CN109977060A - 一种多功能信号扩展装置 - Google Patents
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Abstract
一种多功能信号扩展装置，涉及信号扩展装置，为了解决现有信号扩展装置不能随意改变输入输出的信号类型，不能任意改变输出通道的数量的问题。处理电路包括时钟单元、通讯单元、CPU和隔离电源；时钟单元的时钟信号输出端连接CPU的时钟信号输入端，CPU通过通讯单元与外部通讯，隔离电源为输入转换电路、CPU和输出转换电路供电；输入转换电路的信号输出端插拔式连接CPU的信号输入端，CPU的N个信号输出端与N个输出转换电路的信号输入端一一插拔式连接。本发明适用于扩展信号。
Description
技术领域
本发明涉及信号扩展装置。
背景技术
目前的信号扩展装置功能比较单一，不能随意改变输入输出的信号类型，不能任意改变输出通道的数量。
发明内容
本发明是为了解决现有信号扩展装置不能随意改变输入输出的信号类型，不能任意改变输出通道的数量的问题，从而提供一种多功能信号扩展装置。
本发明所述的一种多功能信号扩展装置，包括输入转换电路1、处理电路2和N个输出转换电路3；N为大于1小于9的正整数；
处理电路2包括时钟单元2-1、通讯单元2-2、CPU2-3和隔离电源2-4；
时钟单元2-1的时钟信号输出端连接CPU2-3的时钟信号输入端，CPU2-3通过通讯单元2-2与外部通讯，隔离电源2-4为输入转换电路1、CPU2-3和输出转换电路3供电；
输入转换电路1的信号输出端插拔式连接CPU2-3的信号输入端，CPU2-3的N个信号输出端与N个输出转换电路3的信号输入端一一插拔式连接。
优选的是，输入转换电路1采用AD转换电路或光耦隔离器实现，输出转换电路3采用DA转换电路、DO驱动电路或脉冲转换电路实现；
当输入信号为模拟信号时，输入转换电路1采用AD转换电路实现，当输出信号为模拟信号时，多个输出转换电路3均采用DA转换电路实现，当输出信号为脉冲信号时，多个输出转换电路3均采用脉冲转换电路实现；
当输入信号为数字信号时，输入转换电路1采用光耦隔离器实现，多个输出转换电路3均采用DO驱动电路实现。
优选的是，处理电路2还包括CPU指示灯和通讯指示灯；
CPU2-3的CPU状态指示控制信号输出端连接CPU指示灯的CPU状态指示控制信号输入端，CPU2-3的通讯状态指示控制信号输出端连接通讯指示灯的通讯状态指示控制信号输入端。
本发明的信号扩展装置可以实现不同信号的扩展输出，采用模块化设计理念，方便设置。可以接收模拟和数字信号，经过处理扩展后输出模拟、脉冲和数字信号。输出信号通道数量可根据需要进行增加，最大可支持8路信号输出。通过通讯单元可以强制数字信号输出的值，可以调节脉冲信号频率及电压。输入转换电路和输出转换电路可根据要实现的目标进行选择，且输出数量也根据需要进行选择，例如要输出5路，则插入5个输出转换电路，预留8个信号输出端位置，因此最多输出8路。本发明的输入和输出的信号类型可根据需要进行变化，输出信号通道数量可根据需要进行设置。同时该装置可以通过通讯的方式进行输入输出参数设置，其他设备可通过通讯读取每一路信号的参数及状态。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的一种多功能信号扩展装置的原理框图；
图2是具体实施方式一所述的一种多功能信号扩展装置的结构示意图；
图3是实施例1的一种多功能信号扩展装置的结构示意图；
图4是实施例2的一种多功能信号扩展装置的结构示意图；
图5是实施例3的一种多功能信号扩展装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种多功能信号扩展装置，包括输入转换电路1、处理电路2和8个输出转换电路3；
