技术领域
[0001] 本
发明涉及测量检测技术领域，尤其涉及多通道温度采集装置及系统。
背景技术
[0002] 随着工业自动化的发展，大型设备在工业生产过程中的应用越来越广泛。尤其是工业生产过程比较复杂时，参与工业生产的机械设备的数量也比较多。各个机械设备在运转过程中除了维持自身的正常运作外，还要与相关联的机械设备保持联系，以保证整个工业生产过程的顺利进行。
[0003] 如果在工业生产过程中，其中的任何一个机械设备在运转过程中出现故障，那么整个相关联的生产过程都要暂停，因此，需要在生产过程中实时监视各个机械设备的运转状态，并且，当各种不同型号的机械设备同时使用时，各个机械设备需要与后端处理设备兼容，例如，对多种不同的
真空罐进行温度检测时，由于真空罐的体积、型号等的差异需要相应配置不同类型的
传感器，之后，通过后端的处理器来考量真空罐的使用情况，以实现对真空罐使用状态的实时监控。
[0004] 然而，在目前的检测过程中，
数据采集设备难以做到兼容，无法完成对多点、低温及大范围温度测量的工业场合测量与控制。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明
实施例的目的在于提供了多通道温度采集装置及系统，通过设置传感器接线端、多通道
信号采集板和
数据处理器等，提高了对不同类型传感器的兼容性。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了多通道温度采集装置，包括：传感器接线端、多通道信号采集板和数据处理器，其中，多通道信号采集板的个数为多个；
[0007] 传感器接线端、多通道信号采集板和数据处理器依次相连；
[0008] 传感器接线端，用于接入不同类型的传感器；
[0009] 多通道信号采集板，用于采集接入的传感器的待测量值；
[0010] 数据处理器，用于根据待测量信号生成待测量信号，并将待测量信号传送给后端处理器。
[0011] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，多通道信号采集板包括第一类型多通道信号采集板；
[0012] 第一类型多通道信号采集板包括依次相连的恒流源
电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路、电源隔离电路、
电压基准电路、FPGA芯片及总线接线端；
[0013] 恒流源电路，用于采集热
电阻的温度值；
[0014] AD转换芯片，用于将温度值通过24位转换
精度转换为数字温度信号；
[0015] 前向通道信号隔离电路，用于通过光耦隔离来控制24位转换精度转换；
[0016] 电源隔离电路，用于将恒流源电路所在的模拟电路和FPGA芯片所在的数字电路进行电源隔离；
[0017] 电压基准电路，用于为恒流源电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路和电源隔离电路提供基准电压；
[0018] FPGA芯片，用于对数字温度信号进行处理；
[0019] 总线接线端，用于将处理后的数字温度信号传送给后端处理器。
[0020] 结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，多通道信号采集板还包括第二类型多通道信号采集板，且，第二类型多通道信号采集板与第一类型多通道信号采集板并行级联；
[0021] 第二类型多通道信号采集板包括依次相连的运算放大电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路、电源隔离电路、电压基准电路、FPGA芯片及总线接线端；
[0022] 运算放大电路，用于采集
热电偶的温度值；
[0023] AD转换芯片，用于将温度值通过24位转换精度转换为数字温度信号；
[0024] 前向通道信号隔离电路，用于通过光耦隔离来控制24位转换精度转换；
[0025] 电源隔离电路，用于将恒流源电路所在的模拟电路和FPGA芯片所在的数字电路进行电源隔离；
[0026] 电压基准电路，用于为恒流源电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路和电源隔离电路提供基准电压；
[0027] FPGA芯片，用于对数字温度信号进行处理；
[0028] 总线接线端，用于将处理后的数字温度信号传送给后端处理器。
[0029] 结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，多通道信号采集板还包括第三类型多通道信号采集板，且，第三类型多通道信号采集板与第一类型多通道信号采集板、第二类型多通道信号采集板均并行级联；
[0030] 第三类型多通道信号采集板包括依次相连的采集端、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路、电源隔离电路、电压基准电路、FPGA芯片及总线接线端；
[0031] 采集端，用于采集
电流值在第一
阈值且电压值在第二阈值内的模拟数值；
[0032] AD转换芯片，用于将模拟数值通过24位转换精度转换为
数字信号；
[0033] 前向通道信号隔离电路，用于通过光耦隔离来控制24位转换精度转换；
[0034] 电源隔离电路，用于将恒流源电路所在的模拟电路和FPGA芯片所在的数字电路进行电源隔离；
