CN201477570U - 多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块 - Google Patents

多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块 Download PDF

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一种多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块，包括了信号通道隔离模组和供电电源隔离模组、模数转换电路、单片机和总线通讯处理模组，在所述信号通道隔离模组中的每一个信号通道都包括过压、过流以及防反接保护电路，无源隔离模块，由无源隔离模块进行解调输出，每个信号输入通道之间是互相隔离的，而通道的输出端则是共地同时进入模数转换电路，然后再通过单片机和总线通讯处理模块，最后传输到上位机。本实用新型能隔离输入通道、采集信号准确、测量精度高、不容易受到干扰、测量结果的可靠性大为提高。

Description

多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块
【技术领域】
本实用新型涉及数据采集处理领域，尤其涉及一种多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块。
【背景技术】
随着科学技术的发展，工业现场、电力监控、医疗设备、试验研究等领域对数据采集的要求也越来越高。鉴于对其结果的重视度，而对采集模块的采集精度，抗干扰能力，安全可靠性，智能化程度，通讯协议，安装方式等都有比较高的要求，在通常情况下的现场数据采集过程中，需要同时接收由分散在不同区域、采集不同信号的传感器传来的4-20mA的模拟信号。
这些被传感器传输信号的地线之间的电压差可能达到几十伏、几百伏、甚至是几千伏。如果直接用普通的输入不带隔离的数据采集模块采集，就会有数据错误，不准确，跳动，不同通道之间互相干扰等现象，严重的时候还会损坏数据采集模块和传感器。当需要采集多路信号时，不能实现互相之间隔离，是目前国内外各种同类产品中普遍存在的问题。这就导致了成本高、测量精度低、容易受干扰，可靠性也大打折扣的问题亟待解决。在某些复杂的工业场合下，有时会采取配合多个信号隔离器的方式来采集正确无误的信号。但是这样的方式并是特别理想，一方面是不能在所有场合都采用该方案，另外一方面，这个方案使得整个采集运作体系就占用了相当大的空间、成本也会相应提高不少。
【发明内容】
本实用新型为解决上述问题而提供了一种能隔离输入通道、采集信号准确、测量精度高、不容易受到干扰、可靠性大为提高的多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块。
本实用新型解决上述问题的技术方案是：包括了信号通道隔离模组和供电电源隔离模组、模数转换电路、单片机和总线通讯处理模组，在所述信号通道隔离模组中的每一个信号通道都包括过压、过流以及防反接保护电路，无源隔离模块，在分别顺次经过过压、过流以及防反接保护电路和无源隔离模块后，由无源隔离模块进行解调输出，然后经过一个精密电阻把电流信号转化成为电压信号，流入一个滤波电路进行滤波，所述滤波电路由1R2、1R3和CP1组成；滤波电路连接到一个限压电路，所述限压电路内置元件为限位芯片DP2；电压信号经过滤波和限压处理后最后进入到模数转换电路，每个信号输入通道之间是互相隔离的，而通道的输出端则是共地同时进入模数转换电路；电压信号经过模数转换电路被转化为数字信号，再输入到单片机，在单片机内部对输入的信号进行各种处理，之后通过总线通讯处理模组就能最终输出RS-232信号到上位机；所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块中的模数转换电路、单片机、总线通讯处理模组中的芯片都由供电电源隔离模组来完成供电；
所述过压、过流以及防反接保护电路由一个自恢复保险丝1F1、防反接二极管1D1和TVS管1ZD1组成，由信号通道传送的信号首先经过自恢复保险丝1F1然后串接到防反接二极管1D1，再并联一个TVS管1ZD1，完成防止过压、过流、反向接入和尖峰干扰信号干扰；
所述供电电源隔离模组8～50VDC经过一个过压、过流以及防反接保护电路，然后经过滤波电路和一个降压开关稳压电路到一个DC-DC隔离模块电源U9，模块电源U9将输入的电源信号隔离输出一组正电源和一组负电源，电源经过滤波和稳压器稳压，然后再进行滤波处理；
