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：
本實用新型屬于工業自動化控制領域，具體涉及一種AS-i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、在一些企業的現代化生產線中、在工業控制領域、儀器儀表領域等，通常都需要進行大量數字量、模擬量等各種 數據的采集、傳輸和交換，系統通過對這些數據的處理、分析、判斷來完成整個系統得運行和控制。那怎樣實現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的等各種類模塊，而且普遍精度不高。AS-i模擬量輸出模塊就是這樣一種基于新型現代化工業控制AS-i總線來傳輸信號的高精度模擬量輸出模塊。它是AS-i總線類模塊產品中的一種模擬量從站，在AS-i系統中主要實現將AS-i主機的模擬量信號進行編解碼，然后轉換成相應模擬電壓或電流進行輸出，并確保系統精度。相對于AS-i其他數字量模塊，其在編碼方式，模擬量傳輸方面都較為復雜，因此現有的AS-i模擬量輸出模塊技術還不成熟。
發明內容本實用新型目的是提供一種基于AS-i總線的模擬量數據輸出，從而完成對自動化現場一些執行和傳輸設備的控制和數據交換的AS-i高精度模擬量輸出模塊。本實用新型的技術方案是一種AS-i高精度模擬量輸出模塊，包括AS-i信號濾波電路，對AS-i總線傳遞來的信號進行濾波處理，去除AS-i總線上的噪音和諧波干擾；AS-i信號編解碼電路，接收AS-i總線數上的正弦波電壓信號，分析數據包，將AS-i總線發送的數值信號分離并傳遞給后級控制電路，同時向AS-i總線發送從站需求信號，進行回碼確認；主控電路模塊，將AS-i解碼電路傳遞過來的數據信號進行組合，分析處理，將數據轉換成實際所要輸出的數據，通過信號隔離電路傳遞給數模轉換器；信號隔離電路，實現主控電路和數模轉換電路的數字信號隔離，以及對AS-i數字和模擬信號進行隔離；D/A轉換電路，將數字信號轉換為模擬信號；電源模塊，提供穩定的電源。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-i信號濾波電路包括模扼制電感線圈、電阻、穩壓管、電容和瞬態抑制二極管，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-i信號編解碼電路包括ASI4U芯片。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，一種是采用高速光耦以及電阻、電容構成的隔離電路；另一種是采用開關電源模塊構成的隔離電路。進一步的，所述D/A轉換電路為16位DA轉換芯片。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、電容和三端可調正穩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將總線傳遞來的數值信號，轉換處理后，然后將數值信號通過一定的接口電路轉換成模擬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AS-i系統電源和外部輔助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。本實用新型的優點是本使用新型把AS-i電纜上的信號轉換成傳感器和執行器等設備所能夠識別的電壓信號，以及把傳感器和執行器的信號轉成AS-i主站可識別的信號，并反饋到AS-i電纜上，使傳感器和執行器等設備得以通過AS-i總線與主站通信，實現自動化控制。另外，該模塊輸出電流分辨率高，系統反應速度快，應用環境溫度較寬，抗干擾性能較強，而且其防護等級達到IP67的標準。
以下結合附圖
及實施例對本實用新型作進一步描述圖I為本實用新型的AS-i高精度模擬量輸出模塊電路原理框圖。圖2為AS-i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、數字模擬轉換、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。
具體實施方式
實施例如圖I所示的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、數字模擬轉換電路、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將總線傳遞來的數值信號，轉換處理后，然后將數值信號通過一定的接口電路轉換成模擬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AS-i系統電源和外部輔助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-i信號濾波后，信號直接進入AS-i信號編解碼電路。AS-i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，將數據分時傳送給主控電路。主控電路單片機控制時序接收數據，然后通過信號隔離電路將數據發送給D A轉換器。是DA轉換器將隔離電路傳遞來的數字量轉換成電壓信號輸出給4-20mA電路轉換成電流。如圖2所示的AS-i信號濾波電路主要由共模扼制電感線圈、電阻、穩壓管、電容等濾波器件和瞬態抑制二極管組成，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。瞬態抑制二極管主要完成對總線上的突發瞬態脈沖的抑制，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-i信號編解碼電路主要由AS-i專用芯片ASI4U及其附屬電路組成，該芯片首先實現對AS-i數據楨信號的接收確認和對波形故障的判斷處理，而后對接收的數據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，表示該數據接收正確。ASI4U芯片將接收來的數據直接分配到相應的數據線輸出，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，該電路結合其內部軟件控制著整個系統數據組合和數據輸出的時序。接收編解碼電路的傳輸信號，軟件根據一定的數學算法來完成數據的處理和轉換，同時，將數據通過軟件模擬方式與數模轉換芯片的通信。如圖5所示的信號電源隔離電路主要包括兩部分，一部分是實現數字信號的隔離，主要由高速光耦HCPL0631和電阻電容等分立器件組成；另一部分是實現數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、穩定的運行。數字模擬轉換電路主要由高精度，高分辨率，轉換速度快的16位DA轉換芯片構成，主要實現將單片機傳遞來的數字量轉換相應模擬量電壓信號，然后作為4-20mA電路的輸入，通過其轉換成相應得電流輸出。輸出電路主要由失調小、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的驅動輸出，該電路精度等級高，工作溫度寬，可以達至IJ零下25攝氏度到零上85攝氏度，在其溫度范圍內都可以達到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，同時實現過流，短路等保護；傳感器電源切換電路主要實現外部輔助24V電源和AS-i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-I電源將為傳感器提供供電支持。
權利要求1.一種AS-i高精度模擬量輸出模塊，包括 AS-i信號濾波電路，對AS-i總線傳遞來的信號進行濾波處理，去除AS-i總線上的噪音和諧波干擾； AS-i信號編解碼電路，接收AS-i總線數上的正弦波電壓信號，分析數據包，將AS-i總線發送的數值信號分離并傳遞給后級控制電路，同時向AS-i總線發送從站需求信號，進行回碼確認； 主控電路模塊，將AS-i解碼電路傳遞過來的數據信號進行組合，分析處理，將數據轉換成實際所要輸出的數據，通過信號隔離電路傳遞給數模轉換器； 信號隔離電路，實現主控電路和數模轉換電路的數字信號隔離，以及對AS-i數字和模擬信號進行隔離； D/A轉換電路，將數字信號轉換為模擬信號； 電源模塊，提供穩定的電源。
2.根據權利要求I所述的AS-i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.根據權利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述AS-i信號濾波電路包括模扼制電感線圈、電阻、穩壓管、電容和瞬態抑制二極管，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.根據權利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述AS-i信號編解碼電路包括ASI4U芯片。
5.根據權利要求2所述的AS-i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.根據權利要求2所述的AS-i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，一種是采用高速光耦以及電阻、電容構成的隔離電路；另一種是采用開關電源模塊構成的隔離電路。
7.根據權利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述D/A轉換電路為16位DA轉換芯片。
8.根據權利要求2所述的AS-i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、電容和三端可調正穩壓器集成電路組成的限流保護電路。
專利摘要本實用新型公開了一種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、數字模擬轉換電路、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將總線傳遞來的數值信號，轉換處理后，然后將數值信號通過一定的接口電路轉換成模擬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AS-i系統電源和外部輔助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G05B19/418GK202512413SQ20112043896
公開日2012年10月31日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者陳柏志 申請人:伊瑪精密電子(蘇州)有限公司