[0035] 电压基准电路，用于为恒流源电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路和电源隔离电路提供基准电压；
[0036] FPGA芯片，用于对数字信号进行处理；
[0037] 总线接线端，用于将处理后的数字信号传送给后端处理器。
[0038] 结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，多通道信号采集板还包括第四类型多通道信号采集板，且，第四类型多通道信号采集板与第一类型多通道信号采集板、第二类型多通道信号采集板和第三类型多通道信号采集板均并行级联。
[0039] 结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，数据处理器包括：依次相连的ARM处理单元、隔离电源和保护电路；
[0040] ARM处理单元，用于根据待测量信号生成待测量信号；
[0041] 隔离电源，用于将ARM处理单元的内部电源和外部
接口电源进行隔离；
[0042] 保护电路，用于为内部电源和外部接口电源提供保护。
[0043] 结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第六种可能的实施方式，其中，多通道信号采集板与数据处理器之间通过刚性接插线相连。
[0044] 结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，多通道信号采集板与数据处理器之间通过柔性接插线相连。
[0045] 结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，后端处理器与数据处理器之间通过总线或者以太网进行通信，后端处理器包括工控机或者计算机中的一种。
[0046] 第二方面，本发明实施例提供了多通道温度采集系统，包括：监视器和上述任一项的多通道温度采集装置；
[0047] 监视器与多通道温度采集装置相连；
[0048] 监视器，用于监测多通道温度采集装置的实时工作状态。
[0049] 本发明实施例提供的多通道温度采集装置及系统，其中，该多通道温度采集装置包括：传感器接线端、多通道信号采集板和数据处理器，需要进行说明的是，上述多通道信号采集板的个数为多个，在该多通道温度采集装置中，传感器接线端、多通道信号采集板和数据处理器依次相连，使用过程中，首先是传感器接线端用于接入不同类型的传感器，之后是多通道信号采集板用于采集接入的传感器的待测量值，具体的待测量值的处理方式与接入的多通道信号采集板的类型有关，之后是数据处理器用于根据待测量信号生成待测量信号，这样将待测量信号传送给后端处理器，通过上述处理过程，能够兼容多种不同类型的传感器，从而便于对不同的机械设备进行统一处理，而无需针对不同传感器设计不同的电路来进行处理，与
现有技术相比，该多通道温度采集装置能够方便快捷的完成对多点、低温及大范围温度测量的工业场合的数值测量。
[0050] 本发明的其他特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、
权利要求书以及
附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0051] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0052] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053] 图1示出了本发明实施例所提供的多通道温度采集装置的连接图；
[0054] 图2示出了本发明实施例所提供的多通道温度采集装置中的结构示意图；
[0055] 图3示出了本发明实施例所提供的多通道温度采集装置中的第一类型多通道信号采集板的结构
框架图；
[0056] 图4示出了本发明实施例所提供的多通道温度采集装置中的第二类型多通道信号采集板的结构框架图；
[0057] 图5示出了本发明实施例所提供的多通道温度采集装置中的第三类型多通道信号采集板的结构连接图。
[0058] 图标：1-传感器接线端；2-多通道信号采集板；3-数据处理器。
具体实施方式
[0059] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的
选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060] 随着自动化生产作业的实现，需要实时监视各个机械设备的运转状态来考量，这样，当各种不同型号的机械设备同时使用时，各个机械设备需要与后端处理设备兼容，例如，对多种不同的真空罐进行温度检测时，由于真空罐的体积、型号等的差异需要相应配置不同类型的传感器，之后，通过后端的处理器来考量真空罐的使用情况，以实现对真空罐使用状态的实时监控。但是，在目前的检测过程中，温度数据采集设备难以做到兼容，无法完成对多点、低温及大范围温度测量的工业场合测量与控制。
[0061] 基于此，本发明实施例提供了多通道温度采集装置及系统，下面通过实施例进行描述。
[0062] 实施例1