所述应用于供电电源隔离模组中的过压、过流以及防反接保护电路包括一个自恢复保险丝F81和一个防反接保护二极管D81，再并接到一个TVS管ZD81；所述滤波电路由电解电容C81和一个陶瓷电容C82组成；所述降压稳压电路由开关稳压芯片U8和一个二极管D82，一个电感L81，一个电解电容C83组成；
所述单片机对数字信号的处理包括零点校准，满度校准，线性校准，数据格式变换，通讯协议设置，波特率设置智能控制技术；
所述无源隔离模块是由调解电路，电磁隔离电路和解调电路组成。，然后并接到电解电容C81和陶瓷电容C82，到达降压开关稳压芯片U8，
所述无源隔离模块包含一个调解电路，电磁隔离电路和解调电路；
本实用新型的有益效果是：由于每个信号输入通道、信号输出和辅助电源之间都是互相隔离且隔离电压高达3000VDC，所以采集远程数据时各个通道地线之间不会因为压差而产生环流等干扰信号，使整个信号采集***抗干扰性能更强。本发明有效抑制多通道之间的互相干扰和电源上的EMC干扰，提高了数据采集的精度，智能化程度高，体积大大缩小，成本更低。可广泛用于工业自动化设备、工控仪器仪表、及其他计量器具制造业，实现传感器和上位机之间的总线通讯，准确可靠的测量多路远程模拟信号和各种传感器信号(包括热电阻，热电偶，应变片等)，温度信号的监视和控制，以及工业现场信号隔离与长线传输
【附图说明】
图1是本实用新型整体原理流程图；
图2是本实用新型信号通道隔离模组中一条信号通道电路图；
图3(a)是本实用新型供电电源隔离模组一部分电路图；
图3(b)是本实用新型供电电源隔离模组另一部分电路图
【具体实施方式】
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
参考附图可见本实用新型包括了信号通道隔离模组1和供电电源隔离模组2、模数转换电路3、单片机4和总线通讯处理模组5，其特点在于，在所述信号通道隔离模组中的每一个信号通道都包括过压、过流以及防反接保护电路6，无源隔离模块7，在分别顺次经过过压、过流以及防反接保护电路6和无源隔离模块7后，由无源隔离模块7进行解调输出，所述过压、过流以及防反接保护电路6由一个自恢复保险丝1F1、防反接二极管1D1和TVS管1ZD1组成，由信号通道传送的信号首先经过自恢复保险丝1F1然后串接到防反接二极管1D1，再TVS管1ZD1并联，完成防止过压、过流、反向接入和尖峰干扰信号干扰。所述无源隔离模块7包含一个调解电路，电磁隔离电路和解调电路。
信号在经过无源隔离模块7之后连接到一个精密电阻1R1，该电阻会把电流信号转化成为电压信号，电压信号再经过一个由1R2、1R3和CP1组成的滤波电路8进行滤波过程，接下来经过一个限压电路9，所述限压电路9内置元件为限位芯片DP2，限位芯片DP2限制输入电压过高或过低。
电压信号经过滤波和限压处理后最后进入到模数转换电路3，在模数转换电路3内置模数转换芯片U10；每个信号输入通道之间是互相隔离的，而通道的输出端则是共地同时进入模数转换电路3；电压信号经过模数转换电路被转化为数字信号，
再输入到单片机4，在单片机4内部对输入的信号进行各种处理，包括零点校准，满度校准，线性校准，数据格式变换，通讯协议设置，波特率设置等等；
之后通过总线通讯处理模组5就能最终输出RS-232信号到上位机；所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块中的模数转换电路3、单片机4、总线通讯处理模组5中的芯片都由供电电源隔离模组2来完成供电。
所述供电电源隔离模组2经过一个过压、过流以及防反接保护电路，然后经过滤波电路和一个降压开关稳压电路到一个DC-DC隔离模块电源U9，模块电源U9将输入的电源信号隔离输出一组正电源和一组负电源，电源经过滤波和稳压器稳压，然后再进行滤波处理。所述电源隔离模组2的过压、过流以及防反接保护电路包括自恢复保险丝F81和一个防反接保护二极管D81和一个TVS管ZD81，自恢复保险丝F81串联到防反接保护二极管D81然后再并接到TVS管ZD81，来实现防止尖峰干扰信号干扰的目的。
所述滤波电路包括电解电容C81和陶瓷电容C82，所述电解电容C81和陶瓷电容C82是并联接入到电路中。接下来直接连接到降压开关稳压芯片U8，开关稳压芯片U8和一个二极管D82，一个电感L81，一个电解电容C83组成一个开关稳压电路，由该开关稳压电路输出一个稳定的电源电压到一个DC-DC隔离模块电源U9，模块电源U9将输入的电源信号隔离输出一组正电源和一组负电源，其中正电源经过电解电容C86滤波，再经过串联稳压器U3稳压，然后经过电解电容C5和陶瓷电容C6滤波，用来给输出端单片机4，最后经过电感L11和电感L12以及电解电容C1和陶瓷电容C2滤波，用来给模数转换芯片U10供电；
而负电源经过电解电容C87滤波，再经过限流电阻R15，然后经过并联稳压器U7稳压和电解电容C11滤波，用来给模数转换芯片U10负端供电。

