專利名稱：用于公變終端的直流模擬信號采集電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種信號采集電路，特別涉及一種用于公變終端的直流模擬信號采集電路。
背景技術(shù)：
在目前的現(xiàn)有技術(shù)方案中，直流模擬量輸入(電流、電壓)通過電阻分壓后輸入給CPU中AD模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，CPU通過讀取AD模塊的電壓數(shù)值來計算出輸入電流值或電壓值。公變終端技術(shù)規(guī)范要求具有2路模擬量輸入(一路為電流信號和一路為電壓信號)電流信號取值范圍為4-20mA，電壓信號取值范圍為0-5V，誤差不超過5%。根據(jù)公變終端對這2路模擬輸入量的電氣要求可以1. OkV的電快速瞬變脈沖群及1. OkV (共模)的雷擊浪涌抗擾度。由此我們不難看出，目前現(xiàn)有技術(shù)對于模擬量的輸入都是直接輸入系統(tǒng)CPU的AD轉(zhuǎn)換口，模擬量輸入與CPU處在同一個電源信號內(nèi)，模擬量輸入與CPU系統(tǒng)之間未實行隔離，外界干擾很容易通過模擬量輸入口進入公變終端進行干擾，使公變終端無法正常運行，甚至損壞。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能提高CPU模擬信號采樣端抗干擾能力的直流信號采集電路。本實用新型提供的這種用于公變終端的直流模擬信號采集電路，包括電壓電流采樣電路和CPU，在電壓電流采樣電路后連接一光耦隔離電路，電壓電流采樣電路將采集到的模擬信號經(jīng)過光耦隔離電路進行信號隔離，再將信號傳至CPU的AD采樣端。為了提高CPU中AD采樣端的抗干擾能力，所述光耦隔離電路由運算放大器D13D、光耦D14和運算放大器D15組成，運算放大器D13D的反相輸入端通過電阻Rl與模擬信號Vin相連，其同相輸入端與其接地端共同接地，其電源端接電源V5P0_IS0，電容C26接于其反相輸入端與輸出端之間，其輸出端通過電阻R2與光耦D14的I腳相連；光耦D14的2腳接電源V5P0_IS0，其3腳與運算放大器D13D的反相輸入端相連，其4腳接地，其6腳與運算放大器D15的反相輸入端相連,其5腳與運算放大器D15的同相輸入端相連后接于模擬地；電容C32與電阻R3并聯(lián)后接于運算放大器D15的反相輸入端和其輸出端之間，其電源端接電源V3P3，其接地端接模擬地，其輸出端將信號Vtjut傳送至CPU的AD采樣端。所述光耦是采用Agilent公司出產(chǎn)的光耦D14，其型號為HCNR200，所述運算放大器D13D和所述運算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，所述運算放大器D13D的型號為MCP604，所述運算放大器D15的型號為MCP601。所述電阻Rl與所述電阻R2相等。本實用新型解決了公變終端模擬量輸入端口與公變終端系統(tǒng)之間的隔離問題，使公變終端模擬量輸入端可以承受1. OkV的電快速瞬變脈沖群及1. OkV (共模)的雷擊浪涌等強電信號的干擾，從而有效保證了 AD采樣電路的精度，并且大幅提高了公變終端在各種環(huán)境中運行的穩(wěn)定性，有效滿足各公變終端使用部門對公變終端直流模擬量信號采樣的要求，確保了公變終端正常、安全運行。

圖1是本實用新型的工作原理框圖。圖2是本實用新型的電壓電流采樣電路圖。圖3是本實用新型的光耦隔離電路圖。圖4是本實用新型的光耦隔離前級運放電路圖。
具體實施方式
本實用新型是將直流電流輸入信號(4_20mA)及直流電壓輸入信號(0_5V)轉(zhuǎn)換為CPU中AD模塊可采集的電壓信號，同時通過線性光耦將直流電流、直流電壓輸入信號與系統(tǒng)信號進行電氣隔離。本實用新型的電路由二部分組成，第一部分是電壓電流采樣電路；第二部分是光耦隔離電路。如圖2所示，所述電壓電流采樣電路中，在采樣電路后接一個采樣保持電路。第I路為4-20mA直流電流信號輸入，然后經(jīng)過運算放大器DlA (型號為MCP604)，輸出至模擬開關(guān)芯片(型號為⑶4051)的相關(guān)弓丨腳。第2路為0-5V電壓采樣電路，0-5V輸入電壓在V2處的電壓為0-3. 3V電壓，然后經(jīng)過放大比較器D2A (型號為MCP604)輸出至同一模擬開關(guān)芯片的相關(guān)引腳。為了能有效慮除高頻雜散電壓，防止直流量輸入端誤接交流220V電壓后電路的損壞，在電流信號、電壓信號的采樣輸入端后各增加了一個瞬態(tài)放電管(圖2中的Vl和V4)。然后，在運算放大器DlA和運算放大器D2A的同相輸入端各加了兩個二極管(型號為L4148，圖2中的V2和V3、V5和V6)，以確保輸入電壓不高于5V。同時，這樣也可以保護電路在直流電流或直流電壓輸入接反的情況下不會對采樣電路造成損壞。所述電壓電流采樣電路中運算放大器DlA和運算放大器D2A作為電壓跟隨器使用，即Uin=U0Ut。由于電壓跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低，使得電壓跟隨器具有緩沖、隔離、提高帶載能力的作用。