一种塔灯信号采集装置及实现方法与流程

本发明涉及一种塔灯信号采集装置及实现方法，用于各类被监测设备上的塔灯信号的采集。

背景技术：

在各类工业设备上广泛使用塔灯来显示设备的运行状态，随着自动化的发展，需要通过一个信息化系统来统一收集、监控工厂内大量的工业设备的运行状态，以便及时将被监测设备异常状态反馈给设备维保人员，并为统计设备的平均故障间隔时间提供数据。

然而，各类设备上的状态反馈模块需要选配，然后从被监测设备的主板上采集信号，不仅价格昂贵，而且输出信号格式多种多样，造成接口协议复杂、采样困难，而且一旦被监测设备关机或者工厂断电，被监测设备的运行状态就丢失了。因此，自主研发一种简易可靠的塔灯信号采集装置成为技术人员亟待解决的重要课题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术状况，本发明提供一种塔灯信号采集装置及实现方法，主要应用于各类设备上的塔灯信号的采集，以便为数据处理系统提供设备状态数据。

本发明为实现上述目的，采取的技术方案是：一种塔灯信号采集装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体由上盖、主板、下盖构成；

所述上盖的面上分别设有接线端子孔ⅰ、接线端子孔ⅱ、内部状态灯孔和输出状态灯孔；

所述主板上设有采集电路；

所述下盖与上盖固定在一起，在下盖和上盖之间的上盖内设有主板，主板采集电路上的内部状态灯d5、输出状态灯d7、接线端子j1和接线端子j2分别对应插入上盖的内部状态灯孔、输出状态灯孔、接线端子孔ⅰ和接线端子孔ⅱ中；

所述采集电路由供电电路、储能电路、输入转换电路、信号采集电路、输出转换电路组成，所述供电电路为储能电路、输入转换电路、信号采集电路供电，所述储能电路为输入转换电路、信号采集电路提供备用电，所述输入转换电路、信号采集电路、输出转换电路串联构成信号采集、状态识别和转换输出的整个通路。

一种塔灯信号采集装置的实现方法，其特征在于，步骤如下：

第一步、将外部供电+24v电源与接线端子j1的1脚和2脚相接；将外部数据采集系统的sig_out端与接线端子j1的3脚信号输出端相接，将外部数据采集系统的地线与接线端子j1的4脚接地端相接；将被监测塔灯的绿灯线green_light与接线端子j2的1脚相接，将被监测塔灯的红灯线red_light与接线端子j2的3脚相接，将被监测塔灯的地线与接线端子j2的2脚公共地gnd相接；

第二步、当本装置接入+24v外部电源后，外部供电+24v输入到dc-dc模块ic1的7脚，经过启动电容c13、反馈电阻r1、r2的反馈控制和电感l1、稳压电容c3、电容c4、电容c5、电容c6的滤波稳压，在电容c6和反馈电阻r1的相接点形成+5v内部电源，+5v内部电源给储能电路、输入转换电路、信号采集电路供电，外部供电+24v同时给输出转换电路供电，当+5v内部电源接入到储能电路后，经二极管d3、充电限流电阻r3向法拉电容c7中充电，法拉电容c7电压达到+5v后自动停止充电；

第三步、当被监测设备处于正常工作状态时，设备塔灯的红灯线red_light为0v，绿灯线green_light为+24v，此时输入转换电路的晶体管q2的源极输出0v，晶体管q1的源极输出+5v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚输出保持为上电复位状态的低电平0v，从而使开关管q3导通，内部状态灯d5保持熄灭状态，同时使输出转换电路的晶体管q4和q5均截止，输出状态灯d7保持熄灭状态，输出保护二极管d6输出0v，外部数据采集系统从sig_out得到0v，表示被监测设备工作正常；

第四歩、当被监测设备故障时，设备塔灯的红灯线red_light由0v变为+24v，绿灯线green_light为由+24v变为0v，此时输入转换电路的晶体管q2输出+5v，晶体管q1输出0v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚输出由0v变为+5v，从而使信号采集电路的开关管q3截止，内部状态灯d5亮起，同时使输出转换电路晶体管q4和q5均导通，输出状态灯d7亮起，输出保护二极管d6输出+24v，外部数据采集系统从sig_out得到+24v，表示被监测设备发生故障；

