专利名称：一种智能采集监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数据采集和处理领域，尤其涉及一种应用于实时工作环境的智能采集监测装置。
背景技术：
在当前数据采集和处理领域和市场上，有多种监测装置。比如常用的基于PCI(Peripheral Controller Interface，外围控制器接口)总线的普通监测装置等，它们只能满足民用使用条件。此外有些新型监测系统也采用了DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)处理器。如我国现阶段大型旋转机械的实时状态监测大多采用基于PCI总线的普通监测装置，该装置不但对应用现场要求高，而且由于没有实时信号处理能力，不能满足系统的实时监测要求。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种应用于实时工作环境的智能采集监测装置。该装置基于CPCI(Compact Peripheral Controller Interface，紧凑型外围控制器接口)总线，适用于信号实时采集和处理。如对大型旋转机械的转速，振动，工艺类型等信号的实时智能监测。本装置通过对信号进行分类调理、放大及抗混滤波，保证了采集信号的静态量和动态量精度。
实现上述所说的的智能采集监测装置的技术解决方案包括信号增益调节及滤波模块、信号零漂调节模块、参考电压模块、电源模块、模拟/数字A/D转换模块、数字信号DSP处理器、外围控制器CPCI接口电路、控制电路、DSP处理器扩展存储器，信号输入，其中信号增益调节及滤波模块与信号零漂调节模块的输入端相连；参考电压模块与信号零漂调节模块的输入端相连，A/D转换模块的输入端分别与参考电压、信号零漂调节模块、控制电路的输出端相连；控制电路的输出端分别与信号增益调节及滤波模块、信号零漂调节模块、A/D转换模块、DSP处理器的输入端相连，DSP处理器扩展存储器的输出端与DSP处理器的输入端相连，外围控制器CPCI接口电路的输入端与CPCI总线相连，其输出端与DSP处理器相连；信号输入可以进行8通道同步输入，每通道相对于11个量程的差分输入信号满量程范围为±0.02V-±20.0V，其量程可独立设置；、输入信号频率范围为0HZ～50KHz。本装置由CPCI总线单一供电，并通过电源模块4进行电压转换，提供本装置各功能模块所需的各种工作电压。
本装置的实现基于CPCI总线和DSP处理器的硬件设备。高速浮点型DSP的应用，使得本装置可以满足采集数据的实时处理；CPCI总线的应用满足了本装置在工业实时环境下，所必须的坚固、可靠、模块化、智能化、易使用和易维护的要求。


图1是本实用新型的结构组成方框图；图2是本实用新型的组成原理图；图3是本实用新型的信号零漂调节模块2的组成原理图；图4是本实用新型的参考电压模块3的组成原理图；图5是本实用新型的外形机构前面板示意图；具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1的结构组成方框图，本装置的组成为，由信号输入11提供信号输入，信号增益调节及滤波模块1与信号零漂调节模块2的输入端相连；参考电压模块3与信号零漂调节模块2的输入端相连，A/D转换模块5的输入端分别与参考电压模块3、信号零漂调节模块2、控制电路9的输出端相连；控制电路9的输出端分别与信号增益调节及滤波模块1、信号零漂调节模块2、A/D转换模块5、DSP处理器6的输入端相连；DSP处理器扩展存储器10的输出端与DSP处理器6的输入端相连；外围控制器CPCI接口电路7的输入端与CPCI总线相连，其输出端与DSP处理器6相连；电源模块4由CPCI总线单一供电(电压为+12V)，选用线性电源L1085、L7805、L7905、L7809、L7909经过电压转换，其输出端与各功能模块的相应电源输入端相连。
图2是与图1所对应的电路原理示意图。
信号增益调节及滤波模块1由信号增益调节和信号低通滤波构成，其输入端与输入信号Signal相连，本实施例选用可编程增益放大器PGA205和可编程增益放大器PGA103进行信号增益调节，由PGA205和PGA103级连构成；PGA205的增益(×1，2，4，8)由其引脚A0，A1决定，PGA103的增益(×1，10，100)由其引脚A2，A3决定，信号增益调节及滤波模块1的引脚A0，A1，A2，A3与由控制电路9中的TPIC6B595的对应输出端连接；信号低通滤波由4阶低通滤波器TLC14构成，它的截止频率等于与输入时钟信号频率，其输入时钟信号端与由控制电路9中的TPIC6B595的对应输出端连接；TLC14的输入端与PGA205的输出端连接，其输出端与信号零漂调节模块2的输入断连接。