使用時，電壓電流采樣電路后接模擬開關(guān)，通過此模擬開關(guān)的第11腳AD_SWTICH來切換直流電流和電壓間的輸入。當(dāng)AD_SWTICH為高電平時，AD采樣電流信號通過第3腳COM 口輸出至光耦隔離電路。當(dāng)AD_SWTICH為低電平時，AD采樣電壓信號通過第3腳COM口輸出至光耦隔離電路。如圖3所示，所述光耦隔離電路主要是為了保證直流電流、電壓采集輸入信號與公變終端系統(tǒng)信號之間有效隔離。此電路主要是通過線性光耦來實現(xiàn)信號間的隔離。所述光耦隔離電路由運算放大器D13D、光耦D14和運算放大器D15組成，運算放大器D13D的反相輸入端通過電阻Rl與模擬信號Vin相連，其同相輸入端與其接地端共同接地，其電源端接電源V5P0_IS0，電容C26接于其反相輸入端與輸出端之間，其輸出端通過電阻R2與光耦D14的I腳相連；光耦D14的2腳接電源V5P0_IS0，其3腳與運算放大器D13D的反相輸入端相連，其4腳接地，其6腳與運算放大器D15的反相輸入端相連，其5腳與運算放大器D15的同相輸入端相連后接于模擬地；電容C32與電阻R3并聯(lián)后接于運算放大器D15的反相輸入端和其輸出端之間，其電源端接電源V3P3，其接地端接模擬地，其輸出端將信號Vtjut傳送至CPU的AD采樣端。所述光耦是采用Agilent公司出產(chǎn)的光耦，其型號為HCNR200，運算放大器D13D和運算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，運算放大器D13D的型號為MCP604，運算放大器D15的型號為MCP601。下面根據(jù)具體電路對輸出信號與輸入信號的關(guān)系進行推導(dǎo)。設(shè)輸入端電壓為Vin，輸出端電壓為Vrat,光耦保證的輸入輸出電流相等，即光耦的傳遞系數(shù)Kl = K2，顯然Vin和Vtjut之間的關(guān)系取決于Rl和R3之間的關(guān)系。將圖3的運放電路提出來看，得到等效電路如圖4所示，設(shè)運算放大器D13D的反相輸入端的電壓為V1，運算放大器D13D的輸出端電壓為Vtl，在運放不飽和的情況下二者滿
足如下關(guān)系
權(quán)利要求1.一種用于公變終端的直流模擬信號采集電路，包括電壓電流采樣電路和CPU，其特征在于，在電壓電流采樣電路后連接一光耦隔離電路，電壓電流采樣電路將采集到的模擬信號通過光耦隔離電路進行隔離后傳至CPU的AD采樣端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于公變終端的直流模擬信號采集電路，其特征在于，所述光耦隔離電路由運算放大器D13D、光耦D14和運算放大器D15組成，運算放大器D13D的反相輸入端通過電阻Rl與模擬信號Vin相連，其同相輸入端與其接地端共同接地，其電源端接電源V5P0_IS0，電容C26接于其反相輸入端與輸出端之間，其輸出端通過電阻R2與光耦D14的I腳相連；光耦D14的2腳接電源V5P0_IS0，其3腳與運算放大器D13D的反相輸入端相連，其4腳接地，其6腳與運算放大器D15的反相輸入端相連，其5腳與運算放大器D15的同相輸入端相連后接于模擬地；電容C32與電阻R3并聯(lián)后接于運算放大器D15的反相輸入端和其輸出端之間，其電源端接電源V3P3，其接地端接模擬地，其輸出端將信號Vtjut傳送至CPU的AD采樣端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于公變終端的直流模擬信號采集電路，其特征在于，所述光耦是采用Agilent公司出產(chǎn)的光耦D14，其型號為HCNR200，所述運算放大器D13D和所述運算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，所述運算放大器D13D的型號為MCP604，所述運算放大器D15的型號為MCP601。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于公變終端的直流模擬信號采集電路，其特征在于，所述電阻Rl與所述電阻R2相等。
專利摘要本實用新型公開了一種用于公變終端的直流模擬信號采集電路，包括電壓電流采樣電路、光耦隔離電路和CPU，在電壓電流采樣電路后連接一光耦隔離電路，電壓電流采樣電路將采集到的模擬信號經(jīng)過光耦隔離電路進行信號隔離，再將信號傳至CPU的AD采樣端。本實用新型解決了公變終端模擬量輸入端口與公變終端系統(tǒng)之間的隔離問題，大幅提高了公變終端在各種環(huán)境中運行的穩(wěn)定性，滿足了各公變終端使用部門對公變終端直流模擬量信號采樣的要求，確保了公變終端正常、安全運行。
文檔編號G01R19/00GK202870145SQ20122042880
公開日2013年4月10日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者張奇亮, 湯可, 肖林松 申請人:長沙威勝信息技術(shù)有限公司