專利名稱：一種新型工業數據采集系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業數據采集技術領域，具體涉及一種數據采集系統。
背景技術：
隨著互聯網、物聯網的技術得到了飛速發展，以太網技術也從最初的IOMbps的傳輸速率發展到如今的100Mbps、1000Mbps、IGbps甚至lOGbps。而用于工業控制的CAN技術、PROFIBUS、W0RLDFIP等基于現場總線的數控系統與之無法媲美。更層次的傳輸速率比傳統的CAN、PROFIBUS、W0RLDFIP在同等級的速率上有著質的飛躍。與此同時網絡化測量儀器應用得到越來越廣泛，這使得基于以太網的工業數據采集操作和實時數據通信變得更加快捷。國內外對用以太網實現數據采集和傳輸的研究越來越多，其采用的方法也越來越廣泛，例如用雙處理器分別進行數據采集和實時處理，再將少量的結果數據實時傳輸給主 機；或是在使用一些中間設備來實現實時數據通信等；這些基于硬件上的改進無疑是不錯的選擇，也有著重要的意義。雖然與現場總線類似的Profibus、modbus和contronet等仍然隨處可見，但他們的重要性隨著以太網的普及正在快速地降低。以太網為用戶提供的優勢顯而易見的更高的效率、更多的功能和更高的適應性。這可以使得從管理級到現場級的數據通信采用統一的方式，反之亦然。然而，由于現在對工業現場的監控環境越來越復雜、越來越分散，數據采集難度不斷增強，對于實時性更強、速度更快、操作更加容易的采集系統的研制越發的重要。設計各個終端常用小巧、靈活、易于實現簡單控制和性價比很高的嵌入式系統構成相對獨立的數據采集系統是廣大廠家所期待的。傳統的數控系統多采用基于單處理器的集中式體系結構，這種體系機構向上不能適應制造環境對數控系統的分散化的要求，向下難以滿足高速高精加工對計算能力和數據傳輸的要求，難以適應未來數控技術的發展。傳統基于現場總線的數控系統，如交通上的監控設置、遠程工業數據采集(溫度、濕度等)，高速高精度的數控加工檢測系統，要求數控單元設備中的數據交換媒介能夠達到高速實時數據傳輸，而一般總線式一對一監控設置的傳輸速度直接影響了加工的速度和精度，也影響了管理層對現場設備的遠程監控的效率。
實用新型內容本實用新型的目的在于，提供一種新型工業數據采集系統，解決以上技術問題。本實用新型所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現一種新型工業數據采集系統，包括一用于采集數據的數據采集模塊、一與所述數據采集模塊連接的微型處理器系統、一用于供電的電源模塊，其特征在于，所述微型處理器系統通過一網絡控制器連接一以太網接口。本實用新型采用網絡控制器與以太網接口，將經數據采集模塊采集、經微型處理器系統處理后的數據接入以太網中，供以太網中的其他網絡設備采集與監控。上述設計實現的電路簡化、成本低廉，能夠同時實現高速、實時、高精度的數據傳輸要求，達到對復雜的工業現場數據采集設計要求。所述微型處理器系統與所述網絡控制器之間采用SPI總線接口連接。以便在串行接口模式下，連接幾個簡單的引腳就可以進行微型處理器系統與網絡控制器直接的數據通f目。所述數據采集模塊包括一工業溫度數據采集模塊。以便采集溫度信息。所述微型處理器系統連接一 RS485接口芯片，所述微型處理器系統還連接一 CAN驅動芯片。本實用新型保證了數據采集模塊的調試和通信模式的多樣性。所述微型處理器系統連接一 IXD顯示模塊。以便于保證經處理后的數據的實時顯
/Jn o·[0012]所述微型處理器系統還連接一存儲模塊。用以存儲經處理后的數據。還包括一控制臺，所述控制臺與所述微型處理器系統通過所述網絡控制器無線連接。所述控制臺優選采用一客戶端PC機。以便本實用新型能夠實現管理層與現場設置之間的信息交互與監控。所述電源模塊包括一用于與外部電源連接的電源接口，還包括一蓄電池。以便電源模塊為微型處理器系統供電時，一點電源接口處掉電時，蓄電池能為微型處理器系統的時鐘和備份寄存器提供電能，保存備份寄存器的內容和維持RTC的功能。有益效果由于采用了上述技術方案，本實用新型實現了電路的簡化、進而降低了成本；同時實現了工業現場數據采集的實時監測與測試，提高了整個工業現場設備的監控性能；還實現了管理層與工業現場的雙向信息交互。
