專利名稱：一種AS-i高精度模擬量輸出模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)自動化控制領域，具體涉及一種AS-1高精度模擬量輸出模塊。
背景技術：
在一些廠礦的大型儀器設備上、在一些企業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)線中、在工業(yè)控制領域、儀器儀表領域等，通常都需要進行大量數(shù)字量、模擬量等各種數(shù)據(jù)的采集、傳輸和交換，系統(tǒng)通過對這些數(shù)據(jù)的處理、分析、判斷來完成整個系統(tǒng)得運行和控制。那怎樣實現(xiàn)對模擬量信號的處理呢，底層模擬量信號處理模塊應運而生，它負責對各種底層現(xiàn)場的電壓，電流等模擬量信號進行采集，處理、傳輸和輸出等。在工業(yè)領域，負責信息處理的模擬量模塊種類很多，有電壓型，電流型的、有輸入輸出型的、也有基于各類總線傳輸?shù)牡雀鞣N類模塊，而且普遍精度不高。AS-1模擬量輸出模塊就是這樣一種基于新型現(xiàn)代化工業(yè)控制AS-1總線來傳輸信號的高精度模擬量輸出模塊。它是AS-1總線類模塊產(chǎn)品中的一種模擬量從站，在AS-1系統(tǒng)中主要實現(xiàn)將AS-1主機的模擬量信號進行編解碼，然后轉(zhuǎn)換成相應模擬電壓或電流進行輸出，并確保系統(tǒng)精度。相對于AS-1其他數(shù)字量模塊，其在編碼方式，模擬量傳輸方面都較為復雜，因此現(xiàn)有的AS-1模擬量輸出模塊技術還不成熟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是:提供一種基于AS-1總線的模擬量數(shù)據(jù)輸出，從而完成對自動化現(xiàn)場一些執(zhí)行和傳輸設備的控制和數(shù)據(jù)交換的AS-1高精度模擬量輸出模塊。本發(fā)明的技術方案是:一種AS-1高精度模擬量輸出模塊，包括:
AS-1信號濾波電路，對AS-1總線傳遞來的信號進行濾波處理，去除AS-1總線上的噪音和諧波干擾；
AS-1信號編解碼電路，接收AS-1總線數(shù)上的正弦波電壓信號，分析數(shù)據(jù)包，將AS-1總線發(fā)送的數(shù)值信號分離并傳遞給后級控制電路，同時向AS-1總線發(fā)送從站需求信號，進行回碼確認；
主控電路模塊，將AS-1解碼電路傳遞過來的數(shù)據(jù)信號進行組合，分析處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實際所要輸出的數(shù)據(jù)，通過信號隔離電路傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
信號隔離電路，實現(xiàn)主控電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號隔離，以及對AS-1數(shù)字和模擬信號地進行隔離；
D/A轉(zhuǎn)換電路，對數(shù)字信號到模擬信號進行轉(zhuǎn)換；
電源模塊，提供穩(wěn)定的電源。進一步的，所述電源模塊包括4_20mA輸出電路、電源濾波和保護電路以及傳感器電源切換電路。進一步的，所述AS-1信號濾波電路包括模扼制電感線圈、電阻、穩(wěn)壓管、電容和瞬態(tài)抑制二極管，通過共模扼制電感線圈濾除總線上的高頻電流干擾，然后再通過電阻、穩(wěn)壓管、電容進行低頻信號濾波，去除總線上的低頻電流干擾。
進一步的，所述AS-1信號編解碼電路包括ASI4U芯片及其附屬電路。進一步的，所述主控電路模塊包括單片機控制芯片和濾波器件。進一步的，所述信號隔離電路為兩種，一種是采用高速光藕以及電阻、電容構成的隔離電路；另一種是采用高性能、紋波小、保護齊全的開關電源模塊構成的隔離電路。進一步的，所述D/A轉(zhuǎn)換電路為16位DA轉(zhuǎn)換芯片。進一步的，所述電源濾波和保護電路是TVS管、共模濾波電感、反向保護二極管、差模濾波電感、電容和三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路組成的限流保護電路。該模擬量從站主要實現(xiàn)將總線傳遞來的數(shù)值信號，轉(zhuǎn)換處理后，然后將數(shù)值信號通過一定的接口電路轉(zhuǎn)換成模擬4-20mA電流輸出信號。同時，模塊可以給下級傳感器提供一定負載能力的電源支持，并且可以實現(xiàn)AS-1系統(tǒng)電源和外部輔助24V電源之間自由切換，該電源電路具備短路和限流等保護功能。本發(fā)明的優(yōu)點是:
本使用新型把AS-1電纜上的信號轉(zhuǎn)換成傳感器和執(zhí)行器等設備所能夠識別的電壓信號，以及把傳感器和執(zhí)行器的信號轉(zhuǎn)成AS-1主站可識別的信號，并反饋到AS-1電纜上，使傳感器和執(zhí)行器等設備得以通過AS-1總線與主站通信，實現(xiàn)自動化控制。另外，該模塊輸出電流分辨率高，系統(tǒng)反應速度快，應用環(huán)境溫度較寬，抗干擾性能較強，而且其防護等級達到IP67的標準。


