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专利名称：一种热电偶信号采集�？榈闹谱鞣椒�
技术领域：
本实用新型属于工业自动化、船舶机舱自动化领域，涉及一种热电偶信号采集模块，用于为工业自动化系统温度信号采集。
背景技术：
工业及船舶自动化领域，热电偶信号采集设备是常用设备，传统的热电偶采集设备通讯大多采用RS485或单CAN总线,而本实用新型则采用双路CAN总线冗余通讯方式,保证了数据的安全性。

实用新型内容本实用新型的目的在于将传统热电偶信号采集设备的改进，提供一种热电偶信号采集�？椋哂写衅骷觳饧八獵AN冗余通讯功能的现场热电偶信号采集�？椋钥朔钟屑际跛嬖诘纳鲜鋈钡愫筒蛔�。船舶机舱报警系统中温度信号采集，船舶液位遥测系统中温度信号采集，是一种现场热电偶信号采集的设备。本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现:一种热电偶信号采集�？椋�:显示板1、热电偶信号采集主控板2和电源板3，所述显示板I与热电偶信号采集主控板2连接，所述热电偶信号采集主控板2与电源板3连接，其特征在于，所述热电偶信号采集主控板2，包括:微处理器21、第一 CAN总线22、第二 CAN总线23、差分4通道数字控制模拟开关电路24和3通道16位Σ -Δ型隔离ADC模数转换电路25 ;所述差分4通道数字控制模拟开关24、3通道16位Σ - Λ型隔离ADC模数转换25与微处理器21依次连接；所述热电偶信号采集�？榛拱�:双路CAN总线，所述双路CAN总线采用第一 CAN总线22和第二 CAN总线23冗余通讯，所述微处理器21通过第一 CAN总线22和第二 CAN总线23与上位机4连接。其中，所述第一CAN总线包括:第一CAN总线的输出电路和第一CAN总线的输入电路，所述第一 CAN总线的输出电路，由电阻Rbl，高速光耦ICbl，电容Cbl，CAN总线驱动器ICb3和接线端子J2组成，高速光耦ICbl的型号为6N137，CAN总线驱动器ICb3的型号为 PC82C250 ；所述第一 CAN总线的输入电路，由电阻Rb2、高速光耦ICb2、电阻Rb4、CAN总线驱动器ICb3和接线端子J2组成，高速光耦ICb2的型号为6N137，CAN总线驱动器ICb3的型号为 PC82C250 ；所述第二 CAN总线包括:第二 CAN总线的输出电路和第二 CAN总线的输入电路，所述第二 CAN总线的输出电路，由电阻Rcl、高速光耦ICcl、电容Cd、电阻Rc3、CAN总线驱动器ICc3和接线端子J3组成，高速光耦ICcl的型号为6N137，CAN总线驱动器ICc3 的型号为 PC82C250 ；所述第二 CAN总线的入电路，由电阻Rc2、高速光耦ICc2、电阻Rc4、CAN总线驱动器ICc3和接线端子J3组成，高速光耦ICc2的型号为6N137，CAN总线驱动器ICc3的型号为 PC82C250。进一步，所述高速光耦6N137(ICbl，ICb2，ICcl，ICc2)对输入、输出数据进行光电隔离，确保了数据输出数据不受前端电路的影响，保证了数据的安全性。进一步，所述集成电路(ICb3，ICc3)为CAN总线收发器，是CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。进一步，所述双路CAN总线还设有一集成电路SJ1000ICc4，所述集成电路SJ1000ICc4为独立CAN控制器，提供一路独立的CAN通讯电路第二 CAN总线。其中，所述热电偶信号采集主控板2的每路通道的电路设计信号通过接插件(JE7，JE8)到差分4通道数字控制模拟开关CD4052(ICe2，ICe3，ICe4，ICe5)进行通道的选择，将通道采样值输入由集成电路Σ -Δ型隔离ADC模数转换AD7792(ICel)，精密电阻Re 17，电容(Cel7，Ce23，Ce24，Ce25，Ce26)组成的ADC转换电路，转换后的数据输入微处理器21进行数据分析处理。进一步，所述热电偶信号采集主控板2还包括:用于三态检测中的传感器断线检测电压采样的电阻Rel_Rel6，所述电阻Rel-Rel6为内置4.7K电阻。进一步，所述热电偶信号采集主控板2还包括:电容Ce9_Cel6，所述电容Cel_Ce8起滤波作用。进一步，所述热电偶信号采集主控板2，还包括集成电路ADC模数转换器AD7792ICel，具有冷端补偿，通过集成电路ADC模数转换器AD7792ICel内部的温度传感器实现。其中，所述电源板3采用双路冗余电源，包括:第一电源31、第二电源32，所述第一电源31与热电偶信号采集主控板2连接；所述第二电源32与热电偶信号采集主控板2连接。本实用新型的有益效果:与传统的热电偶信号采集设备，本实用新型具有传感器检测功能，即具外部传感器线路断线故障的检测功能。采用双路电源，双路电源彼此隔离，增加电路安全性。采用双路CAN通讯，保证数据传输的安全性，可靠性。具有冷端补偿功能。现场调试及后期维修相当便利。

