專利名稱：數(shù)字量輸入電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輸入電路，特別是指工業(yè)過程自動化控制終端設備對現(xiàn)場數(shù)字信號采集的輸入電路，適用于石化、給排水、電力、冶金等領域的工業(yè)過程自動化控制終端設備的數(shù)字量輸入電路。
背景技術：
目前，在我國應用于工業(yè)過程自動化領域控制設備中的數(shù)字信號量采集電路，電路中沒有采取隔離設計，而采集現(xiàn)場又存在信號干擾大的特點，所以不足之處是輸入信號失真、測量數(shù)據(jù)不準確，給控制系統(tǒng)的整體控制造成極大影響，其可擴展能力差，不能滿足現(xiàn)場采集信號點增加的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術中的不足之處而提供一種數(shù)字量輸入電路，針對上述背景技術中的缺點為工業(yè)現(xiàn)場設計的數(shù)字信號采集電路，其輸入端通過接線端子接現(xiàn)場各閥門的開關狀態(tài)輸入信號以及其它開關量狀態(tài)輸入信號，在輸入端采用光耦隔離技術，可以抵抗現(xiàn)場信號的干擾，通過地址撥碼開關的設置可進行電路的擴展，最多可擴展連接八個電路。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到一種數(shù)字量輸入電路，該數(shù)字量輸入電路由分壓整流電路、光耦隔離電路、阻容濾波網(wǎng)絡、三態(tài)門驅動芯片、總線I2C接口擴展芯片、反相器、TTL邏輯電路、地址撥碼開關及一組發(fā)光二極管，數(shù)字量輸入電路的元器件連接如下數(shù)字量輸入電路有八路輸入信號，每四路為一組，分別通過各自并聯(lián)的輸入信號負載電阻Ra和由電阻Rb、二極管CR、電阻Rc組成的分壓整流電路后，接入兩片光耦芯片TLP521-4的管腿1、3、5、7，兩片光耦芯片TLP521-4的管腿2、4、6、8接地及管腿的9、11、13、15接數(shù)字地；兩片光耦芯片TLP521-4的管腿10、12、14、16分別通過電阻Rd到電源Vcc和由Ca、Re、Cb組成的П形阻容濾波電路后接入三態(tài)門驅動芯片54HC125的控制端，其輸入端接數(shù)字地，輸出端分別接入數(shù)據(jù)總線I2C接口擴展芯片PCF8574P的管腿4、5、6、7、9、10、11、12和反相器74HC24AP的管腿2、4、6、8、11、13、15、17，擴展芯片PCF8574P的輸入端與反相器74HC240AP的輸入端4和8、5和6、6和4、7和2、9和17、10和15、11和13、12和11連接；反相器74HC240AP的管腿20接電源Vcc，；其管腿10接數(shù)字地，之間并聯(lián)電容C1，其管腿9、7、5、3、18、16、14、12通過各自的限流電阻Rg接發(fā)光二極管的正端，發(fā)光二極管的負端接數(shù)字地，其管腿1、19接與非門邏輯電路的U4a輸出端；擴展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分別接入下拉電阻Rf與撥碼開關SW8的14、15、16相連；其管腿14、15接數(shù)據(jù)總線，其16腿接撥碼開關SW的接腳1、2、3和與非門邏輯電路的U4a的輸入端和U4c的輸出端，其U4a的另一輸入端接U4b輸出端，其U4b和U4c的一輸入端接電源Vcc，其U4b的另一輸入端和U4c的另一輸入端通過電阻R1接數(shù)據(jù)總線，其U4c的另一輸入端通過電容C3接電源Vcc，擴展芯片PCF8574P的管腿8接數(shù)據(jù)地，其管腿8、16并聯(lián)電容C2。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點數(shù)字量輸入電路可以對交流、直流型電信號進行測量；通過光耦隔離，可以抵抗現(xiàn)場信號的干擾；主控制器的數(shù)據(jù)總線通過數(shù)字量輸入電路上的與門邏輯電路對發(fā)光二極管進行使能控制，從而可達到節(jié)能的作用。還可根據(jù)現(xiàn)場要求，設置電路地址，易于電路的擴展。該電路制成模塊，安裝方便快捷，安裝在7.5mm×35mm的DIN導軌上，連接到系統(tǒng)總線。輸入電壓超過額定電壓的150％也不會損壞電路。由于本實用新型采用的都是工業(yè)級元器件，可適應的溫度范圍為一40℃～70℃，能夠在較惡劣的環(huán)境下工作。


