CN106776437A - 通讯电路及其工作方法、模拟信号采集及输出系统 - Google Patents

通讯电路及其工作方法、模拟信号采集及输出系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通讯电路及其工作方法、模拟信号采集及输出系统，本通讯电路包括：主机和至少一个模拟量信号采集输出模块；其中所述主机适于发送高频通讯信号至模拟量信号采集输出模块，并接收模拟量信号采集输出模块通过电气隔离后的发送数据；以及所述模拟量信号采集输出模块适于将高频通讯信号电气隔离后分成两路，即一路为模拟量信号采集输出模块提供电能，另一路作为模拟量信号采集输出模块的接收通讯数据；本发明模拟量信号采集输出模块通过电气隔离有效的抑制了电源的波动,使模拟量采集的精度大幅提升,实测有效的模数转换精度达到了18位有效值。

Description

通讯电路及其工作方法、模拟信号采集及输出系统
技术领域
本发明涉及一种通讯电路及其工作方法、模拟信号采集及输出系统。
背景技术
在通讯领域，由于各种环境的恶劣条件，造成通讯造成一定干扰，进而影响数据通讯以及数据采集精度。
为了解决上述技术问题，需要设计一种新的抗干扰效果好的通讯电路及其工作方法、模拟信号采集及输出系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种通讯电路及其工作方法、模拟信号采集及输出系统，以解决在恶劣环境下通讯干扰容易造成模拟量采集精度下降的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通讯电路，包括：主机和至少一个模拟量信号采集输出模块；其中所述主机适于发送高频通讯信号至模拟量信号采集输出模块，并接收模拟量信号采集输出模块通过电气隔离后的发送数据；以及所述模拟量信号采集输出模块适于将高频通讯信号电气隔离后分成两路，即一路为模拟量信号采集输出模块提供电能，另一路作为模拟量信号采集输出模块的接收通讯数据。
进一步，所述主机包括：用于产生所述高频通讯信号的主处理器模块；
所述模拟量信号采集输出模块包括：用于接收所述高频通讯信号的信号放大电路，所述信号放大电路的输出端通过输入电气隔离电路将高频通讯信号接入至模拟量信号采集输出模块的稳压供电电路，并同时将高频通讯信号作为所述接收通讯数据经高频信号整形电路输入至模块处理器；
所述模块处理器的信号采集端适于获得相应采集数据，并由模块处理器的数据发送端将采集数据发送至主机；以及
所述信号放大电路由主机内的主机供电模块提供电能。
进一步，所述数据发送端依次通过负载平衡电路、输出电气隔离电路连接至主处理器模块的数据接收端。
进一步，所述信号放大电路包括：驱动三极管Q1、开关管Q3，其中
所述高频通讯信号经过基极电阻R4输入至开关管Q3的基极，且驱动三极管Q1的发射极与二极管D4的阳极相连，该二极管D4的阴极连接开关管Q3的集电极；
所述主机供电模块的供电端连接驱动三极管Q1的集电极，并且通过偏置电阻R1连接驱动三极管Q1的基极以及连接开关管Q3的集电极；
所述驱动三极管Q1的发射极作为信号放大电路的输出端以连接输入电气隔离电路的输入端。
进一步，所述输入电气隔离电路包括：高频变压器，该高频变压器的初级的一端作为其输入端，次级的一端作为输出端且分别连接稳压供电电路、高频信号整形电路。
进一步，所述高频信号整形电路包括：电阻R3，该电阻R3的一端与输入电气隔离电路的输出端相连，且另一端与整形三极管Q2的基极相连，该整形三极管Q2的基极还与二极管D5的阴极相连，整形三极管Q2的发射极与二极管D5的阳极相连后接地；
所述整形三极管Q2的集电极从稳压供电电路获得供电电压，并同时连接模块处理器的数据接收端。
进一步，所述负载平衡电路包括：电阻R6、电阻R7；
所述输出电气隔离电路包括：光电耦合器；
所述光电耦合器的一输入端连接高电位，另一输入端通过电阻R6连接模块处理器的数据发送端和电阻R7的一端，该电阻R7的另一端接地；
所述光电耦合器的一输出端经过上拉电阻连接主处理器模块的数据接收端。
又一方面， 本发明还提供了一种模拟信号采集及输出系统，包括所述的通讯电路；以及所述模拟量信号采集输出模块中模块处理器的信号采集端连接的模拟量处理电路。
进一步，所述模拟量处理电路包括：同相比例运算放大电路，模拟信号从同相比例运算放大电路的信号输入端输入，且通过电阻R9连接模块处理器中AD子模块的输入端；以及
所述模块处理器的PWM信号输出端通过电阻R10连接AD子模块的输入端，以通过调节PWM信号的脉宽以提高AD子模块的转换精度。
第三方面，本发明还提供了一种通讯方法。