图1为本实用新型的结构框图。图2为本实用新型的显示板I的电路图。图3为本实用新型的热电偶主控板2原理图。图4为本实用新型的电源板3原理图。图5为本实用新型的通道信号采集及AD转换电路。[0035]附图标记:显示板1、热电偶信号采集主控板2、微处理器21、第一 CAN总线22、第二 CAN总线23、差分4通道数字控制模拟开关电路24和3通道16位Σ -Λ型隔离ADC模数转换电路25、电源板3、第一电源31、第二电源32。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。实施例1图1为本实用新型的结构框图。图2为本实用新型的显示板I的电路图。图3为本实用新型的热电偶主控板2原理图。图4为本实用新型的电源板3原理图。如图1所示，一种热电偶信号采集�？椋�:显示板1、热电偶信号采集主控板2和电源板3上下拼接组合而成。其中显示板I主要用于显示本实用新型的电源、运行、通讯、故障、通道状态的显
/Jn ο热电偶信号采集主控板2包括:微处理器21、第一 CAN总线22、第二 CAN总线23、差分4通道数字控制模拟开关电路24和3通道16位Σ -Δ型隔离ADC模数转换电路25。热电偶信号采集主控板2在本实用新型中为核心部件，负责对采集来的信号进行处理分析，将采集到的通道信号通过差分4通道数字控制模拟开关24选择输出，然后将此信号输出3通道16位Σ - Λ型隔离ADC模数转换25进行模数转换，最后将信号送至微处理器21，微处理器21将信号转换成温度信号后通过第一 CAN总线22和第二 CAN总线23传输至上位机。电源板3为本实用新型提供双路电源，确保本实用新型的稳定运行。如图2所示，通过接插件J8将微处理器AT90CAN128ICal处理后的数字量信号传输至显示板2，通过接插件J9提供第一 CAN总线22终端电阻选择信号，通过接插件JlO提供直流电源，公共端以及第二 CAN总线23终端电阻选择信号。显示板2获得直流电源后，经过发光二极管L37，限流电阻R37回到公用端，这样就点亮了发光二极管L37。同理发光二极管(L33，L34，L35，L36)经限流电阻(R33，R34，R35，R36)与微处理器AT90CAN128ICal连接，根据微处理器AT90CAN128ICal输出的数字量信号控制发光二极管(L33，L34，L35，L36)的状态，如亮、灭还是闪。直流电源，电阻R38，电容C6，按键SW2，二极管Dl组成复位电路。按下按键SW2就提供一个复位信号对微处理器AT90CAN128ICal进行复位。此外微处理器AT90CAN128ICal将采集分析后的数字量信号经锁存器(IC1-1C4)锁存输出信号，再经限流电阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R31、R32，简称 R1-R32)，根据微处理器 AT90CAN128ICal 输出的数字量信号控制发光二极管(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、Lll、L12、L13、L14、L15、L16、L17、L18、L19、L20、L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28、L29、L31、L32，简称L1-L32)的状态，如亮、灭还是闪。最后拨码开关Sffl,上拉电阻(R39、R40、R41、R42、R43、R44，简称 R39-R44)，电阻(R45-R46)，电容C5以及锁存器IC5组成CAN地址及CAN终端电阻选择电路，通过拨动拨码开关将�？榈刂芬远剖问浇斜嘀罚庋恢帜？樵谕桓鱿低持芯涂梢愿莸刂返牟煌欣┱梗硗馍鲜龅缏纺谥昧� CAN终端电阻使能信号锁存输出至微处理器AT90CAN128ICal，在远距离通讯信号传输时保证信号抗干扰能力，确保数据的安全。如图3所示，接插件Jl外部直流24V电源输出端，接插件(J8，J9，J10)连接显示板1，接插件(J6，J7)连接电源板3。晶振Yal，电容(Cal，Ca2)为微处理器AT90CAN128ICal提供稳定的时钟源。微处理器AT90CAN128ICal为美国ATMEL公司的高性能、低功耗的AVR8位微处理器，采用先进的RISC结构，主要功能为处理分析采集到的信号，将数据传输至显示板I执行本地显示，通过执行CAN通讯将数据传输至上位机进行综合显示。如图4所示，第一路直流24V电源经过二极管D1，电容(C5，C10)，进入电源�？镻1，再通过电容(C1，C6)后输出直流24V。第二路直流24V电源经过二极管D2，电容(C5，C10)，进入电源�？镻2，再通过电容(C2，C7)后输出直流5V。将得到的直流5V电源经过由隔离电源�？�(P3，P4)，电阻(R5，R6)，电容(C3，C4，CS, C9)组成的二路隔离电源处理电路，输出经隔离后的直流5V电源。