参见图3，信号零漂调节模块2主要用于对输入信号的零漂进行修正，它主要由运算放大器OP07C构成的跟随器电路14和加法器电路15级连而成。跟随器电路14的输入端与信号增益调节及滤波模块1的输出端相连，加法器电路15的输入端分别与跟随器电路14的输出端、控制电路9中的TLC5628C的输出端相连，控制电路9中的TLC5628C的输出端通过加法器电路15为信号的零漂提供误差补偿，信号零漂调节模块2的输出端与A/D转换模块5的ADS8322的信号输入端相连。
参照图4的参考电压模块组成原理图，参考电压模块3的输入端与A/D转换芯片参考电压(+2.5V)的输出端相连，将其转为参考电压(+2.5V、-2.5V)输出，并提供足够的输出功率。参考电压模块3由运算放大器OP07C构成的跟随器电路12提供参考电压电路(+2.5V)，再通过级连的运算器电路13提供参考电压(-2.5V)，参考电压模块3的输入端与A/D转换模块5的参考电压输出端Refout相连，其输出端分别与信号增益及滤波调节模块1、A/D转换模块5、控制电路9的参考电压输入端Ref相连。(其具体实施电路如图3所示)。
根据图2所示，A/D转换模块5由A/D转换芯片ADS8322构成，它的信号正输入端与信号零漂调节模块2的输出端相连，信号负输入端与地相连，其控制信号CLK(时钟信号)、CVT(Convert Start，转换开始)、BYTE(数据总线宽度)、CS(Chip Select，片选)输入端分别与控制电路9中CPLD(ComplexProgrammable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)芯片EP20K100EQC240-3对应的输出端相连，其数据线D0.7与控制电路9中的数据缓冲器74AHC574的数据线相连。
图2所示的DSP处理器6为TMS320C6711BGFN，它是这个系统的信号分析、处理中心。DSP处理器扩展存储器10为其提供存储空间，DSP处理器扩展存储器10由FLAS存储器MX29LV040QC提供程序存储空间，由DRAM存储器HY57V28820HCT提供数据存储空间。控制电路9的FPGA芯片EP20K100EQC240-3也提供数据存储空间，用于存储A/D转换数据。DSP处理器6的数据线D0.15和地址线A0.20分别与控制电路9、DSP处理器扩展存储器10、CPCI接口电路7的数据线和地址线对应连接，它的控制信号C/BE0.3(Byte Enable，字节使能)、CS(Chip Select，片选)、RD(Read，读)、WR(Write，写)、OE(OutputEnabled，输出使能)、RDY(Ready，准备就绪)输出端分别与控制电路9、DSP处理器扩展存储器10、紧凑型外围控制器CPCI接口电路7的输入端相连接。DSP处理器6的INT4(Interrupt，中断)、INT5、INT6信号输入端与控制电路9的输出端相连接，为DSP处理器提供中断信号，DSP处理器6的RST(Reset，复位)信号输入端与控制电路9的输出端相连接，为DSP处理器提供硬件复位信号。
根据图2所示，紧凑型外围控制器CPCI接口电路7为芯片PCI2040PGE，在CPCI总线与数据采集处理模块之间提供一个CPCI接口。它的32位数据线与CPCI总线相连，其控制信号C/BE0.3(Byte Enable，字节使能)、PCLK(时钟信号)、PRST(复位信号)输入端与CPCI的控制信号输出端相连，其数据输出端GPIO0.5与控制电路9的数据输入端相连。CPCI接口电路7的16为数据线与DSP处理器6的数据线相连。控制电路9由FPGA芯片EP20K100EQC240-3，串行D/A(Digital/Analog)芯片TPIC6B595、TLC5628C，以及数据缓存器74AHC574组成。EP20K100EQC240-3芯片的控制信号OE、CLK输出端以及数据线，与74AHC574的对应输入端相连接，用于巡回接收8通道A/D转换数据。它的串口输出端，与串行D/A芯片TPIC6B595、TLC5628C的串口输入端相连。TPIC6B595用于信号增益放大器的控制，它的输出端与信号增益调节、滤波1的输入端相连；TLC5628C用于信号零漂调节的控制，它与信号零漂调节模块2中的输入端相连。控制电路9的输入端与外部触发信号ExtTrg和外部时钟信号ExtClk相连。同时其输出端与电源指示灯Lamp1，采集运行指示灯Lamp2相连，用于控制和显示本装置的工作状态。其GPIO0.5(General-purpose Input/Output，通用输入/输出口)输入端与CPCI接口电路7的GPIO0.5输出端相连接。
