一种多功能通用接口装置的制作方法

本实用新型涉及教学实验室领域以及工业设备领域，具体是一种多功能通用接口装置。

背景技术：

在实验项目开发过程中，由于每个项目采集的数据类型不尽相同，如电压、电流、温度等，而目前，不同实验项目往往需要开发其单独的一套数据接口设备，该设备仅用于其自身的实验项目，不能跨项目复用，而且在工业领域，各种工业信号采集设备也都存在着这样的弊端，虽然国内外在丰富实验系统、实验内容上不断创新，但是在实验设备的灵活通用性上没有得到有效改进，每个实验项目仍然必须配套一套特定的实验设备，用户在每个时间段内只能进行一个实验，每次实验完毕后都要人工更换实验装置，依然没有解决这种信号采集装置硬件接口不通用的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多功能通用接口装置，以解决上述背景技术中提出的这种信号采集装置硬件接口不通用的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多功能通用接口装置，包括外壳体，所述外壳体内部的顶端设置有多物理量信号处理单元，所述多物理量信号处理单元的左侧固定安装有信号连接切换模块，所述信号连接切换模块顶端的外壳体上均匀设置有多物理量采集接口，所述信号连接切换模块底端的外壳体内部固定安装有通信模块，所述外壳体内部的右侧设置有STM单片机，所述STM单片机的右侧固定安装有执行器组，所述STM单片机的正面安装有D/A转化芯片，所述外壳体的右壁上设置有连接端口，所述外壳体左侧连接有上位机。

优选的，所述多物理量信号处理单元、信号连接切换模块和多物理量采集接口构成数据采集模块，所述STM单片机、D/A转化芯片和执行器组构成控制模块。

优选的，所述通信模块的输出端与控制模块电连接，所述通信模块与数据模块电连接。

优选的，所述STM单片机的输出端与D/A转化芯片的输入端电连接，所述D/A转化芯片的输出端与执行器组的输入端电连接。

优选的，所述多物理量采集接口的输出端与信号连接切换模块的输入端电连接，所述信号连接切换模块的输出端与多物理量信号处理单元的输入端电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该多功能通用接口装置解决了现有的数据采集与控制装置硬件接口不通用的问题，该装置可进行自定义采集设置，通过自定义端口设置，切换信号I/O端口和信号单元处理电路的连接来改变工作方式，实现多种信号的控制和多种物理量的采集，可以用于不同实验或工业项目的信号采集、处理、显示以及控制量输出，为不同实验或工业项目提供一种通用硬件接口装置，消除一对一硬件接口设备开发的弊端，满足了对不同信号处理的要求，提高开发效率，节约成本。

同时，本实用新型不仅可以为教学实验提供一种通用接口设备，也可用于工业现场的数据采集和设备控制等场合，完成工业中的数据采集、控制等工作，达到实现资源共享，减少重复投资的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构正视剖面示意图；

图2是本实用新型的结构正视示意图；

图3是本实用新型的原理框图；

图4是本实用新型的整体电路框图；

图5是本实用新型的控制模块电路框图；

图6时本实用新型的数据采集模块电路框图。

图中：1、外壳体；2、多物理量信号处理单元；3、信号连接切换模块；4、多物理量采集接口；5、通信模块；6、STM单片机；7、D/A转化芯片；8、执行器组；9、上位机；10、连接端口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-6，本实用新型提供的一种实施例：一种多功能通用接口装置，包括外壳体1，外壳体1内部的顶端设置有多物理量信号处理单元2，多物理量信号处理单元2的左侧固定安装有信号连接切换模块3，信号连接切换模块3顶端的外壳体1上均匀设置有多物理量采集接口4，多物理量信号处理单元2、信号连接切换模块3和多物理量采集接口4构成数据采集模块，多物理量采集接口4的输出端与信号连接切换模块3的输入端电连接，信号连接切换模块3的输出端与多物理量信号处理单元2的输入端电连接，通过上位机9对控制寄存器进行读写，在多个多物理量采集接口4中选通相应的多物理量采集接口4，实现对多物理量数据的采集并进入信号连接切换模块3，仍然通过上位机9读写控制寄存器选通该种类信号所对应的多物理量信号处理单元2，使信号进入该多物理量信号处理单元2进行放大、滤波、I/V转换等处理后，A/D转换器转换为数字量，最终通过RS-485接口传向上位机9，其中控制寄存器的数量与单元电路数量有关，寄存器的位数由接线端子通道数来决定，上位机9主要完成通道的自定义设置、控制寄存器的读写、数据的显示和信号输出控制等工作，上位机9通过LABVIEW编程，发送指令到下位机，通过程序完成对控制寄存器的读写工作，自定义设置控制寄存器的数据实现对数据采集通道以及信号处理电路切换模块中多路模拟开关的控制，实现对多种物理量信号的选择、分类、处理与传输和单元电路的切换。

