一種rs485數(shù)據(jù)采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，包括：ARM主控電路、RS485通訊電路、地址參數(shù)設(shè)定電路、數(shù)字量輸入電路、數(shù)字量輸出電路、模擬量輸入電路和DC/DC電源電路。ARM主控電路根據(jù)PLC系統(tǒng)的指令要求，完成16路數(shù)字量輸入和16路DC4~20mA電流模擬量輸入信號(hào)的采集處理以及16路數(shù)字量輸出的控制，RS485通訊電路與帶有RS485接口的PLC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下達(dá)。本實(shí)用新型所提供的裝置成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾性好、運(yùn)行可靠，可作為PLC系統(tǒng)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集模塊和其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集使用。
【專利說明】一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工控領(lǐng)域，尤其涉及一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前工控領(lǐng)域中大量使用PLC (可編程邏輯控制器)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但PLC自帶的數(shù)字量和模擬量采集模塊存在互相獨(dú)立、價(jià)格高昂、依賴于PLC系統(tǒng)背板總線的缺點(diǎn)，限制了 PLC米集|吳塊在中小型系統(tǒng)中的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提出一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、成本低的適用于PLC系統(tǒng)的RS485數(shù)據(jù)采集裝置。利用PLC的RS485通訊接口將PLC采集模塊進(jìn)行擴(kuò)展，降低PLC系統(tǒng)的成本。
[0004]本實(shí)用新型包括ARM主控電路、RS485通訊電路、地址參數(shù)設(shè)定電路、數(shù)字量輸入電路、數(shù)字量輸出電路、模擬量輸入電路和DC/DC電源電路，DC/DC電源電路給ARM主控電路、RS485通訊電路、數(shù)字量輸入電路、數(shù)字量輸出電路和模擬量輸入電路提供直流電源，ARM主控電路分別與RS485通訊電路、地址參數(shù)設(shè)定電路、數(shù)字量輸入電路、數(shù)字量輸出電路、模擬量輸入電路相連接。
[0005]本實(shí)用新型ARM主控電路由STM32微處理器、外圍電阻、電容、晶振連接構(gòu)成，STM32微處理器包含16路12位的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC通道、通用輸入/輸出GPIO接口和標(biāo)準(zhǔn)的通用異步收發(fā)傳輸器UART接口。
[0006]本實(shí)用新型地址參數(shù)設(shè)定電路由10位撥碼開關(guān)和上拉電阻組成，與ARM主控電路的通用輸入/輸出GPIO接口相連接。
[0007]本實(shí)用新型RS485通訊電路采用ADI公司帶磁隔離和DC/DC電源的增強(qiáng)型隔離RS485芯片ADM2582E，具有ESD、過壓、過流保護(hù)功能，是完全隔離的RS485方案，大大減少了PCB板的體積，滿足PLC系統(tǒng)對(duì)可靠性要求高的特點(diǎn)。
[0008]本實(shí)用新型數(shù)字量輸入電路由16路帶隔離功能的數(shù)字量輸入通道組成，通過光耦進(jìn)行隔離后，與ARM主控電路的通用輸入/輸出GPIO接口相連接，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
[0009]本實(shí)用新型數(shù)字量輸出電路由16路與現(xiàn)場(chǎng)隔離的數(shù)字量輸出通道組成，ARM主控電路的通用輸入/輸出GPIO接口與數(shù)字量輸出電路的光耦相連接，光耦輸出信號(hào)經(jīng)過電阻、電容后與N溝道增強(qiáng)型MOS管相連接。
[0010]本實(shí)用新型模擬量輸入電路由16路DCr20mA電流信號(hào)經(jīng)過電阻采樣后，通過低通濾波器與ARM主控電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC接口相連接。
[0011]本實(shí)用新型利用STM32微處理器豐富的內(nèi)部資源和較高的處理速度，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、降低了系統(tǒng)成本、減少了系統(tǒng)體積，數(shù)字量輸入電路和數(shù)字量輸出電路均采用光耦隔離，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，滿足PLC工控領(lǐng)域高可靠性的要求，同時(shí)，增強(qiáng)型隔離RS485芯片使得所述RS485數(shù)據(jù)采集裝置具有高噪聲抑制、高速傳輸速度和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型的ARM主控電路圖。
