一种通用的工业级数据采集模块化装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种通用的工业级数据采集模块化装置，它涉及数据采集系统技术领域。它包括主控电路、隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量采样输入电路、RS485接口电路、RS232接口电路，主控电路分别与隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量采样输入电路、RS485接口电路、RS232接口电路连接，主控电路还与存储器电路、电源电路和看门狗连接。本实用新型功能更全面，提高了系统的可靠性，抗干扰性强，实用性强，易于推广使用。
【专利说明】
一种通用的工业级数据采集模块化装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及的是数据采集系统技术领域，具体涉及一种通用的工业级数据采集模块化装置。
【背景技术】
[0002]在油气田以外的多种工业生产等多种场合，需要通过接口将远程现场采集到的数据或状态传送到监控中心，或将监控中心的控制指令通过接口的方式送往现场设备，现有技术的装置只能单一的传送某一信号，当需要将多个信号传输时需要不同的装置，不仅成本高，且降低效率，此外，系统的可靠性低，抗干扰能力不足，基于此，设计一种新型的通用的工业级数据采集模块化装置还是很有必要的。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种通用的工业级数据采集模块化装置，结构设计合理，功能更全面，提高了系统的可靠性，抗干扰性强，实用性强，易于推广使用。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现:一种通用的工业级数据采集模块化装置，包括主控电路、隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量采样输入电路、RS485接口电路、RS232接口电路，主控电路分别与隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量采样输入电路、RS485接口电路、RS232接口电路连接，主控电路还与存储器电路、电源电路和看门狗连接，主控电路由主控芯片及其外围电路组成，主控芯片采用处理器MSP430F1611。
[0005]作为优选，所述的主控芯片的59脚-61脚、2脚-6脚分别接有八路直流模拟量采样输入电路，每路直流模拟量采样输入电路由第一电阻-第三电阻、第一电容和第一跳线组成，直流模拟量采样输入电路的信号输入端依次接第一电阻、第二电阻至地端，第二电阻两端并接第一电容，第一电阻与第二电阻之间的节点接至主控芯片，直流模拟量采样输入电路的信号输入端还接第三电阻、第一跳线至模拟量电路的公共端。
[0006]作为优选，所述的八路隔离开关量输入电路接排阻至主控芯片的20脚-27脚，每路隔离开关量输入电路由第一光电耦合器、第四电阻-第六电阻、第一二极管、第二二极管组成，隔离开关量输入电路的信号输入端依次接第四电阻、第一二极管至第一光电耦合器的I脚，第一二极管的负极端反接第二二极管至第一光电親合器的2脚，第一光电親合器的4脚接第六电阻至电源端，各隔离开关量输入电路中的第一光电耦合器的4脚分别与主控芯片的20脚-27脚连接，第一光电耦合器的2脚接第五电阻至开关量电路的公共端;所述第一二极管采用二极管IN4007，第二二极管采用二极管IN4148，第一光电耦合器采用光电耦合器TLP281o
[0007]作为优选，所述的八路继电器输出电路接排阻至与主控芯片的36脚-51脚，每路继电器输出电路由反向驱动器、继电器、第二电容组成，主控芯片的36脚接反向驱动器的7脚，反向驱动器的10脚接第二电容至地端，反向驱动器的10脚接继电器至电源端，继电器的触点一端接至各继电器输出电路的公共端，继电器的触点另一端接主控芯片的37脚，另七路继电器输出电路接法类似;所述的反向驱动器采用反向达林顿陈列反向驱动器MC1413，继电器采用继电器JZC-49F。