第五步、当被监测设备检修完毕、被监测设备重新启动后，设备塔灯的红灯线red_light由+24v变为0v，绿灯线green_light由0v变为+24v，此时输入转换电路晶体管q2输出0v，晶体管q1输出+5v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚输出0v，从而使信号采集电路的开关管q3导通，内部状态灯d5熄灭，同时使输出转换电路的晶体管q4和q5均截止，输出状态灯d7熄灭，输出保护二极管d6输出0v，外部数据采集系统从sig_out得到0v，表示被监测设备已恢复正常；

第六步、当被监测设备检修过程中关闭故障设备的电源时，设备塔灯的红灯线red_light和绿灯线green_light均为0v，此时输入转换电路晶体管q2和q1均输出0v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚保持输出+5v，从而使信号采集电路的开关管q3保持截止，内部状态灯d5保持亮起的状态，同时使输出转换电路的晶体管q4和q5均保持导通，输出状态灯d7保持亮起状态，输出保护二极管d6保持输出+24v，外部数据采集系统从sig_out得到+24v，表示被监测设备仍然处于故障状态，即被监测故障设备断电后，本装置仍然会保留故障状态，直到被监测设备检修完毕，设备塔灯的绿灯线green_light变为+24v、红灯线red_light变为0v，如前述第五步骤原理，外部数据采集系统从sig_out得到0v后，表示被监测设备已恢复正常；

第七步、当被监测设备检修过程中关闭外部供电+24v电源时，储能电路的法拉电容c7通过放电限流电阻r4、放电保护二极管d4，给输入转换电路和信号采集电路提供备用电，使信号采集电路的触发器ic2的13脚保持原有的输出状态0v或+5v，不会造成故障状态的丢失；

第八步、外部供电+24v电源恢复供电时，信号采集电路触发器ic2的13脚保持的输出状态0v或+5v传送给输出转换电路，并通过输出保护二极管d6输出给外部数据采集系统，外部数据采集系统根据从sig_out得到的电平是0v还是+24v来判断被监测设备是否工作正常；

第九步、从本装置上的内部状态灯d5和输出状态灯d7也能够直观地判断被监测设备的运行状态，当内部状态灯d5和输出状态灯d7均处于熄灭状态时，表示被监测设备运行正常；当内部状态灯d5和输出状态灯d7均处于亮起状态时，表示被监测设备出现故障；当内部状态灯d5亮起、输出状态灯d7熄灭状态时，表示被监测设备出现故障，且本装置的外部供电已中断。

本发明的特点是：

1.含有储能电路。该装置即使在被监测设备进行断电维修，甚至是工厂断电状态下，也可保持对被监测设备故障状态的记录，不会造成故障状态的丢失。

2.储能元件采用的是法拉电容，并不是各类电池，这样就可以保证该装置可以通过空运的方式进行运输。

3.主体的输入转换电路、信号采集电路、输出转换电路采用简单的晶体管和触发器电路实现，通过简易可靠的电路实现对统一制式的塔灯信号的采集，即可得到设备正常或设备故障的电平信号。将此设备正常或设备故障的电平信号接入外部的信息化系统，即可实现统一收集、监控工厂内大量的工业设备的运行状态的目的和统计设备的平均故障间隔时间的目的。

4.有线连接，抗干扰强，无辅助设备或设施的投入。

5.该装置结构简单、性能可靠、成本低廉，易于在被监测设备众多的工厂内大量使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构外形示意图；

图2为图1的结构分解示意图；

图3为本发明的电路连接框图；

图4为本发明的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

如图1至图4所示，一种塔灯信号采集装置，包括壳体，壳体由上盖1、主板2、下盖3构成。

在上盖1的面上分别设有接线端子孔ⅰ1-1、接线端子孔ⅱ1-2、内部状态灯孔1-3和输出状态灯孔1-4。

在主板2上设有采集电路。

将下盖3与上盖1通过螺钉4固定在一起，在下盖3和上盖1之间的上盖1内设有主板2，主板2采集电路上的内部状态灯d5、输出状态灯d7、接线端子j1和接线端子j2分别对应插入上盖1的内部状态灯孔1-3、输出状态灯孔1-4、接线端子孔ⅰ1-1和接线端子孔ⅱ1-2中。

