專利名稱：船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及船舶機(jī)艙自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種船舶機(jī)艙的熱電阻數(shù)據(jù)采集
直O(jiān)
背景技術(shù)：
船舶柴油機(jī)的各種溫度參數(shù)蘊(yùn)涵著大量故障信息，是判斷柴油機(jī)是否正常運(yùn)行的 重要參數(shù)，具有很大的診斷應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)溫度參數(shù)異常時(shí)，應(yīng)對(duì)柴油機(jī)及時(shí)采取降速、停車 等操作，以免發(fā)生重大故障。傳統(tǒng)的機(jī)艙溫度采集模式中，底層模塊只能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不具備數(shù)據(jù)處理能力。 它通過(guò)數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。這樣每個(gè)底層模塊的數(shù)據(jù)都傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，使單片 機(jī)的運(yùn)行速度減慢，降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和嵌入式技術(shù)的 不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性以及智能化處理均提出了更高的要求。因此，亟需 開(kāi)發(fā)出具有安全保護(hù)功能的數(shù)字化嵌入式船用熱電阻模塊，為柴油機(jī)的故障診斷以及維護(hù) 提供便利。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性好、準(zhǔn)確度高、 并具有數(shù)據(jù)智能化處理功能的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，包括至少一路電橋測(cè)量電路，用于測(cè)量熱電阻；濾波電路，該濾波電路包括與所述至少一路電橋測(cè)量電路一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)子濾波 電路，每一子濾波電路的輸入端與所對(duì)應(yīng)的那一路電橋測(cè)量電路的輸出端電連接；采集信號(hào)選通電路，具有選擇端、輸出端和多個(gè)輸入端，該采集信號(hào)選通電路的多 個(gè)輸入端一一對(duì)應(yīng)地分別與多個(gè)子濾波電路的輸出端電連接；選擇端用于接收一選通控制 信號(hào)，該選通控制信號(hào)用于選擇該采集信號(hào)選通電路的多個(gè)輸入端中的其中一輸入從所述 輸出端輸出；調(diào)理電路，輸入端與采集信號(hào)選通電路的輸出端電連接；嵌入式微控制器模塊，包括輸入端、選通控制端和輸出控制端；所述輸入端與調(diào)理 電路的輸出端電連接，選通控制端用于發(fā)送所述選通控制信號(hào)給采集信號(hào)選通電路的選擇 端；控制信號(hào)輸出電路，其輸入端與嵌入式微控制器模塊的輸出控制端電連接；電源電路，用于對(duì)所述電橋測(cè)量電路、濾波電路、采集信號(hào)選通電路、調(diào)理電路、控 制信號(hào)輸出電路和嵌入式微控制器模塊供電。上述的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，電橋測(cè)量電路為恒壓源惠登斯電橋測(cè)量 電路，熱電阻的引線方式為三線制。本實(shí)用新型采用了嵌入式微控制器，能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，通過(guò)控制信號(hào)輸出電路輸出控制信號(hào)給船舶柴油機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行降速、停車等安全控制操作。此 外，本實(shí)用新型采用了三線制熱電阻的引線方式，并采用了采集信號(hào)選通電路，增強(qiáng)了數(shù)據(jù) 的準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例說(shuō)明本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板的原理框圖。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的熱電阻電橋測(cè)量電路的原理示意圖。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的熱電阻三線制接法的原理示意圖。圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的電源電路的電路原理圖。圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的恒壓源的電路原理圖。圖6是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的子濾波電路的電路示意圖。圖7是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的采集信號(hào)選通電路的電路示意圖。圖8是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的多路開(kāi)關(guān)選通規(guī)則示意圖。圖9是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的放大電路的電路原理圖。圖10是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的控制輸出電路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參閱圖1。