圖1.數(shù)字量輸入電路電原理圖。
具體實施方式
下面結合圖1數(shù)字量輸入電路電原理圖，對本實用新型作進一步說明。
數(shù)字量輸入電路由限流整流電路、光耦隔離電路、阻容濾波網(wǎng)絡、三態(tài)門驅動芯片、I2C總線接口擴展芯片、反相器、TTL邏輯電路、地址撥碼開關及一組發(fā)光二極管組成?？赏ㄟ^16芯插座的數(shù)據(jù)總線與主控制器相連。
數(shù)字量輸入電路由八路輸入信號，每四路為一組，分別通過各自并聯(lián)的輸入信號負載電阻Ra和由電阻Rb、二極管CR、電阻Rc組成的分壓整流電路后，接入兩片光耦芯片TLP521-4，通過阻容濾波電路后接入三態(tài)門驅動芯片54HC125的控制端，其輸入端接數(shù)字地，輸出端分別接入I2C總線接口擴展芯片PCF8574P和反相器74HC240AP的輸入端，I2C總線接口擴展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分別接入下拉電阻Rf與撥碼開關SW8的14、15、16相連；其管腿14(SCL串行時鐘端)、15(SDA串行數(shù)據(jù)端)接數(shù)據(jù)總線，其16腿(Vcc電源端)接撥碼開關SW的接腳1、2、3和與非門邏輯電路的U4a的輸入端和U4c的輸出端，其U4a的另一輸入端接U4b輸出端，其U4b和U4c的一輸入端接電源Vcc，其U4b的另一輸入端和U4c的另一輸入端通過電阻R1接數(shù)據(jù)總線，其U4c的另一輸入端通過電容C3接電源Vcc，擴展芯片PCF8574P的管腿8接數(shù)據(jù)地，其管腿8、16并聯(lián)電容C2。當輸入端輸入的信號為高電平時，該信號使光耦導通，后端即受控端電路導通，輸出低電平信號，信號通過阻容濾波電路控制三態(tài)門，使三態(tài)門導通，則三態(tài)門的輸出端由高電平轉為低電平，與I2C接口擴展芯片相連的輸入端電平也被拉低，I2C接口擴展芯片將八個輸入端口的信號進行收集轉換成串行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線將串行數(shù)據(jù)傳給主控制器。
I2C總線接口擴展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分別接入下拉電阻Rf與撥碼開關SW8的14、15、16相連，接入撥碼開關的作用就是控制擴展芯片的地址位，從而決定了這個電路在總線中的地址，從而實現(xiàn)電路的擴展；另外在此電路上還設計了一個與非門邏輯電路，由54HC132芯片加一個電容、電阻組成，一端同數(shù)據(jù)總線相連，另一端分別與反相器的1G、2G管腿相連，使控制器可以控制發(fā)光二極管的使能作用，當數(shù)據(jù)總線的P1-15、P1-16均為低時，發(fā)光二極管才能工作，從而可達到節(jié)能的效果。通過撥碼開關的地址選擇來決定總線中的地址實現(xiàn)電路的擴展，最多可擴展到八個電路。
數(shù)字量輸入電路在總線中的地址由三位撥碼開關來選擇地址。
該數(shù)字量輸入電路已制成模塊，本廠型號及名稱為E102數(shù)字量輸入電路，其采用B型盒(115mm×110mm)封裝，安裝在7.5mm×35mm的DIN導軌上，連接到系統(tǒng)I/OBUS總線上。
E102字量輸入電路提供了8路數(shù)字量輸入點，數(shù)字量輸入點可以向控制器提供AC或DC輸入。其電壓范圍在出廠時被設置。當使用DC輸入時應特別注意信號的極性。模塊使用接線端子與外圍電路連接，推薦使用22～12AWG的標準電線。
其輸入端通過接線端子接現(xiàn)場各閥門的開關狀態(tài)輸入信號以及其它開關量狀態(tài)輸入信號，數(shù)字輸入電路帶有光耦隔離，為了便于外部接線簡單化，四路輸入為一組，組與組之間相互隔離，組與組之間的隔離電壓為交流1500V，輸入的數(shù)字量與邏輯電路是通過光耦隔離的，輸入的信號可以是直流或者交流型數(shù)字輸入信號，每路輸入通過限流電阻調(diào)節(jié)輸入電壓范圍，這些電阻可以改變來適應非標準的輸入信號，滿足8路數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸入電壓24V(交流或直流)，該模塊將八個輸入端口的信號進行收集轉換成串行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線將串行數(shù)據(jù)傳給主控制器。主控制器對各種輸入量的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集、處理和存儲，實現(xiàn)相應的控制功能。該模塊與主控制通過I2C總線通訊，三位地址撥碼，可同時并聯(lián)8個電路。
