CN107636746B - 模拟数字信号混合传输装置 - Google Patents

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Abstract

主装置(1)与多个终端装置(3)连接并测量终端的模拟电压，在主装置(1)提供的时钟的间隙，将基准电压(6)和测量电压(7)以与时钟极性相反的电压依次切换连接。由此，终端装置(3)的基准电压(6)和测量电压(7)被直接连接。通过该机制，能够用一对电线测量多点的模拟测量信号，测量电压(7)的因传输线路(2)所致的电压降引起的误差通过预先已知电压的基准电压(6)的测量而被补正，从而能够进行准确的模拟电压的测量。而且，通过用终端装置侧的触点信号来进行固定的测量电压(7)和基准电压(6)的接通/切断(ON/OFF)，从而能够将模拟信号与触点或累计值的数字信号混合传输。如此，实现了能够用一对电线分时传输多个准确的模拟信号和数字信号的装置。

Description

模拟数字信号混合传输装置
技术领域
本发明涉及一种节省布线的传输装置，其能够利用一对通信线传输多个DC1V至5V或0V至10V等的模拟信号，或将接通/切断(ON/OFF)触点信号与计数器的累计值的数字信号混合传输。
背景技术
利用较少的电线输送多个信号的节省布线的传输方式，已知有专利文献1所公开的方法，即，进行将模拟信号转换为数字信号的A/D转换并与原来的数字信号混合传输。
或者，通过专利文献2所公开的如下方式来实现，即，将利用频移调制方式进行了调制后的数字信号叠加于4mA至20mA的模拟信号进行传输。
可是，对于进行A/D转换而传输模拟信号的上述传输方法，重要的是与精度密切相关的分辨率。然而，传输一个模拟信号需要利用10点、24点等多个数字信号来传输，随着使用的位数增加，精度和分辨率增加，但相反地，信号的传输效率相应地变差。而且，在与数字信号混合传输的情况下，数字信号的传输量相应地减少。在如上所述对模拟信号进行A/D转换而高精度地传输的情况下，随着模拟信号的点数增加，数字转换后的信息量增多，传输的延迟增大。
另外，对于使用频移调制方式将数字信号叠加于4mA至20mA的模拟信号进行传输的方式，由于信号传输的基础是将通用的模拟信号考虑为基础，将数字信号调制后叠加的方式，因此能够传输的模拟信号只有一种。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-342805
专利文献2：日本特开2001-159913
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于以上问题而做出的，其目的在于，实现如下的机制，即，以节省布线的方式将高精度的多个模拟信号在不进行A/D转换的条件下直接分时传输，从而在没有大的延迟的条件下对多点的模拟信号的测量值进行传输。本发明的目的还在于，通过上述机制，能够利用同一传输线路、同一电子电路将模拟信号与数字信号混合传输。
用于解决课题的手段
以下，对用于达成上述目的的手段及其作用效果进行描述。图1A和1B示出了基于本发明的一个方式的整体设备结构(图1A)和传输波形(图1B)，其结构具有主装置1、传输线路2和多个终端装置3。主装置1经由传输线路2向所有终端装置3重复提供直到N为止的正电位的时钟8(图1B)。作为利用一对电线传输多个模拟信号的方法，通过在时钟8的间隙的位置以负极性结合由各个终端装置3测量出的模拟信号电压，能够进行如图1B的整个波形所示的多个模拟信号的分时传输。
进一步地，还能够将一部分位用作触点信号的传输区域，利用同一传输线路将模拟电压信号和接通/切断(ON/OFF)的触点信号混合传输。并且，通过利用传输接通/切断(ON/OFF)的数字信号的机制将用电量等的脉冲计数的累计值转换为二进制数据而传输，能够进行累计信号的传输。
