專利名稱：一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，屬于高精度模擬量輸入裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱插拔是指將一個非上電的電路板嵌入到一個上電運行的系統(tǒng)中，這個過程具有潛在的危險性，有可能對系統(tǒng)或嵌入式主板造成永久損壞，導致數(shù)據(jù)丟失或使任意瞬態(tài)系統(tǒng)混亂。 在背板式控制裝置中，背板上各個模塊之間功能獨立，一個模塊的插入或者拔出會引起整個裝置的斷電或者重新上電，造成系統(tǒng)控制功能的中斷，對生產(chǎn)和安全帶來隱患；同時，在我國應用于工業(yè)過程自動化領(lǐng)域控制設(shè)備中，模擬信號的采集電路，由于電路設(shè)計簡單，而采集現(xiàn)場又存在信號干擾大的特點，造成目前的模擬量輸入模塊輸入信號失真、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；隨著控制系統(tǒng)性能要求的不斷提高，也對模擬量輸入模塊的采集精度提出了更高的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題是提供一種對信號采集準確且?guī)岵灏伪Ｗo功能的PLC模擬量輸入模塊。為解決上述問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，包括熱插拔電源模塊、MCU單元、模擬量輸入單元、通訊單元和人機交互單元；所述MCU單元的電源端口與熱插拔電源模塊的電源輸出端相連，所述模擬量輸入單元的輸出端與MCU單元的信號輸入端相連，所述MCU單元的通訊端口連接有通訊單元，MCU單元連接有人機交互單元；所述熱插拔電源模塊包括有限流保護模塊、過壓保護模塊、熱插拔控制器模塊、濾波處理模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊，限流保護模塊的輸出端依次串接過壓保護模塊、熱插拔控制器模塊和濾波處理模塊后與電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端為熱插拔電源模塊的電源輸出端。所述模擬量輸入單元包括差分處理電路、開關(guān)切換電路、信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述差分處理電路的輸入端為模擬量輸入單元的輸入端，差分處理電路的輸出端依次串接開關(guān)切換電路、信號處理電路后與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端為模擬量輸入單元的輸出端。所述電源轉(zhuǎn)換模塊的電源輸出端包括不同電壓等級的多個電源輸出端口。所述通訊單元包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果一、本實用新型通過在高精度模擬量輸入模塊中采用熱插拔電源控制技術(shù)，達到了帶電狀態(tài)下不間斷控制，實現(xiàn)了高精度模擬量輸入模塊的熱插拔保護功能；[0012]二、本實用新型中的通訊單元采用完全電氣隔離方式，提高了裝置使用的安全性和抗干擾性；三、本實用新型中模擬量輸入單元采用16bit分辨率芯片，型號為AD7689的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行AD轉(zhuǎn)換，同時采用差分方式處理模擬量，抑制現(xiàn)場的共模干擾信號，提高了模擬信號的采集和轉(zhuǎn)換精度；四、本實用新型中的模擬量輸入模塊采用多層PCB設(shè)計，抗干擾性能高，且具有功能擴展特性，在不改變硬件平臺結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的控制策略。


以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明圖I為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I為熱插拔電源模塊、2為MCU單元、3為模擬量輸入單元、4為通訊單元、5為人機交互單元、6為限流保護模塊、7為過壓保護模塊、8為熱插拔控制器模塊、9為濾波處理模塊、10為電源轉(zhuǎn)換模塊、11為差分處理電路、12為開關(guān)切換電路、13為信號處理電路、14為A/D轉(zhuǎn)換電路。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，包括熱插拔電源模塊1、MCU單元2、模擬量輸入單元3、通訊單元4和人機交互單元5 ;所述MCU單元2的電源端口與熱插拔電源模塊I的電源輸出端相連，所述數(shù)字量輸入單元3的輸出端與MCU單元2的信號輸入端相連,所述MCU單元2的通訊端口連接有通訊單元4,所述通訊單元4包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線；MCU單元2連接有人機交互單元5 ；所述熱插拔電源模塊I包括有限流保護模塊6、過壓保護模塊7、熱插拔控制器模塊8、濾波處理模塊9和電源轉(zhuǎn)換模塊10，限流保護模塊6的輸出端依次串接過壓保護模塊