Claims (6)

1.一种多通道隔离式输入数据采集模块，包括信号通道隔离模组(1)、供电电源隔离模组(2)、模数转换电路(3)、单片机(4)和总线通讯处理模组(5)，其特征在于，所述信号通道隔离模组中的每一个信号通道都包括过压、过流以及防反接保护电路(6)，无源隔离模块(7)，然后经过一个电阻(1R1)把电流信号转化成为电压信号，流入一个滤波电路(8)进行滤波，滤波电路(8)连接到一个限压电路(9)，从限压电路输出之后输入到模数转换电路(3)，每个信号输入通道之间是互相隔离的，而通道的输出端则是共地同时进入模数转换电路(3)；从模数转换电路(3)输入到单片机(4)，之后通过总线通讯处理模组(5)就能最终输出信号到上位机；所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块中的模数转换电路(3)、单片机(4)、总线通讯处理模组(5)中的芯片都由供电电源隔离模组(2)来完成供电。
2.根据权利要求1所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块，其特征在于，所述过压、过流以及防反接保护电路由一个自恢复保险丝(1F1)、防反接二极管(1D1)和TVS管(1ZD1)组成，由信号通道传送的信号首先经过自恢复保险丝(1F1)然后串接到防反接二极管(1D1)，再并联一个TVS管(1ZD1)。
3.根据权利要求1所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块，其特征在于，所述供电电源隔离模组8～50VDC经过一个过压、过流以及防反接保护电路，然后经过滤波电路和一个降压开关稳压电路到一个DC-DC隔离模块电源(U9)，模块电源(U9)将输入的电源信号隔离输出一组正电源和一组负电源。
4.根据权利要求2所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块，其特征在于，所述应用于供电电源隔离模组中的过压、过流以及防反接保护电路包括一个自恢复保险丝(F81)和一个防反接保护二极管(D81)，再并接到一个TVS管(ZD81)；所述滤波电路由电解电容(C81)和一个陶瓷电容(C82)组成；所述降压稳压电路由开关稳压芯片(U8)和一个二极管(D82)，一个电感(L81)，一个电解电容(C83)组成。
5.根据权利要求1所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块，其特征在于，所述单片机对数字信号的处理包括零点校准，满度校准，线性校准，数据格式变换，通讯协议设置，波特率设置智能控制技术。
6.根据权利要求1所述多通道隔离式模拟信号输入数据采集模块，其特征在于，所述无源隔离模块(7)是由调解电路，电磁隔离电路和解调电路组成。
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