[0008]作为优选，所述的RS232接口电路包括RS232接口芯片、第三电容、第四电容，RS232接口芯片的2脚-4脚分别与主控芯片的35脚、31脚、34脚，RS232接口芯片的5脚、6脚分别接第三电容、第四电容至地端；所述的RS485接口电路由第二光电耦合器-第四光电耦合器、RS485接口芯片及其外围电路组成，RS485接口芯片的I脚接第七电阻至第二光电耦合器的2脚，第二光电耦合器的I脚、3脚、4脚分别接电源端、地端、主控芯片的33脚，第二光电耦合器的4脚接第八电阻至电源端，RS485接口芯片的2脚、3脚相接，RS485接口芯片的2脚、4脚分别接第三光电親合器、第四光电親合器的4脚，第三光电親合器、第四光电親合器的4脚分别接第九电阻、第十一电阻至电源端，第三光电耦合器、第四光电耦合器的I脚分别接第十电阻、第十二电阻至电源端，第三光电耦合器、第四光电耦合器的2脚分别接主控芯片的30脚、32脚，RS485接口芯片的6脚、8脚分别接第十三电阻、第十四电容至电源端，RS485接口芯片的6脚、7脚分别反接第一稳压二极管、第二稳压二极管至地端，RS485接口芯片的7脚接第十五电阻至地端，RS485接口芯片的6脚、7脚分别接第十六电阻、第十七电阻至RS485接口 ；所述的第二光电耦合器-第四光电耦合器均采用光电耦合器TLP281，RS485接口芯片采用接口芯片65LBC184。
[0009]作为优选，所述的存储器电路由存储器及其外围电路组成，存储器的I脚-4脚接地，存储器的5脚-7脚分别接主控芯片的19脚-17脚，存储器的8脚分别接第五电容、第六电容至地端，所述存储器采用存储器FM24CL16;所述看门狗由监控芯片及其外围电路组成，监控芯片的I脚与8脚之间接有第二跳线，监控芯片的I脚、6脚接第十八电阻、第十九电阻至电源端，监控芯片的2脚分别接第七电容、第八电容至地端，监控芯片的6脚、7脚分别接主控芯片的13脚、58脚，所述监控芯片采用监控芯片MP706;所述主控芯片还与电源指示电路、运行指示电路、串口通讯电路连接，电源指示电路由第二十电阻、第一发光二极管组成，运行指示电路由第二i^一电阻、第二发光二极管组成，串口通讯电路由第二十二电阻、第三发光二极管组成，主控芯片的12脚、13脚、15脚分别接第二十电阻与第一发光二极管的串联电路、第二十一电阻与第二发光二极管的串联电路、第二十二电阻与第三发光二极管的串联电路至电源端。
[0010]本实用新型的有益效果:功能更全面，集成直流模拟量采集，开关量输入、输出和通讯口于一体，特别适合应用于采用蓄电池供电的数据采集控制系统，提高了系统的可靠性和抗干扰性。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本实用新型；
[0012]图1为本实用新型主控电路的电路图；
[0013]图2为本实用新型直流模拟量采样输入电路的电路图；
[0014]图3为本实用新型隔离开关量输入电路的电路图；
[0015]图4为本实用新型继电器输出电路的电路图；
[0016]图5为本实用新型RS232接口电路的电路图；
[0017]图6为本实用新型RS485接口电路的电路图；
[0018]图7为本实用新型存储器电路的电路图；
[0019]图8为本实用新型看门狗的电路图。
【具体实施方式】
[0020]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0021]参照图1-8，本【具体实施方式】采用以下技术方案:一种通用的工业级数据采集模块化装置，包括主控电路、隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量采样输入电路、RS485接口电路、RS232接口电路，主控电路分别与隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量采样输入电路、RS485接口电路、RS232接口电路连接，主控电路还与存储器电路、电源电路和看门狗连接，主控电路由主控芯片Ul及其外围电路组成，主控芯片Ul采用处理器MSP430F1611;所述主控芯片Ul的59脚-61脚、2脚-6脚分别接有八路直流模拟量采样输入电路，每路直流模拟量采样输入电路由第一电阻Rl -第三电阻R3、第一电容Cl和第一跳线JPl组成，直流模拟量采样输入电路的信号输入端依次接第一电阻R1、第二电阻R2至地端，第二电阻R2两端并接第一电容Cl，第一电阻Rl与第二电阻R2之间的节点接至主控芯片Ul，直流模拟量采样输入电路的信号输入端还接第三电阻R3、第一跳线JPl至模拟量电路的公共端。