[0014]圖3是本實(shí)用新型的RS485通訊電路圖。
[0015]圖4是本實(shí)用新型的地址參數(shù)設(shè)定電路圖。
[0016]圖5是本實(shí)用新型的數(shù)字量輸入電路圖。
[0017]圖6是本實(shí)用新型的數(shù)字量輸出電路圖。
[0018]圖7是本實(shí)用新型的模擬量輸入電路圖。
[0019]圖8是本實(shí)用新型置的DC/DC電源電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用于限制本實(shí)用新型的范圍。
[0021]如圖1所示，該實(shí)施例提供了一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，包括有ARM主控電路1、RS485通訊電路2、地址參數(shù)設(shè)定電路3、數(shù)字量輸入電路4、數(shù)字量輸出電路5、模擬量輸入電路6和DC/DC電源電路7。DC/DC電源電路7為其它部分提供直流電源。RS485通訊電路2與ARM主控電路I的異步收發(fā)傳輸器UART端口相連接，實(shí)現(xiàn)所述一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置與帶有RS485接口的PLC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下達(dá)。地址參數(shù)設(shè)定電路3與ARM主控電路I的通用輸入/輸出GPIO端口連接，用于設(shè)定所述一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置的節(jié)點(diǎn)地址、波特率以及通訊數(shù)據(jù)格式。ARM主控電路I根據(jù)PLC系統(tǒng)的指令要求來掃描通用輸入/輸出GPIO端口的狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字量輸入電路4的開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。根據(jù)PLC系統(tǒng)的指令要求，ARM主控電路I可以控制數(shù)字量輸出電路5的相應(yīng)輸出通道的通斷，以到達(dá)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開關(guān)。ARM主控電路I通過ADC定時(shí)采樣模擬量輸入電路6相應(yīng)通道的值，并存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器中，以供PLC系統(tǒng)通過RS485通訊電路2進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。
[0022]如圖2所示，該實(shí)施例的ARM主控電路I，由ST公司的STM32微處理器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，STM32微處理器自帶128KB FLASH, 20KB RAM，最高工作時(shí)鐘72MHz，具有16路12位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC通道、3個(gè)異步收發(fā)傳輸器UART端口和多達(dá)81個(gè)通用輸入/輸出GPIO端口，是所述一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置的核心所在。
[0023]如圖3所示，該實(shí)施例的RS485通訊電路2，采用ADI公司的平衡發(fā)送和差分接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器ADM2572E芯片來驅(qū)動(dòng)總線，在芯片內(nèi)集成了一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)三態(tài)差分線路驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)差分輸入接收機(jī)和一個(gè)isoPower DC/DC轉(zhuǎn)換器,該芯片單電源供電,從而實(shí)現(xiàn)了完全隔離的RS-485解決方案。
[0024]如圖4所示，該實(shí)施例的地址參數(shù)設(shè)定電路3，采用10位撥碼開關(guān)SI和上拉電阻R10、R11、R12連接至ARM主控電路I的通用輸入/輸出GPIO引腳的方式，所述一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置在系統(tǒng)上電時(shí)，根據(jù)撥碼開關(guān)的狀態(tài)自動(dòng)設(shè)定該裝置的節(jié)點(diǎn)地址、波特率和數(shù)據(jù)通訊格式。[0025]如圖5所示，該實(shí)施例的數(shù)字量輸入電路4，數(shù)字量輸入DIl通過電阻R32后接至光耦隔離器U20的輸入端，并與濾波電容C34、分壓電阻R33和防反接二極管D31相連接，經(jīng)過光耦隔離器U20隔離后，通過上拉電阻R34接入ARM主控電路I的通用輸入/輸出GPIO端口。
