专利名称：数据采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于远程监控通讯领域的数据采集和网桥设备，特别是一种数据采集装置。
技术背景公知的数据采集设备是用于监控点的监控，安装在被监控点，采集监控点数据，发送到上位机或上级网桥设备，执行上位机发送来的指令。
公知的网桥通讯设备是在监控网络中，由于数据传输链路的限制等多方面原因，数据链路呈树型结构，多个采集设备的数据口通过逐级汇聚，收敛为有限的数据端口，连接在监控主机上，网桥设备就是多通讯口设备，把多个数据口汇接一个数据口上输出。
在传统的远程通讯监控系统中，数据采集设备2与网桥设备3是两个独立的设备，分别执行不同的功能，即数据采集设备2只负责采集被监控点的开关量和模拟量数据，并负责控制工作，网桥设备3只负责汇接采集设备数据，提供给上级设备或监控主机1。其系统连接结构如附图1所示。因此，整个系统结构复杂、使用成本很高。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构简单、兼备网桥通讯功能和数据采集功能，可大大降低使用成本、简化通讯监控系统结构的数据采集装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是一种数据采集装置，包括数据采集模块、中央处理模块和网桥通讯模块，所述数据采集模块输入采集数据，并输出至中央处理模块，所述中央处理模块带有上位设备通讯端口，用于接收来自上位设备的指令，或向上位设备发送采集数据，所述中央处理模块还输出来自上位设备的下传指令至网桥通讯模块，所述网桥通讯模块带有多组下位设备通讯端口，用于向多组下位设备发送来自上位机的下传指令，或者接收来自多组下位设备的采集数据，所述网桥通讯模块输出其所接收的采集数据至中央处理模块。
所述中央处理模块可以由单片机、存储器、地址译码电路及外围元器件构成，所述单片机通过数据总线、地址总线以及控制总线连接数据采集模块、网桥通讯模块以及存储器，并且其地址总线连接地址译码电路，所述地址译码电路产生一组控制信号分别输出至数据采集模块、网桥通讯模块以及存储器。
所述网桥通讯模块可以由通讯端口扩展电路构成，所述通讯端口扩展电路的数据端连接数据总线，其控制端分别连接控制总线和地址译码电路。
所述数据采集模块可以由开关量输入电路、模拟量输入电路、开关量输出电路以及并行口扩展电路构成，所述开关量输入电路输入外部开关量，并通过并行口扩展电路输出至数据总线，所述模拟量输入电路输入外部模拟量，并发送到单片机，所述开关量输出电路通过数据总线输入来自单片机发送的对外控制信号，并输出。
所述单片机的P0口可以连接数据总线，并且通过锁存器输出低8位地址信号至地址总线，其P2口输出高8位地址信号至地址总线，其P14脚输入来自模拟量输入电路的采集信号，其P11、P15、P16端分别输出采集结束信号ADEOC、采集时钟信号ADCL、采集地址信号ADADD至模拟量输入电路，其RD、WR端分别输出读、写信号至控制总线，其RXD、TXD端为上位设备通讯端口，其P12、P13端为用作与下位设备连接的下位设备通讯端口。
所述地址译码电路可以由可编程逻辑阵列D10和译码器D8构成，所述可编程逻辑阵列D10的输入端分别输入来自单片机的ALE、PSEN、RD、WR信号以及地址信号A8～A15，并输出存储器选通信号，所述译码器D8为3-8译码器，其A～C端连接来自单片机的地址信号A5～A7，其E1～E3分别输入来自单片机的地址信号A13～A15，其输出端分别输出通讯端口扩展电路控制信号CSA～CSD、并行口扩展电路选通信号8255ADD、开关量输出电路选通信号OUTADD。
所述通讯端口扩展电路可以由四通道通用异步串行控制器D11及其外围元器件构成，所述四通道通用异步串行控制器D11的数据端D0～D7连接数据总线，其地址端A0～A1连接地址总线上的A0～A1，其控制端CSA～CSD输入来自地址译码电路的通讯端口扩展电路控制信号CSA～CSD，其IOW端通过控制总线输入写信号WR，其IOR端通过控制总线输入读信号RD，其RXA、TXA～RXD、TXD端分别为四组下位设备通讯端口。