E102上的發(fā)光二極管顯示每一路輸入端口的狀態(tài)。
現(xiàn)以ECHO水源井遠程終端控制器為例，對數(shù)字量輸入電路在本產(chǎn)品的控制過程及作用進行闡述。ECHO水源井遠程終端控制器是一種應用于油田自動化的遠程控制裝置。其主要目的是通過遠程終端控制來監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)并通過分析計算來控制遠端現(xiàn)場水源井的電機和閥門向油井內(nèi)注水，具有檢測、控制、報警、通訊等功能。它是由主控制器電路、模擬量輸入電路、E102數(shù)字量輸入電路、數(shù)字量輸出電路、24V電源電路、電臺電源電路、電臺、220V/24V變壓器、顯示屏及鍵盤、空氣開關和接線端子組成。
在現(xiàn)場應用中，泵狀態(tài)及閥門開關狀態(tài)信號直接輸入到E102數(shù)字量輸入電路，通過I2C總線以串行數(shù)據(jù)流方式傳送到主控制器，主控制器對各種輸入量的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集、處理和存儲，完成報警功能和操作控制。
現(xiàn)場應用表明，數(shù)字量輸入電路具有抗干擾能力強，可靠性高，兼容性好，應用靈活，操作方便等特點，且能夠適應惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。
權利要求1.一種數(shù)字量輸入電路，其特征在于該數(shù)字量輸入電路由分壓整流電路、光耦隔離電路、阻容濾波網(wǎng)絡、三態(tài)門驅動芯片、總線I2C接口擴展芯片、反相器、TTL邏輯電路、地址撥碼開關及一組發(fā)光二極管，數(shù)字量輸入電路的元器件連接如下數(shù)字量輸入電路有八路輸入信號，每四路為一組，分別通過各自并聯(lián)的輸入信號負載電阻Ra和由電阻Rb、二極管CR、電阻Rc組成的分壓整流電路后，接入兩片光耦芯片TLP521-4的管腿1、3、5、7，兩片光耦芯片TLP521-4的管腿2、4、6、8接地及管腿的9、11、13、15接數(shù)字地；兩片光耦芯片TLP521-4的管腿10、12、14、16分別通過電阻Rd到電源Vcc和由Ca、Re、Cb組成的П形阻容濾波電路后接入三態(tài)門驅動芯片54HC125的控制端，其輸入端接數(shù)字地，輸出端分別接入數(shù)據(jù)總線I2C接口擴展芯片PCF8574P的管腿4、5、6、7、9、10、11、12和反相器74HC24AP的管腿2、4、6、8、11、13、15、17，擴展芯片PCF8574P的輸入端與反相器74HC240AP的輸入端4和8、5和6、6和4、7和2、9和17、10和15、11和13、12和11連接；反相器74HC240AP的管腿20接電源Vcc，；其管腿10接數(shù)字地，之間并聯(lián)電容C1，其管腿9、7、5、3、18、16、14、12通過各自的限流電阻Rg接發(fā)光二極管的正端，發(fā)光二極管的負端接數(shù)字地，其管腿1、19接與非門邏輯電路的U4a輸出端；擴展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分別接入下拉電阻Rf與撥碼開關SW8的14、15、16相連；其管腿14、15接數(shù)據(jù)總線，其16腿接撥碼開關SW的接腳1、2、3和與非門邏輯電路的U4a的輸入端和U4c的輸出端，其U4a的另一輸入端接U4b輸出端，其U4b和U4c的一輸入端接電源Vcc，其U4b的另一輸入端和U4c的另一輸入端通過電阻R1接數(shù)據(jù)總線，其U4c的另一輸入端通過電容C3接電源Vcc，擴展芯片PCF8574P的管腿8接數(shù)據(jù)地，其管腿8、16并聯(lián)電容C2。
專利摘要本實用新型涉及一種數(shù)字量輸入電路，該電路由限流整流電路、光耦隔離電路、阻容濾波網(wǎng)絡、三態(tài)門驅動芯片、I
文檔編號H03K19/0175GK2572672SQ0225746
公開日2003年9月10日 申請日期2002年9月26日 優(yōu)先權日2002年9月26日
發(fā)明者俞凌, 莊貴林 申請人:北京安控科技發(fā)展有限公司