即模块的接地端均接到地线上； REM0-8073、REM0-8554、REM0-8520、REM0-8017B、REM0-8050 五个分布式模块的接线端子 (Y)DATA+串接，然后接于共同的数据总线上，用于传输数据信号；REM0-8073、REM0-8554、 REM0-8520、REM0-8017B、REM0-8050五个分布式模块的接线端子(G)DATA-串接，然后接于 对应的数据总线上，用于传输数据信号；REM0-8073的Vl端和Tl端与系统电源的接线端子 1相连，REM0-8073的VN与系统电源的接线端子2相连。如图2所示，中间继电器接线端子与电磁阀组的各接线端子的链接为11与C5相 接，8与5F相接，12与C7相接，9与Cl相接，13与C9相接，14与Cll相接，15与C13相接， 16与C15相接，17与C2相接，18与S-W相接。
如图3所示，标准电磁阀组的各个电磁阀S1、S2、S3的电压输入端接在共同的电源 线S-W上，S4的电压输入端接在S-03上，电磁阀Si、S2、S3、S4的接地端接在共同的地线 S-GND上。继电器的接线端子17和1分别为常开和常闭，接线端子13为负向控制端。优选的，中间继电器作为功率驱动和控制器件，在控制气体制校准器的同时也控 制校准电磁阀，均使用常开节点。优选的，接线端子主要作用是用于220VAC系统电源的分接，气象传感器电源提供 以及校准器和校准电磁阀的接线。使用上述装置，配合环保监控软件的使用，数据的采集、控制变得更加灵活、可靠、 方便。本发明由于使用了基于总线和模块的数据采集方式，信号采集通道的扩展变得更 加灵活，故障风险也更加分散，可靠性更高，而且可以直接对气象传感器输出的信号进行采 集，不要增加气象参数显示仪来处理，这样也降低了系统的成本。而本发明中采用的分布式 模块，有众多生产厂家，而且各家采用的是相互兼容的ASC指令集或标准的modbus协议，通 用性好，扩展性好。本发明中采用其他型号或品牌的模块，或者给予以太网等接口的模块，或者PAC 模块，也可以实现相同的效果。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
权利要求
一种专用数据采集系统，其特征在于，所述系统中的各个模块采用总线式的通信，通过通用modbus协议对信号进行控制和采集；所述系统包括发送模块和至少一个采集模块，其中，发送模块和模拟采集模块的数据差分输入正端和负端分别接在共同的数据总线上，发送模块的接地端与采集模块的接地端均接在共同的地线上，发送模块的电压输入端与模拟采集模块的电压输入端接在共同的电源线上；所述发送模块用于将采集模块采集的数据发送出去，所述采集模块包括用于采集气象参数的模拟量采集模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集模块还包括用于采集站房温度 模拟量采集模块。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集模块还包括与电源连接并能采 集电源的电源参数的电量参数采集模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集模块还包括数字量输入输出模 块，用于接收数字形式的采集信号并输出数字形式的控制信号。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统采用485总线通 信方式。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发送模块包括GPRS采集模块和接口 转换模块，GPRS采集模块用于传送非视频数据，接口转换模块用于接口转换。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括继电器，所述数字输入输出模块和 继电器用于共同对气体校准器和校准电磁阀控制。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述继电器使用常开节点。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统的接线端子用于220V交流系统 电源的分接。
全文摘要
一种专用数据采集系统，所述系统中的各个模块采用总线式的通信，通过通用modbus协议对信号进行控制和采集；所述系统包括发送模块和至少一个采集模块，其中，发送模块和模拟采集模块的数据差分输入正端和负端分别接在共同的数据总线上，发送模块的接地端与采集模块的接地端均接在共同的地线上，发送模块的电压输入端与模拟采集模块的电压输入端接在共同的电源线上；所述发送模块用于将采集模块采集的数据发送出去，所述采集模块包括用于采集气象参数的模拟量采集模块。本系统使用基于总线和模块的数据采集方式，使信号采集通道的扩展变得更加灵活，故障风险也更加分散，可靠性更高，直接对气象传感器输出的信号进行采集，降低了系统的成本。
文档编号G05B19/418GK101937223SQ201010259830
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者张良铭 申请人:北京雪迪龙科技股份有限公司