所述开关量输入电路可以由光电隔离器N2、N3及其外围元器件构成，它们的输入端输入8路开关量，它们的输出端连接并行口扩展电路，所述开关量输出电路由锁存器D16构成，其数据端1D～8D连接数据总线，其1脚输入来自地址译码电路的开关量输出电路选通信号OUTADD信号，其CLK端输入写信号，其输出端输出来自单片机发送的对外控制信号。
所述并行口扩展电路可以由并行口扩展接口D13及其外围元器件构成，所述并行口扩展接口D13的D0～D7端连接数据总线，其CS端输入来自地址译码电路的并行口扩展电路选通信号8255ADD信号，其RD、WR端分别输入读、写信号，其A0、A1端连接地址总线上的A0、A1，其PA0～PA7连接开关量输入电路的输出端，其PB0～PB5输入来自6组系统状态设置按键S1～S6的按键信号，其PC0～PC5输出6路485驱动信号，其PC6端输出模拟量输入电路选通信号ADCS。
所述模拟量输入电路可以由串行A/D转换器D17及其外围元器件构成，所述串行A/D转换器D17的EOC端输入采集结束信号ADEOC，其CLOCK端输入采集时钟信号ADCL，其ADDDRESS端输入采集地址信号ADADD，其DATAOUT端串行输出经过A/D转换后的模拟量采集信号ADO，其CS端输入模拟量输入电路选通信号ADCS，其A0～A10端输入10路外部模拟量。
在上述技术方案中，本实用新型通过中央处理模块控制数据采集模块进行外部数据采集的工作，同时控制网桥通讯模块进行不同级别之间的通讯设备的数据转发工作，因此，相对现有技术，本实用新型实现了数据采集功能和网桥通讯功能的有机接合，可以有效的简化本装置所应用的通讯监控系统的结构，并大大降低使用成本，可以取得很好的经济效益。
附图1为现有技术中通讯监控系统的网络拓扑图；附图2为本实用新型的电路原理方框图；附图3为应用本实用新型的通讯监控系统的网络拓扑图；附图4为本实用新型的一种较佳实施例的电路原理方框图；附图5为图3的电路原理图a；附图6为图3的电路原理图b；附图7、8、9为图6的C、D、E部局部放大图；附图10、11为图5的A、B部局部放大图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
参考附图2，一种数据采集装置，包括数据采集模块、中央处理模块和网桥通讯模块，所述数据采集模块输入采集数据，并输出至中央处理模块，所述中央处理模块带有上位设备通讯端口，用于接收来自上位设备的指令，或向上位设备发送采集数据，所述中央处理模块还输出来自上位设备的下传指令至网桥通讯模块，所述网桥通讯模块带有多组下位设备通讯端口，用于向多组下位设备发送来自上位机的下传指令，或者接收来自多组下位设备的采集数据，所述网桥通讯模块输出其所接收的采集数据至中央处理模块。此处，所述上位设备可以为监控主机或上位的数据采集装置。
附图4为本实用新型的一种较佳实施例的电路原理方框图，其中所述中央处理模块由单片机、存储器、地址译码电路及外围元器件构成。所述单片机可采用51系列，常用的型号有89C52，DS80C320等。在本设计中，主要使用了总线型外部设备，少量设备使用了直接端口控制方式。所述单片机通过数据总线、地址总线以及控制总线连接数据采集模块、网桥通讯模块以及存储器，并且其地址总线连接地址译码电路，所述地址译码电路产生一组控制信号分别输出至数据采集模块、网桥通讯模块以及存储器。所述存储器包括用于存储程序的程序存储器、用于存储设备运行期间的临时数据的随机存储器以及用于在设备工作期间，数据可以写入，在设备断电后数据保持不丢失的非易失存储器。
所述网桥通讯模块由通讯端口扩展电路构成，所述通讯端口扩展电路的数据端连接数据总线，其控制端分别连接控制总线和地址译码电路。
