一种借助通信总线提供电源的分布式采集系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种借助通信总线提供电源的分布式采集系统，该系统包括RS485总线（1），上位机（2），直流电源（3）以及采集模块（4）；采用程序控制分时切换的方法，利用RS485总线对系统所有采集模块的超级电容进行充电，为通讯时的采集模块供电，避免了对电源的依赖；不需要交流电和直流电，不用经常更换电池，满足了任何环境和场合的需求；不需要外加电源，也不需要利用RS485差分电压，使用RS485模块的数量不受限制，完全可以支持最多128采集模块的RS485总线应用系统。
【专利说明】一种借助通信总线提供电源的分布式采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分布式采集系统，尤其涉及一种借助通信总线提供电源的分布式米集系统。
【背景技术】
[0002]目前利用RS485总线设计的分布式采集系统在很多领域都有应用，其结构图如图1所示，包括RS485总线，上位机以及采集模块。其工作原理为:上位机(通常采用PC机)通过RS485向某一采集模块或者某几个采集模块发出对应地址和取数据命令，当模块地址符合要求时，采集模块通过多路A/D转换器采集数据并通过RS485总线向上位机传送数据。这样就会存在如下的问题:每个采集模块都需要一个直流电源，人们也相应采取了以下方法来解决:
1)采用交流电源，经过电源转换，从而提供直流电供给；
2)由电池供电；
3)增加两根直流电源线供电；
4)利用RS485存在差分电压，再利用一个升压集成电路将这个差分电压放大，供应用系统使用；
但是，上述的解决方法无法应用于某些场合，例如野外环境下，采集模块附近没有交流电，因此上述方法I)无法采用；若是采用上述方法2)由电池供电，成本比较高，而且更换麻烦；采用上述方法3)增加两根直流电源线供电，在远距离的情况下，大大增加了成本；而采用上述方法4)时，在RS485总线上接有多个采集模块时(大多数的应用都比较多)，会造成差分电压降低，影响利用RS485传送的数据的正确性，在利用RS485总线时，节点数最多达到128个，所以方法4)无法采用。
[0003]因此，改进RS485总线分布式采集系统的供电方式对其应用场所或是环境要求具有重要的意义。本发明提出了一种借助通信总线提供电源的分布式采集系统，采用程序控制分时切换的方法，在上位机与采集模块分别设置一继电器，用于直流电源和RS485通讯信号的切换，实现先利用RS485总线对系统所有采集模块的超级电容进行充电，再通过程序控制上位机和所有采集模块精确同步，由采集模块进行采集并将结果上传到上位机。
[0004]通过程序对采集模块充电的时间控制，采集模块用于采集的时间，及每个采集模块依次上传采集信息给上位机等都要非常精确地控制，从而提高系统的效率；精确的同步控制功能用于保证上传时各个采集模块传送的信息不会发生冲突。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种借助通信总线提供电源的分布式采集系统，采用分时切换的方法，采用在上位机与采集模块分别设置一继电器，用于直流电源和RS485通讯信号的切换，且利用超级电容在通讯前存储直流电源电能，通讯时其能够为RS485总线的终端设备(采集模块)提供电源，实现了采集模块自己供电功能，不需要外加电源。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
本发明借助通信总线提供电源的分布式采集系统包括RS485总线，上位机，直流电源以及多个采集模块；所述的上位机包括第一继电器，所述第一继电器用于控制RS485总线在与所述直流电源连接和与所述上位机的RS485接口连接之间的切换；所述的采集模块还包括超级电容、直流稳压器、第二继电器和隔离二极管，所述的直流稳压器、所述的隔离二极管和所述的超级电容依次连接；所述的超级电容与所述的采集模块并联连接；所述的第二继电器配合所述的第一继电器，用于控制RS485总线在与所述直流稳压器连接和与所述采集模块的RS485接口连接之间的切换。
[0007]将所述的直流稳压器设置于隔离二极管的前端，用于稳定所述的直流电源的输出电压，所述的隔离二极管设置于所述超级电容的前端，用于防止超级电容的电能反向流失。