本實(shí)用新型的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板包括嵌入式微控制器 模塊1、電源電路2、至少一路電橋測(cè)量電路3、濾波電路4、采集信號(hào)選通電路5、調(diào)理電路 6和控制信號(hào)輸出電路7。其中，嵌入式微控制器模塊1包括輸入端、選通控制端和輸出控制端。電源電路2 用于對(duì)嵌入式微控制器模塊1、電橋測(cè)量電路3、濾波電路4、采集信號(hào)選通電路5、調(diào)理電 路6和控制信號(hào)輸出電路7供電。電橋測(cè)量電路3用于測(cè)量熱電阻。濾波電路4包括與至 少一路電橋測(cè)量電路3—一對(duì)應(yīng)的多個(gè)子濾波電路41，每一子濾波電路41的輸入端與所對(duì) 應(yīng)的那一路電橋測(cè)量電路3的輸出端電連接。采集信號(hào)選通電路5具有選擇端、輸出端和 多個(gè)輸入端；該多個(gè)輸入端一一對(duì)應(yīng)地分別與多個(gè)子濾波電路41的輸出端電連接；選擇端 用于接收嵌入式微控制器模塊1的選通控制端發(fā)送的選通控制信號(hào)，該選通控制信號(hào)用于 選擇多個(gè)輸入端中的其中一輸入從輸出端輸出。調(diào)理電路6的輸入端與采集信號(hào)選通電路 5的輸出端電連接，輸出端與嵌入式微控制器模塊1的輸入端電連接?？刂菩盘?hào)輸出電路7 的輸入端與嵌入式微控制器1的輸出控制端電連接。在本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施方式中，電橋測(cè)量電路3采用了恒壓源惠登斯電橋 測(cè)量電路來(lái)測(cè)量熱電阻的阻值，如圖2所示。橋路一側(cè)是IOK歐電阻Rl和100歐電阻R3串 連在5V恒壓源和地上，另一側(cè)是IOK歐電阻R2和熱電阻Rt串聯(lián)在5V恒壓源和地上。由 于熱電阻Rt的阻值隨溫度變化而變化，因此A點(diǎn)電壓隨溫度變化而變化，B點(diǎn)電壓不變，Uab 蘊(yùn)涵了溫度的信息。此外，本實(shí)用新型熱電阻的引線方式為三線制接法，從而避免了引線電阻引起的 測(cè)量誤差，如圖3所示。圖中，如果使用同種布線材料，布線電阻的影響就不存在了。圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的電源電路的電路原理圖。用戶現(xiàn)場(chǎng)為MVDC電源，使用現(xiàn)有的DC-DC模塊(型號(hào)為Π(008的芯片Ul)可以提供+15V和-15V兩路DC電 源。電路中為了提高精度使用差分運(yùn)放，因此需要正負(fù)模擬電源，同時(shí)電路中還需要邏輯控 制和通訊信號(hào)，因此需要數(shù)字電源。為了使模擬和數(shù)字電源互不干擾，采取三個(gè)電路分別產(chǎn) 生數(shù)字5V(SV5)，模擬5V(M%)和模擬-5V(MV-5)。熱電阻溫度測(cè)量使用恒壓源惠登斯電橋 法，為了減少其它模擬信號(hào)的噪聲干擾，熱電阻恒壓源由電源基準(zhǔn)芯片TL431提供，如圖5 所示。圖6是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的子濾波電路的電路示意圖。電容C17用于除掉 差模噪聲，電阻R34和電容C18用于信號(hào)對(duì)地濾波，以除掉共模噪聲。由于熱電阻阻值隨溫 度變化引起的電壓變化很小，是毫伏級(jí)電壓小信號(hào)，為防止小電壓信號(hào)受高頻噪聲干擾，需 要對(duì)信號(hào)濾波。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，采用了 16路熱電阻采集通道，為使濾波效 果良好，對(duì)每個(gè)通道分別采用了子濾波電路組成濾波網(wǎng)絡(luò)。16路熱電阻通道使用一個(gè)ADC， 這需要對(duì)16路信號(hào)循環(huán)采集，本實(shí)用新型的采集信號(hào)選通電路5使用了兩組模擬多路開(kāi)關(guān) 芯片ADG708，如圖7所示。ADG708是低電壓CMOS模擬多路開(kāi)關(guān)，有8個(gè)輸入信號(hào)通道，一 個(gè)公共輸出通道，1/8通道選擇由3位控制信號(hào)AO、Al、A2決定，選通規(guī)則如圖8所示。調(diào)理電路6包括放大電路和跟隨電路。放大電路的輸入端與采集信號(hào)選通電路的 輸出端電連接，輸出端與跟隨電路的輸入端電連接，跟隨電路的輸出端與嵌入式微控制器 模塊1的ADC接口 11電連接。該放大電路主要采用了一儀表放大器芯片AD620放大采集 信號(hào)選通電路5的輸出信號(hào)，如圖9所示。由于采集信號(hào)選通電路5的輸出信號(hào)是毫伏級(jí) 信號(hào)，為使其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換需放大上百倍，使其成為2-2. 5V的電壓信號(hào)。只要在AD620的 1腳和8腳之間接電阻RPl和R66，AD620就可以將輸入信號(hào)放大1到1000倍數(shù)，可使用可 調(diào)電位器RPl微調(diào)放大倍數(shù)。跟隨電路是為了增加放大電路輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力而設(shè)計(jì)， 為增加AD620輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，可使用集成運(yùn)算放大器LM2M作為AD620的輸出跟隨。本實(shí)用新型的嵌入式微控制器模塊1使用支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-/&的嵌入式CPU — LPC2U9實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。該芯片有256 kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。 