[0022]值得注意的是，所述的八路隔离开关量输入电路接排阻至主控芯片Ul的20脚-27脚，每路隔离开关量输入电路由第一光电親合器U2、第四电阻R4-第六电阻R6、第一二极管Dl、第二二极管D2组成，隔离开关量输入电路的信号输入端依次接第四电阻R4、第一二极管Dl至第一光电耦合器U2的I脚，第一二极管Dl的负极端反接第二二极管D2至第一光电耦合器U2的2脚，第一光电耦合器U2的4脚接第六电阻R6至电源端，各隔离开关量输入电路中的第一光电親合器U2的4脚分别与主控芯片Ul的20脚-27脚连接，第一光电親合器U2的2脚接第五电阻R5至开关量电路的公共端;所述第一二极管Dl采用二极管IN4007，第二二极管D2采用二极管IN4148，第一光电耦合器U2采用光电耦合器TLP281。
[0023]值得注意的是，所述的八路继电器输出电路接排阻至与主控芯片Ul的36脚-51脚，每路继电器输出电路由反向驱动器U3、继电器J、第二电容C2组成，主控芯片Ul的36脚接反向驱动器U3的7脚，反向驱动器U3的1脚接第二电容C2至地端，反向驱动器U3的1脚接继电器J至电源端，继电器J的触点一端接至各继电器输出电路的公共端，继电器J的触点另一端接主控芯片Ul的37脚，另七路继电器输出电路接法类似;所述的反向驱动器U3采用反向达林顿陈列反向驱动器MC1413，继电器J采用继电器JZC-49F。
[0024]值得注意的是，所述的RS232接口电路包括RS232接口芯片U4、第三电容C3、第四电容C4，RS232接口芯片U4的2脚-4脚分别与主控芯片Ul的35脚、31脚、34脚，RS232接口芯片U4的5脚、6脚分别接第三电容C3、第四电容C4至地端;所述RS485接口电路由第二光电耦合器U6-第四光电耦合器U8、RS485接口芯片U5及其外围电路组成，RS485接口芯片U5的I脚接第七电阻R7至第二光电耦合器U6的2脚，第二光电耦合器U6的I脚、3脚、4脚分别接电源端、地端、主控芯片Ul的33脚，第二光电耦合器U6的4脚接第八电阻R8至电源端，RS485接口芯片U5的2脚、3脚相接，RS485接口芯片U5的2脚、4脚分别接第三光电耦合器U7、第四光电耦合器U8的4脚，第三光电耦合器U7、第四光电耦合器U8的4脚分别接第九电阻R9、第^^一电阻Rl I至电源端，第三光电耦合器U7、第四光电耦合器U8的I脚分别接第十电阻R10、第十二电阻R12至电源端，第三光电耦合器U7、第四光电耦合器U8的2脚分别接主控芯片Ul的30脚、32脚，RS485接口芯片U5的6脚、8脚分别接第十三电阻R13、第十四电容C14至电源端，RS485接口芯片U5的6脚、7脚分别反接第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2至地端，RS485接口芯片U5的7脚接第十五电阻R15至地端，RS485接口芯片U5的6脚、7脚分别接第十六电阻R16、第十七电阻R17至RS485接口 ；所述的第二光电耦合器U6-第四光电耦合器U8均采用光电耦合器TLP281，RS485接口 芯片 U5 采用接口 芯片 65LBC184。
[0025]此外，所述的存储器电路由存储器U9及其外围电路组成，存储器U9的I脚-4脚接地，存储器U9的5脚-7脚分别接主控芯片Ul的19脚-17脚，存储器U9的8脚分别接第五电容C5、第六电容C6至地端，所述存储器U9采用存储器FM24CL16;所述看门狗由监控芯片UlO及其外围电路组成，监控芯片UlO的I脚与8脚之间接有第二跳线JP2，监控芯片UlO的I脚、6脚接第十八电阻R18、第十九电阻R19至电源端，监控芯片UlO的2脚分别接第七电容C7、第八电容C8至地端，监控芯片UlO的6脚、7脚分别接主控芯片Ul的13脚、58脚，所述监控芯片UlO采用监控芯片頂P706。
[0026]所述的主控芯片Ul还与电源指示电路、运行指示电路、串口通讯电路连接，通过电源指示电路、运行指示电路、串口通讯电路实时掌握电路运行情况，电源指示电路由第二十电阻R20、第一发光二极管LEDl组成，运行指示电路由第二十一电阻R21、第二发光二极管LED2组成，串口通讯电路由第二十二电阻R22、第三发光二极管LED3组成，主控芯片Ul的12脚、13脚、15脚分别接第二十电阻R20与第一发光二极管LEDl的串联电路、第二 ^^一电阻R21与第二发光二极管LED2的串联电路、第二十二电阻R22与第三发光二极管LED3的串联电路至电源端。
[0027]本【具体实施方式】适用于油气田野外单井设备控制、数据采集行业的数据采集控制，通过RS485/RS232接口将远程现场采集到的数据或状态传送到监控中心，也可将监控中心的控制指令通过RS485接口的方式送往现场设备，装置集成直流模拟量采集、开关量输入、输出和通讯口于一体，采用宽范围直流电压供电，特别适合应用于采用蓄电池供电的数据采集控制系统。
