專利名稱：信號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
信號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)設備控制領(lǐng)域，尤其涉及一種RS-232或RS-485信號隔離轉(zhuǎn) 換成模擬信號輸出模塊。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場、電力監(jiān)控、醫(yī)療設備、試驗研究等領(lǐng)域?qū)h程設 備控制的需求也越來越多。鑒于對其結(jié)果的重視度，而對遠程設備控制模塊的控制精度，抗 干擾能力，安全可靠性，智能化程度，通訊協(xié)議，安裝方式等都有比較高的要求。在通常的現(xiàn)場應用中，執(zhí)行器和執(zhí)行設備都接受4_20mA的電流信號，而一般用作 上位機的電腦并沒有4-20mA模擬信號輸出的接口，因此應用RS-232或RS-485信號隔離轉(zhuǎn) 換成模擬信號輸出模塊可以很方便地解決這個問題。目前RS-232是電腦與通信工業(yè)中應 用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端 標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。而RS-485則不僅可以實現(xiàn)點對點的 通信方式而且能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。另外，由于信號的長距離傳輸，上位機和執(zhí)行設備的地線之間的電壓差可能達到 幾十伏、幾百伏、甚至是幾千伏，如果直接采用數(shù)模轉(zhuǎn)換而不進行隔離，就會有數(shù)據(jù)錯誤，不 準確，跳動等現(xiàn)象，嚴重的時候還會損壞上位機通訊口和執(zhí)行設備，所以實現(xiàn)模塊的通訊接 口和模擬輸出相互隔離是必然趨勢。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對以上的問題特別提出了一種RS-232或RS-485通訊接口、隔離輸 出模擬電流信號、輸出信號準確、不容易受到干擾、可靠性大為提高的RS-232或RS-485信 號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊。本實用新型的技術(shù)方案是所述信號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊包括了總線通訊處理模 組、單片機、數(shù)字信號隔離模組、供電電源隔離模組、數(shù)模轉(zhuǎn)換模組和信號輸出調(diào)理模組。其 特點在于，所述總線通訊處理模組包含有一個TTL電平轉(zhuǎn)RS-232電平芯片U5和一個TTL 電平轉(zhuǎn)RS-485電平芯片TO，所述數(shù)字信號隔離模組由高速光電耦合隔離芯片IS01，IS02， IS03，IS04組成；所述供電電源隔離模組包括一個過壓以及防反接保護電路，濾波電路和 一個降壓開關(guān)穩(wěn)壓電路以及一個DC-DC隔離模塊電源U ；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模組由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯 片Ul和門電路芯片U15組成。所述供電電源隔離模組的過壓以及防反接保護電路包括一個防反接保護二極管 D81和一個TVS管ZD81。所述濾波電路包括電解電容C81和陶瓷電容C82，所述電解電容 C81和陶瓷電容C82是并聯(lián)接入到電路中。所述降壓開關(guān)穩(wěn)壓電路包括降壓穩(wěn)壓芯片U8、 二極管D82，一個電感L81，一個電感電容C83。所述總線通訊處理模組的物理層采用的是RS-232或RS-485協(xié)議。本實用新型的有益效果是實現(xiàn)了 RS-232或RS-485信號到4-20mA模擬信號的可靠轉(zhuǎn)換，控制遠程設備更加方便。由于RS-232或RS-485通訊接口電路和模擬信號輸出電 路之間互相隔離且隔離電壓高達3000VDC，所以執(zhí)行遠程信號控制時地線之間不會因為壓 差而產(chǎn)生環(huán)流等干擾信號，使整個信號控制系統(tǒng)抗干擾性能更強。本發(fā)明有效抑制遠程控 制的互相干擾和電源上的EMC干擾，提高了控制的精度，智能化程度高，成本更低?？蓮V泛 用于工業(yè)自動化設備、工控儀器儀表、及其他生產(chǎn)制造業(yè)，實現(xiàn)RS-232或RS-485信號隔離 轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。

圖1是本實用新型整體原理流程圖；圖2(a)是本實用新型供電電源隔離模組一部分電路圖；圖2(b)是本實用新型供電電源隔離模組另一部分電路圖；圖3是本實用新型信號輸出調(diào)理模組電路圖。其中1、總線通訊處理模塊；2、單片機；3、數(shù)字信號隔離模組；4、供電電源隔離模 塊；5、數(shù)模轉(zhuǎn)換模組；6、信號輸出調(diào)理模組。
具體實施方式為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。參考附圖可見本實用新型包括了總線通訊處理模組1、單片機2、數(shù)字信號隔離模 組3、供電電源隔離模組4、數(shù)模轉(zhuǎn)換模組5和信號輸出調(diào)理模組6。其特點在于，所述總線 通訊處理模組包含有一個TTL電平轉(zhuǎn)RS-232電平芯片U5和一個TTL電平轉(zhuǎn)RS-485電平 芯片U6，負責和上位機進行通訊。所述單片機U2對輸入的上位機信號進行處理，包括有零 點校準，滿度校準，數(shù)據(jù)格式變換，通訊協(xié)議設置，波特率設置，復位值設定等等。當要求設 定輸出數(shù)據(jù)時，單片機2輸出一組數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)字信號隔離模組3進行隔離，所述數(shù)字 信號隔離模組3由高速光電耦合隔離芯片IS01，IS02, IS03, IS04組成，完成4路數(shù)字信號 的隔離。