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
圖1為本發(fā)明的AS-1高精度模擬量輸出模塊電路原理框圖。圖2為AS-1信號濾波電路。圖3為AS_i /[目號編解碼電路。圖4為模塊主控電路。圖5為信號電源隔離、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換、4_20mA輸出電路原理框圖。圖6電源濾波和保護電路。圖7傳感器電源切換電路。
具體實施例方式實施例:如圖1所示的AS-1高精度模擬量輸出模塊由結構件和電路部分組成，電氣部分安裝在結構件內(nèi)部。電氣部分包括以下幾部分電路:AS-1信號濾波電路、AS-1信號編解碼電路、模塊主控電路、信號電源隔離電路、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路、4-20mA輸出電路、電源濾波和保護電路、傳感器電源切換電路等。該模擬量從站主要實現(xiàn)將總線傳遞來的數(shù)值信號，轉(zhuǎn)換處理后，然后將數(shù)值信號通過一定的接口電路轉(zhuǎn)換成模擬4-20mA電流輸出信號。同時，模塊可以給下級傳感器提供一定負載能力的電源支持，并且可以實現(xiàn)AS-1系統(tǒng)電源和外部輔助24V電源之間自由切換，該電源電路具備短路和限流等保護功能。AS-1信號濾波后，信號直接進入AS-1信號編解碼電路。AS-1信號編解碼電路采用解碼專用芯片ASI4U，由其控制全部信號處理，將數(shù)據(jù)分時傳送給主控電路。主控電路單片機控制時序接收數(shù)據(jù)，然后通過信號隔離電路將數(shù)據(jù)發(fā)送給D A轉(zhuǎn)換器。是DA轉(zhuǎn)換器將隔離電路傳遞來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出給4-20mA電路轉(zhuǎn)換成電流。如圖2所示的AS-1信號濾波電路主要由共模扼制電感線圈、電阻、穩(wěn)壓管、電容等濾波器件和瞬態(tài)抑制二極管組成，通過共模扼制電感線圈濾除總線上的高頻電流干擾，然后再通過電阻穩(wěn)壓管電容等組成低頻信號濾波，去除總線上的低頻電流干擾。瞬態(tài)抑制二極管主要完成對總線上的突發(fā)瞬態(tài)脈沖的抑制，濾波后的信號直接傳輸給解碼電路，完成
信號處理。如圖3所示的AS-1信號編解碼電路主要由AS-1專用芯片ASI4U及其附屬電路組成，該芯片首先實現(xiàn)對AS-1數(shù)據(jù)楨信號的接收確認和對波形故障的判斷處理，而后對接收的數(shù)據(jù)地址和本模塊地址進行比較，確認是和本地址通信后，然后對主機進行回碼確認，表示該數(shù)據(jù)接收正確。ASI4U芯片將接收來的數(shù)據(jù)直接分配到相應的數(shù)據(jù)線輸出，傳遞給主控電路。如圖4所示的模塊主控是由單片機控制芯片和濾波器件組成，該電路結合其內(nèi)部軟件控制著整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)組合和數(shù)據(jù)輸出的時序。接收編解碼電路的傳輸信號，軟件根據(jù)一定的數(shù)學算法來完成數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換，同時，將數(shù)據(jù)通過軟件模擬方式與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的通信。如圖5所示的信號電源隔離電路主要包括兩部分，一部分是實現(xiàn)數(shù)字信號的隔離，主要由高速光藕HCPL0631和電阻電容等分立器件組成；另一部分是實現(xiàn)數(shù)字和模擬部分的電源隔離，主要是通過高性能、紋波小、各種保護齊全開關電源模塊構成。通過這個隔離電路主要是防止數(shù)字部分和電源部分對模擬電路帶來的諧波干繞，使電路更加可靠、穩(wěn)定的運行。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路主要由高精度，高分辨率，轉(zhuǎn)換速度快的16位DA轉(zhuǎn)換芯片構成，主要實現(xiàn)將單片機傳遞來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換相應模擬量電壓信號，然后作為4-20mA電路的輸入，通過其轉(zhuǎn)換成相應得電流輸出。4_20mA輸出電路主要由失調(diào)小、低飄逸、高精度運算放大器和精密電阻構成，同時通過溫度漂移小的場效應管來完成4-20mA的驅(qū)動輸出，該電路精度等級高，工作溫度寬，可以達到零下25攝氏度到零上85攝氏度，在其溫度范圍內(nèi)都可以達到0.5級的精度。如圖6所示的電源濾波和保護電路、如圖7所示的傳感器電源切換電路等兩部分電路分別由TVS管，共模濾波電感，反向保護二極管，差模濾波電感，電容和LM317組成的限流保護電路，及電源自動切換二極管等器件組成。