所述数据采集模块由开关量输入电路、模拟量输入电路、开关量输出电路以及并行口扩展电路构成，所述开关量输入电路输入外部开关量，并通过并行口扩展电路输出至数据总线，所述模拟量输入电路输入外部模拟量，并发送到单片机，所述开关量输出电路通过数据总线输入来自单片机发送的对外控制信号，并输出。
另外，本实用新型还设置有为系统提供时间数据的时钟电路、可设置系统参数的按键操作电路以及可显示系统数据的液晶显示电路。
附图5、6为本实施例的具体的电路原理图。图中所述单片机采用的型号为DS80C320，其P0口连接数据总线，并且通过型号为74LS373的锁存器D5输出低8位地址信号至地址总线，其P2口输出高8位地址信号至地址总线，其P14脚输入来自模拟量输入电路的采集信号，其P11、P15、P16端分别输出采集结束信号ADEOC、采集时钟信号ADCL、采集地址信号ADADD至模拟量输入电路，其RD、WR端分别输出读、写信号至控制总线，其RXD、TXD端为上位设备通讯端口，其P12、P13端为用作与下位设备连接的下位设备通讯端口。
所述地址译码电路用于把单片机输出的复用地址/数据信号，独立分离出来，出现在地址总线上。它由可编程逻辑阵列和译码器构成。其中可编程逻辑阵列可采用16V8、20V8等型号的元件，译码器可采用74LS138、74LS139等芯片。本实施例中所述可编程逻辑阵列D10采用的型号为GAL20V8，其输入端分别输入来自单片机的ALE、PSEN、RD、WR信号以及地址信号A8～A15，并输出液晶显示器选通信号DISADD、随机存储器选通信号ATADD、非易失存储器选通信号EEADD、时钟电路选通DSADD信号，所述译码器D8为型号为74LS138的3-8译码器，其A～C端连接来自单片机的地址信号A5～A7，其E1～E3分别输入来自单片机的地址信号A13～A15，其输出端分别输出通讯端口扩展电路控制信号CSA～CSD、并行口扩展电路选通信号8255ADD、开关量输出电路选通信号OUTADD。
通讯端口扩展电路为把单片机的并行总线信号转化为通用串行信号，如RS232方式等，供单片机扩展通用串行通讯端口实现网桥功能，这样，在一个单片机电路中，实现了多串口通讯方式，常用的型号有16C554等。
所述通讯端口扩展电路由四通道通用异步串行控制器D11及其外围元器件构成，采用型号为16C554的四通道通用异步串行控制器D11，其数据端D0～D7连接数据总线，其地址端A0～A1连接地址总线上的A0～A1，其控制端CSA～CSD输入来自地址译码电路的通讯端口扩展电路控制信号CSA～CSD，其IOW端通过控制总线输入写信号WR，其IOR端通过控制总线输入读信号RD，其RXA、TXA～RXD、TXD端分别为四组下位设备通讯端口。
所述开关量输入电路由光电隔离器N2、N3及其外围元器件构成，光电隔离器起到隔断整个电路的与外部传感器的电气连接的作用，常用的型号有TLP521-4等，它们的输入端输入8路开关量，它们的输出端连接并行口扩展电路。
所述开关量输出电路由型号为74LS373的锁存器D16构成，其数据端1D～8D连接数据总线，其1脚输入来自地址译码电路的开关量输出电路选通信号OUTADD信号，其CLK端输入写信号，其输出端输出来自单片机D1发送的对外控制信号。
所述并行口扩展电路由并行口扩展接口D13及其外围元器件构成，所述并行口扩展接口D13的D0～D7端连接数据总线，其CS端输入来自地址译码电路的并行口扩展电路选通信号8255ADD信号，其RD、WR端分别输入读、写信号，其A0、A1端连接地址总线上的A0、A1，其PA0～PA7连接开关量输入电路的输出端，其PB0～PB5输入来自6组系统状态设置按键S1～S6的按键信号，其PC0～PC5输出6路485驱动信号，其PC6端输出模拟量输入电路选通信号ADCS。
所述模拟量输入电路把外部传感器的模拟量值，转化为数字量数据输入到单片机，供单片机随时读取，在这里，模拟量输入电路由型号为TLC1543的串行A/D转换器D17及其外围元器件构成，由单片机的端口直接操作。所述串行A/D转换器D17的EOC端输入采集结束信号ADEOC，其CLOCK端输入采集时钟信号ADCL，其ADDDRESS端输入采集地址信号ADADD，其DATAOUT端串行输出经过A/D转换后的模拟量采集信号ADO，其CS端输入模拟量输入电路选通信号ADCS，其A0～A10端输入10路外部模拟量。