[0008]所述第一继电器用于控制所述RS485总线在与所述直流电源连接和与所述上位机的RS485接口连接之间的切换为:所述的第一继电器由所述上位机的一根I/O 口线控制，在通讯前，所述第一继电器切换到与所述直流电源连接，实现所述RS485总线的两条差分信号线连接所述直流电源的正负极；在通讯时，所述第一继电器切换到与所述上位机的RS485接口连接，实现所述RS485总线的两条差分信号线连接所述上位机的RS485接口。
[0009]所述第二继电器配合所述的第一继电器，用于控制RS485总线在与直流稳压器连接和与采集模块的RS485接口连接之间的切换为:所述的第二继电器由所述采集模块的一根I/O 口线控制，在通讯前，所述第二继电器切换到与所述直流稳压器连接，实现所述直流电源通过所述第一继电器、所述RS485总线、所述第二继电器、所述直流稳压器和所述隔离二极管对所述超级电容充电，同时，也能够对采集模块供电使采集模块工作；在通讯时，所述第二继电器切换到与所述采集模块的RS485接口连接，实现所述上位机通过所述第一继电器、所述RS485总线和所述第二继电器与所述采集模块的通讯。
[0010]所述上位机具有继电器控制功能，能够实现通过I/O 口线对所述第一继电器切换的控制。
[0011]所述采集模块具有继电器控制功能，能够实现通过I/O 口线对所述第二继电器切换的控制。
[0012]所述的采集模块为若干个。
[0013]与现有技术相比，本发明具有的有益效果是:
I)本发明采集系统采用程序控制分时切换的方法，利用RS485总线对系统所有采集模块的超级电容进行充电，为通讯时的采集模块供电，避免了对电源的依赖。
[0014]2)本发明RS485不需要交流电和直流电，不用经常更换电池，满足了任何环境和场合的需求。
[0015]3)本发明只需要利用已有的两根RS485总线分时担任直流电源线和通信线，不需要外加电源，也不需要利用RS485差分电压，使用RS485模块的数量不受限制，完全可以支持最多128采集模块的RS485总线应用系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为现有技术RS485总线设计的分布式采集系统的结构示意图；
图2为本发明借助通信总线提供电源的分布式采集系统的结构示意图。
[0017]图中:1、RS485总线，2、上位机，21、第一继电器，3、直流电源，4、采集模块，41、超级电容，42、直流稳压器，43、第二继电器，5、隔离二极管。
【具体实施方式】
[0018]如图2所示，下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0019]本发明采集系统包括一台上位机(PC机)2、η个采集模块4 (最多可以达到128个)、直流电源3、第一继电器21、第二继电器43、RS485总线1、直流稳压器42、超级电容41及隔离二极管5。
[0020]所述的直流电源3输出+12V，采集模块4需要+5V供电，每个采集模块有8个A/D接口(16位)，每个A/D转换需要50ms，RS485通讯波特率为9600，系统工作间隔为10分钟。
[0021]系统的工作过程为:每一个10分钟到，上位机2控制第一继电器21，接通直流电源3，通过RS485总线给η个采集模块4充电2分钟，当每个采集模块4通过RS485总线I得到+12V直流电后，由直流稳压器42转换为采集模块需要的+5V工作电源，同时给超级电容41充电；当采集模块得到+5V工作电源，启动定时器并开始进行数据采集，并将采集结果存入自带的RAM中，8路A/D共需要8X50ms=400ms，远远小于2分钟。2分钟充电时间到，上位机2控制第一继电器21，接通RS485总线I到上位机2 (PC机)通讯接口，每个采集模块4根据自己的定时器得到2分钟时间到信息，控制继电器43接通采集模块4到上位机2(PC机)通讯接口。为了保证η个采集模块4上传数据不会在RS485总线I上产生冲突，首先采用广播方式，向m个采集模块4 (m ( η)发送一个同步接收数据的命令，每个采集模块4收到此命令后，依照各个采集模块4自身设置的编号顺序，依次通过RS485总线1，以9600波特率的速率，向上位机2上传所有采集到的数据。