信号连接切换模块3底端的外壳体1内部固定安装有通信模块5，通信模块5右侧的外壳体1内部固定安装有上位机9，通信模块5的输出端与控制模块电连接，通信模块5与数据模块电连接，同时通信模块5是双向的，还能与上位机9之间进行通信，通信模块5基于RS485接口通信，用于实现上位机9与STM单片机6的数据交互，包括将STM单片机6采集的数据传输到上位机9以及用来传递上位机9对STM单片机6的控制命令，外壳体1内部的右侧设置有STM单片机6，STM单片机6的右侧固定安装有执行器组8，STM单片机6的正面安装有D/A转化芯片7，减小功耗，STM单片机6、D/A转化芯片7和执行器组8构成控制模块，STM单片机6的输出端与D/A转化芯片7的输入端电连接，D/A转化芯片7的输出端与执行器组8的输入端电连接，上位机9对STM单片机6发出指令，STM单片机6输出处理后的信号通过D/A转化芯片7进行转化并且通过相应处理电路进行处理，转换为模拟信号、PWM等控制信号，实现对执行器组8内相应执行器的控制。

外壳体1的右壁上设置有连接端口10，上位机9通过连接线与连接端口10连接，实现上位机9与STM单片机6的信号传输，信号在上位机9上通过曲线、表格等方式显示，控制相应控制信号的输出，完成对实验的远程控制。

工作原理：使用时，首先在各物理连接建立好的基础上，上位机9通过设置参数，确定某一时刻有效的多物理量采集接口4，并且通过参数设置，使该多物理量采集接口4输入的物理量进入多物理量信号处理单元2、信号连接切换模块3和多物理量采集接口4构成的数据采集模块内部的相应单元电路进行处理，处理结束后通过通信模块5将数据上传到上位机9，在上位机9进行显示、设置参数等人机交互功能，亦可继续通过通信模块5将上位机9的命令传达给STM单片机6、D/A转化芯片7和执行器组8组成的控制模块进行相应的控制，并且，命令传达的过程通过通信模块5的RS485接口。

在整体工作过程中，数据采集模块主要完成数据的采集和传输工作，如图3和6所示，通过上位机9对控制寄存器进行读写，在多个多物理量采集接口4中选通相应的多物理量采集接口4，实现对多物理量数据的采集并进入信号连接切换模块3，仍然通过上位机9读写控制寄存器选通该种类信号所对应的多物理量信号处理单元2，使信号进入该多物理量信号处理单元2进行放大、滤波、I/V转换等处理后，A/D转换器转换为数字量，最终通过RS-485接口传向上位机9，其中控制寄存器的数量与单元电路数量有关，寄存器的位数由接线端子通道数来决定。

在整体工作过程中，控制模块完成控制量的输出，并对其他实验或项目装置进行控制，如图3和5所示，上位机9对STM单片机6发出指令，STM单片机6输出处理后的信号通过D/A转化芯片7进行转化并且通过相应处理电路进行处理，转换为模拟信号、PWM等控制信号，实现对执行器组8内相应执行器的控制。

其中，上位机9主要完成通道的自定义设置、控制寄存器的读写、数据的显示和信号输出控制等工作，上位机9通过LABVIEW编程，发送指令到下位机，通过程序完成对控制寄存器的读写工作，自定义设置控制寄存器的数据实现对多物理量采集接口4、信号连接切换模块3以及多物理量信号处理单元2中多路模拟开关的控制，实现对多种物理量信号的选择、分类、处理与传输和单元电路的切换，实现上位机9与STM单片机6的信号传输，信号在上位机9上通过曲线、表格等方式显示，控制相应控制信号的输出，完成对实验的远程控制。

本实用中通信模块5基于RS485通信，用于实现上位机9与STM单片机6的数据交互，包括将STM单片机6采集的数据传输到上位机9以及用来传递上位机9对STM单片机6的控制命令。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。