CN110649931A - 一种抗衰减离散信号发送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗衰减离散信号发送装置，该装置由供电模块、主控采集一体化模块、分压模块、调压模块、输出切换模块共五个模块组成，可在输出高电平的同时计算接收端电压，并在偏低时通过调压模块提高电压，以达到抗衰减的目的。本发明装置可抗线缆衰减，保证接收端电压，增强离散信号传输可靠性。

Description

一种抗衰减离散信号发送装置
技术领域
本发明属于信号传输领域，涉及一种抗衰减离散信号发送装置。
背景技术
基于高、低电平的二值化离散信号传输具有电路简单、便于检测等诸多优点，已经在设备和***中得到广泛应用。在不同设备间通过电缆进行离散信号传输时，为避免高电平幅值衰减对信号传输可靠性的影响，现有的做法往往是采用较高电压高电平信号以减小衰减比例的方式，这种方式虽然在一定程度上满足了特定***的可靠传输需求，但固定电压的高电平信号适应性较差，在长距离、大阻抗线缆传输或在信号电流较大时无法进行自适应调节，因此无法保证接收端电压，存在传输错误隐患。而对于影响***核心功能的关键离散信号，这种隐患可能导致非常严重的后果。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对现有离散信号传输方法存在的诸多问题，提供一种抗衰减的离散信号发送装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种抗衰减离散信号发送装置，其特点是由供电模块、主控采集一体化模块、分压模块、调压模块、输出切换模块共五个模块组成，其中：
所述供电模块共产生两种电压，一种是小于等于5V的电压，为调压模块中的参数调节子模块和主控采集一体化模块、输出切换模块供电，另一种是大于5V的电压，为调压模块中的输出驱动子模块供电；
所述主控采集一体化模块支持两路模拟量采集和对参数调节子模块、输出切换模块的控制功能，其中两路模拟量采集中的1路与分压模块中的分压子模块1相连，电压值为U′1，另一路与分压模块中的分压子模块2相连，电压值为U′2；对参数调节子模块的控制功能，具体是通过局部总线控制参数调节子模块改变某器件参数，进而通过输出驱动子模块改变输出电压；对输出切换模块进行控制，具体是通过输出切换模块的控制信号改变输出离散信号的高、低电平状态。
所述分压模块由两个相同的分压子模块(分压子模块1和分压子模块2)构成，分压子模块由两个高精度分压电阻构成，分压电阻远小于主控采集一体化模块模拟量采集引脚输入阻抗。在分压子模块1中，两电阻记为R′L0和R″L0，R′L0一端与采集回路1相连，另一端与R″L0相连，同时与主控采集一体化模块相连，R″L0的另一端与地相连；在分压子模块2中，两电阻记为R′L2和R″L2，R′L2一端与采集回路2相连，另一端与R″L2相连，同时与主控采集一体化模块相连，R″L2的另一端与地相连。采集回路1在装置内与输出切换模块的输出直接相连，采集回路2在装置外与输出切换模块的输出在电缆最远端相连。采集回路2所使用电缆与输出切换模块输出离散信号所使用电缆型号和长度完全一致。
所述调压模块由参数调节子模块和输出驱动子模块两个子模块构成，其中参数调节子模块与主控采集一体化模块通过局部总线相连，可在主控采集一体化模块的控制下改变某器件参数，或回读当前参数信息；参数调节子模块具备记忆功能，可在再次上电时恢复断电前的状态；输出驱动子模块受器件参数影响，可相应改变输出电压，并将该电压送入输出切换模块供高电平输出使用。
所述输出切换模块受主控采集一体化模块控制，实现离散信号输出的高、低电平切换功能。
所述的抗衰减离散信号发送装置，可在输出高电平的同时，计算接收端电压UL，并在UL偏低时通过调压模块提高电压，以达到抗衰减的目的。UL计算公式为：
Figure BDA0002239013720000021
其中
Figure BDA0002239013720000022
RL1为接收端等效负载电阻。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的抗衰减的离散信号发送装置，可抗线缆衰减，保证接收端电压，增强离散信号传输可靠性。
附图说明
图1是本发明一种抗衰减离散信号发送装置的连接示意图。
图2是本发明一种抗衰减离散信号发送装置的等效电阻模型示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1和图2，本发明一种抗衰减离散信号发送装置的具体实施方式如下：
一种抗衰减离散信号发送装置，由供电模块、主控采集一体化模块、分压模块、调压模块、输出切换模块共五个模块组成，其中：
使用TI公司TMS320F28335芯片构建主控采集一体化模块，使用四个精度优于1％的电阻构建分压模块，使用数字电位器和运放构建调压模块，使用继电器构建输出切换模块。
供电模块共产生两种电压，一种是3.3V和1.8V电压，为调压模块中的参数调节子模块和主控采集一体化模块、输出切换模块供电，另一种是15V的高电平电压，为调压模块中的输出驱动子模块供电；
主控采集一体化模块中的TMS320F28335支持两路模拟量采集和对数字电位器、继电器的控制功能，其中两路模拟量采集中的1路与分压模块中的分压子模块1相连，电压值为U′1，另一路与分压模块中的分压子模块2相连，电压值为U′2；对参数调节子模块的控制功能，具体是通过局部总线控制数字电位器改变电阻值，进而通过运放改变输出电压；对输出切换模块进行控制，具体是通过继电器控制信号改变输出离散信号的高、低电平状态。
