本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于工業(yè)通信的電平轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的不斷提高，PLC、機(jī)器人等在工業(yè)領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用；但目前工業(yè)領(lǐng)域大量使用的PLC、機(jī)器人許多來(lái)自國(guó)外的廠商，而國(guó)外廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品又遵循著不同的標(biāo)準(zhǔn)；比如PLC分為歐標(biāo)和美標(biāo)，有的設(shè)備輸出低電平有效，有的設(shè)備輸出高電平有效，給不同的設(shè)備通訊帶來(lái)了麻煩。

在工業(yè)通信過(guò)程中往往需要使用電平轉(zhuǎn)換裝置，針對(duì)于不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，進(jìn)行IO口的電平轉(zhuǎn)換，進(jìn)而保證設(shè)備之間的通訊正常和工作正常，但目前而言，一般電氣工程師的做法是用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)端口電平的翻轉(zhuǎn)；一組總線通訊就會(huì)使用大量繼電器設(shè)備，給不富裕的機(jī)柜空間造成了浪費(fèi)；并且繼電器成本高昂，使用分散的繼電器容易造成布線困難，增加設(shè)備故障率；再者，繼電器的線圈也存在發(fā)熱現(xiàn)象，既增加了整體功耗，也使得線圈易老化，降低了使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于工業(yè)通信的電平轉(zhuǎn)換裝置，在易于安裝、體積小、功耗成本低同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)多路互不干擾，并提高電平轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的： 一種應(yīng)用于工業(yè)通信的電平轉(zhuǎn)換裝置，包括電源模塊和電平翻轉(zhuǎn)模塊；所述電源模塊包括電源輸入電路和升壓電路，電源輸入電路外接工業(yè)電源，其輸出端分別與升壓電路和電平翻轉(zhuǎn)模塊連接；所述升壓電路還與電平翻轉(zhuǎn)模塊連接；

所述多路翻轉(zhuǎn)模塊包括電平輸入接線端子、電平輸出接線端子和多路電平翻轉(zhuǎn)電路；多路電平翻轉(zhuǎn)電路通過(guò)電平輸入端子接收電平信號(hào)，將電平信號(hào)翻轉(zhuǎn)后通過(guò)電平輸出接線端子進(jìn)行輸出。

進(jìn)一步地，所述的電源輸入電路包括電源輸入接口、電源開(kāi)關(guān)、供電端和指示燈電路；所述電源輸入接口外接24V的工業(yè)電源，電源輸入接口的輸出端與電源開(kāi)關(guān)連接，電源開(kāi)關(guān)的輸出端分別連接供電端和指示燈電路連接；供電端的輸出分別與升壓電路和電平翻轉(zhuǎn)模塊連接，為升壓電路和電平翻轉(zhuǎn)電路提供24V的VCC電源；所述指示燈電路包括發(fā)光二極管。

進(jìn)一步地，所述的升壓電路為24V轉(zhuǎn)29V的電壓轉(zhuǎn)換電路，為電平翻轉(zhuǎn)模塊提供29V的VCC電源，該升壓電路包括電壓轉(zhuǎn)換芯片MC33063A。

進(jìn)一步地，所述的電平輸入接線端子包括多個(gè)電平輸入口，所述的電平輸出接線端子包括多個(gè)電平輸出口；電平輸入口與電平輸出口的數(shù)目相同且一一對(duì)應(yīng)，每對(duì)電平輸入口與電平輸出口之間均設(shè)置有一路電平翻轉(zhuǎn)電路。

其中，每一路所述的電平翻轉(zhuǎn)電路均包括串并分壓電路和翻轉(zhuǎn)輸出電路；所述電平輸入口依次通過(guò)串并分壓電路和翻轉(zhuǎn)輸出電路與對(duì)應(yīng)的電平輸出口連接；

所述串并分壓電路包括電阻R4、電阻R7、電阻R8、電阻R10和電容C3；所述電阻R4的第一端連接24V的VCC電源，電阻R4的第二端依次通過(guò)電阻R7、電阻R8和電阻R10接地；電平輸入口與電阻R7和電阻R8的公共端連接；所述電阻R4和電阻R7的公共端以及電阻R8和電阻R10的公共端均連接到電容C3的第一端；電容C3的第二端接地；所述電容C3的第一端還與轉(zhuǎn)換輸出電路連接；

所述翻轉(zhuǎn)輸出電路包括第一運(yùn)放U2A和第二運(yùn)放U2B；第一運(yùn)放U2A同相端連接8V的電源，第一運(yùn)放U2A的反相端連接所述電容C3的第一端，第一運(yùn)放U2A的輸出端通過(guò)電阻R5連接到第一MOS管U1A的柵極；第二運(yùn)放U2B的同相端連接所述電容C3的第一端，第二運(yùn)放的反向端連接16V的電源，第二運(yùn)放U2B的輸出端通過(guò)電阻R9連接到第二MOS管U1B的柵極；