发明效果
本发明使用一对电线以分时机制直接传输多个模拟信号，而且，通过同时传输测量电压和基准电压，即使在具有未知的布线电阻的传输线路中也能够高精度地进行模拟信号的测量值的长距离传输。此外，因为该机制能够使用同一电子电路、同一传输线路将多个模拟信号与多个携带触点信号信息和累计信号信息的数字信号混合传输，因此为能够基于装置的简化和节省布线的效果实现多点测量监控系统的成本的大幅降低的发明。
以下通过详细的说明书和附图，进一步明确本发明的目的、特征、形势和优点。
附图说明
图1A是表示整体设备结构的图，图1B是表示传输线路的传输时钟的定时和传输的波形的图。
图2是说明主装置的内部结构和传输线路的时钟的各装置管辖时间的图。
图3A和图3B是在模拟输入和数字输入的情况下的终端装置的结构概要图。
图4是表示模拟输入和数字输入混合时的传输波形的图。
具体实施方式
下面，参照图1至图4，对将本发明的传输多个模拟信号的机制以及能够将模拟信号、触点信号以及计数器等的累计值混合传输的节省布线的传输装置的结构具体化的实施方式进行说明。
本发明的传输装置的基本结构为图1A以及图1B所示的结构，由主装置1、传输线路2以及多个终端装置3构成，终端装置响应由主装置提供的时钟，将模拟信号、数字信号信息发送到传输线路。
主装置1利用图2的时钟生成装置13重复进行次数直到图1B的N的接通(ON)和切断(OFF)而生成供应时钟14并连续提供给传输线路2。这些时钟被各模拟输入终端装置以每个装置两个时钟并作为图1A的占有时钟5的1、2等的方式始终占有，以用作装置自身的数据地址。
图3A以及图3B所示的各终端装置3通过图3A以及图3B所示的由测量定时控制电路25控制的电子开关27以及28的依次接通(ON)，将由设定器26作为本装置用数据地址而设定的按图1B的时钟8的重复基准10计数的下降位置的唯一的时域作为数据区域，以每个装置2个时钟的方式而占有。时钟间隙的该区域成为各个终端装置3的数据发送的定时区域。
关于测量电压，通过上述的图3A以及图3B所示的终端装置3的电子开关27、28的接通(ON)，基准电压6和测量电压7经由二极管24、传输线路、图2的主装置1的二极管18而与模拟测量电路16直接连接，由此，模拟测量电路16能够直接测量各终端装置3的电压。
终端装置3具有图3A所示的模拟用的连接结构和图3B所示的数字用的连接结构，并且基准电压6的值以及电压施加的位置有所不同。基于在由终端装置3占有的奇数时钟提供的基准电压6的值，各个动作模式被区分为模拟用终端装置、数字用终端装置。
关于用于识别终端装置3的动作模式的电压值，例如在模拟测量的情况下将基准电压6设为10V，在输入触点信号的情况下，将基准电压6设定为5V，从而设定为不会受到传输线路的电压降的影响且能看出明显区别的差异。并且，如果是累计值的二进制数据，则设定为15V等。
图1B为只连接了模拟测量用终端装置时的传输线路的电压波形。模拟测量的情况下的基准电压的值因为是补正的基准，因此使用准确的值。对于时钟的间隙的数据区域，各终端3以每个终端2位的方式使用。
当图3A中的由设定器26设定为1号的终端装置3在图1B的时钟序列9的第一个接通(ON)图3A中的电子开关27时，传输线路2被施加在图1B的时钟序列9的第一个定时被设定的终端装置3的基准电压6，其数值由图2的模拟测量电路16测量。
随后，终端装置3在图1B的时钟序列9的第一个加1的定时，将图3A的电子开关28接通(ON)，从而向传输线路2施加在图1B的时钟序列9的第一个加1的定时与终端装置3连接的测量电压7，其数值由图2的模拟测量电路16测量。
图2的测量监控上位装置12根据第一个位的基准电压的值来计算基准电压的传输线路的电压降，并对第一个加1位的测量值加以补正，以便对被设为1号的终端装置3的准确的测量电压7的值进行测量。
