一种多类型称重传感器信号采集装置的制作方法

本实用新型属于起重机安全监控系统安装技术领域，具体涉及一种多类型称重传感器信号采集装置。

背景技术：

在加装起重机械安装安全监控管理系统时需要采集称重传感器数据，现场的称重传感器输出信号多种多样，有mV级电压信号，有4~20mA放大后的信号，还有直接转换成RS485的总线通信信号，一般单一的信号采集板不能满足现场各式各样的输出信号类型。如重新加装传感器增加了项目成本，而且现场施工难度很大，同时也影响客户现场日常工作。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的问题，本实用新型公开了一种多类型称重传感器信号采集装置，可兼容采集现场多种称重信号，信号转换后通过4~20 mA输出电路或 RS-485总线通讯电路传输给仪表或PLC设备，满足称重信号变送给多个采集单元的需求，实用性高。

为达到实用新型目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种多类型称重传感器信号采集装置，包括封闭盒体、PG头和电路板，所述电路板固定放于内部中空的封闭盒体中，PG头设置在封闭盒体前侧板上，电路板上集成微处理器、电源转换电路、0~30mV输入电路、4~20mA输入电路、放大电路、RS-485总线输入通讯电路、线性隔离光耦电路、4~20mA输出电路、光电耦合隔离电路和RS-485总线输出通讯电路，电源转换电路与微处理器输入端相连并为微处理器供电，0~30mV输入电路和4~20mA输入电路分别通过放大电路信号放大后再经过线性隔离光耦电路与微处理器电连接，RS-485总线输入通讯电路通过光电耦合隔离电路与微处理器电连接，微处理器输出端先通过光电耦合隔离电路再通过RS-485总线输出通讯电路与仪表和PLC相连，微处理器输出端还能依次通过线性隔离光耦电路和4~20mA输出电路与仪表和PLC相连，微处理器采集转换的模拟量信号或数字量信号转化成MODBUS协议数据，MODBUS协议数据经光电耦合隔离电路的隔离后通过RS-485总线输出通讯电路传送至仪表或PLC，微处理器处理的输入数据还可经过内部DAC模块转换后转换成可变电压再经过线性隔离光耦电路和4~20mA输出电路传输给仪表和PLC。

进一步的，所述0~30mV输入电路与0~30mV输出信号型称重传感器相连，采集0~30mV输出信号型称重传感器的电位差信号，0~30mV输入电路通过放大电路再经过线性隔离光耦电路连接至微处理器输入端，通过微处理器的12位AD转换单元将0~30mV输入电路传输的信号转换成数字信号。

进一步的，所述4~20mA输入电路与带放大电路的4~20mA输出信号型称重传感器相连并采集4~20mA输出信号型称重传感器的4~20mA输出信号，4~20mA输入电路通过放大电路二次放大后再通过线性隔离光耦电路连接至微处理器输入端，通过微处理器的12位AD转换单元将4~20mA输入电路传输的信号转换成数字信号。

进一步的，所述封闭盒体包括上封闭盖和底部壳，上封闭盖和底部壳之间通过4颗边角位置的M3*8的平头螺丝固定连接，电路板放于上封闭盖和底部壳对接围成的封闭盒体中并由4颗边角位置的M3*8的自攻螺丝固定于封闭盒体中，电路板上设置连接器插座，电路板上还集成有电源指示灯，用于指示电源的工作状态，PG头包括M12和M20两种类型，PG头和PLC的PLC设备接头并列设置在封闭盒体前侧板上。

进一步的，RS-485总线通讯电路共计2路，包括RS-485总线通讯输入电路和RS-485总线通讯输出电路，其中RS-485总线通讯输入电路与称重传感器变送RS-485型放大器相连，RS-485总线通讯输入电路用于数据采集，RS-485总线通讯输出电路通过MODBUS协议将数据传输到仪表或PLC。

进一步的，所述微处理器采用STM32F103R8T6单片机作为控制芯片。

与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果为：

本实用新型公开了一种多类型称重传感器信号采集装置，设计合理，通过对硬件电路的完善和通讯传输系统的优化设计，通过0~30mV输入电路、4~20mA输入电路和RS-485总线通讯输入电路分别采集现场称重传感器的三种输出信号（0~30mV、4~20mA、RS-485信号），作为微处理器的输入信号进行处理，不影响信号跟原有仪表或PLC的连接，采集的信号输入微处理器，经过数字滤波平滑处理后通过RS-485总线通讯电路传输数据到仪表或PLC，可供仪表或PLC接入RS-485(MODBUS协议)信号，同时采集信号也可转换成4~20mA输出信号传输数据到仪表或PLC，供仪表或PLC接入。本实用新型提供的信号采集装置可以接入现场带放大板的传感器或不带放大板的传感器，也可接入现场带RS-485总线通讯的放大器，实现对称重传感器的不同信号的采集（电压信号、电流信号、RS485数字量信号 ），然后采集转换后的数据通过MODBUS协议远程传输，现场安装灵活，适应性强，具有体积小、重量轻、成本低、抗干扰能力高、易于现场安装接线调试的优点，满足现场实际需求，提高了工作效率，降低了应用成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路原理框图；

