專利名稱：：多功能在線監(jiān)測儀的制作方法
技術領域：
：本實用新型與在污染源現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的裝置有關，尤其與在現(xiàn)場采集模擬信號和開關量信號的監(jiān)測裝置有關。技術背景已有的監(jiān)測裝置功能單一，可靠性差，使用不方便。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種功能多樣、使用方便、可靠性高的多功能在線監(jiān)測儀。本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型多功能在線監(jiān)測儀，殼體上有開關量輸入端子、模擬量輸入端子、按鍵、液晶顯示器或者液晶顯示器連接端子、遠程通訊端子，開關量輸入端子與電阻并聯(lián)或串聯(lián)后與多路選擇器仏連接，仏與單片機仏和電壓比較器U2連接，模擬量輸入端子經(jīng)濾波電路與AD轉(zhuǎn)換器仏連接，AD轉(zhuǎn)換器U3與單片機U7連接，時鐘芯片U4與單片機連接。單片機與三極管Q,的基極連接，三極管Q工的集電極與繼電器連接，單片機與存儲器U5連接。所說的單片機為芯片SM5964,單片機與通訊芯片Un連接，通訊芯片通過網(wǎng)絡服務器與上位機連接，通訊芯片Un為MAX485。時鐘芯片為集成塊DS1302，與系統(tǒng)主板的5V電源連接，并與3.6V可充電電池連接。模擬量輸入端子為j4一Ju，AD轉(zhuǎn)換器133為8通道的TLV2548集成塊，開關量輸入端子為J22—J29，多路選擇器仏為八路選擇器MC14051集成塊，電壓比較器U2為集成塊LM393，模擬量輸入端子與電流轉(zhuǎn)電壓開關U6連接。本實用新型功能多樣，可現(xiàn)場采集多通道模擬信號或開關量、可顯示、貯存，并可供上位機查詢。電源采用雙電源，保證系統(tǒng)長時間掉電時，時鐘能繼續(xù)保持正確。使用方便，工作可靠性好。圖l為本實用新型框圖。圖2為開關量輸入部分電路原理圖。圖3為模擬量輸入部分電路原理圖。圖4為繼電器電路原理圖。圖5為時鐘部分電路原理圖。圖6為單片機電路原理圖。圖7為貯存器電路原理圖。圖8為遠程通訊芯片電路原理圖。圖9為電源電路圖。具體實施方式多功能在線監(jiān)測儀連接環(huán)保部門的監(jiān)控中心和污染源監(jiān)控現(xiàn)場端，將監(jiān)控現(xiàn)場端數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)保部門監(jiān)控中心上位機，并接收上位機的控制命令。多功能在線監(jiān)測儀采集現(xiàn)場模擬信號4一20MA或1一5V，將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進行存儲，并進行數(shù)據(jù)傳輸。電路板及元件，機箱采用環(huán)保材料，電路板內(nèi)有12位8通道AD轉(zhuǎn)換器U3，U3為TLV2548芯片。如圖9所示，系統(tǒng)供電電源為AC200—250V，機器內(nèi)部有穩(wěn)壓開關電源，將供電轉(zhuǎn)為12V—DC輸出，此輸出直接可以給網(wǎng)絡服務器供電，同時也給內(nèi)部的電路主板供電。電路板內(nèi)部有12V和5V兩種電路，所以電路板內(nèi)還有5V穩(wěn)壓電源輸出，以供主板的工作電源。系統(tǒng)上電后，將復位內(nèi)部各個工作寄存器，也就是單片機上電復位的過程，之后就是將存放現(xiàn)場模擬量數(shù)據(jù)和開關量數(shù)據(jù)的存儲電源初始化，以備準備新數(shù)據(jù)的采集和存儲，以及處理。先査詢開關量的輸入，開關量并接電阻的方式，防破壞功能，短路和斷路都會回饋開關量的信息。開關量的輸入，當外接設備的開關平時為常開時，在輸入端并接2.2K電阻，當平時為常閉時，在輸入端串接2.2K電阻。