同样地，连接到传输线路2的各个模拟输入终端装置通过每个占用2个时钟，并在奇数位将基准电压6施加到传输线路2，在偶数位将测量电压7施加到传输线路2，从而如图2中的19、20和21那样，将各个终端装置的电压作为独立的测量信息传输，并能够由图2中的测量监控上位装置12测量。
可通过该方法测量的模拟测量的点数能够达到时钟最大值N÷2。这种利用从主装置提供的时钟的间隙，基于基准电压分别进行补正并进行测量的机制，使由一对电线进行分布到广域的多个模拟信号的准确测量成为可能。
图1B为只连接了模拟测量用终端装置时的传输线路的电压波形。模拟测量的情况下的基准电压的值因为是补正的基准，因此使用准确的值。对于时钟的间隙的数据区域，各终端3以每个终端2位的方式使用。或者，如果是传输线路的电压降与测量值相比为可忽略的程度的粗电线或传输距离，则能够利用一对电线进行到时钟的最大值N为止的测量。
图3B为触点输入用终端装置3的连接结构，因为基准电压6用于传输为1、0的触点信息，因此基准电压的值与模拟测量用终端装置明显不同。为了识别成为触点信息的源的开关输入32、33的接通/切断(ON/OFF)，该基准电压6是对传输线路计时施加的负极性的电源。
图4为连接两台图3B的触点输入用终端装置3并将9的时钟序列5-8设为触点区域时的传输线路的电压波形，两台终端装置的4个点的接通/切断(ON/OFF)信号反映在传输波形的34、35、36和37的位置上，分别表示接通(ON)、切断(OFF)、接通(ON)和接通(ON)的状态。
图3A和3B的终端装置通过增设由测量定时控制电路25控制的电子开关28、33和占有时钟，能够用一台终端装置传输多个模拟测量或触点信号。
在将用电量等的脉冲计数的累计值作为二进制数据传输的情况下，能够通过使用电压与上述不同的电源并增设图3B的28、33和占有时钟来传输累计值的信息。
本发明的实施方式可以包括以下实施例。
(例1)
一种信号传输装置，利用一对电线传输多个信息，通过在主装置的正极性的时钟的间隙的位置单独进行测量的终端装置，将数值被指定的准确的基准电压和由终端装置测量出的模拟信号电压以与时钟相反的极性结合到时钟的间隙，以分时的方式传输多个模拟测量信号。
(例2)
(例1)的信号传输装置具有如下的功能，即，根据由所述终端装置输送的信号是模拟信号还是数字信号，将所述基准电压的大小设定为不同，以便作为紧随其后被传输的模拟信号与触点信号的识别标记，由此使用同一电缆将模拟信号与触点信号混合传输。
(例3)
(例1)的信号传输装置具有如下的功能，即，通过将所述基准电压设置为不同于(例2)的值并紧接在基准电压之后将脉冲计数的累计值设为二进制数据后传输，从而利用同一电缆将累计值信号、所述模拟信号和触点信号混合传输。
本申请是基于2015年7月8日由本申请的申请人在日本提出的日本专利申请2015-136556号的申请，其全部内容通过参照的方式并入本申请。
关于本发明的特定的实施方式的上述说明，是以例示为目的而提出的。这些并不是全部的实施方式，而且也不旨在将本发明限定于记载的方式本身。根据上述的记载内容可以进行大量的改变、变更，对于本领域技术人员是显而易见的。
产业上的可利用性
本发明的能够用一对电线传输多个模拟测量信息的机制可用于例如工业园区、石化工厂等的需要大量测量的用途。另外，能够对工厂等的触点系统的监控信号、控制信号或者电力、蒸汽流量等的使用量进行统一管理的功能隐藏着可用于多种用途的可能性。与以往的未使用本方式的单独地从终端装置进行多个布线并进行模拟测量或触点信号监控、累计值测量等的方法相比，能够大幅减少电线使用量、布线工程的费用。该效果为，随着最大时钟数N增加，系统变得更加经济。
符号说明