電源濾波和保護電路實現(xiàn)對電源線和電源自身所帶來的干擾進行抑制，以保證后級工作電路的正常，同時實現(xiàn)過流，短路等保護；傳感器電源切換電路主要實現(xiàn)外部輔助24V電源和AS-1供電電源的自動切換，提供更加靈活的供電方式。當外部接入輔助電源時，傳感器供電采用輔助24V，當輔助24V電源撤銷時，AS-1電源將為傳感器提供供電支持。以上實施例僅為本發(fā)明其中的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種AS-1高精度模擬量輸出模塊，包括: AS-1信號濾波電路，對AS-1總線傳遞來的信號進行濾波處理，去除AS-1總線上的噪音和諧波干擾； AS-1信號編解碼電路，接收AS-1總線數(shù)上的正弦波電壓信號，分析數(shù)據(jù)包，將AS-1總線發(fā)送的數(shù)值信號分離并傳遞給后級控制電路，同時向AS-1總線發(fā)送從站需求信號，進行回碼確認； 主控電路模塊，將AS-1解碼電路傳遞過來的數(shù)據(jù)信號進行組合，分析處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實際所要輸出的數(shù)據(jù)，通過信號隔離電路傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器； 信號隔離電路，實現(xiàn)主控電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號隔離，以及對AS-1數(shù)字和模擬信號地進行隔離； D/A轉(zhuǎn)換電路，對數(shù)字信號到模擬信號進行轉(zhuǎn)換； 電源模塊，提供穩(wěn)定的電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的AS-1高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述電源模塊包括4-20mA輸出電路、電源濾波和保護電路以及傳感器電源切換電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的AS-1高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述AS-1信號濾波電路包括模扼制電感線圈、電阻、穩(wěn)壓管、電容和瞬態(tài)抑制二極管，通過共模扼制電感線圈濾除總線上的高頻電流干擾，然后再通過電阻、穩(wěn)壓管、電容進行低頻信號濾波，去除總線上的低頻電流干擾。
4.根據(jù)權利要求2所述的AS-1高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述AS-1信號編解碼電路包括ASI4U芯片及其附屬電路。
5.根據(jù)權利要求2所述的AS-1高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述主控電路模塊包括單片機控制芯片和濾波器件。
6.根據(jù)權利要求2所述的AS-1高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述信號隔離電路為兩種，一種是采用高速光藕以及電阻、電容構成的隔離電路；另一種是采用高性能、紋波小、保護齊全的開關電源模塊構成的隔離電路。
7.根據(jù)權利要求2所述的AS-1高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述D/A轉(zhuǎn)換電路為16位DA轉(zhuǎn)換芯片。
8.根據(jù)權利要求2所述的AS-1高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述電源濾波和保護電路是TVS管、共模濾波電感、反向保護二極管、差模濾波電感、電容和三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路組成的限流保護電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AS-i高精度模擬量輸出模塊，由結構件和電路部分組成，電氣部分安裝在結構件內(nèi)部。電氣部分包括以下幾部分電路AS-i信號濾波電路、AS-i信號編解碼電路、模塊主控電路、信號電源隔離電路、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路、4-20mA輸出電路、電源濾波和保護電路、傳感器電源切換電路等。該模擬量從站主要實現(xiàn)將總線傳遞來的數(shù)值信號，轉(zhuǎn)換處理后，然后將數(shù)值信號通過一定的接口電路轉(zhuǎn)換成模擬4-20mA電流輸出信號。同時，模塊可以給下級傳感器提供一定負載能力的電源支持，并且可以實現(xiàn)AS-i系統(tǒng)電源和外部輔助24V電源之間自由切換，該電源電路具備短路和限流等保護功能。
文檔編號G05B19/042GK103105798SQ20111035038
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權日2011年11月9日
發(fā)明者陳柏志 申請人:伊瑪精密電子(蘇州)有限公司