图3为本实用新型的系统连接图；

图中：1、上封闭盖；2、电路板；3、底部壳；4、PG头；5、连接器插座；6、0~30mV输入电路；7、4~20mA输入电路；8、RS-485总线通讯输入电路；9、线性隔离光耦电路；10、微处理器；11、PLC；12、4~20mA输出电路；13、电源转换电路；14、PLC设备接头；15、光电耦合隔离电路；16、RS-485总线通讯输出电路；17、0~30mV输出信号型称重传感器；18、4~20mA输出信号型称重传感器；19、称重传感器变送RS-485型放大器；20、仪表；21、多类型称重传感器信号采集装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1-3所示，一种多类型称重传感器信号采集装置，包括封闭盒体、电路板2、PG头4、连接器插座5、0~30mV输入电路6、4~20mA输入电路7、RS-485总线通讯输入电路8、线性隔离光耦电路9、微处理器10、PLC 11、4~20mA输出电路12、电源转换电路13、PLC设备接头14、光电耦合隔离电路15、RS-485总线通讯输出电路16、0~30mV输出信号型称重传感器17、4~20mA输出信号型称重传感器18和称重传感器变送RS-485型放大器19，封闭盒体包括上封闭盖1和底部壳3，上封闭盖1和底部壳3之间由4颗边角位置的M3*8的平头螺丝固定，电路板2放于上封闭盖1和底部壳3对接围成的封闭盒体中并由4颗边角位置的M3*8的自攻螺丝固定于封闭盒体中，连接器插座5（用于接入输入、输出信号）设置在电路板2上，PG头4包括M12和M20两种类型，PG头4和PLC 11的PLC设备接头14并列设置在所述封闭盒体前侧板上。

电路板2上集成了放大电路、0~30mV输入电路6、4~20mA输入电路7、RS-485总线通讯输入电路8、线性隔离光耦电路9、微处理器10、4~20mA输出电路12、电源转换电路13、光电耦合隔离电路15和RS-485总线通讯输出电路16，电路板2上还集成有电源指示灯，用于指示电源的工作状态，微处理器10分别与电源转换电路13、模拟量采集电路、RS-485总线通讯输入电路8和RS-485总线通讯输出电路16相连，模拟量采集电路包括0~30mV输入电路6、4~20mA输入电路7和线性隔离光耦电路9，0~30mV输入电路6和4~20mA输入电路7分别经过放大电路信号放大后通过线性隔离光耦电路9与微处理器10输入端电连接，RS-485总线通讯输入电路8通过光电耦合隔离电路15与微处理器10输入端电连接，具体的，电源转换电路13与微处理器10输入端相连并为微处理器10供电，0~30mV输入电路6和4~20mA输入电路7分别通过放大电路放大后再经过线性隔离光耦电路9与微处理器10输入端电连接，RS-485总线输入通讯电路8通过光电耦合隔离电路15与微处理器10电连接，微处理器10输出端依次通过光电耦合隔离电路15后再通过RS-485总线输出通讯电路16经由RS485总线与仪表20和/或PLC 11相连接，微处理器10输出端还可依次通过线性隔离光耦电路9后再通过4~20mA输出电路12与仪表20和/或PLC 11相连接。微处理器10采集转换的模拟量信号或数字量信号转化成MODBUS协议数据，MODBUS协议数据经光电耦合隔离电路15的隔离后通过RS-485总线输出通讯电路16经由RS485总线传送至仪表20和/或PLC 11， 微处理器10处理的输入数据还可经过转换成可变电压后再经过线性隔离光耦电路9和4~20mA输出电路12传输给仪表20和/或PLC 11。RS-485总线通讯电路共计2路，包括RS-485总线通讯输入电路8和RS-485总线通讯输出电路16，其中RS-485总线通讯输入电路8用于数据采集，RS-485总线通讯输出电路16通过MODBUS协议将数据传输到仪表20或PLC 11，可实现对多种类型信号的输入和处理。