1…主装置，2…传输线路，3…终端装置，4…终端装置编号，5…占有时钟，6…基准电压，7…测量电压，8…时钟，9…时钟序列，10…重复基准，11…终端装置编号，12…测量监控上位装置，13…时钟生成装置，14…供应时钟，15…二极管，16…模拟测量电路，17…模拟电压，18…二极管，19…终端装置(1)的数据，20…终端装置(2)的数据，21…终端装置(3)的数据，22…传输线路端子台，23…二极管，24…二极管，25…测量定时控制电路，26…设定器，27…电子开关，28…电子开关，32…输入开关，33…输入开关，34-37…触点输入的传输波形。

Claims (6)

1.一种信号传输装置，其以分时的方式传输多个模拟测量信号，具备一对传输线路、与所述一对传输线路连接的主装置以及与所述一对传输线路连接的多个终端装置，其中，
所述主装置具有：
生成第一极性的多个时钟并提供给所述一对传输线路的电路；以及
经由所述一对传输线路获取所述多个终端装置的第二极性的电压信号的电路，
所述多个终端装置当中的2个以上是模拟终端装置，
多个该模拟终端装置的每一个具有如下的电路，即，在以不与其他终端装置重复的方式分配给自身的相邻的两个时钟间隙的时间位置，将测量补正用的基准电压信号和由模拟输入部测量出的模拟信号电压值作为以0V为基准的第二极性的电位分别施加的电路，
所述主装置还具有补正电路，该补正电路基于在相邻的时钟间隙的时间位置从对应的模拟终端装置发送的所述测量补正用的基准电压信号，对从多个所述模拟终端装置各自发送的模拟信号电压进行补正。
2.根据权利要求1所述的信号传输装置，其中，
多个所述模拟终端装置各自的所述电路依次施加所述测量补正用的基准电压信号和所述模拟信号电压值，
所述多个终端装置还包括第一数字终端装置，
该第一数字终端装置具有如下的电路，即，在以不与其他终端装置重复的方式分配给自身的相邻的两个时钟间隙的时间位置，将与所述测量补正用的基准电压信号不同的触点信号识别用的基准电压信号与接通或切断的触点信号依次作为以0V为基准的第二极性的电位分别施加的电路，
所述主装置基于从所述第一数字终端装置发送的所述触点信号识别用的基准电压信号，将在紧随其后的时钟间隙的时间位置从对应的第一数字终端装置发送的电压信号识别为所述触点信号。
3.根据权利要求2所述的信号传输装置，其中，
所述多个终端装置还包括第二数字终端装置，
该第二数字终端装置具有如下的电路，即，在以不与其他终端装置重复的方式分配给自身的连续3个以上的时钟间隙的时间位置，将与所述测量补正用的基准电压信号和所述触点信号识别用的基准电压信号均不同的多个触点信号识别用的基准电压信号与多个接通或切断的触点信号依次作为以0V为基准的第二极性的电位分别施加的电路，
所述主装置基于从所述第二数字终端装置发送的所述多个触点信号识别用的基准电压信号，将在紧随其后的连续多个时钟间隙的时间位置从对应的第二数字终端装置发送的电压信号识别为所述多个触点信号。
4.根据权利要求3所述的信号传输装置，其中，
所述多个触点信号是将脉冲计数的累计值转换为二进制数据得到的。
5.根据权利要求1所述的信号传输装置，其中，
多个所述模拟终端装置各自的所述电路依次施加所述测量补正用的基准电压信号和所述模拟信号电压值，
所述多个终端装置还包括第二数字终端装置，
该第二数字终端装置具有如下的电路，即，在以不与其他终端装置重复的方式分配给自身的连续3个以上的时钟间隙的时间位置，将与所述测量补正用的基准电压信号不同的多个触点信号识别用的基准电压信号与多个接通或切断的触点信号依次作为以0V为基准的第二极性的电位分别施加的电路，
所述主装置基于从所述第二数字终端装置发送的所述多个触点信号识别用的基准电压信号，将在紧随其后的连续多个时钟间隙的时间位置从对应的第二数字终端装置发送的电压信号识别为所述多个触点信号。
6.根据权利要求5所述的信号传输装置，其中，
所述多个触点信号是将脉冲计数的累计值转换为二进制数据得到的。
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