[0026]如圖6所示，該實(shí)施例的數(shù)字量輸出電路5，ARM主控電路I的通用輸入/輸出GPIO端口與光耦隔離器U40的輸入端相連接，通過上拉電阻R40接至電源正極端，輸出信號(hào)經(jīng)過隔離后，正極端與電阻R70、電容C54和N溝道增強(qiáng)型MOS管Q40的基極相連接，負(fù)極端與電阻R7相連后接至輸出信號(hào)公共端M2，輸出信號(hào)公共端L+可以接入12V或24V的直流電源，控制工控現(xiàn)場(chǎng)的線圈可以接入輸出信號(hào)端Ql和輸出信號(hào)公共端M2之間。
[0027]如圖7所示，該實(shí)施例的模擬量輸入電路6，工控現(xiàn)場(chǎng)傳感器輸出的4-20mΑ電流信號(hào)接入AIO端，電阻RlO進(jìn)行電壓采樣后，接入電阻Rll和電容ClO組成的RC濾波器進(jìn)行濾波處理，然后通過電阻R12、R13、R14和運(yùn)算放大器U3A組成的信號(hào)處理電路與ARM主控電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC端口相連接。與現(xiàn)有技術(shù)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC芯片相比，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]如圖8所示，該實(shí)施例的DC/DC電源電路7，由DC/DC模塊P1、鋁電解電容Cl和C3、貼片電容C2、C4、C5構(gòu)成，DC/DC模塊Pl的VI+和V1-兩端與數(shù)據(jù)采集裝置外部接線端子相連接，接入9~40V的直流電壓，DC/DC模塊Pl的VO端與鋁電解電容C3的正極端連接，DC/DC模塊Pl的GND端與鋁電解電容C3、貼片電容C4和C5的負(fù)極端連接。[0029]本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，可以采集工控現(xiàn)場(chǎng)的16路數(shù)字量輸入信號(hào)、16路4-20mΑ模擬量輸入信號(hào)，并能控制16路數(shù)字量輸出信號(hào)，作為PLC系統(tǒng)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集模塊使用，大大降低了系統(tǒng)的成本，此外，本實(shí)用新型所提供的裝置功耗低、抗干擾性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集工控場(chǎng)合中。
【權(quán)利要求】
1.一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括ARM主控電路(I)、RS485通訊電路(2 )、地址參數(shù)設(shè)定電路(3)、數(shù)字量輸入電路(4)、數(shù)字量輸出電路(5)、模擬量輸入電路(6)和DC/DC電源電路(7);地址參數(shù)設(shè)定電路(3)與ARM主控電路(I)的通用輸入/輸出GPIO端口相連，數(shù)字量輸入電路(4)的輸出端口與ARM主控電路(I)的通用輸入/輸出GPIO端口相連，數(shù)字量輸出電路(5)與ARM主控電路(I)的通用輸入/輸出GPIO端口相連，模擬量輸入電路(6)的輸出端口與ARM主控電路(I)的ADC輸入端口相連，DC/DC電源電路(7)為ARM主控電路(I)、RS485通訊電路(2)、數(shù)字量輸入電路(4)、數(shù)字量輸出電路(5)和模擬量輸入電路(6 )提供直流電源，ARM主控電路(I)通過RS485通訊電路(2 )與帶RS485接口的PLC系統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述ARM主控電路(I)具有16路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC通道和通用異步收發(fā)傳輸器UART接口。
3.如權(quán)利要求1所述的一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述RS485通訊電路(2)采用帶磁隔離和DC/DC電源的增強(qiáng)型隔離RS485芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述數(shù)字量輸入電路(4)具有16路光耦隔離的數(shù)字量輸入通道。
5.如權(quán)利要求1所述的一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述數(shù)字量輸出電路(5)具有16路光耦隔離的數(shù)字量輸出通道。
6.如權(quán)利要求1所述的一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述模擬量輸入電路(6)具有16路4?20mA模擬量輸入信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種RS485數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述DC/DC電源電路(7)接入電源為9?40V的直流電壓。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK203745879SQ201420075779
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】晏朋飛 申請(qǐng)人:晏朋飛