所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源連接，第一MOS管U1A的源極與第二MOS管U1B的漏極連接，所述第二MOS管U1B的源極接地，且第一MOS管U1A源極與第二MOS管U1B的漏極的公共端連接到電平輸出口。

所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括發(fā)光二極管D2和發(fā)光二極管D4，第一運(yùn)放U2A與電阻R5的公共端通過(guò)電阻R6連接到發(fā)光二極管D2的正極，發(fā)光二極管D2的負(fù)極接地；第二運(yùn)放U2B與電阻R9的公共端通過(guò)電阻R11連接到發(fā)光二極管D4的正極，發(fā)光二極管D4的負(fù)極接地；所述電阻R9與第二MOS管U1B的公共端通過(guò)電阻R12接地。

所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源之間還設(shè)置有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1。

所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D3；第一MOS管U1A源極與續(xù)流二極管D1的正極連接，第一MOS管U1A漏極與續(xù)流二極管D1的負(fù)極連接；第二MOS管UIB的源極與續(xù)流二極管D3的正極連接，第二MOS管UIB的漏極與續(xù)流二極管D3的負(fù)極連接。

所述第一運(yùn)放U2A和第二運(yùn)放U2B均由升壓電路提供的29V的VCC電源供電。

所述電平翻轉(zhuǎn)電路還包括電位供給模塊，該電位供給模塊包括阻值相同的電阻R1、電阻R2和電阻R3，電阻R1的一端與24V的VCC電源連接，另一端依次通過(guò)電阻R2和電阻R3接地，，電阻R1、R2的公共端作為16V的輸出端，與第二運(yùn)放U2B的反相端連接；電阻R2和R3的公共端作為8V的輸出端，與第一運(yùn)放U2A的同相端連接。

本發(fā)明的有益效果是：（1）能夠代替繼電器實(shí)現(xiàn)工業(yè)通信IO端口的電平轉(zhuǎn)換，體積小、功耗成本低，易于安裝。

（2）本申請(qǐng)包括多路電平翻轉(zhuǎn)電路，每一路電平翻轉(zhuǎn)電路都有對(duì)應(yīng)的電平輸入口和電平輸出口，多路電平翻轉(zhuǎn)電路之間能夠同時(shí)工作互不影響，特別適合應(yīng)用于工業(yè)通信過(guò)程具有多個(gè)IO端口需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的場(chǎng)景。

（3）設(shè)置有指示燈電路，能夠顯示電源的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

（4）電平翻轉(zhuǎn)電路既能實(shí)現(xiàn)對(duì)高低電平的翻轉(zhuǎn)，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)高阻態(tài)的轉(zhuǎn)換輸出。

（5）電平翻轉(zhuǎn)電路中，第一運(yùn)放U2A與電阻R5的公共端通過(guò)電阻R6連接到發(fā)光二極管D2的正極，發(fā)光二極管D2的負(fù)極接地；第二運(yùn)放U2B與電阻R9的公共端通過(guò)電阻R11連接到發(fā)光二極管D4的正極，發(fā)光二極管D4的負(fù)極接地；所述電阻R9與第二MOS管U1B的公共端通過(guò)電阻R12接地，通過(guò)發(fā)光二極管D2、D4指示能夠確定各個(gè)電平翻轉(zhuǎn)電路的工作狀態(tài)。

（6）電平翻轉(zhuǎn)電路中，第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源之間還設(shè)置有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1，能夠避免出現(xiàn)負(fù)載過(guò)流，電源倒灌等情況。

（7）電平翻轉(zhuǎn)電路中，第一MOS管U1A源極與續(xù)流二極管D1的正極連接，第一MOS管U1A漏極與續(xù)流二極管D1的負(fù)極連接；第二MOS管UIB的源極與續(xù)流二極管D3的正極連接，第二MOS管UIB的漏極與續(xù)流二極管D3的負(fù)極連接；針對(duì)后級(jí)接入感性負(fù)載的情況，在突然斷電的時(shí)候能產(chǎn)生一個(gè)泄放回路，對(duì)電平翻轉(zhuǎn)電路具有保護(hù)作用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的原理框圖；

圖2為電源輸入電路的原理框圖；

圖3為電平翻轉(zhuǎn)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種應(yīng)用于工業(yè)通信的電平轉(zhuǎn)換裝置，包括電源模塊和電平翻轉(zhuǎn)模塊；所述電源模塊包括電源輸入電路和升壓電路，電源輸入電路外接工業(yè)電源，其輸出端分別與升壓電路和電平翻轉(zhuǎn)模塊連接；所述升壓電路還與電平翻轉(zhuǎn)模塊連接；