[0028]本【具体实施方式】采用高性能低功耗、片内集成8路AD、2个UART、I2C以及几十个I/O的16位的主控芯片Ul，CPU内部集成所有外围功能模块，提高了系统的可靠性和抗干扰性，装置硬件上集成八路隔离开关量输入、八路继电器输出、八路直流模拟量采样输入、I个RS485接口、I个RS232接口及硬件看门狗于一体，支持DC9-36V供电，适用于多种应用场合，装置采用金属机壳，具有防止外部电磁辐射的作用;装置软件上实现了直流模拟量超限报警、连动开关等、开关量输入、输出之间可配置控制逻辑、继电器点动，RS485和RS232通讯口支持标准MODBUS RTU规约:
[0029](I)开关量输入的实施:采用光耦隔离输入，输入端加二极管，防止电平反向。
[0030](2)继电器输出的实施:采用电磁继电器隔离输出。继电器的控制采用CPU的两个I/O互锁输出提高可靠性。
[0031](3)模拟量输入的实施:CPU的AD模块参考电压2.5V。对输入的电压(0-5V)信号用电阻分压(0-2.08V)后进入CPU的AD模块进行模数转换;对输入的电流信号(4-20mA)先经采样电阻转换成电压信号(0-5V)后再进行分压转换，在硬件上通过一个可插拔跳线使能采样电阻，拔掉跳线帽用于测电压信号，插上跳线帽用于测电流信号。
[0032](4)串口的实施:设置的RS485和RS232异步串行接口，软件处理上支持通用的MODBUS RTU协议。
[0033]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，包括主控电路、隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量采样输入电路、RS485接口电路、RS232接口电路，主控电路分别与隔离开关量输入电路、继电器输出电路、直流模拟量米样输入电路、R S48 5接口电路、RS232接口电路连接，主控电路还与存储器电路、电源电路和看门狗连接，主控电路由主控芯片(Ul)及其外围电路组成，主控芯片(Ul)采用处理器MSP430F1611。2.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，所述的主控芯片(Ul)的59脚-61脚、2脚-6脚分别接有八路直流模拟量采样输入电路，每路直流模拟量采样输入电路由第一电阻(Rl)-第三电阻(R3)、第一电容(Cl)和第一跳线(JPl)组成，直流模拟量采样输入电路的信号输入端依次接第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)至地端，第二电阻(R2)两端并接第一电容(Cl)，第一电阻(Rl)与第二电阻(R2)之间的节点接至主控芯片(Ul)，直流模拟量采样输入电路的信号输入端还接第三电阻(R3)、第一跳线(JPl)至模拟量电路的公共端。3.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，八路所述的隔尚开关量输入电路接排阻至主控芯片(Ul)的20脚-27脚，每路隔尚开关量输入电路由第一光电耦合器(U2)、第四电阻(R4)-第六电阻(R6)、第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)组成，隔离开关量输入电路的信号输入端依次接第四电阻(R4)、第一二极管(Dl)至第一光电親合器(U2)的I脚，第一二极管(Dl)的负极端反接第二二极管(D2)至第一光电親合器(U2)的2脚，第一光电耦合器(U2)的4脚接第六电阻(R6)至电源端，各隔离开关量输入电路中的第一光电親合器(U2)的4脚分别与主控芯片(Ul)的20脚-27脚连接，第一光电親合器(U2)的2脚接第五电阻(R5)至开关量电路的公共端；所述第一二极管(Dl)采用二极管IN4007，第二二极管(D2)采用二极管IN4148，第一光电耦合器(U2)采用光电耦合器TLP281o4.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，八路所述的继电器输出电路接排阻至与主控芯片(Ul)的36脚-51脚，每路继电器输出电路由反向驱动器(U3)、继电器(J)、第二电容(C2)组成，主控芯片(Ul)的36脚接反向驱动器(U3)的7脚，反向驱动器(U3)的10脚接第二电容(C2)至地端，反向驱动器(U3)的10脚接继电器(J)至电源端，继电器(J)的触点一端接至各继电器输出电路的公共端，继电器(J)的触点另一端接主控芯片(Ul)的37脚，另七路继电器输出电路接法相同；所述的反向驱动器(U3)采用反向达林顿陈列反向驱动器MC1413，继电器(J)采用继电器JZC-49F。