[0022]时间计算:每个采集模块4有8个16位A/D转换器，共占用16个字节，波特率9600，即每秒960字节，16个字节传送共需要<20ms时间，128个采集模块共需要时间〈3秒。为了保证数据传输的可靠性，在每个采集模块4上传数据之间加上I秒间隔，共128秒。总共时间〈3分钟。
[0023]当每个采集模块4定时器到8分钟时，控制继电器43接通RS485总线I到直流稳压器42，为下一个工作做准备。
[0024]利用本发明，只需要利用已有的两根RS485总线分时担任直流电源线和通信线，可以不需要给采集模块4提供交流、直流电源，不需要电池供电，也不需要不需要利用RS485存在差分电压，再利用一个升压集成电路将这个差分电压放大，供采集模块4。特别是应用在野外，无交直流电、更换电池不方便的场合。
【权利要求】
1.一种借助通信总线提供电源的分布式采集系统，其特征在于，该系统包括RS485总线(1)，上位机(2)，直流电源(3)以及采集模块(4);所述的上位机(2)包括第一继电器(21 )，所述第一继电器(21)用于控制RS485总线(I)在所述直流电源(3 )与所述上位机(2 )的RS485接口之间的切换；所述的采集模块(4)还包括超级电容(41)、直流稳压器(42)、第二继电器(43)和隔离二极管(5)，所述的直流稳压器(42)、所述的隔离二极管(5)和所述的超级电容(41)依次连接；所述的超级电容(43)与所述的采集模块(4)并联连接；所述的第二继电器(43 )配合所述的第一继电器(21 )，用于控制RS485总线在所述直流稳压器(42 )与所述采集模块(4)的RS485接口之间的切换。
2.根据权利要求2所述的借助通信总线提供电源的分布式采集系统，其特征在于将所述的直流稳压器(42)设置于隔离二极管(5)的前端，用于稳定所述的直流电源(3)的输出电压，所述的隔离二极管(5)设置于所述超级电容(41)的前端，用于防止超级电容(41)的电能反向流失。
3.根据权利要求1所述的借助通信总线提供电源的分布式采集系统，其特征在于所述第一继电器(21)用于控制所述RS485总线(I)在与所述直流电源(3)连接和与所述上位机(2)的RS485接口连接之间的切换为:所述的第一继电器(21)由所述上位机(2)的一根I/O 口线控制，在通讯前，所述第一继电器(21)切换到与所述直流电源(3)连接，实现所述RS485总线(I)的两条差分信号线连接所述直流电源(3)的正负极；在通讯时，所述第一继电器(21)切换到与所述上位机(2)的RS485接口连接，实现所述RS485总线(I)的两条差分信号线连接所述上位机(2)的RS485接口。
4.根据权利要求2所述的借助通信总线提供电源的分布式采集系统，其特征在于所述第二继电器(43)配合所述的第一继电器(21)，用于控制RS485总线(I)在与直流稳压器(42)连接和与采集模块(3)的RS485接口连接之间的切换为:所述的第二继电器(43)由所述采集模块的一根I/O 口线控制，在通讯前，所述第二继电器(43)切换到与所述直流稳压器(42 )连接，实现所述直流电源(3 )通过所述第一继电器(21 )、所述RS485总线、所述第二继电器(43)、所述直流稳压器(42)和所述隔离二极管(5)对所述超级电容(41)充电，同时，也能够对采集模块(4)供电使采集模块工作；在通讯时，所述第二继电器(43)切换到与所述采集模块(4 )的RS485接口连接，实现所述上位机(2 )通过所述第一继电器(21 )、所述RS485总线和所述第二继电器(43)与所述采集模块(4)的通讯。
5.根据权利要求3所述的借助通信总线提供电源的分布式采集系统，其特征在于所述上位机(2)具有继电器控制功能，能够实现通过I/O 口线对所述第一继电器(21)切换的控制。
6.根据权利要求4所述的借助通信总线提供电源的分布式采集系统，其特征在于所述采集模块(4)具有继电器控制功能，能够实现通过I/O 口线对所述第二继电器(43)切换的控制。
7.根据权利要求1或4所述的借助通信总线提供电源的分布式采集系统，其特征在于所述的采集模块为若干个。
【文档编号】H02J7/34GK104394218SQ201410697886
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】吴强 申请人:东南大学