机架式大量程多路电压模拟量联网设备的制作方法

1.本实用新型涉及工业现场采集领域，具体的，涉及机架式大量程多路电压模拟量联网设备。


背景技术：

2.随着internet技术和标准的发展，工业现场采用远程以太网连接是一种最为经济、可靠的解决方案，以太网采集与控制也成为工业现场数据交互的重要一环。但是现有借助网关实现的工业现场采集的设备存在采集通道少、采集范围窄的问题，需要进一步改进。


技术实现要素：

3.本实用新型提出机架式大量程多路电压模拟量联网设备，解决了现有借助网关实现的工业现场采集的设备存在采集通道少、采集范围窄的问题。
4.本实用新型的技术方案如下：
5.机架式大量程多路电压模拟量联网设备，包括信号采集电路，所述信号采集电路的输入端用于与外部传感器连接，所述信号采集电路的输出端用于与处理器连接，所述信号采集电路包括多路分压电路和a/d转换芯片u13，多路所述分压电路的电路结构相同，其中一路包括电阻r4、电阻r31和运放u14，所述电阻r4和所述电阻r31组成串联支路，所述串联支路的两端分别用于接入外部传感器的电压信号，所述电阻r4和电阻r31的连接点连接所述运放u14的同相输入端，所述运放u14的反相输入端连接运放u14的输出端，所述运放u14的输出端通过电阻r6连接所述a/d转换芯片u13的输入端，所述a/d转换芯片u13的输出端用于连接处理器。
6.进一步，所述信号采集电路还包括数字隔离器u8，所述数字隔离器u8的输入端vid连接所述a/d转换芯片u13的输出端，所述数字隔离器u8的输出端vod用于连接处理器。
7.进一步，本实用新型还包括电压抬升电路，外部传感器电压信号通过所述电压抬升电路接入所述分压电路，所述电压抬升电路包括电压基准芯片u7、运放u5和运放u6，所述电压基准芯片u7的输出端vout通过电阻r2连接5v电源，所述电压基准芯片u7的输出端vout连接所述运放u5的同相输入端，所述运放u5的反相输入端连接运放u5的输出端，所述运放u5的输出端通过电阻r1、r3接地，所述电阻r1、r3的连接点连接所述运放u6的同相输入端，所述运放u6的反相输入端连接运放u6的输出端，所述运放u6的输出端输出com信号。
8.进一步，本实用新型还包括通信控制电路，所述通信控制电路用于处理器与现场设备之间的通讯，所述通信控制电路包括收发器u3、网口变压器t1，所述收发器u3的第一接收端rxd0、rxd1连接所述处理器，所述收发器u3的第二发送端txp、txm连接所述网口变压器t1的第一发送端td+、td-，所述网口变压器t1的第二发送端tx+、tx-用于连接现场设备的接收端；所述收发器u3的第一发送端txd0、txd1连接处理器，所述收发器u3的第二接收端rxp、rxm连接所述网口变压器t1的第一接收端rd+、rd-，所述网口变压器t1的第二接收端rx+、rx-用于连接现场设备的发送端。
9.进一步，所述通信控制电路还包括静电保护芯片u28，所述静电保护芯片u28的1脚连接所述收发器u3的第二发送端txm，3脚连接所述收发器u3的第二接收端rxm，4脚连接所述收发器u3的第二接收端rxp，6脚连接收发器u3的第二发送端txp。
10.进一步，所述通信控制电路还包括二极管芯片u29，所述二极管芯片u29的1脚连接所述网口变压器t1的第二发送端tx+，2脚连接所述网口变压器t1的第二发送端tx-，3脚连接所述网口变压器t1的第二接收端rx+，4脚连接所述网口变压器t1的第二接收端rx-，5脚连接现场设备的接收端1脚，6脚连接现场设备的接收端2脚，7脚连接现场设备的发送端3脚，8脚连接现场设备的发送端6脚。
11.本实用新型的工作原理及有益效果为：
12.本实用新型通过信号采集电路实现了对每路大量程电压模拟量进行处理，实现了对多路电压模拟信号的联网传输。解决了现有借助网关实现的工业现场采集的设备存在采集通道少、采集范围窄的问题。
13.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
14.图1为本实用新型信号采集电路的电路图；
15.图2为本实用新型电压抬升电路的电路图；
16.图3为本实用新型通信控制电路的电路图；
17.图4为本实用新型处理器接口的电路图。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
19.实施例1，如图1～4所示，
20.本实用新型为机架式大量程多路电压模拟量联网设备，应用与工业采集现场，可同时对32路采集信号的电压模拟量的联网传输，采用核心板+底板的方式，把处理器、存储器ddr、和flash等器件做成通用核心板；把网络、ai接口、电源等做在底板上，这样可以针对不同行业对接口数量、协议、方式等的不同需求，做成不同的底板，这样可以加快产品的硬件开发速度。因此，本实用新型中处理器通过排插con1和con2与底板上的网络和ai接口连接，信号采集电路通过多个数据接口jd1a和jd1b，jd2a和jd2b，jd3a和jd3b，jd4a和jd4b连接外部传感器，通信控制电路通过网络接口p1连接现场设备。