隔離后的數(shù)字信號進入到數(shù)模轉(zhuǎn)換模組5進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模組5由 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U1和門電路芯片U15組成，數(shù)字信號隔離模組3輸出的信號經(jīng)過門電路芯 片U15整形處理后進入數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U1轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。模擬電壓信號經(jīng)過信號輸 出調(diào)理模組6轉(zhuǎn)換成電流信號，所述信號輸出調(diào)理模組6接收到模擬電壓信號后，經(jīng)過電阻 R72和電容C73的一階濾波后進入運放U7A的同相端，運放的反相端連接有電阻R71到地 線和電阻R73到運放的輸出端，由運放U7A和電阻R71和電阻R73組成的放大電路將輸入 的電壓信號放大。放大后的電壓信號輸入到運放U10B的同相端，運放U10B的輸出端輸出 電流信號，電阻R102用來采樣輸出的電流，運放U12A、運放U12B和電阻R120、R121、R122、 R123、R124、R125、R126、R127、R128、R129組成一個差分放大器對電阻R102兩端的電壓進行 差分放大，然后輸出到運放U10B的反相端，作為反饋來控制輸出電流隨輸入電壓變化。電 容C104用來濾除輸出電流的紋波。所述供電電源隔離模組4包括一個過壓以及防反接保護電路、濾波電路和一個降 壓開關(guān)穩(wěn)壓電路以及一個DC-DC隔離模塊電源U9，模塊電源U9將輸入的電源信號隔離輸出 一組正電源和一組負電源，電源經(jīng)過濾波后給輸出端的運放和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片供電。所述供
4電電源隔離模組的過壓、過流以及防反接保護電路包括一個防反接保護二極管D81和一個TVS管ZD81，來實現(xiàn)防止尖峰干擾信號干擾的目的。所述濾波電路包括電解電容C81和陶 瓷電容C82，所述電解電容C81和陶瓷電容C82是并聯(lián)接入到電路中。接下來直接連接到降 壓開關(guān)穩(wěn)壓芯片U8，開關(guān)穩(wěn)壓芯片U8和一個二極管D82，一個電感L81，一個電解電容C83 組成一個開關(guān)穩(wěn)壓電路，由該開關(guān)穩(wěn)壓電路輸出一個穩(wěn)定的電源電壓到一個DC-DC隔離模 塊電源U9，模塊電源U9將輸入的電源信號隔離輸出一組正電源和一組負電源，其中正電源 經(jīng)過電解電容C86和陶瓷電容C88濾波，而負電源經(jīng)過電解電容C87和陶瓷電容C89濾波。
權(quán)利要求一種信號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊，包括了總線通訊處理模組、單片機、數(shù)字信號隔離模組、供電電源隔離模組、數(shù)模轉(zhuǎn)換模組和信號輸出調(diào)理模組，其特征在于，所述總線通訊處理模組包含有一個TTL電平轉(zhuǎn)RS-232電平芯片和一個TTL電平轉(zhuǎn)RS-485電平芯片，所述數(shù)字信號隔離模組由四個高速光電耦合隔離芯片組成；所述供電電源隔離模組包括一個過壓以及防反接保護電路、濾波電路和一個降壓開關(guān)穩(wěn)壓電路以及一個DC-DC隔離模塊電源；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模組由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和門電路芯片組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述信號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊，其特征在于，所述供電電源隔離模組 的過壓以及防反接保護電路包括一個防反接保護二極管和一個TVS管，所述濾波電路包括 電解電容和陶瓷電容，所述電解電容和陶瓷電容是并聯(lián)接入到電路中；所述降壓開關(guān)穩(wěn)壓 電路包括降壓穩(wěn)壓芯片、二極管、電感、電感電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述信號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊，其特征在于，所述總線通訊處理模組 的物理層采用的是RS-232或RS-485協(xié)議。
專利摘要一種信號隔離轉(zhuǎn)換輸出模塊包括了總線通訊處理模組、單片機、數(shù)字信號隔離模組、供電電源隔離模組、數(shù)模轉(zhuǎn)換模組和信號輸出調(diào)理模組，其特點在于，所述總線通訊處理模組包含有一個TTL電平轉(zhuǎn)RS-232電平芯片和一個TTL電平轉(zhuǎn)RS-485電平芯片，所述數(shù)字信號隔離模組由四個高速光電耦合隔離芯片組成；所述供電電源隔離模組包括一個過壓以及防反接保護電路，濾波電路和一個降壓開關(guān)穩(wěn)壓電路以及一個DC-DC隔離模塊電源；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模組由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和門電路芯片組成。實現(xiàn)了RS-232或RS-485信號到4-20mA模擬信號的可靠轉(zhuǎn)換，控制遠程設備更加方便，整個信號控制系統(tǒng)抗干擾性能更強，有效抑制電源上的EMC干擾，提高了控制的精度，智能化程度高，成本更低。
文檔編號G05B19/418GK201616023SQ20102013427
公開日2010年10月27日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者于廣沅, 周衛(wèi) 申請人:周衛(wèi);于廣沅