一種多路電氣隔離電流/電壓採集器的製作方法

2023-04-26 03:14:56 1

本實用新型涉及工業自動化控制技術領域，具體地說是一種多路電氣隔離電流/電壓採集器。

背景技術：

在工業自動化控制中各類傳感器輸出的模擬量需要變換為數據量，這些模擬量可以是電壓或電流，其信號的強度都較弱小，一般都是採用AD專用晶片，專用晶片的解析度和速度越高價格就越高，而且模擬量和數據量不隔離，抗幹擾性能差，如果將這些模擬量直接或經放大後進行隔離，電路複雜成本高。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足而設計的一種多路電氣隔離電流/電壓採集器，採用自帶隔離的AD轉換器和電壓變頻專用晶片，將模擬量經晶片內電器隔離後變為頻率，利用CPU內特有的高速門控計數功能，通過中斷以格林碼算法方式，對各通道進行分時切換，由多路模擬開關進行採集，使得電流、電壓輸入全獨立，充分利用所選擇CPU內部提供的強大指令系統，對採集數據進行遞推性平滑、濾波和計算，完成多路小信號電流或電壓採集，電路邏輯結構簡單，抗幹擾性能好，性能穩定、可靠，精度高，可維護性好，生產成本低。

本實用新型的目的是這樣實現的：一種多路電氣隔離電流/電壓採集器，其特點是該採集器由A傳感器、B傳感器、A多路模擬開關、B多路模擬開關、電流輸入源、跟隨器取樣電路、電壓輸入源、帶電氣隔離AD轉換器、通道選擇輸入源、CPU主控電路和帶電氣隔離通訊收發器組成，所述A傳感器和B傳感器將現場採集的模擬量根據CPU主控電路發出的控制信號由電流輸入源和通道選擇輸入源進行電流信號的採集或由電壓輸入源和通道選擇輸入源進行電壓信號的採集；所述A多路模擬開關和B多路模擬開關將A傳感器和B傳感器採集的電流或電壓信號分路後輸入跟隨器取樣電路；所述跟隨器取樣電路將取樣後的模擬量輸入帶電氣隔離AD轉換器；所述帶電氣隔離AD轉換器將模擬量轉換為相應的頻率後輸入CPU主控電路；所述CPU主控電路將輸入的一組頻率值根據通道選擇所採集的電流或電壓值進行門控計數以及分路存儲、遞推性平滑、濾波和運算轉換為數字量，並由帶電氣隔離通訊收發器以MODBUS通訊協議進行發送，實現多路電氣隔離的小信號電流或電壓採集。

本實用新型與現有技術相比具有電路邏輯結構簡單，性能穩定、可靠，抗幹擾能力強，精度高，可維護性好，成本低，便於企業推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖。

具體實施方式

參閱附圖1，本實用新型由A傳感器1、B傳感器2、A多路模擬開關3、B多路模擬開關4、電流輸入源5、跟隨器取樣電路6、電壓輸入源7、帶電氣隔離AD轉換器8、通道選擇輸入源9、CPU主控電路10和帶電氣隔離通訊收發器11組成，所述A傳感器1和B傳感器2將現場採集的模擬量根據CPU主控電路10發出的控制信號由電流輸入源5和通道選擇輸入源9進行電流信號的採集或由控制電壓輸入源7和通道選擇輸入源9進行電壓信號的採集；所述A多路模擬開關3和B多路模擬開關4將A傳感器1和B傳感器2採集的電流或電壓信號分路後輸入跟隨器取樣電路6；所述跟隨器取樣電路6將取樣後的模擬量輸入帶電氣隔離AD轉換器8；所述帶電氣隔離AD轉換器8將模擬量轉換為相應的頻率後輸入CPU主控電路10；所述CPU主控電路10將輸入的一組頻率值根據通道選擇所採集的電流或電壓值進行門控計數以及分路存儲、遞推性平滑、濾波和運算轉換為數字量，並由帶電氣隔離通訊收發器11以MODBUS通訊協議進行發送，實現多路電氣隔離的小信號電流或電壓採集。

所述帶電氣隔離AD轉換器8採用電壓變頻率專用晶片AD7401A，將模擬量經晶片內電氣隔離後變為頻率輸入CPU主控電路10；所述CPU主控電路10採用C8051F314處理器，並利用CPU主控電路10內特有的高速門控計數功能，通過中斷以格林碼算法方式，對各通道進行分時切換，然後由A多路模擬開關3和B多路模擬開關4進行採集；所述A多路模擬開關3和B多路模擬開關4採用CD4051進行分路採集，使得電流和電壓輸入全獨立，而高精度取樣電阻只要一個，成本大大降低，生產工藝簡單，充分利用所選擇CPU主控電路10內部提供的強大指令系統，對採集數據進行遞推性平滑、濾波和計算，完成多路小信號電流或電壓採集，採用這種方式不僅成本低，抗幹擾性能好。

下面以設置在現場採集的8路電流信號和8路電壓信號的具體實施對本實用新型作進一步的詳細說明。

實施例1

對現場採集電流的A傳感器1，以0~20mA電流輸入A多路模擬開關3，A多路模擬開關3根據CPU主控電路10發出的CS1和A2-0控制信號，指定控制輸入源5和通道選擇輸入源9進行分路採集後輸入跟隨器取樣電路6，跟隨器取樣電路6將取樣後的模擬量輸入帶電氣隔離AD轉換器8，帶電氣隔離AD轉換器8將模擬量轉換為相應的頻率後輸入CPU主控電路10，CPU主控電路10將輸入的一組頻率值根據A2-0和CS1通道選擇所採集的電流值進行門控計數以及分路存儲、遞推性平滑、濾波和運算轉換為數字量，並由帶電氣隔離通訊收發器11以MODBUS通訊協議進行發送，實現多路電氣隔離的小信號電流採集。

實施例2

對現場採集電流的B傳感器2，以0~200mV電壓輸入B多路模擬開關4，B多路模擬開關4根據CPU主控電路10發出的CS2和A2-0控制信號，指定電壓輸入源7和通道選擇輸入源9進行分路採集後輸入跟隨器取樣電路6，跟隨器取樣電路6將取樣後的模擬量輸入帶電氣隔離AD轉換器8，帶電氣隔離AD轉換器8將模擬量轉換為相應的頻率後輸入CPU主控電路10，CPU主控電路10將輸入的一組頻率值根據A2-0和CS2通道選擇所採集的電壓值進行門控計數以及分路存儲、遞推性平滑、濾波和運算轉換為數字量，並由帶電氣隔離通訊收發器11以MODBUS通訊協議進行發送，實現多路電氣隔離的小信號電壓採集。本實用新型採用帶隔離AD轉換和CPU特有的高速門控計數技術，通過中斷進行分時採集，充分利用軟體手段對採集數據進行遞推性平滑、濾波和計算，既保證了所採集數據的穩定性，又不影響採集相應速度，達到多路電流或電壓採集，電路邏輯結構簡單，成本低，穩定可靠，抗幹擾能力強，可維護性好，使企業效益和社會效益達到最佳。

以上只是對本實用新型做進一步說明，並非用以限制本專利，凡為本實用新型等效實施，均應包含於本專利的權利要求範圍之內。