8路開關信號分別接入MC14051八路選擇器的8個輸入通道，由單片機控制哪個通道選通，選通輸出后再經(jīng)LM393電壓比較器，來判斷電壓狀態(tài)，轉(zhuǎn)為數(shù)字的1或0輸出給單片機，單片機用一個變量來保存，從而判斷是否有開關量的報警。當接受上位機來的查詢開關量信息的命令代碼時，就把當前的狀態(tài)發(fā)出去，從而上位機就接收到了現(xiàn)場的幵關量的信息。MC14051為8路模擬選擇器，第9，10，ll腳為選擇通道地址腳，由程序來控制ABC的狀態(tài)，ABC由0和1的組合，通道從X0—X7，同一時刻X0—X7只有一路能通過到X(14051-3)，(從而接到了LM393的電壓比較器輸入端，電壓的變化受外部的開關控制，最終體現(xiàn)在了箭頭的位置，也就是高低電平的狀態(tài)，由單片機査詢通過程序控制ABC的狀態(tài)來查取每個通道，這樣每個通道的狀態(tài)就由單片機直接查詢得到。模擬量的輸入，如果現(xiàn)場信號為1一5V，則信號經(jīng)過J4一J11端子由電容電路濾波處理后接入8通道的AD轉(zhuǎn)換器TLV2548的模擬量輸入端，TLV2548為被動方式，由單片機發(fā)出時鐘信號和命令來查詢TLV2548的各個通道，TLV2548沒有專門的地址選擇，識別通道是通過命令來完成的(不做詳解)，每個通道返回兩個字節(jié)的數(shù)字量，有效位數(shù)為12位，既最大數(shù)字量為2的12次冪減1，也就是十進制的4095，也就是分辨率為1/4095，簡單介紹一下分辨率，當量程為4095時，能采集到的最小變化量為l，當量程為40950時，能采集到的最小變化量為10，依次類推。TLV2548共有8個模擬量通道，現(xiàn)以一個說明。假設現(xiàn)場儀表的模擬信號為4一20mA，則當模擬儀表的輸出電流為4mA時，采集到的數(shù)字量為819;當模擬儀表輸出的電流為20mA時，采集到的數(shù)字量為4095。按照線性的對應關系，現(xiàn)做如下表說明.-<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由上表可看出，實際的電流為4—20mA，4是電氣的零點，也就是儀表的零點，由上表當儀表為零點時對應的數(shù)字量為819,所以在單片機處理的時候要把所得的數(shù)字值減掉819，然后再乘以儀表的量程再除以4095,這個值就是儀表的真實值了。不同的通道，不同的量程，進行不同的實際值換算，將值存儲在AT24存儲器中，并且將信息顯示在液晶屏上，同時也為上位機査詢做準備。如果現(xiàn)場信號為4一20mA，則需要將電流轉(zhuǎn)電壓開關U6撥到ON的位置，還要調(diào)節(jié)每路的可調(diào)電位器，使零點及量程能夠正確。(目的為將4一20mA的電流信號轉(zhuǎn)為1一5V的電壓信號)因為目前的AD的模擬量輸入基本都屬于電阻權網(wǎng)絡，采集電壓的輸入，所以需要一個電壓轉(zhuǎn)換的過程。時鐘數(shù)據(jù)的處理，時鐘芯片采用DS1302，晶振為32.768K，它的電源采用雙電源，既一個是系統(tǒng)主板的5V電源，一個是3.6V的高性能可充電電池，系統(tǒng)掉電后，時鐘靠電池仍然會繼續(xù)以很小的電流工作，內(nèi)部有反向二極管，所以不會對整體系統(tǒng)供電，系統(tǒng)上電后又會對電池充電。充電有幾個模式可以由程序控制，也就是充電電壓的選擇和電流的選擇，可通過DS1302的內(nèi)部電路進行調(diào)節(jié)。從而控制了充電電流和電壓的大小。這樣就保證了系統(tǒng)長時間掉電時，時鐘更夠繼續(xù)保持正確。DS1302通過5、6、7管腳與單片機通訊，把當前的時鐘數(shù)據(jù)傳給單片機，以顯示，存儲。周期性的讀取時鐘芯片DS1302，依據(jù)此時間來來計算何時候存儲，既間隔。單片機隨時掃描到按鍵的輸入，根據(jù)輸入的信息處理并顯示。