所述通讯方法包括：由主机发送高频通讯信号至模拟量信号采集输出模块，并接收模拟量信号采集输出模块通过电气隔离后的发送数据； 所述模拟量信号采集输出模块将高频通讯信号分成两路，即一路为模拟量信号采集输出模块提供电能，另一路作为模拟量信号采集输出模块的接收通讯数据。
本发明的有益效果是，本发明模拟量信号采集输出模块通过两次电气隔离有效的抑制了电源的波动, 使模拟量采集的精度大幅提升, 即提高了模数转换精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的通讯电路的原理框图；
图2是本发明的通讯电路的电路原理图；
图3是本发明的模拟量处理电路的电路原理图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例1提供了一种通讯电路，包括：主机和至少一个模拟量信号采集输出模块；其中所述主机位于主机侧且适于发送高频通讯信号至模拟量信号采集输出模块，并接收模拟量信号采集输出模块通过电气隔离后的发送数据（模块侧发送数据）；以及所述模拟量信号采集输出模块位于模块侧且适于将高频通讯信号电气隔离后分成两路，即一路为模拟量信号采集输出模块提供电能，另一路作为模拟量信号采集输出模块的接收通讯数据，实现了纯数字双工通讯的数据交换。
所述主机包括：用于产生所述高频通讯信号的主处理器模块，在图2中用端口号M_PUL表示主处理模块的高频通讯信号的输出端；所述模拟量信号采集输出模块包括：用于接收所述高频通讯信号的信号放大电路，所述信号放大电路的输出端通过输入电气隔离电路将高频通讯信号接入至模拟量信号采集输出模块的稳压供电电路（图2中端口号VCC表示正电源输出，VEE表示负电源输出），并同时将高频通讯信号作为所述接收通讯数据经高频信号整形电路输入至模块处理器，见图2中端口号RXD表示模块处理器的数据接收端；所述模块处理器的信号采集端适于获得相应采集数据，并由模块处理器的数据发送端将采集数据发送至主机，见图2中端口号TXD表示模块处理器的数据发送端；以及所述信号放大电路由主机内的主机供电模块提供电能，供电端口为图2中M_VDD；并且图2中M_RXD表示主处理器模块的数据接收端。
所述数据发送端依次通过负载平衡电路、输出电气隔离电路连接至主处理器模块的数据接收端。
所述信号放大电路包括：驱动三极管Q1、开关管Q3，其中所述高频通讯信号经过基极电阻R4输入至开关管Q3的基极，且驱动三极管Q1的发射极与二极管D4的阳极相连，该二极管D4的阴极连接开关管Q3的集电极；所述主机供电模块的供电端连接驱动三极管Q1的集电极，并且通过偏置电阻R1连接驱动三极管Q1的基极以及连接开关管Q3的集电极；所述驱动三极管Q1的发射极作为信号放大电路的输出端以连接输入电气隔离电路的输入端。
优选的，信号放大电路的输出端还通过一耦合电路C3与输入电气隔离电路的输入端相连。
所述输入电气隔离电路包括：高频变压器T1，该高频变压器T1的初级的一端作为其输入端，次级的一端作为输出端且分别连接稳压供电电路、高频信号整形电路。
所述高频信号整形电路包括：电阻R3，该电阻R3的一端与输入电气隔离电路的输出端相连，且另一端与整形三极管Q2的基极相连，该整形三极管Q2的基极还与二极管D5的阴极相连，整形三极管Q2的发射极与二极管D5的阳极相连后接地；所述整形三极管Q2的集电极从稳压供电电路获得供电电压，并同时连接模块处理器的数据接收端。
所述负载平衡电路包括：电阻R6、电阻R7；所述输出电气隔离电路包括：光电耦合器U2；所述光电耦合器U2的一输入端连接高电位，另一输入端通过电阻R6连接模块处理器的数据发送端和电阻R7的一端，该电阻R7的另一端接地；所述光电耦合器U2的一输出端经过上拉电阻连接主处理器模块的数据接收端。
其中，光电耦合器U2的发光源的K端阴极作为输入端，A端阳极连接高电位，受光器的C端作为输出端。
并且，通讯方式适于采用具有站号的通讯协议, 使一台主机连接多个模块, 即可实现一台主机连接多个模块的一主多从模式, 实现低成本的多路模块完全隔离的数据采集和输出。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2提供了一种模拟信号采集及输出系统，如包括如实施例1所述的通讯电路；以及所述模拟量信号采集输出模块中模块处理器的信号采集端连接的模拟量处理电路。
如图3所示，具体的，所述模拟量处理电路包括：同相比例运算放大电路，模拟信号从同相比例运算放大电路的信号输入端输入，且通过电阻R9连接模块处理器中AD子模块的输入端，即对于端口为Analog；以及所述模块处理器的PWM信号输出端通过电阻R10连接AD子模块的输入端，以通过调节PWM信号的脉宽以提高AD子模块的转换精度。