[0063] 参见图1、图2、图3、图4和图5，本实施例提出的多通道温度采集装置具体包括：传感器接线端1、多通道信号采集板2和数据处理器3，需要进行说明的是，多通道信号采集板的个数为多个，在本实施例中，多通道信号采集板的个数为四个，并且，四个通道信号采集板分别用来适配不同类型传感器的工作，多通道信号采集板最多可插接四
块24路采集卡，最大拥有96路信号采集、处理能
力。多通道信号采集板提供DC-DC电源，具有ProfiBus-DP总线、Ethernet(TCP/IP)网络接口、USB接口通信功能。在使用过程中，传感器接线端、多通道信号采集板和数据处理器依次相连，传感器接线端用于接入不同类型的传感器，多通道信号采集板用于采集接入的传感器的待测量值，数据处理器用于根据待测量信号生成待测量信号，并将待测量信号传送给后端处理器。这样，整个多通道温度采集装置可工作于高低温环境下，也可工作于大气与常温下。考虑到系统的模块化划分原则，该装置能够做到子系统内高内聚，子系统间低耦合；另一方面顾及到制作成本和操作的便捷性。
[0064] 具体的，多通道信号采集板包括第一类型多通道信号采集板，第一类型多通道信号采集板包括依次相连的恒流源电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路、电源隔离电路、电压基准电路、FPGA芯片及总线接线端，在工作时，恒流源电路用于采集热电阻的温度值，其中，热电偶具体包括Pt100及铑
铁热电阻，Pt100热电阻实现-200℃-300℃范围内的温度测量，铑铁(Rh-Fe)热电阻实现4K-77K范围内的低温测量，这样，AD转换芯片用于将温度值通过24位转换精度转换为数字温度信号，可保证达到最高的温度测量分辨力，前向通道信号隔离电路用于通过光耦隔离来控制24位转换精度转换，电源隔离电路用于将恒流源电路所在的模拟电路和FPGA芯片所在的数字电路进行电源隔离，以降低数字系统对模拟电路的噪声干扰，电压基准电路用于为恒流源电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路和电源隔离电路提供基准电压，FPGA芯片用于对数字温度信号进行处理，主要完成6路总线时序接口、6路通道的FIFO、6通道的数字滤波、热电阻分度表查找、校准系数修正等信号预处理任务，总线接线端用于将处理后的数字温度信号传送给后端处理器。
[0065] 在此需要进行说明的是，FPGA即现场可编程
门阵列，其通过
硬件描述语言(Verilog或VHDL)来完成电路设计，并经过简单的综合与布局即可实现烧录和测试，进而实现逻辑功能，与其他的处理芯片相比，FPGA处理速度快、功耗低。此外，FPGA还可构建出并行运算的数字系统，拥有更多的内部RAM、ROM单元、具有更快的处理速度。对比采用
单片机的实现方案，这种方案具有
冗余度小、系统更加完整、紧凑的特点。更重要的是以一种
固件形式和专用半定
制芯片的技术途径，保证了设计或产品知识产权的自主性和独立性。
[0066] 另外，多通道信号采集板还包括第二类型多通道信号采集板，并且，第二类型多通道信号采集板与第一类型多通道信号采集板并行级联，在该第二类型多通道信号采集板包括依次相连的运算放大电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路、电源隔离电路、电压基准电路、FPGA芯片及总线接线端，工作时，运算放大电路用于采集热电偶的温度值，并且，热电偶的类型为K、T型热电偶，K型热电偶适用于273K-500K的测温范围，T型热电偶适用于73K-500K的测温范围，AD转换芯片用于将温度值通过24位转换精度转换为数字温度信号，可保证达到最高的温度测量分辨力，前向通道信号隔离电路用于通过光耦隔离来控制24位转换精度转换，电源隔离电路用于将恒流源电路所在的模拟电路和FPGA芯片所在的数字电路进行电源隔离，以降低数字系统对模拟电路的噪声干扰，电压基准电路用于为恒流源电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路和电源隔离电路提供基准电压，FPGA芯片用于对数字温度信号进行处理，主要完成6路总线时序接口、6路通道的FIFO、6通道的数字滤波、热电偶分度表查找、校准系数修正等信号预处理任务，总线接线端用于将处理后的数字温度信号传送给后端处理器。
[0067] 另外，多通道信号采集板还包括第三类型多通道信号采集板，并且，第三类型多通道信号采集板与第一类型多通道信号采集板、第二类型多通道信号采集板均并行级联，在该第三类型多通道信号采集板中包括依次相连的采集端、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路、电源隔离电路、电压基准电路、FPGA芯片及总线接线端，工作时，采集端用于采集电流值在第一阈值且电压值在第二阈值内的模拟数值或变送器的标准信号，优选的，第一阈值为4-20mA，第二阈值为0-10V，AD转换芯片用于将模拟数值通过24位转换精度转换为数字信号，前向通道信号隔离电路用于通过光耦隔离来控制24位转换精度转换，电源隔离电路用于将恒流源电路所在的模拟电路和FPGA芯片所在的数字电路进行电源隔离，电压基准电路用于为恒流源电路、AD转换芯片、前向通道信号隔离电路和电源隔离电路提供基准电压，FPGA芯片用于对数字信号进行处理，总线接线端用于将处理后的数字信号传送给后端处理器。