5.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，所述的RS232接口电路包括RS232接口芯片(U4)、第三电容(C3)、第四电容(C4)，RS232接口芯片(U4)的2脚-4脚分别与主控芯片(Ul)的35脚、31脚、34脚，RS232接口芯片(U4)的5脚、6脚分别接第三电容(C3)、第四电容(C4)至地端。6.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，所述的RS485接口电路由第二光电耦合器(U6)-第四光电耦合器(U8)、RS485接口芯片(U5)及其外围电路组成，RS485接口芯片(U5)的I脚接第七电阻(R7)至第二光电耦合器(U6)的2脚，第二光电耦合器(U6)的I脚、3脚、4脚分别接电源端、地端、主控芯片(Ul)的33脚，第二光电耦合器(U6)的4脚接第八电阻(R8)至电源端，RS485接口芯片(U5)的2脚、3脚相接，RS485接口芯片(U5)的2脚、4脚分别接第三光电耦合器(U7)、第四光电耦合器(U8)的4脚，第三光电耦合器(U7)、第四光电耦合器(U8)的4脚分别接第九电阻(R9)、第十一电阻(Rll)至电源端，第三光电耦合器(U7)、第四光电耦合器(U8)的I脚分别接第十电阻(R10)、第十二电阻(R12)至电源端，第三光电耦合器(U7)、第四光电耦合器(U8)的2脚分别接主控芯片(Ul)的30脚、32脚，RS485接口芯片(U5)的6脚、8脚分别接第十三电阻(R13)、第十四电容(C14)至电源端，RS485接口芯片(U5)的6脚、7脚分别反接第一稳压二极管(Zl)、第二稳压二极管(Z2)至地端，RS485接口芯片(U5)的7脚接第十五电阻(R15)至地端，RS485接口芯片(U5)的6脚、7脚分别接第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)至RS485接口；所述的第二光电耦合器(U6)-第四光电耦合器(U8)均采用光电耦合器TLP281，RS485接口芯片(U5)采用接口芯片65LBC184。7.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，所述的存储器电路由存储器(U9)及其外围电路组成，存储器(U9)的I脚-4脚接地，存储器(U9)的5脚-7脚分别接主控芯片(Ul)的19脚-17脚，存储器(U9)的8脚分别接第五电容(C5)、第六电容(C6)至地端，所述存储器(U9)采用存储器FM24CL16。8.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，所述的看门狗由监控芯片(U1)及其外围电路组成，监控芯片(U1)的I脚与8脚之间接有第二跳线(JP2)，监控芯片(UlO)的I脚、6脚接第十八电阻(R18)、第十九电阻(R19)至电源端，监控芯片(U1)的2脚分别接第七电容(C7)、第八电容(C8)至地端，监控芯片(Ul O)的6脚、7脚分别接主控芯片(Ul)的13脚、58脚，所述监控芯片(UlO)采用监控芯片頂P706。9.根据权利要求1所述的一种通用的工业级数据采集模块化装置，其特征在于，所述的主控芯片(Ul)还与电源指示电路、运行指示电路、串口通讯电路连接，电源指示电路由第二十电阻(R20)、第一发光二极管(LEDl)组成，运行指示电路由第二十一电阻(R21)、第二发光二极管(LED2)组成，串口通讯电路由第二十二电阻(R22)、第三发光二极管(LED3)组成，主控芯片(Ul)的12脚、13脚、15脚分别接第二十电阻(R20)与第一发光二极管(LEDl)的串联电路、第二 i^一电阻(R21)与第二发光二极管(LED2)的串联电路、第二十二电阻(R22)与第三发光二极管(LED3)的串联电路至电源端。
【文档编号】G05B19/042GK205485443SQ201620035357
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月15日
【发明人】程海龙
【申请人】北京铭泽伟业科技有限公司