圖I為本實用新型的整體電路連接示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示進一步闡述本實用新型。參照圖1，一種新型工業數據采集系統，包括一用于采集數據的數據采集模塊I、一與數據采集模塊I連接的微型處理器系統2、一用于供電的電源模塊3，微型處理器系統2通過一網絡控制器4連接一以太網接口。本實用新型采用網絡控制器4與以太網接口，將經數據采集模塊I采集、經微型處理器系統2處理后的數據接入以太網中，供以太網中的其他網絡設備采集與監控。上述設計實現的電路簡化、成本低廉，能夠同時實現高速、實時、高精度的數據傳輸要求，達到對復雜的工業現場數據采集設計要求。微型處理器系統2與網絡控制器4之間采用SPI總線接口連接。以便在串行接口模式下，連接幾個簡單的引腳就可以進行微型處理器系統2與網絡控制器4直接的數據通f目。數據采集模塊包括一工業溫度數據采集模塊。以便采集溫度信息。 微型處理器系統2連接一 RS485接口芯片5，微型處理器系統2還連接一 CAN驅動芯片6。本實用新型保證了數據采集模塊I的調試和通信模式的多樣性。微型處理器系統2連接一 IXD顯示模塊7。以便于保證經處理后的數據的實時顯/Jn o微型處理器系統2還連接一存儲模塊8。用以存儲經處理后的數據。還包括一控制臺，控制臺與微型處理器系統2通過網絡控制器4無線連接。控制臺優選采用一客戶端PC機9。以便本實用新型能夠實現管理層與現場設置之間的信息交互與監控。電源模塊3包括一用于與外部電源連接的電源接口，還包括一蓄電池。以便電源模塊3為微型處理器系統2供電時，一點電源接口處掉電時，蓄電池能為微型處理器系統2的時鐘和備份寄存器提供電能，保存備份寄存器的內容和維持RTC的功能。本實用新型的各個模塊可以采用如下配置I)微型處理器系統2優選采用ST公司的STM32F107VCT的ARM7芯片，外部擴張一個8K的EEPROM芯片AT24C08，JTAG調試接口的設計，以便保證整個系統的可擴展性。 2)工業溫度數據采集模塊優選采用精度更高，更加適合工業環境的PT100溫度傳感器，其測量范圍-50 550°C。同時采用ARM7中自帶的AD轉化模塊，速度到達Ius/次。保證了數據采集模塊的在惡劣的工業現場的測量范圍與精度。3)電源模塊3主要采用AMSl 117輸出3. 3V的供電電源為主MCU供電，采用MC7805產生5V電源為一些外圍電路供電。保證了本實用新型的供電需求。電源模塊3的輔助電源采用蓄電池。4)網絡控制器4優選采用W5100，采用25M的晶振，保證了遠程網絡通信的要求。[0031 ] 5) RS485接口芯片5優選采用ATmel公司的SP485EEP芯片。6) CAN驅動芯片6優選采用ATmel公司的SN65HVD230芯片。7) LCD顯示模塊7優選采用TS1620B模塊。實施例一本實用新型的電源主要由外部電源提供，經電源接口輸入，分別經過MC7805和AS1117芯片穩壓轉換輸出5V和3. 3V，這樣3. 3V、5V電壓即能夠很好的滿足內核、外設、和外部電路的供電。ARM7芯片的工作電壓(VDD)為2.0-3. 6V。通過內置的電壓調節器提供I. 8V電源。具有低功耗特點的W5100只需要提供3. 3V的電壓給芯片即可，片上I. 8V的輸出管腳通過一個電解電容接地。當主電源VDD掉電后，本系統外接一個3. 6V蓄電池連接到Vbat管腳上，通過Vbat管腳為實時時鐘RTC和備份寄存器提供電源，保存備份寄存器的內容和維持RTC的功能，通過它還可以為LSE振蕩器和PC13至PC15供電，可以通過復位模塊中的掉電復位功能控制。微型處理器系統2是32位的Cortex-M3CPU、72MHz、l. 25DMips/MHz、0等待周期的存儲器，單周期乘法和硬件除法。晶振頻率為25MHz，PLL供CPU時鐘，并帶有校準功能的32kHz RTC振蕩器；內嵌258K閃存程序存儲器；I2C接口的EEPROM存儲器——AT24C08，用來存儲原始網絡參數，系統在對網絡控制器4配置時可以直接從中調用。W5100與單片機的接口采用SPI接口或間接總線；外接一個精密可調電位器3296W(IOK)可調電阻來作為模擬信號輸入端。在調試時，目標板的JTAG調試接口管腳連接到ARM7芯片的GPIO 口的PB、PA 口，5V的供電電源。J-LINK仿真器通過JTAG插座第19腳對目標板供電，電流限制在300mA。通過JTAG接口進行調試，其中JB00T0 :正常運行時接低電平，Bootload時接高電平JB00T1 =BootLoad時短路。接有3. 6V的蓄電池為后備寄存器提供供電。[0037]本系統可以采用MAX3232實現TTL電平與RS232電平的轉換，分別把MAX3232的T1IN、R10UT、T2IN、R20UT 與 ARM7 芯片的 TXD、RXD、RTX、CTS 相連，通信模式 UART、字符格式為10位帶I個起初位，I個停止位，無奇偶校驗。通信速率為9600bps。MAX3232采用S0P16封裝形式，3. OV至5V、低功耗、1Mbps、真RS232收發器，使用四只0. Iuf外部電容進行去耦。可以直接與各種5V邏輯電平接口，包括ACT和HCT CMOS。IXD顯示模塊7采用TS1620B-1帶背光的液晶與ARM7芯片連接，實現采集數據的實時顯示。IXD顯示模塊7的數據輸出輸入端與ARM7芯片的GPIOC連接，IXD顯示模塊7的片選信號、寫和讀使能分別與ARM7芯片的GPIO 口 PD7、PD15、PB14連接。同時，提供一路RS485接口，RS485接口芯片5為SP485EEP，接口通過5. 08mm間距