采集电路由供电电路、储能电路、输入转换电路、信号采集电路、输出转换电路组成，供电电路为储能电路、输入转换电路、信号采集电路供电，储能电路为输入转换电路、信号采集电路提供备用电，输入转换电路、信号采集电路、输出转换电路串联构成信号采集、状态识别和转换输出的整个通路。

一种塔灯信号采集装置，采集电路具体连接为：

供电电路内，dc-dc模块ic1的7脚分别与保护二极管d1的阴极、稳压电容c1、稳压电容c2的一端及接线端子j1的1脚+24v电源连接，保护二极管d1的阳极、稳压电容c1和稳压电容c2的另一端分别与接线端子j1的2脚连接并接地，dc-dc模块ic1的8脚分别与启动电容c13、电感l1的一端及保护二极管d2的阴极连接，启动电容c13的另一端接dc-dc模块ic1的1脚，电感l1的另一端分别与稳压电容c3、稳压电容c4、电容c5、电容c6及反馈电阻r1的一端及+5v内部电源连接，保护二极管d2的阳极分别与稳压电容c3、稳压电容c4、电容c5、电容c6的另一端连接并接地，反馈电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端及dc-dc模块ic1的4脚连接，dc-dc模块ic1的6脚、9脚及电阻r2的另一端接地。

储能电路内，充电保护二极管d3阴极分别通过充电限流电阻r3接放电限流电阻r4和法拉电容c7的一端，放电限流电阻r4另一端接放电保护二极管d4的阳极，放电保护二极管d4阴极和充电保护二极管d3阳极分别接供电电路的+5v内部电源，法拉电容c7另一端接地。

输入转换电路内，分压电阻r5和分压电阻r6的一端接晶体管q1的栅极，晶体管q1的源极通过上拉电阻r7接+5v电源，晶体管q1漏极分别接分压电阻r5另一端、接线端子j2的2脚及地，分压电阻r5的另一端接接线端子j2的1脚，分压电阻r8和分压电阻r9的一端接晶体管q2的栅极，晶体管q2的源极通过上拉电阻r10接+5v电源，晶体管q2漏极接分压电阻r9的另一端及地，分压电阻r8的另一端接接线端子j2的3脚。

信号采集电路内，触发器ic2的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚接地，10脚分别接复位电容c8、滤波电容c9、下拉电阻r11的一端及输入转换电路晶体管q1的源极，复位电容c8的另一端分别接触发器ic2的9脚、14脚、稳压电容c11和上拉电阻r13的一端及+5v电源，滤波电容c9、下拉电阻r11、稳压电容c11的另一端接地，上拉电阻r13的另一端接开关管q3发射极和限流电阻r14的一端，限流电阻r14的另一端通过内部状态灯d5接开关管q3的集电极、滤波电容c12的一端及地，滤波电容c12的另一端接开关管q3的基极及触发器ic2的13脚，触发器ic2的11脚分别接下拉电阻r12、滤波电容c10的一端及输入转换电路晶体管q2的源极，下拉电阻r12和滤波电容c10的另一端接地。

输出转换电路内，限流电阻r15和下拉电阻r16的一端接晶体管q4的栅极，晶体管q4的漏极通过限流电阻r17接限流电阻r18和上拉电阻r19的一端，限流电阻r18的另一端接晶体管q5的栅极，上拉电阻r19的另一端接晶体管q5的源极、+24v电源及接线端子j1的1脚，晶体管q5的漏极接输出保护二极管d6阳极和限流电阻r20的一端，保护二极管d6的阴极接接线端子j2的3脚，限流电阻r20的另一端通过输出状态灯d7接下拉电阻r16另一端、晶体管q4的源极及接线端子j2的4脚地。

dc-dc模块ic1的型号为：tps5450。

触发器ic2的型号为：mc14013b。

一种塔灯信号采集装置的实现方法，步骤如下：

第一步、将外部供电+24v电源与接线端子j1的1脚和2脚相接；将外部数据采集系统的sig_out端与接线端子j1的3脚信号输出端相接，将外部数据采集系统的地线与接线端子j1的4脚接地端相接；将被监测塔灯的绿灯线green_light与接线端子j2的1脚相接，将被监测塔灯的红灯线red_light与接线端子j2的3脚相接，将被监测塔灯的地线与接线端子j2的2脚公共地gnd相接。