所述时钟电路为系统的时钟，为自动运行，系统运行后，CPU可以随时得到当前的时间数据，常用型号有12887，8583等，原理图中标号为D12。
所述液晶显示电路为设备的数据显示器，采用液晶模块，出当前的数据运行情况，告警情况、当前时间、设置数据等，常用型号有HZ132-64B30，WGM164等，原理图中给出了液晶显示电路的连接插座XS3。
原理图中的XS4为本装置的输入输出接口，其中IN1～IN8为8路开关量采集数据，JKI1～JKI8为8路开关量输出数据，MNK1～MNK11为10路模拟量采集数据，RXO、TXO为上位设备通讯端口数据线，RX1、TX1、RXA、TXA、RXB、TXB、RXC、TXC、RXD、TXD为四组下位设备通讯端口数据线，TR0、TR1、TRA、TRB、TRC、TRD为单片机输出的485驱动信号。
图3所示为应用本实用新型的通讯监控系统的网络拓扑图，参考图2、3，本实用新型的工作原理为一方面，数据采集模块采集外部的开关量或模拟量数据，开关量数据经过光电隔离器以及并行口扩展接口输入单片机，模拟量数据经过串行A/D转换器转换后串行输出到单片机。单片机通过其上位设备通讯端口可以将所采集的数据上传到上位设备以完成数据采集功能，或者接收来自上位设备的控制指令。单片机首先检测这些控制指令是否为本机操作指令，如果是，则执行该操作指令，如果该控制指令为下传指令，则通过通讯端口扩展电路将该下传指令发送给下位设备。而且，单片机也通过通讯端口扩展电路接收来自下位设备的上传数据，从而实现网桥的功能。另外，单片机还可通过开关量输出电路输出一组用于驱动外部设备运行的对外控制信号，此输出亦可在系统监控主机1的控制下执行，从而实现远程监控的功能。对比图1、图3中可以看出，采用本装置的远程通讯监控系统连接关系简单，采用的设备少，功能齐全，成本低廉。
权利要求1.一种数据采集装置，其特征在于包括数据采集模块、中央处理模块和网桥通讯模块，所述数据采集模块输入采集数据，并输出至中央处理模块，所述中央处理模块带有上位设备通讯端口，用于接收来自上位设备的指令，或向上位设备发送采集数据，所述中央处理模块还输出来自上位设备的下传指令至网桥通讯模块，所述网桥通讯模块带有多组下位设备通讯端口，用于向多组下位设备发送来自上位机的下传指令，或者接收来自多组下位设备的采集数据，所述网桥通讯模块输出其所接收的采集数据至中央处理模块。
2.如权利要求1所述数据采集装置，其特征在于所述中央处理模块由单片机、存储器、地址译码电路及外围元器件构成，所述单片机通过数据总线、地址总线以及控制总线连接数据采集模块、网桥通讯模块以及存储器，并且其地址总线连接地址译码电路，所述地址译码电路产生一组控制信号分别输出至数据采集模块、网桥通讯模块以及存储器。
3.如权利要求2所述数据采集装置，其特征在于所述网桥通讯模块由通讯端口扩展电路构成，所述通讯端口扩展电路的数据端连接数据总线，其控制端分别连接控制总线和地址译码电路。
4.如权利要求2所述数据采集装置，其特征在于所述数据采集模块由开关量输入电路、模拟量输入电路、开关量输出电路以及并行口扩展电路构成，所述开关量输入电路输入外部开关量，并通过并行口扩展电路输出至数据总线，所述模拟量输入电路输入外部模拟量，并发送到单片机，所述开关量输出电路通过数据总线输入来自单片机发送的对外控制信号，并输出。
5.如权利要求1、2、3或4所述数据采集装置，其特征在于所述单片机的(P0)口连接数据总线，并且通过锁存器输出低8位地址信号至地址总线，其(P2)口输出高8位地址信号至地址总线，其(P14)脚输入来自模拟量输入电路的采集信号，其(P11)、(P15)、(P16)端分别输出采集结束信号(ADEOC)、采集时钟信号(ADCL)、采集地址信号(ADADD)至模拟量输入电路，其(RD)、(WR)端分别输出读、写信号至控制总线，其(RXD)、(TXD)端为上位设备通讯端口，其(P12)、(P13)端为用作与下位设备连接的下位设备通讯端口。
