多功能无线采集控制器.pdf

本发明涉及一种数据采集器，尤其涉及一种无线数据采集器。本发明的多功能无线采集控制器，包括中央微处理器、电源、无线通信模块、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块，中央微处理器分别与电源、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块电气连接，中央微处理器与无线通信模块无线通讯，接口与外部仪表有线网络通讯。本发明的多功能无线采集控制器，接口丰富，支持多路数字、模拟量的输入、输出，设备成本低，应用广泛。

1.  一种多功能无线采集控制器，其特征在于，包括中央微处理器、电源、无线通信模块、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块，中央微处理器分别与电源、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块电气连接，中央微处理器与无线通信模块无线通讯，接口与外部仪表有线网络通讯。

2.  根据权利要求1所述的多功能无线采集控制器，其特征在于，中央微处理器采用STM32F103型号。

3.  根据权利要求1或2所述的多功能无线采集控制器，其特征在于，接口包括RS-232接口、RS-485接口、CAN接口。

4.  根据权利要求1或2所述的多功能无线采集控制器，其特征在于，无线通信模块采用2.4G/433M通信模块。

5.  根据权利要求1或2所述的多功能无线采集控制器，其特征在于，无线通信模块采用GPRS/CDMA通信模块。

多功能无线采集控制器
技术领域
本发明涉及一种数据采集器，尤其涉及一种无线数据采集器。
背景技术
无线技术在许多的领域中比有线技术拥有无可比拟的优势，它可以解决许多有线方式无法解决的难题，给人们的工作和生活带来更多便利。无线RTU模块的研制可以应用无线数据采集和工业控制等多个场合。现有的无线采集控制器功能比较单一，其应用具有很大的局限性。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种多功能无线采集控制器，其可以直接采集现场仪器的数据。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括中央微处理器、电源、无线通信模块、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块，中央微处理器分别与电源、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块电气连接，中央微处理器与无线通信模块无线通讯，接口与外部仪表有线网络通讯。
本无线采集控制器实现工业现场的无线数据采集和控制功能，模块可以实现8路模拟量的输入、2路模拟量输出，8路开关量的输入/输出，脉冲信号的输入输出等功能。软件支持Modbus通信协议(或类Modbus通信协议)，模块内部可选择集成实时时钟和温度检测功能。
中央微处理器采用32位RISC的ARM芯片，中央微处理器采用STM32F103型号，具有非常快速的数据处理能力，可以应用在高性能和高速度的环境中。本无线采集控制器针对工业应用设计，在内部输入输出单元与控制单元之间采用光电隔离，极大降低了工业现场干扰对模块正常运行的影响，使模块具有良好的可靠性。采用带隔离的RS-485通信接口，可以避免工业现场信号对微控制器通讯接口的影响，并具有ESD、过压、过流保护。所有的模拟量和数字量的输入输出都是用光藕隔离以保证模块稳定工作。
接口包括RS-232接口、RS-485接口、CAN接口。系统的控制配置等操作完全由串口操作，通信的接口可以由用户自己选择。
无线通信模块采用2.4G/433M通信模块或者无线通信模块采用GPRS/CDMA通信模块。本系统设计两套无线RTU模块，实现最终的无线数据的发送与接收，并且发送与接收的数据完全透传。
本发明的多功能无线采集控制器，接口丰富，支持多路数字、模拟量的输入、输出，设备成本低，应用广泛。
附图说明
图1为本发明的电路模块示意图。
具体实施方式
本采集控制器包括中央微处理器、电源、无线通信模块、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块，中央微处理器分别与电源、接口、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块电气连接，中央微处理器与无线通信模块无线通讯，接口与外部仪表有线网络通讯。
中央微处理器采用STM32F103型号。接口包括RS-232接口、RS-485接口、CAN接口。无线通信模块采用2.4G/433M通信模块。无线通信模块采用GPRS/CDMA通信模块。
本无线采集控制器的主要功能是进行模拟量输入信号采集、现场Modbus仪表数据的采集，并通过无线通信模块发送到中心。模块本身可以任意设置为主机和从机模式，而且可以切换无线通信模式。模块也可以直接使用RS-485隔离通讯接口作为有线采集模块使用。模块有4路的AI差分通道，每一组差分通道也可配置为2路的单端输入通道，以满足不同场合需求，适用于采集工业现场的各种电压和电流信号，采样分辨率为12位；模块还具有模拟量输出、数字量输入和数字量输出辅助功能。模块具有2路的模拟量输出通道，可独立控制输出，也可进行同步输出，输出分辨率为12位；模块还具有8路DI和8路DO通道。另外模块还具备了两路热电阻输入接口可以实现现场温度的采集。
采集控制器实现如下功能：
1.现场模拟信号的采集
系统设计具备隔离的AD转换器，可以直接测量现场仪表、传感器和变送器输出的模拟电压/电流信号(1-5V/0-10V/4-20ma)。可直接测量两路两线热电阻信号。在通信协议上也做成Modbus协议，是每一路AD输入都具备单独的寄存器地址，这样用户就可以通过Modbus协议对仪表的数据进行采集。系统可以设置为单端和差分输入模式分别接受现场的单端和差分模拟信号。
2.现场数字仪表的数据采集
系统具备RS-485接口，可以实现RTU和现场Modbus仪表的通信，直接可以通过Modbus协议进行数据的读取。
3.开关量的输入/输出的输出
开关量的输入/输出输出可以实现外部设备开关信号输出的检测及对外部设备的控制功能，所有的输入输出量均影射为Modbus的寄存器，对输入信号量的采集使用读Modbus寄存器的方式实现，对外围设备的控制采用写Modbus寄存器的方式实现。
4.模拟量输出
模拟量输出可以实现电压和电流模拟量的的输出，在输出控制上同样采用Modbus协议的方法进行设计。
在工业控制过程中，经常需要采集现场的传感器模拟量信号，以便对其分析进行现场设备的控制。各种的传感器设备的模拟量输出信号不同，常见的有电压信号和电流信号。本采集控制器具有4路模拟量差分输入通道，通过配置软件，每一组差分通道也可配置为2路的单端输入通道，也可同时使用。模拟量输入通道可以采集-10V～+10V，-5V～+5V，-2.5V～+2.5V的电压信号，电压的输入范围可以通过软件设置。采集电流信号时，需要外接一个精密采样电阻，然后将测得的电压值转换为电流值。另外在模拟量输入通道的 通道7和通道8设计了热电阻的接线端口，可以用来测量现场的温度。
具有2路模拟量输出通道，可以选择为电压输出方式或电流输出方式。采用电压输出方式时，每个通道的最大负载电流为20mA，当输出过流(例如输出短路)时，所有的A0通道输出将不正常，且可能导致模块损坏。每一个AO通道同一时刻只能使用一种输出方式，当选择电压输出方式时，应保证同一通道的电流输出端子上没有接任何负载；当选择电流输出方式时，也应保证同一通道的电压输出端子上没有接任何负载；否则，将可能导致输出不正常，甚至损坏模块。注意：模块的模拟量输出通道不论是配置为电压输出方式还是电流输出方式，单通道最大输出负载电流为20mA必须是在环境温度为-40～70℃范围内，当工作环境温度为71～85℃范围内，总的负载电流只能为额定电流的60％，即小于24mA。