第二步、当本装置接入+24v外部电源后，外部供电+24v输入到dc-dc模块ic1的7脚，经过启动电容c13、反馈电阻r1、r2的反馈控制和电感l1、稳压电容c3、电容c4、电容c5、电容c6的滤波稳压，在电容c6和反馈电阻r1的相接点形成+5v内部电源，+5v内部电源给储能电路、输入转换电路、信号采集电路供电，外部供电+24v同时给输出转换电路供电，当+5v内部电源接入到储能电路后，经二极管d3、充电限流电阻r3向法拉电容c7中充电，法拉电容c7电压达到+5v后自动停止充电。

第三步、当被监测设备处于正常工作状态时，设备塔灯的红灯线red_light为0v，绿灯线green_light为+24v，此时输入转换电路的晶体管q2的源极输出0v，晶体管q1的源极输出+5v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚输出保持为上电复位状态的低电平0v，从而使开关管q3导通，内部状态灯d5保持熄灭状态，同时使输出转换电路的晶体管q4和q5均截止，输出状态灯d7保持熄灭状态，输出保护二极管d6输出0v，外部数据采集系统从sig_out得到0v，表示被监测设备工作正常。

第四歩、当被监测设备故障时，设备塔灯的红灯线red_light由0v变为+24v，绿灯线green_light为由+24v变为0v，此时输入转换电路的晶体管q2输出+5v，晶体管q1输出0v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚输出由0v变为+5v，从而使信号采集电路的开关管q3截止，内部状态灯d5亮起，同时使输出转换电路晶体管q4和q5均导通，输出状态灯d7亮起，输出保护二极管d6输出+24v，外部数据采集系统从sig_out得到+24v，表示被监测设备发生故障。

第五步、当被监测设备检修完毕、被监测设备重新启动后，设备塔灯的红灯线red_light由+24v变为0v，绿灯线green_light由0v变为+24v，此时输入转换电路晶体管q2输出0v，晶体管q1输出+5v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚输出0v，从而使信号采集电路的开关管q3导通，内部状态灯d5熄灭，同时使输出转换电路的晶体管q4和q5均截止，输出状态灯d7熄灭，输出保护二极管d6输出0v，外部数据采集系统从sig_out得到0v，表示被监测设备已恢复正常。

第六步、当被监测设备检修过程中关闭故障设备的电源时，设备塔灯的红灯线red_light和绿灯线green_light均为0v，此时输入转换电路晶体管q2和q1均输出0v，两个电平信号分别传递给触发器ic2的11脚和10脚，根据触发器ic2的内部逻辑，触发器ic2的13脚保持输出+5v，从而使信号采集电路的开关管q3保持截止，内部状态灯d5保持亮起的状态，同时使输出转换电路的晶体管q4和q5均保持导通，输出状态灯d7保持亮起状态，输出保护二极管d6保持输出+24v，外部数据采集系统从sig_out得到+24v，表示被监测设备仍然处于故障状态，即被监测故障设备断电后，本装置仍然会保留故障状态，直到被监测设备检修完毕，设备塔灯的绿灯线green_light变为+24v、红灯线red_light变为0v，如前述第五步骤原理，外部数据采集系统从sig_out得到0v后，表示被监测设备已恢复正常。

第七步、当被监测设备检修过程中关闭外部供电+24v电源时，储能电路的法拉电容c7通过放电限流电阻r4、放电保护二极管d4，给输入转换电路和信号采集电路提供备用电，使信号采集电路的触发器ic2的13脚保持原有的输出状态0v或+5v，不会造成故障状态的丢失。

第八步、外部供电+24v电源恢复供电时，信号采集电路触发器ic2的13脚保持的输出状态0v或+5v传送给输出转换电路，并通过输出保护二极管d6输出给外部数据采集系统，外部数据采集系统根据从sig_out得到的电平是0v还是+24v来判断被监测设备是否工作正常。

第九步、从本装置上的内部状态灯d5和输出状态灯d7也能够直观地判断被监测设备的运行状态，当内部状态灯d5和输出状态灯d7均处于熄灭状态时，表示被监测设备运行正常；当内部状态灯d5和输出状态灯d7均处于亮起状态时，表示被监测设备出现故障；当内部状态灯d5亮起、输出状态灯d7熄灭状态时，表示被监测设备出现故障，且本装置的外部供电已中断。