繼電器輸出，輸出為常開或常閉，繼電器為12VDC,由于單片機不能直接驅(qū)動繼電器動作，所以通過C1815三極管來驅(qū)動它動作，從而達到輸出有常開常閉的動作。動作與否由上位機來通過命令控制。存儲采用AT24C512EEPR0M，64KEEPR0M，可擴展。與單片機間以I方C總線的方式與單片機通訊，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的內(nèi)容存儲在AT內(nèi)，當需要時再從AT內(nèi)取出。按鍵為6個，采用機械鍵芯，顯示部分采用128*64點液晶。采集系統(tǒng)和網(wǎng)絡服務器間通過485通訊進行數(shù)據(jù)傳輸，對485芯片簡單說明，l腳數(shù)字接收，2腳數(shù)字發(fā)送，3腳控制，6、7腳485通訊管腳，電路中有P6KE12CA防雷，R86，R87自恢復，通訊采用RS485半雙工，波特率9600，校驗位無，數(shù)據(jù)位8,停止位1,和網(wǎng)絡服務器間通訊，以被動方式，由上位機來查詢本設備的信息。單片機處理芯片(SM5964),晶振為11.0592，以51為內(nèi)核，所有數(shù)據(jù)采集，顯示處理，數(shù)據(jù)傳輸都通過它來完成，具有內(nèi)部看門狗，可以可靠工作。權利要求1、多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于殼體上有開關量輸入端子、模擬量輸入端子、按鍵、液晶顯示器或者液晶顯示器連接端子、遠程通訊端子，開關量輸入端子與電阻并聯(lián)或串聯(lián)后與多路選擇器U1連接，U1與單片機U7和電壓比較器U2連接，模擬量輸入端子經(jīng)濾波電路與AD轉(zhuǎn)換器U3連接，AD轉(zhuǎn)換器U3與單片機U7連接，時鐘芯片U4與單片機連接。2、根據(jù)權利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于單片機與三極管Qi的基極連接，三極管Q,的集電極與繼電器連接，單片機與存儲器U5連接。3、根據(jù)權利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于所說的單片機為芯片SM5964，單片機與通訊芯片Un連接，通訊芯片通過網(wǎng)絡服務器與上位機連接，通訊芯片Uu為MAX485。4、根據(jù)權利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于時鐘芯片為集成塊DS1302，與系統(tǒng)主板的5V電源連接，并與3.6V可充電電池連接。5、根據(jù)權利要求1所述的多功能在線監(jiān)測儀，其特征在于模擬量輸入端子為j4一Ju，AD轉(zhuǎn)換器U3為8通道的TLV2548集成塊，開關量輸入端子為J22—J29，AD，多路選擇器比為八路選擇器MC14051集成塊，電壓比較器112為集成塊LM393,模擬量輸入端子與電流轉(zhuǎn)電壓開關U6連接。專利摘要本實用新型為多功能在線監(jiān)測儀，解決已有監(jiān)測儀功能單一，可靠性差，使用不方便的問題。殼體上有開關量輸入端子、模擬量輸入端子、按鍵、液晶顯示器或者液晶顯示器連接端子、遠程通訊端子，開關量輸入端子與電阻并聯(lián)或串聯(lián)后與多路選擇器U₁連接，U₁與單片機U₇和電壓比較器U₂連接，模擬量輸入端子經(jīng)濾波電路與AD轉(zhuǎn)換器U₃連接，AD轉(zhuǎn)換器U₃與單片機連接，時鐘芯片U₄與單片機連接，單片機與三極管Q₁的基極連接，三極管Q₁的集電極與繼電器連接，單片機與存儲器U₅連接。文檔編號G01D21/00GK201221954SQ200820063528公開日2009年4月15日申請日期2008年5月28日優(yōu)先權日2008年5月28日發(fā)明者彭軼清,浩楊,鄒旭輝,冶陶申請人:四川清和科技有限公司