128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代 碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用，可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損 失卻很小。使用該CPU大大提高了運(yùn)算速度，經(jīng)過(guò)跳頻可達(dá)到60MHZ的主頻。選通控制信 號(hào)由ARM7處理器LPC2129的GPIO接口 12輸出。為增大驅(qū)動(dòng)能力，該選通控制信號(hào)可先接 入達(dá)林頓管，然后接入模擬多路開(kāi)關(guān)的選擇端。本實(shí)用新型的控制信號(hào)輸出電路7可采用繼電器電路，如圖10所示。使CPU的通 用I/O 口設(shè)置為輸出，當(dāng)通用I/O 口輸出高電平5V，使NPN管BC847導(dǎo)通，在外接5V電源作 用下，電流從集電極流入發(fā)射極，繼電器線包得電閉合；當(dāng)通用I/O 口輸出低電平0V，使NPN 管BC847截止，外接5V電源不構(gòu)成回路，繼電器線包失電斷開(kāi)。嵌入式微控制器模塊1輸 出的降速和停車控制信號(hào)通過(guò)該繼電器電路輸出給船舶柴油機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而起到安全 保護(hù)作用。
權(quán)利要求1.一種船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，其特征在于，包括至少一路電橋測(cè)量電路，用于測(cè)量熱電阻；濾波電路，所述濾波電路包括與所述至少一路電橋測(cè)量電路一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)子濾波電 路，每一子濾波電路的輸入端與所對(duì)應(yīng)的那一路電橋測(cè)量電路的輸出端電連接；采集信號(hào)選通電路，具有選擇端、輸出端和多個(gè)輸入端，該采集信號(hào)選通電路的多個(gè)輸 入端一一對(duì)應(yīng)地分別與多個(gè)子濾波電路的輸出端電連接；選擇端用于接收一選通控制信 號(hào)，該選通控制信號(hào)用于選擇該采集信號(hào)選通電路的多個(gè)輸入端中的其中一輸入從所述輸 出端輸出；調(diào)理電路，其輸入端與所述采集信號(hào)選通電路的輸出端電連接；嵌入式微控制器模塊，包括輸入端、選通控制端和輸出控制端；所述輸入端與所述調(diào)理 電路的輸出端電連接，所述選通控制端用于發(fā)送所述選通控制信號(hào)給所述采集信號(hào)選通電 路的選擇端；控制信號(hào)輸出電路，輸入端與所述嵌入式微控制器模塊的輸出控制端電連接；電源電路，用于對(duì)所述電橋測(cè)量電路、濾波電路、采集信號(hào)選通電路、調(diào)理電路、控制信 號(hào)輸出電路和嵌入式微控制器模塊供電。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，其特征在于，所述電橋測(cè)量 電路為恒壓源惠登斯電橋測(cè)量電路。
3.如權(quán)利要求2所述的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，其特征在于，所述熱電阻的 引線方式為三線制。
4.如權(quán)利要求1所述的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，其特征在于，所述調(diào)理電路 包括放大電路，其輸入端與所述采集信號(hào)選通電路的輸出端電連接；跟隨電路，其輸入端與所述放大電路的輸出端電連接，輸出端與所述嵌入式微控制器 模塊電連接。
5.如權(quán)利要求4所述的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，其特征在于，所述放大電路 采用了型號(hào)為AD620的儀表放大器芯片。
6.如權(quán)利要求1所述的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，其特征在于，所述嵌入式微 控制器模塊采用了型號(hào)為L(zhǎng)PC2129的ARM7處理器。
7.如權(quán)利要求1所述的船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，其特征在于，所述采集信號(hào) 選通電路包括兩塊型號(hào)為ADG708的模擬多路開(kāi)關(guān)芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種船舶機(jī)艙安全熱電阻采集嵌入板，包括至少一路測(cè)量熱電阻的電橋測(cè)量電路；濾波電路，包括與至少一路電橋測(cè)量電路一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)子濾波電路，每一子濾波電路的輸入端與相應(yīng)的電橋測(cè)量電路的輸出端電連接；采集信號(hào)選通電路，其多個(gè)輸入端一一對(duì)應(yīng)地分別與多個(gè)子濾波電路的輸出端電連接，選擇端用于接收選通控制信號(hào)；調(diào)理電路，輸入端與采集信號(hào)選通電路的輸出端電連接；嵌入式微控制器模塊，其輸入端與調(diào)理電路的輸出端電連接，選通控制端用于發(fā)送選通控制信號(hào)給采集信號(hào)選通電路的選擇端；與嵌入式微控制器模塊的輸出控制端電連接的控制信號(hào)輸出電路；電源電路。本實(shí)用新型可對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，進(jìn)行降速、停車等安全控制操作。
文檔編號(hào)G01K7/16GK201867264SQ20102063655
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者唐慧妍, 孫聚川, 張平, 張益兵, 李晶, 羅嘯, 薛旻, 馬善偉 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所