[0068] 此外，多通道信号采集板还包括第四类型多通道信号采集板，并且，第四类型多通道信号采集板与第一类型多通道信号采集板、第二类型多通道信号采集板和第三类型多通道信号采集板均并行级联，设置第四类型多通道信号采集板是为了根据使用场景灵活兼容某类型的传感器。
[0069] 在该多通道温度采集装置中，数据处理器包括：依次相连的ARM处理单元、隔离电源和保护电路，使用时，ARM处理单元用于根据待测量信号生成待测量信号，隔离电源用于将ARM处理单元的内部电源和外部接口电源进行隔离，以减少内部电源和外部接口电源之间的干扰，保护电路用于为内部电源和外部接口电源提供保护，从而能有效防止过流、过压、TVS和极性保护等。
[0070] 需要进行说明的是，ARM处理单元的耗电量少、功能强，能与其进行兼容的16位/32位双指令集的处理芯片种类较多。运用ARM处理单元体积小、功耗低、成本低、性能高；并且，指令执行速度更快；寻址方式灵活简单，执行效率高。在本实施例中，ARM处理单元负责处理整个系统中板级总线切换与板级总线信号的采集、资源调度以及与上位机的通信。
[0071] 在一种实施例中，多通道信号采集板与数据处理器之间通过刚性接插线相连。需要进行说明的是，使用刚性接插线连接的前提是多通道信号采集板与数据处理器均设置有刚性接口，即不能承受一定量的轴向线变位和相对
角变位的管道接口，例如，用
水泥类材料密封或用
法兰连接的管道接口等。通过刚性接插线连接，能够使多通道信号采集板与数据处理器之间的连接更加紧固可靠。
[0072] 在另一种实施例中，多通道信号采集板与数据处理器之间通过柔性接插线相连。需要进行说明的是，使用柔性接插线连接的前提是多通道信号采集板与数据处理器均设置有柔性接口，即柔性接口能承受一定量的的轴向线变位和相对角变位的管道接口，例如，用
橡胶圈等材料密封连接的管道接口等。通过柔性接插线连接，能够使多通道信号采集板与数据处理器之间的连接更加灵活。
[0073] 在该多通道温度采集装置中，后端处理器与数据处理器之间通过总线或者以太网进行通信，后端处理器包括工控机或者计算机中的一种。在本实施例中，数据处理器的外围还包裹有法兰
外壳，通过法兰外壳的设置，能够有效的保护数据处理器不受外部环境条件的影响。并且，后端处理器与外部的其他设备之间的电气连接通过航空插头来实现，航空插头是一种广泛应用于各种电气线路中，起着连接或断开电路作用的插头座。航空插头根据不同的使用环境和安全要求，可使用到不同的最高工作电压。
[0074] 需要进行说明的是，总线是一种传送信息的公共通信干线，通常由
导线组成传输
线束，并分别用来传输数据、数据地址和
控制信号。此外，外部设备还可以通过相应的接口电路与总线相连接，从而实现与外部设备的通信过程。
[0075] 需要进行说明的是，以太网是一种应用普遍的局域网技术，近年来以太网的传输速度不断加快，出现了千兆以太网，千兆以太网继承了传统以太技术价格便宜的优点，并采用了与10M以太网相同的
帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。因此，可与10M或100M的以太网很好地配合工作，此外，以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等，从而便于用户使用。
[0076] 在本实施例中，后端处理器与数据处理器之间通过总线或者以太网进行通信方便快捷。
[0077] 综上所述，本实施例提供的多通道温度采集装置包括：传感器接线端、多通道信号采集板和数据处理器，并且，多通道信号采集板的个数为多个，在该装置中，传感器接线端、多通道信号采集板和数据处理器依次相连，使用过程中，传感器接线端用于接入不同类型的传感器，多通道信号采集板用于采集接入的传感器的待测量值，数据处理器用于根据待测量信号生成待测量信号，并将待测量信号传送给后端处理器，通过上述处理过程，同一个采集装置就能够兼容多种不同类型的传感器，而无需针对不同传感器设计不同的电路来进行处理，这样，该多通道温度采集装置能够方便快捷的完成对多点、低温及大范围温度测量的工业场合的数值测量，便于工业应用。
[0078] 实施例2
[0079] 本实施例提供了多通道温度采集系统包括：监视器和上述任一项的多通道温度采集装置，在该多通道温度采集系统中，监视器与多通道温度采集装置相连，使用时，监视器用来监测多通道温度采集装置的实时工作状态，需要进行说明的是，在实际实施过程中，监视器可与多通道温度采集装置无线连接，从而方便相关工作人员随时进行查看。
[0080] 综上所述，本实施例提供的多通道温度采集系统包括：监视器和上述任一项的多通道温度采集装置，并且，监视器与多通道温度采集装置相连，在使用过程中，监视器用来监测多通道温度采集装置的实时工作状态，以在多通道温度采集装置出现异常时，告知相关的工作人员前来维护，从而方便相关工作人员进行管理。
[0081] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0082] 另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0083] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0084] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