的接線端子引出。RS485芯片數據端口經隔離、8位鎖存器74LS573后連接到ARM7芯片的USART3管腳上。SN65HVD230的接收端RXD和發送端TXD分別經光耦隔離、鎖存器后連接到ARM7芯片的CAN控制器的PB8和PB9引腳。供電電源經電容和電解電容濾波處理后接3. 3V的VCC ；RS控制模式通過設計3線插接方式分別來選擇高速(低電平有效)或待機模式(高電平有效)，芯片空閑(發送)時為高電平；CAN中斷寄存器的使能和失能通過CANH和CANL輸出之間并接一個120歐的電阻串接一個2線的插接口，實現硬件上控制；CANH和CANL接口通過連接5. 08mm間距的接線端子引出。本實用新型采用兩線橋式測溫電路來實現對工業現場溫度數據的采集，主要分為兩部分電壓基準源輸出電路設計，電壓調理電路設計。其中對參考電源輸出電路的設計，本電路采用可編程精密參考TL431芯片和電位器RVl (3296-5K)調節產生5V的參考電源；采用R16、R18、RV5、Ptl00構成測量電橋(其中R16 = R18，RV5為IK的精密電阻)，當PtlOO阻值和RV5阻值不相等時候，電橋就會輸出毫伏級的壓差信號。在通信接口設計中，采用嵌入式微處理器和以太網控制器的方式實現接口轉化，本設計實現基于STM32和以太網的工業數據采集系統的設計，引入并實現一種新的設計方案，即采用Cortex-M3內核的STM32F系列ARM7處理器+(10M-100M)自適應網卡W5100硬件組合，通過uC/OS-II實時操作系統內核的支持下，添加嵌入式modbus TCP應用層協議與TCP/IP協議棧，在客戶端PC機上通過對套接字編程實現與目標板的通信，同時完成RS485總線和CAN總線的設計，達到對遠程系統的監控及對工業現場溫度(PT100)的數據采集。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種新型工業數據采集系統，包括一用于采集數據的數據采集模塊、一與所述數據采集模塊連接的微型處理器系統、一用于供電的電源模塊，其特征在于，所述微型處理器系統通過一網絡控制器連接一以太網接口。
2.根據權利要求I所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于所述微型處理器系統與所述網絡控制器之間采用SPI總線接口連接。
3.根據權利要求I所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于所述數據采集模塊包括一工業溫度數據采集模塊。
4.根據權利要求I所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于所述微型處理器系統連接一 RS485接口芯片，所述微型處理器系統還連接一 CAN驅動芯片。
5.根據權利要求I所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于所述微型處理器系統連接一 IXD顯示模塊。
6.根據權利要求I所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于所述微型處理器系統還連接一存儲模塊。
7.根據權利要求I至6中任意一項所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于還包括一控制臺，所述控制臺與所述微型處理器系統通過所述網絡控制器無線連接。
8.根據權利要求7所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于所述控制臺采用一客戶端PC機。
9.根據權利要求I所述的一種新型工業數據采集系統，其特征在于所述電源模塊包括一用于與外部電源連接的電源接口，還包括一蓄電池。
專利摘要本實用新型涉及工業數據采集技術領域，具體涉及一種數據采集系統。一種新型工業數據采集系統，包括數據采集模塊、微型處理器系統、電源模塊，微型處理器系統通過網絡控制器連接以太網接口。由于采用了上述技術方案，本實用新型實現了電路的簡化、進而降低了成本；同時實現了工業現場數據采集的實時監測與測試，提高了整個工業現場設備的監控性能；還實現了管理層與工業現場的雙向信息交互。
文檔編號G05B19/418GK202563319SQ20122005942
公開日2012年11月28日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者王廣維, 張浩然 申請人:浙江師范大學