分压模块中的每个分压子模块均两个高精度分压电阻构成，分压电阻远小于TMS320F28335的模拟量采集输入阻抗。在分压子模块1中，两电阻记为R′L0和R″L0，R′L0一端与采集回路1相连，另一端与R″L0相连，同时与主控采集一体化模块相连，R″L0的另一端与地相连；在分压子模块2中，两电阻记为R′L2和R″L2，R′L2一端与采集回路2相连，另一端与R″L2相连，同时与主控采集一体化模块相连，R″L2的另一端与地相连。采集回路1在装置内与输出切换模块的输出直接相连，采集回路2在装置外与输出切换模块的输出在电缆最远端相连。采集回路2所使用电缆与输出切换模块输出离散信号所使用电缆型号和长度完全一致，等效电阻分别记为R2和R1，即R1＝R2。
调压模块中的数字电位器与TMS320F28335通过局部总线相连，可在TMS320F28335芯片的控制下改变电阻阻值，或回读当前阻止；选用具备记忆功能的数字电位器，可在再次上电时恢复断电前的状态；运放可随电阻变化相应改变输出电压，并将该电压送入继电器供高电平输出使用。
输出切换模块的继电器受TMS320F28335控制，实现离散信号输出的高、低电平切换功能。
该装置可在输出高电平的同时，计算接收端电压UL，并在UL偏低时通过调压模块提高电压，以达到抗衰减的目的。
参照图2，由于分压子模块的分压电阻远小于TMS320F28335的模拟量采集输入阻抗，因此可以认为经过R2的电流全部流过R′L2和R″L2，得到公式：
Figure BDA0002239013720000041
使用RL1表示接收端等效负载电阻。经过RL1和R2的电流全部流过R1，因此有公式：
Figure BDA0002239013720000042
根据公式(1)，得到：
Figure BDA0002239013720000051
由于R1＝R2，因此可将公式(3)代入公式(2)，得到
Figure BDA0002239013720000052
即：
Figure BDA0002239013720000053
公式(5)为关于UL的一元二次方程，由于
Figure BDA0002239013720000054
且UL≥0，因此：
其中
Figure BDA0002239013720000056
Figure BDA0002239013720000057
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗衰减离散信号发送装置，其特征在于，包括：主控采集一体化模块、分压模块、调压模块、输出切换模块；分压模块包括两个相同的分压子模块，分压子模块1和分压子模块2；调压模块包括参数调节子模块和输出驱动子模块；主控采集一体化模块支持两路模拟量采集和对参数调节子模块、输出切换模块的控制，其中两路模拟量采集中的采集回路1与分压模块中的分压子模块1相连，电压值为U′1，采集回路2与分压模块中的分压子模块2相连，电压值为U′2；主控采集一体化模块通过局部总线控制参数调节子模块改变某器件参数或回读当前参数信息，进而通过输出驱动子模块改变输出电压；主控采集一体化模块通过输出切换模块的控制信号改变输出离散信号的高、低电平状态。
2.如权利要求1所述的抗衰减离散信号发送装置，其特征在于，所述参数调节子模块具备记忆功能，能够在再次上电时恢复断电前的状态；输出驱动子模块受器件参数影响，相应改变输出电压，并将该电压送入输出切换模块供高电平输出使用。
3.如权利要求2所述的抗衰减离散信号发送装置，其特征在于，所述分压子模块1和分压子模块2均由两个分压电阻构成，分压电阻小于主控采集一体化模块模拟量采集引脚输入阻抗。
4.如权利要求3所述的抗衰减离散信号发送装置，其特征在于，所述在分压子模块1中，两电阻记为R′L0和R″L0，R′L0一端与采集回路1相连，另一端与R″L0相连，同时与主控采集一体化模块相连，R″L0的另一端与地相连；在分压子模块2中，两电阻记为R′L2和R″L2，R″L2一端与采集回路2相连，另一端与R″L2相连，同时与主控采集一体化模块相连，R″L2的另一端与地相连。
5.如权利要求4所述的抗衰减离散信号发送装置，其特征在于，所述采集回路1在装置内与输出切换模块的输出直接相连，采集回路2在装置外与输出切换模块的输出在电缆最远端相连；采集回路2所使用电缆与输出切换模块输出离散信号所使用电缆型号和长度完全一致。
6.如权利要求5所述的抗衰减离散信号发送装置，其特征在于，还包括：供电模块，产生两种电压，一种是小于等于5V的电压，为调压模块中的参数调节子模块和主控采集一体化模块、输出切换模块供电，另一种是大于5V的电压，为调压模块中的输出驱动子模块供电。
7.如权利要求6所述的抗衰减离散信号发送装置，其特征在于，所述发送装置在输出高电平的同时，计算接收端电压UL，并在UL偏低时通过调压模块提高电压；UL计算公式为：
Figure FDA0002239013710000021
其中
Figure FDA0002239013710000022
Figure FDA0002239013710000023
RL1为接收端等效负载电阻。
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