所述多路翻轉(zhuǎn)模塊包括電平輸入接線端子、電平輸出接線端子和多路電平翻轉(zhuǎn)電路；多路電平翻轉(zhuǎn)電路通過(guò)電平輸入端子接收電平信號(hào)，將電平信號(hào)翻轉(zhuǎn)后通過(guò)電平輸出接線端子進(jìn)行輸出。

如圖2所示，所述的電源輸入電路包括電源輸入接口、電源開(kāi)關(guān)、供電端和指示燈電路；所述電源輸入接口外接24V的工業(yè)電源，電源輸入接口的輸出端與電源開(kāi)關(guān)連接，電源開(kāi)關(guān)的輸出端分別連接供電端和指示燈電路連接；供電端的輸出分別與升壓電路和電平翻轉(zhuǎn)模塊連接，為升壓電路和電平翻轉(zhuǎn)電路提供24V的VCC電源；所述指示燈電路包括發(fā)光二極管。

所述的升壓電路為24V轉(zhuǎn)29V的電壓轉(zhuǎn)換電路，為電平翻轉(zhuǎn)模塊提供29V的VCC電源，該升壓電路包括電壓轉(zhuǎn)換芯片MC33063A。

所述的電平輸入接線端子包括多個(gè)電平輸入口，所述的電平輸出接線端子包括多個(gè)電平輸出口；電平輸入口與電平輸出口的數(shù)目相同且一一對(duì)應(yīng)，每對(duì)電平輸入口與電平輸出口之間均設(shè)置有一路電平翻轉(zhuǎn)電路（即電平翻轉(zhuǎn)電路的路數(shù)也與電平輸入口/電平輸出口的數(shù)目相同，具體數(shù)量可以根據(jù)情況設(shè)置，如4路、8路、16路、32路等）。

如圖3所示，每一路所述的電平翻轉(zhuǎn)電路均包括串并分壓電路和翻轉(zhuǎn)輸出電路；所述電平輸入口依次通過(guò)串并分壓電路和翻轉(zhuǎn)輸出電路與對(duì)應(yīng)的電平輸出口連接；

所述串并分壓電路包括電阻R4、電阻R7、電阻R8、電阻R10和電容C3；所述電阻R4的第一端連接24V的VCC電源，電阻R4的第二端依次通過(guò)電阻R7、電阻R8和電阻R10接地；電平輸入口與電阻R7和電阻R8的公共端連接；所述電阻R4和電阻R7的公共端以及電阻R8和電阻R10的公共端均連接到電容C3的第一端；電容C3的第二端接地；所述電容C3的第一端還與轉(zhuǎn)換輸出電路連接；

在本申請(qǐng)的實(shí)施例中，電阻R4為200K，電阻R7為100K，電阻R8為100K，電阻R10為200K（電阻R4、R7、R8、R10的阻值比為2:1:1:2），電容C3采用104電容（0.1uF）；根據(jù)電阻R4、R7、R8、R10的串并結(jié)構(gòu)結(jié)合分壓公式可知，當(dāng)輸入為24V高電平時(shí)，電容C3兩端的電壓為24*R10/ (1/(1/R4+1/R7+1/R8)+R10)=20V，當(dāng)輸入為0V的低電平時(shí)，電容C3兩端的電壓為24*1/(1/R10+1/R7+1/R8)/ (1/(1/R10+1/R7+1/R8)+R4)=4V；當(dāng)輸入為高阻態(tài)（浮空）時(shí)，C3兩端的電壓=24*R10/(R4+R10)=12V。

所述翻轉(zhuǎn)輸出電路包括第一運(yùn)放U2A和第二運(yùn)放U2B；第一運(yùn)放U2A同相端連接8V的電源，第一運(yùn)放U2A的反相端連接所述電容C3的第一端，第一運(yùn)放U2A的輸出端通過(guò)電阻R5連接到第一MOS管U1A的柵極；第二運(yùn)放U2B的同相端連接所述電容C3的第一端，第二運(yùn)放的反向端連接16V的電源，第二運(yùn)放U2B的輸出端通過(guò)電阻R9連接到第二MOS管U1B的柵極；

所述第一運(yùn)放U2A和第二運(yùn)放U2B均由升壓電路提供的29V的VCC電源供電，在本申請(qǐng)的實(shí)施例中，第一運(yùn)放U2A和第二運(yùn)放U2B采用LM358來(lái)實(shí)現(xiàn)；LM358的1腳為第一運(yùn)放U2A的輸出端，2腳為第一運(yùn)放U2A的反相端，3腳為第一運(yùn)放U2A的同相端；5腳為第二運(yùn)放U2B的同相端，6腳為第二運(yùn)放U2B的反相端，7腳為第二運(yùn)放U2B的輸出端；8腳接29V的VCC電源，4腳接地；在LM358芯片8腳與29V的VCC電源之間還設(shè)置有接地電容C1（電容104, 0.1uF）。