上述实施例1和实施例2中主处理模块和模块处理器例如但不限于采用STC90C54RD、STC12C5A60S2等单片机模块。
在模拟量信号采集输出模块中加入输入、输出电气隔离电路有效的抑制了电源的波动, 使模拟量采集的精度大幅提升, 实测有效的模数转换精度可以达到18位有效值。
实施例3
在实施例1基础上，本实施例3提供了一种通讯方法。
所述通讯方法包括：由主机发送高频通讯信号至模拟量信号采集输出模块，并接收模拟量信号采集输出模块通过电气隔离后的发送数据； 所述模拟量信号采集输出模块将高频通讯信号分成两路，即一路为模拟量信号采集输出模块提供电能，另一路作为模拟量信号采集输出模块的接收通讯数据。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种通讯电路，其特征在于，包括：
主机和至少一个模拟量信号采集输出模块；其中
所述主机适于发送高频通讯信号至模拟量信号采集输出模块，并接收模拟量信号采集输出模块通过电气隔离后的发送数据；以及
所述模拟量信号采集输出模块适于将高频通讯信号电气隔离后分成两路，即
一路为模拟量信号采集输出模块提供电能，另一路作为模拟量信号采集输出模块的接收通讯数据。
2.根据权利要求1所述的通讯电路，其特征在于，
所述主机包括：用于产生所述高频通讯信号的主处理器模块；
所述模拟量信号采集输出模块包括：用于接收所述高频通讯信号的信号放大电路，所述信号放大电路的输出端通过输入电气隔离电路将高频通讯信号接入至模拟量信号采集输出模块的稳压供电电路，并同时将高频通讯信号作为所述接收通讯数据经高频信号整形电路输入至模块处理器；
所述模块处理器的信号采集端适于获得相应采集数据，并由模块处理器的数据发送端将采集数据发送至主机；以及
所述信号放大电路由主机内的主机供电模块提供电能。
3.根据权利要求2所述的通讯电路，其特征在于，
所述数据发送端依次通过负载平衡电路、输出电气隔离电路连接至主处理器模块的数据接收端。
4.根据权利要求3所述的通讯电路，其特征在于，
所述信号放大电路包括：驱动三极管Q1、开关管Q3，其中
所述高频通讯信号经过基极电阻R4输入至开关管Q3的基极，且驱动三极管Q1的发射极与二极管D4的阳极相连，该二极管D4的阴极连接开关管Q3的集电极；
所述主机供电模块的供电端连接驱动三极管Q1的集电极，并且通过偏置电阻R1连接驱动三极管Q1的基极以及连接开关管Q3的集电极；
所述驱动三极管Q1的发射极作为信号放大电路的输出端以连接输入电气隔离电路的输入端。
5.根据权利要求4所述的通讯电路，其特征在于，
所述输入电气隔离电路包括：高频变压器；
所述高频变压器的初级的一端作为其输入端，次级的一端作为输出端且分别连接稳压供电电路、高频信号整形电路。
6.根据权利要求5所述的通讯电路，其特征在于，
所述高频信号整形电路包括：电阻R3，该电阻R3的一端与输入电气隔离电路的输出端相连，且另一端与整形三极管Q2的基极相连，该整形三极管Q2的基极还与二极管D5的阴极相连，整形三极管Q2的发射极与二极管D5的阳极相连后接地；
所述整形三极管Q2的集电极从稳压供电电路获得供电电压，并同时连接模块处理器的数据接收端。
7.根据权利要求6所述的通讯电路，其特征在于，
所述负载平衡电路包括：电阻R6、电阻R7；
所述输出电气隔离电路包括：光电耦合器；
所述光电耦合器的一输入端连接高电位，另一输入端通过电阻R6连接模块处理器的数据发送端和电阻R7的一端，该电阻R7的另一端接地；
所述光电耦合器的一输出端经过上拉电阻连接主处理器模块的数据接收端。
8.一种模拟信号采集及输出系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的通讯电路；以及
所述模拟量信号采集输出模块中模块处理器的信号采集端连接的模拟量处理电路。
9.根据权利要求8所述的模拟信号采集及输出系统，其特征在于，
所述模拟量处理电路包括：同相比例运算放大电路，模拟信号从同相比例运算放大电路的信号输入端输入，且通过电阻R9连接模块处理器中AD子模块的输入端；以及
所述模块处理器的PWM信号输出端通过电阻R10连接AD子模块的输入端，以通过调节PWM信号的脉宽以提高AD子模块的转换精度。
10.一种通讯方法，其特征在于：
由主机发送高频通讯信号至模拟量信号采集输出模块，并接收模拟量信号采集输出模块通过电气隔离后的发送数据；
所述模拟量信号采集输出模块将高频通讯信号分成两路，即
一路为模拟量信号采集输出模块提供电能，另一路作为模拟量信号采集输出模块的接收通讯数据。
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