参照图5所示，本装置的前面板上有电源指示灯、运行指示、信号接入端，以及外触发、外时钟接入端。各符号表示如下CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7、CH8各通道信号输入端，均以Q9信号线加入信号EXT TRG外触发输入端；EXT CLK外时钟输入端。
本实用新型智能监测装置利用CPCI总线的高可靠性和DSP处理器的高速运行，通过对被监测信号进行分类、调理、放大、抗混滤波、同步高速A/D转换、数据的实时高效缓存和传递，为智能监测装置提供高速、可靠的硬件支持。
本实用新型中通过对信号进行分类调理、放大、抗混滤波保证采集信号的静态量和动态量精度。监测装置采用8片TI(美国德州仪器)公司的ADS8322芯片，各通道独立并行采集，将8通道模拟信号同步转换成8通道数字信号，送入DSP处理器进行实时数据分析和处理，每通道最高转换频率为100KHz，保证了各个通道信号的同步高速采集。每通道差分输入信号满量程范围为±0.02V-±20.0V，其量程可独立设置；每通道信号输入均可叠加一个12Bit(位)的DAC(Digital/Analog Current，数字/模拟电流)输出，相对于11个量程DAC输出范围为±0.01V-±20.0V，而且各地通道DAC可独立设置；每通道的零漂和增增益分别由两个8位D/A转换芯片进行粗调和细调，细调的精度好于量程范围的0.01％，DSP处理器选用了TI(Texas Instruments，美国德州仪器)公司的DSP芯片TMS320C6711B。它是一种高速浮点型DSP，速度快适用于数据运算，功耗极低，性价比较高，开发方便，有工业级产品。工作主频150MHz，指令周期900M Mps/S。TMS320C6711内部有64Kbyte高速SRAM，外部扩展64Mbyte高速SDRAM。
实用新型中采集信号的范围+20V～-20V；0HZ～50KHz。可以对转速、振动、速度、工艺等信号进行8通道同步采集、监测。
本实用新型采用高速DSP处理器和CPCI总线，对监测信号完成实时采集和处理，满足了工业实时环境应用所必须的坚固、可靠、模块化、易使用和易维护的要求。在大型旋转机械设备的在线状态监测和故障诊断中，实现了设备监测数据的实时采集和处理，满足了工业现场的监测要求。
权利要求1.一种智能采集监测装置，包括信号增益调节及滤波模块(1)、信号零漂调节模块(2)，其特征在于信号增益调节及滤波模块(1)与信号零漂调节模块(2)的输入端相连；参考电压模块(3)与信号零漂调节模块(2)的输入端相连，A/D转换模块(5)的输入端分别与参考电压(3)、信号零漂调节模块(2)、控制电路(9)的输出端相连；控制电路(9)的输出端分别与信号增益调节及滤波模块(1)、信号零漂调节模块(2)、A/D转换模块(5)、DSP处理器(6)的输入端相连，DSP处理器扩展存储器(10)的输出端与DSP处理器(6)的输入端相连，外围控制器CPCI接口电路(7)的输入端与CPCI总线相连，其输出端与DSP处理器(6)相连。
2.根据权利要求1所述的智能采集监测装置，其特征在于所述的信号输入(11)可以进行8通道同步输入，每通道相对于11个量程的差分输入信号满量程范围为±0.02V-±20.0V，其量程可独立设置；、输入信号频率范围为0HZ～50KHz。
3.根据权利要求1所述的智能采集监测装置，其特征在于本装置由CPCI总线单一供电，并通过电源模块(4)进行电压转换，提供本装置各功能模块所需的各种工作电压。
专利摘要本实用新型公开了一种大型旋转机械设备智能采集监测装置，该装置由信号增益调节及滤波模块1与信号零漂调节模块2的输入端相连；A/D转换模块5的输入端分别与参考电压模块3、信号零漂调节模块2、控制电路9的输出端相连；控制电路9的输出端分别与信号增益调节及滤波模块1、信号零漂模块2、A/D转换模块5、DSP处理器6的输入端相连；DSP处理器扩展存储器10的输出端与DSP处理器6的输入端相连；CPCI接口电路7的输入端与CPCI总线相连，其输出端与DSP处理器6相连；电压模块4由CPCI总线单一供电，其输出端与各功能模块的相应电源输入端相连。该装置可对监测信号进行实时采集和处理，满足了工业实时环境监测所必须的可靠、模块化、易使用及维护的要求。
文档编号G01D21/02GK2746368SQ20042004197
公开日2005年12月14日 申请日期2004年5月27日 优先权日2004年5月27日
发明者景敏卿, 周健, 高峰, 苏文军, 席晓鹏, 郭明杨, 侯成刚, 虞烈 申请人:西安交通大学, 四川纵横仪器有限公司