所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源連接，第一MOS管U1A的源極與第二MOS管U1B的漏極連接，所述第二MOS管U1B的源極接地，且第一MOS管U1A源極與第二MOS管U1B的漏極的公共端連接到電平輸出口。所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括發(fā)光二極管D2和發(fā)光二極管D4，第一運(yùn)放U2A與電阻R5的公共端通過(guò)電阻R6連接到發(fā)光二極管D2的正極，發(fā)光二極管D2的負(fù)極接地；第二運(yùn)放U2B與電阻R9的公共端通過(guò)電阻R11連接到發(fā)光二極管D4的正極，發(fā)光二極管D4的負(fù)極接地；所述電阻R9與第二MOS管U1B的公共端通過(guò)電阻R12接地。在本申請(qǐng)的實(shí)施例中電阻R5、R6、R11、R12均為10K，電阻R9為20K；第二MOS管U1B和第一MOS管U1A可用包含兩個(gè)MOS管的AO4828實(shí)現(xiàn)。

其中，第一運(yùn)放U2A和第二運(yùn)放U2B作為電壓比較器使用，電壓比較器的特點(diǎn)是當(dāng)同相（+）端的電壓大于反相（-）端的電壓的時(shí)候，輸出端輸出高電平（電源正電壓）。當(dāng)同相（+）端的電壓小于反相（-）端的電壓的時(shí)候，輸出端輸出低電平（電源負(fù)電壓）；在串并分壓電路中已經(jīng)將輸入的高電平、低電平、高阻態(tài)分別對(duì)應(yīng)到C3兩端的電壓20V、4V、12V上；因此當(dāng)輸入>16V（即輸入為高電平，C3兩端電壓為20V），U2B的7腳輸出高電平（此處為29V），發(fā)光二極管D4被點(diǎn)亮，U2A的1腳輸出低電平(此處為0V)，MOS管U1B導(dǎo)通，U1A截止，此時(shí)輸出端承受灌電流（輸出低電平有效信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了高電平到低電平的翻轉(zhuǎn)）。當(dāng)輸入<8V（即輸入為低電平，C3兩端電壓為4V）， U2B的7腳輸出低電平（此處為0V），U2A的1腳輸出高電平(此處為29V)，發(fā)光二極管D2被點(diǎn)亮，MOS管U1A導(dǎo)通，U1B截止，此時(shí)輸出端承受拉電流（輸出高電平有效信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了低電平到高電平的翻轉(zhuǎn)）。當(dāng)輸入信號(hào)>8V并且<16V時(shí)（即輸入高阻態(tài)，C3兩端電壓為12V），U2A輸出低電平，U2B輸出低電平，MOS管U1A截止，U1B截止，此時(shí)輸出端為高阻態(tài)（懸空，無(wú)電流，實(shí)現(xiàn)了高組態(tài)的轉(zhuǎn)換輸出）。

所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源之間還設(shè)置有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1（24V，1.1A），避免出現(xiàn)負(fù)載過(guò)流，電源倒灌等情況。

所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D3；第一MOS管U1A源極與續(xù)流二極管D1的正極連接，第一MOS管U1A漏極與續(xù)流二極管D1的負(fù)極連接；第二MOS管UIB的源極與續(xù)流二極管D3的正極連接，第二MOS管UIB的漏極與續(xù)流二極管D3的負(fù)極連接；續(xù)流二極管D1、D3針對(duì)后級(jí)接入感性負(fù)載的情況，比如繼電器、電磁閥等，在突然斷電的時(shí)候能有一個(gè)泄放回路。

所述電平翻轉(zhuǎn)電路還包括電位供給模塊，該電位供給模塊包括阻值相同的電阻R1、電阻R2和電阻R3，電阻R1的一端與24V的VCC電源連接，另一端依次通過(guò)電阻R2和電阻R3接地，電阻R1、R2的公共端作為16V的輸出端，與第二運(yùn)放U2B的反相端連接（LM358的6腳）；電阻R2和R3的公共端作為8V的輸出端，與第一運(yùn)放U2A的同相端（LM358的3腳）連接?；陔娢还┙o模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)16V和8V電位的供給，不必再針對(duì)8V和16V電位提供電源，簡(jiǎn)化了電源結(jié)構(gòu)和復(fù)雜度；而升壓電路能夠?qū)崿F(xiàn)24V到29V的電源轉(zhuǎn)換，為電平翻轉(zhuǎn)模塊提供29V的VCC電源，不必單獨(dú)提供29V的電源；從而使得整個(gè)電平轉(zhuǎn)換裝置可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)24V電源，電平轉(zhuǎn)換更加方便簡(jiǎn)單。