7、熱插拔控制器模塊8和濾波處理模塊9后與電源轉(zhuǎn)換模塊10的輸入端相連，所述限流保護模塊6的輸入端可以設(shè)置有插座，所述插座可以直接與電源相連，所述電源轉(zhuǎn)換模塊10的輸出端為熱插拔電源模塊I的電源輸出端，電源轉(zhuǎn)換模塊10的電源輸出端包括不同電壓等級的多個電源輸出端口。所述模擬量輸入單元3包括差分處理電路11、開關(guān)切換電路12、信號處理電路13和A/D轉(zhuǎn)換電路14，所述差分處理電路11的輸入端為模擬量輸入單元3的輸入端，差分處理電路11的輸出端依次串接開關(guān)切換電路12、信號處理電路13后與A/D轉(zhuǎn)換電路14的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換電路14的輸出端為模擬量輸入單元3的輸出端。在具體實施過程中，本實用新型可以通過上述插座和背板式控制裝置的背板電源插槽連接，從背板插槽上取24V直流電，上述熱插拔電源模塊I通過其內(nèi)部的限流保護模塊6和過壓保護模塊7對輸入的24V直流電進行限流和過壓保護，使本實用新型在熱插拔過程中產(chǎn)生瞬間尖峰電流和大電壓時，能夠防止尖峰脈沖進入電路引起永久性和短暫性破壞，上述熱插拔控制器模塊8中的控制器具有可編程限制電流、過流保護、鎖存和自動操作等功能，經(jīng)熱插拔控制器模塊8處理后的24V直流電再經(jīng)濾波處理模塊9濾波后，送入電源轉(zhuǎn)換模塊10，電源轉(zhuǎn)換模塊10將24V電壓轉(zhuǎn)換為各電路和模塊所需要的不同電壓等級的直流電源，為整個裝置供電。上述MCU單元2是本實用新型的核心部分，MCU單元2除了對各個采集信號進行運算、比較、分析之外，還要滿足控制策略的控制參數(shù)計算，實時采集信號，以實現(xiàn)控制策略的優(yōu)化和運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，完成與上層機之間的數(shù)據(jù)通信，記錄控制運行的狀態(tài)以及發(fā)生故障時的事件記錄。上述模擬量輸入單元3中的差分處理電路11采用差分輸入方式采集信號，差分輸入可以有效抑制現(xiàn)場共模干擾，提高信號采集的準確性；開關(guān)切換電路12實現(xiàn)采集信號的分時切換，實現(xiàn)多路信號的同時采集；信號處理電路13包括濾波器和放大器;A/D轉(zhuǎn)換電路14使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用單電源供電，具有低功 耗、低溫漂、內(nèi)部電源基準等特點；本實用新型的模擬量信號采集和處理精度達14位。上述人機交互單元5可以通過一個嵌入式燈板實現(xiàn)交互功能，共有24個LED顯示屏，可顯示觀測信號的采集、MCU單元2的運行、報警、狀態(tài)指示等信息。上述MCU單元2通過通訊單元4可以實現(xiàn)與上位機完成數(shù)據(jù)交換，通訊單元4包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線，MCU單元2與上位機進行數(shù)據(jù)交換時可選擇上述四種傳輸協(xié)議中的任意一種，在電路設(shè)計時，充分考慮了干擾源的特點，對隔離和濾波進行了特別設(shè)計，這些通信電路都采用了隔離技術(shù)，可有效隔離干擾，系統(tǒng)EMC指標可以完全按照工業(yè)A級標準進行設(shè)計。上述MCU單元2可以采用型號為STM32F107VC的MCU芯片，上述熱插拔電源模塊I中的熱插拔控制器模塊8可以采用型號為TPS2491的熱插拔控制器，模擬量輸入單元3中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以采用型號為AD7689的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，本實用新型可以采用多層PCB設(shè)計，提1 抗干擾性能。
權(quán)利要求1.一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，其特征在于包括熱插拔電源模塊(I)、MCU單元(2)、模擬量輸入單元(3)、通訊單元(4)和人機交互單元(5);所述MCU單元(2)的電源端口與熱插拔電源模塊(I)的電源輸出端相連，所述模擬量輸入單元(3)的輸出端與MCU單元(2)的信號輸入端相連，所述M⑶單元(2)的通訊端口連接有通訊單元(4)，MCU單元(2)連接有人機交互單元(5)； 所述熱插拔電源模塊(I)包括有限流保護模塊(6)、過壓保護模塊(7)、熱插拔控制器模塊(8)、濾波處理模塊(9)和電源轉(zhuǎn)換模塊(10)，限流保護模塊(6)的輸出端依次串接過壓保護模塊(7)、熱插拔控制器模塊(8)和濾波處理模塊(9)后與電源轉(zhuǎn)換模塊(10)的輸入端相連，所述電源轉(zhuǎn)換模塊(10)的輸出端為熱插拔電源模塊(I)的電源輸出端； 所述模擬量輸入單元(3)包括差分處理電路(11)、開關(guān)切換電路(12)、信號處理電路(13)和A/D轉(zhuǎn)換電路(14)，所述差分處理電路(11)的輸入端為模擬量輸入單元(3)的輸入端，差分處理電路(11)的輸出端依次串接開關(guān)切換電路(12 )、信號處理電路(13 )后與A/D轉(zhuǎn)換電路(14)的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換電路(14)的輸出端為模擬量輸入單兀(3)的輸 出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換模塊(10)的電源輸出端包括不同電壓等級的多個電源輸出端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，其特征在于所述通訊單元(4)包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線。
專利摘要本實用新型一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，屬于高精度模擬量輸入裝置技術(shù)領(lǐng)域；所要解決的技術(shù)問題是提供一種對信號采集準確且?guī)岵灏伪Ｗo功能的PLC模擬量輸入模塊；采用的技術(shù)方案是一種可熱插拔的高精度模擬量輸入模塊，包括熱插拔電源模塊、MCU單元、模擬量輸入單元、通訊單元和人機交互單元；所述MCU單元的電源端口與熱插拔電源模塊的電源輸出端相連，所述模擬量輸入單元的輸出端與MCU單元的信號輸入端相連，所述MCU單元的通訊端口連接有通訊單元，MCU單元連接有人機交互單元；本實用新型廣泛適用于工業(yè)控制領(lǐng)域。
文檔編號G05B19/05GK202583798SQ201220235268
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者李瑋, 吳曉闖, 王翠玲, 李文泉, 王玉宏, 王耀華, 田濤 申請人:山西聯(lián)華偉業(yè)科技有限公司