6.如权利要求5所述数据采集装置，其特征在于所述地址译码电路由可编程逻辑阵列(D10)和译码器(D8)构成，所述可编程逻辑阵列(D10)的输入端分别输入来自单片机的(ALE)、(PSEN)、(RD)、(WR)信号以及地址信号(A8)～(A15)，并输出存储器选通信号，所述译码器(D8)为3-8译码器，其(A)～(C)端连接来自单片机的地址信号(A5)～(A7)，其(E1)～(E3)分别输入来自单片机的地址信号(A13)～(A15)，其输出端分别输出通讯端口扩展电路控制信号(CSA)～(CSD)、并行口扩展电路选通信号(8255ADD)、开关量输出电路选通信号(OUTADD)。
7.如权利要求6所述数据采集装置，其特征在于所述通讯端口扩展电路由四通道通用异步串行控制器(D11)及其外围元器件构成，所述四通道通用异步串行控制器(D11)的数据端(D0)～(D7)连接数据总线，其地址端(A0)～(A1)连接地址总线上的(A0)～(A1)，其控制端(CSA)～(CSD)输入来自地址译码电路的通讯端口扩展电路控制信号(CSA)～(CSD)，其(IOW)端通过控制总线输入写信号(WR)，其(IOR)端通过控制总线输入读信号(RD)，其(RXA、TXA)～(RXD、TXD)端分别为四组下位设备通讯端口。
8.如权利要求7所述数据采集装置，其特征在于所述开关量输入电路由光电隔离器(N2)、(N3)及其外围元器件构成，它们的输入端输入8路开关量，它们的输出端连接并行口扩展电路，所述开关量输出电路由锁存器(D16)构成，其数据端(1D)～(8D)连接数据总线，其(1)脚输入来自地址译码电路的开关量输出电路选通信号(OUTADD)信号，其(CLK)端输入写信号，其输出端输出来自单片机发送的对外控制信号。
9.如权利要求8所述数据采集装置，其特征在于所述并行口扩展电路由并行口扩展接口(D13)及其外围元器件构成，所述并行口扩展接口(D13)的(D0)～(D7)端连接数据总线，其(CS)端输入来自地址译码电路的并行口扩展电路选通信号(8255ADD)信号，其(RD)、(WR)端分别输入读、写信号，其(A0)、(A1)端连接地址总线上的(A0)、(A1)，其(PA0)～(PA7)连接开关量输入电路的输出端，其(PB0)～(PB5)输入来自6组系统状态设置按键(S1)～(S6)的按键信号，其(PC0)～(PC5)输出6路485驱动信号，其(PC6)端输出模拟量输入电路选通信号(ADCS)。
10.如权利要求9所述数据采集装置，其特征在于所述模拟量输入电路由串行A/D转换器(D17)及其外围元器件构成，所述串行A/D转换器(D17)的(EOC)端输入采集结束信号(ADEOC)，其(CLOCK)端输入采集时钟信号(ADCL)，其(ADDDRESS)端输入采集地址信号(ADADD)，其(DATAOUT)端串行输出经过A/D转换后的模拟量采集信号(ADO)，其(CS)端输入模拟量输入电路选通信号(ADCS)，其(A0)～(A10)端输入10路外部模拟量。
专利摘要本实用新型公开了一种数据采集装置，包括数据采集模块、中央处理模块和网桥通讯模块，所述数据采集模块输入采集数据，并输出至中央处理模块，所述中央处理模块带有上位设备通讯端口，用于接收来自上位设备的指令，或向上位设备发送采集数据，所述中央处理模块还输出来自上位设备的下传指令至网桥通讯模块，所述网桥通讯模块带有多组下位设备通讯端口，用于向多组下位设备发送来自上位机的下传指令，或者接收来自多组下位设备的采集数据，所述网桥通讯模块输出其所接收的采集数据至中央处理模块。相对现有技术，本实用新型具有简化远程通讯监控系统结构、降低使用成本、功能性强等特点。
文档编号G06F17/40GK2729808SQ200420066499
公开日2005年9月28日 申请日期2004年6月22日 优先权日2004年6月22日
发明者张颖 申请人:北京思倍驰科技有限公司