如图2所示，电路板2先通过线性隔离光耦电路9输入0~30mV输入信号和/或4~20mA输入信号（模拟量信号），通过光电耦合隔离电路15 输入RS-485总线通讯输入信号（RS-485数字量信号），输入信号经过微处理器10处理后变成数字信号，数字信号转化成MODBUS协议数据，通过光电耦合隔离电路15隔离后经过RS-485总线通讯输出电路16由RS-485总线输出给仪表20或PLC 11，0~30mV输入信号、4~20mA输入信号经过放大电路放大后经过线性隔离光耦电路9传输至微处理器10，微处理器10数据处理后还可经过内部DAC模块转换后转换成可变电压，再依次经过线性隔离光耦电路9和4~20mA输出电路12传输给仪表20或PLC11。

线性隔离光耦电路9用于隔离输入的模拟量信号（0~30mV、4~20mA输入信号），微处理器10用于采集模拟量信号（包括0~30mV、4~20mA输入信号）及解析RS-485总线通讯输入数据（此为数字量信号）并转化成MODBUS协议的RS-485总线通讯输出信号，4~20mA输出电路12将微处理器10数据处理后经过内部DAC模块转换的电压信号换成的4~20mA输出信号输出，并变送称重信号给PLC 11或仪表20，电源转换电路13用于电源隔离及稳压降压，光电耦合隔离电路15用于RS-485信号的隔离，RS-485总线通讯输出电路16用于将MODBUS协议称重数据传输给PLC 11或仪表20。

如图3所示，多类型称重传感器信号采集装置21与0~30mV输出信号型称重传感器17、4~20mA输出信号型称重传感器18和称重传感器变送RS-485型放大器19相连并分别采集0~30mV输出信号型称重传感器17、4~20mA输出信号型称重传感器18和称重传感器变送RS-485型放大器19的信号或数据进行处理，变送为RS-485总线通讯数据或4~20mA输出信号给PLC 11或仪表20。具体的，0~30mV输入电路6与0~30mV输出信号型称重传感器17相连，用于采集0~30mV输出信号型称重传感器17的电位差信号，0~30mV输入电路6通过放大电路放大后经过线性隔离光耦电路9连接至微处理器10输入端，通过微处理器10的12位AD转换单元将0~30mV输入电路6传输的信号转换成数字信号；4~20mA输入电路7与4~20mA输出信号型称重传感器18（带放大电路的一类称重传感器，输出信号为4~20mA）相连并采集4~20mA输出信号型称重传感器18的信号，4~20mA输入电路7过放大电路二次放大后经过线性隔离光耦电路9连接至微处理器10输入端，通过微处理器10的12位AD转换单元将4~20mA输入电路7传输的信号转换成数字信号；RS-485总线通讯输入电路8用于采集称重传感器变送RS-485型放大器19传输的RS-485信号数据，可采集现场远程传输的数字量信号，微处理器10处理出MODBUS协议数据和4~20mA信号。

本实用新型的工作原理是：

对于起重设备现场的称重信号（0~30mV、4~20mA、RS-485输入信号），0~30mV模拟量信号经过放大电路放大后通过线性隔离光耦电路9输入，4~20mA模拟量信号流过取样电阻取样后经过运放电压跟随后再经过放大电路二次放大后通过线性隔离光耦电路9输入，RS-485数字量信号经过光电耦合隔离电路15输入；模拟量信号经过微处理器10的12位AD转换单元转换成数字信号，数字信号通过去毛刺和平滑滤波后转化成称重信号的数字量信号，微处理器10也可以通过微处理器USART串口通信单元读取RS-485输入电路8采集传输的数据。本装置设有线性隔离光耦电路9、光电耦合隔离电路15和4~20mA输出电路12，用于将称重传感器信号远程传输给仪表20或PLC 11，同时称重信号也可通过RS-485通信接口MODBUS协议的数据格式远程传输给仪表20或PLC 11。PLC 11可通过MODBUS协议修改本装置的MODBUS地址号及波特率，波特率可调整为4.8K、9.6K、19.2K、38.4K的速率，通讯稳定可靠。

在本实用新型中，采用STM32F103R8T6单片机作为微处理器10的控制芯片。STM32F103R8T6有64K字节的系统内可编程FLASH，最大20KB的RAM，MODBUS地址号及波特率等参数存放在FLASH中，保证掉电后设定参数的保存，STM32F103R8T6接口多、程序移植便利，支持后续的配置扩展，且成本低，使用效率高，处理信息速度很快，完全可以胜任工业现场总线通讯的条件。

光电耦合隔离电路15在隔离电压达到1500V时，RS-485总线输出通讯电路16的RS-485接口具有过流、过压保护，避免击穿电路的优点。

本实用新型现场安装灵活，适应性强，具有体积小、重量轻、成本低、抗干扰能力高、易于现场安装接线调试的优点，完全满足了现场实际需求，提高了工作效率，降低了应用成本。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。