21.在本实施例中，采用cortex-a7架构的mx6ul处理器，主频528mhz，ram256m，flash256m嵌入式操作系统，性能稳定；其中网络和ai接口采用rj45连接器的1个网络接口p1和4组数据接口。每组数据接口均能输出8路数据，因此本实施例可以输出32路量程为-40.96～40.96v的电压模拟量信号。网络接口p1通过通信控制电路连接处理器，每个数据接口均通过信号采集电路连接处理器。
22.如图1所示，以数据接口jd1a和jd1b为例，信号采集电路包括运放u14，a/d转换芯
片u13和数字隔离器u8，数据接口jd1a输出信号ai0连接串联电阻r4、r31后连接com信号，com信号还连接数据接口jd1a，电阻r4和电阻r31的连接点连接运放u14的同相输入端，运放u14的反相输入端连接运放u14的输出端，运放u14的输出端通过电阻r6连接a/d转换芯片u13的输入端in0，a/d转换芯片u13的输出端sd0连接数字隔离器u8的输入端vid，数字隔离器u8的输出端vod连接处理器。
23.数据接口jd1a可以输出8路电压模拟量，每个电压模拟量均经过一个运放处理输出，然后经过a/d转换芯片处理成数字信号，隔离输出给处理器。以信号ai0为例，电阻r4和电阻r31串联在ai0电压模拟信号和com电压信号直接进行分压，输入到运放u14的同相输入端，运放u14作为跟随器，增强驱动能力，之后通过电阻r6后输入到a/d转换芯片u13，a/d转换芯片u13的din、sck、cnv管脚连接处理器，sdo管脚讲输入的模拟信号转换为数字信号输出，隔离后发送给处理器。
24.如图2所示，电压抬升电路包括电压基准芯片u7、运放u5和运放u6，电压基准芯片u7的输出端vout通过电阻r2连接5v电源，电压基准芯片u7的输出端vout连接运放u5的同相输入端，运放u5的反相输入端连接运放u5的输出端，运放u5的输出端通过电阻r1、r3接地，电阻r1、r3的连接点连接运放u6的同相输入端，运放u6的反相输入端连接运放u6的输出端，运放u6的输出端输出com信号。
25.电压抬升电路是将5v电源经过跟随器处理后，增强驱动能力，再通过分压转换得到需要的com信号，再通过跟随器输出。接入的外部传感器电压信号中包含正电压信号和负电压信号，电压抬升电路用于对外部传感器电压信号加入直流偏置电压，使输入到a/d转换芯片u13全部为正电压信号，保证a/d转换芯片u13的准确转换。
26.如图3所示，通信控制电路包括收发器u3、网口变压器t1，收发器u3的第一接收端rxd0、rxd1连接处理器，收发器u3的第二发送端txp、txm连接网口变压器t1的第一发送端td+、td-，网口变压器t1的第二发送端tx+、tx-连接网络接口p1的信号接收端；收发器u3的第一发送端txd0、txd1连接处理器，收发器u3的第二接收端rxp、rxm连接网口变压器t1的第一接收端rd+、rd-，网口变压器t1的第二接收端rx+、rx-连接网络接口p1的发送端。
27.处理器发出的指令经通信控制电路转换后，经网络接口p1下发至现场设备，实现远程控制现场设备工作。借助收发器u3实现处理器与网络接口p1之间的通讯，网口变压器t1的作用是转换两端传输信号的电压。
28.进一步，通信控制电路还包括静电保护芯片u28，静电保护芯片u28的1脚连接收发器u3的第二发送端txm，3脚连接收发器u3的第二接收端rxm，4脚连接收发器u3的第二接收端rxp，6脚连接收发器u3的第二发送端txp。
29.静电保护芯片u28选择udt26a05l05芯片，是浪涌额定二极管阵列芯片，可以保护四个传输线在静电放电、电快速瞬变和闪电引起的过电压。
30.进一步，通信控制电路还包括二极管芯片u29，二极管芯片u29的1脚连接网口变压器t1的第二发送端tx+，2脚连接网口变压器t1的第二发送端tx-，3脚连接网口变压器t1的第二接收端rx+，4脚连接网口变压器t1的第二接收端rx-，5脚连接网络接口p1的接收端1脚，6脚连接网络接口p1的接收端2脚，7脚连接网络接口p1的发送端3脚，8脚连接网络接口p1的发送端6脚。
31.esd是一种共模电气事件，并且是通过电气路径，从一个元件到另一个元件的放电
现象，最后以外壳接地结束。为避免其对敏感电路造成损害，需要为放电电流提供一个替代放电路径，以绕过该敏感电路。tvs二极管芯片u29内部集成了四个静电二极管，每个输入输出端并联其中一个二极管，当电路正常工作时，它处于截止状态(高阻态)，不影响线路正常工作，当电路出现异常过压并达到其击穿电压时，它迅速由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供低阻抗导通路径,同时把异常高压箝制在一个安全水平之内，从而保护被保护ic或线路；当异常过压消失，其恢复至高阻态，电路正常工作。
32.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。