上拉电阻(R1-R4)，接插件JO组成JTAG端口，用于将程序写入微处理器AT90CAN128ICal，调试或仿真。直流电源，JTAG端口信号通过接插件(J6，J7)与热电偶信号采集主控板2连接。如图5所示，通道采样信号通过接插件(JE7，JE8)到差分4通道数字控制模拟开关⑶4052(ICe2，ICe3，ICe4，ICe5)进行通道的选择，将通道采样值输入由集成电路Σ -Δ型隔离 ADC 模数转换 AD7792ICel，精密电阻 Rel7，电容(Cel7, Ce23, Ce24, Ce25, Ce26)组成的ADC转换电路，转换后的数据输入微处理器21进行数据分析处理。通过集成电路AD7792ICel内置的自动冷端补偿功能克服由于冷端温度变化造成的测量不准确称现象。以上对本实用新型的具体实施方式
进行了说明，但本实用新型并不以此为限，只要不脱离本实用新型的宗旨，本实用新型还可以有各种变化。
权利要求1.一种热电偶信号采集�？椋�:显示板(I)、热电偶信号采集主控板⑵和电源板(3)，所述显示板(I)与热电偶信号采集主控板(2)连接，所述热电偶信号采集主控板(2)与电源板(3)连接，其特征在于， 所述热电偶信号采集主控板(2)，包括:微处理器(21)、第一 CAN总线(22)、第二 CAN总线(23)、差分4通道数字控制模拟开关电路(24)和3通道16位Σ -Δ型隔离ADC模数转换电路(25);所述差分4通道数字控制模拟开关(24)、3通道16位Σ -Δ型隔离ADC模数转换(25)与微处理器(21)依次连接； 所述热电偶信号采集�？榛拱�:双路CAN总线，所述双路CAN总线采用第一 CAN总线(22)和第二 CAN总线(23)冗余通讯，所述微处理器(21)通过第一 CAN总线(22)和第二CAN总线(23)与上位机(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种热电偶信号采集�？椋涮卣髟谟�: 所述第一 CAN总线包括:第一 CAN总线的输出电路和第一 CAN总线的输入电路， 所述第一 CAN总线的输出电路，由电阻Rbl，高速光耦ICbl，电容Cbl，CAN总线驱动器ICb3，最后至接线端子J2组成，高速光耦ICbl的型号为6N137，CAN总线驱动器ICb3的型号为 PC82C250 ； 所述第一 CAN总线的输入电路，由电阻Rb2、高速光耦ICb2、电阻Rb4、CAN总线驱动器ICb3和接线端子J2组成，高速光耦ICb2的型号为6N137，CAN总线驱动器ICb3的型号为PC82C250 ； 所述第二 CAN总线包括:第二 CAN总线的输出电路和第二 CAN总线的输入电路， 所述第二 CAN总线的输出电路，由电阻Rcl、高速光耦ICcl、电容Cd、电阻Rc3、CAN总线驱动器ICc3和接线端子J3组成，高速光耦ICcl的型号为6N137，CAN总线驱动器ICc3的型号为PC82C250 ； 所述第二 CAN总线的入电路，由电阻Rc2、高速光耦ICc2、电阻Rc4、CAN总线驱动器ICc3和接线端子J3组成，高速光耦ICc2的型号为6N137，CAN总线驱动器ICc3的型号为PC82C250。
3.根据权利要求2所述的一种热电偶信号采集�？椋涮卣髟谟�:所述双路CAN总线还设有一集成电路SJlOOO (ICc4)，所述集成电路SJ1000 (ICc4)为独立CAN控制器，提供一路独立的第二 CAN总线。
4.根据权利要求1所述的一种热电偶信号采集�？椋涮卣髟谟�:所述热电偶信号采集主控板(2)还包括:用于传感器检测的传感器断断线检测电压采样的电阻Rel_Rel6，所述电阻Rel-Rel6为内置4.7K电阻。
5.根据权利要求1所述的一种热电偶信号采集�？椋涮卣髟谟�:所述热电偶信号采集主控板(2)还包括:电容Ce9_Cel6，所述电容Cel_Ce8起滤波作用。
6.根据权利要求1所述的一种热电偶信号采集模块，其特征在于:所述电源板(3)采用双路冗余电源，包括:第一电源(31)、第二电源(32)， 所述第一电源(31)与热电偶信号采集主控板(2)连接； 所述第二电源(32)与热电偶信号采集主控板(2)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种热电偶信号采集�？椋ㄏ允景�(1)，热电偶信号采集主控板(2)，电源板(3)组合连接组成，其功能在于对现场温度信号进行采集处理，通过双路CAN通讯将采集到的数据传输至上位机。还具有双路电源冗余。本实用新型具有传感器检测功能，即具有现场传感器故障检测判断功能。采用双路CAN通讯，保证数据传输的安全性，可靠性。采用双路电源，双路电源彼此隔离，增加电路安全性。现场调试及后期维修相当便利。
文档编号G01K7/02GK203163894SQ20132002801
公开日2013年8月28日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者张瑞明, 徐廷良, 袁安俊, 吴杰 申请人:上海航海设备有限责任公司