处理电路2包括时钟单元2-1、通讯单元2-2、CPU2-3和隔离电源2-4；
时钟单元2-1的时钟信号输出端连接CPU2-3的时钟信号输入端，CPU2-3通过通讯单元2-2与外部通讯，隔离电源2-4为输入转换电路1、CPU2-3和输出转换电路3供电；
输入转换电路1的信号输出端插拔式连接CPU2-3的信号输入端，CPU2-3的8个信号输出端与8个输出转换电路3的信号输入端一一插拔式连接。
本实施方式中，处理电路2还包括CPU指示灯和通讯指示灯；
CPU2-3的CPU状态指示控制信号输出端连接CPU指示灯的CPU状态指示控制信号输入端，CPU2-3的通讯状态指示控制信号输出端连接通讯指示灯的通讯状态指示控制信号输入端。
CPU状态指示，正常：绿色；故障：红色。通讯状态指示，正常：绿色；故障：红色。
本实施方式中，输入转换电路1采用AD转换电路或光耦隔离器实现，输出转换电路3采用DA转换电路、DO驱动电路或脉冲转换电路实现；
当输入信号为模拟信号时，输入转换电路1采用AD转换电路实现，当输出信号为模拟信号时，8个输出转换电路3均采用DA转换电路实现，当输出信号为脉冲信号时，8个输出转换电路3均采用脉冲转换电路实现；
当输入信号为数字信号时，输入转换电路1采用光耦隔离器实现，8个输出转换电路3均采用DO驱动电路实现。
装置由三大部分组成，包括输入部分、处理部分和输出部分。输入部分可根据需要选择模拟量、数字量等输入形式。处理部分包含了CPU、时钟单元、隔离电源、通讯单元等，对输入信号进行相应处理。输出部分可根据需要选择模拟量、数字量和脉冲等输出信号类型，并且可以支持多通道输出，根据设置和需要实现输出通道数量的灵活性。
输入信号如果为模拟信号，则采用AD转换功能，将数字信号传递给处理电路2。输入信号如果为数字信号，则采用光耦隔离功能，之后将信号传递给处理电路2。
处理电路2中的CPU通过RS485或其他通讯方式与其他装置进行数据交换，通讯单元2-2的输入数据包括：
输出通道数量
每一路输出通道的量程(模拟量及脉冲)
每一路输出通道强制输出(数字量)
CPU输出数据包括：
输出通道数量
输入信号状态及值
CPU状态
每一路输出通道的值
每一路输出通道的量程(模拟量及脉冲)
输出信号如果为模拟信号，则采用DA转换电路，将数字信号转换为模拟信号输出。输出信号如果为数字信号，则采用DO驱动电路，直接硬接线连接其他数字量输入设备。输出信号如果为脉冲，则采用脉冲转换电路，将数字信号转换为相应的脉冲信号。输出通道数量可根据需要进行增加，最大可支持8路信号输出。CPU2-3采用高速数字控制器，系统控制周期小于50ms，响应速度快，控制周期稳定，可靠性高。
AD转换电路的型号为AMC1303M2520DWVR，时钟单元2-1的型号为CDCM61001RHBR，CPU2-3的型号为AM3351BZCE60，隔离电源2-4的型号为DCR022405P，DA转换电路的型号为DAC7760IPWPR，光耦隔离器的型号为G3TB-IDZR02P，DO驱动电路的型号为G3TB-OA203PZ，脉冲转换电路采用NE555芯片实现。
图1为一种多功能信号扩展装置的原理框图，通过输出控制使输出信号通道数量达到8路，由输出通道#1至输出通道#8。
实施例1
参照图3具体说明本实施例，本实施例的一种多功能信号扩展装置，包括输入转换电路1、处理电路2和8个输出转换电路3；
处理电路2包括时钟单元2-1、通讯单元2-2、CPU2-3、隔离电源2-4、CPU指示灯和通讯指示灯；
时钟单元2-1的时钟信号输出端连接CPU2-3的时钟信号输入端，CPU2-3通过通讯单元2-2与外部通讯，隔离电源2-4为输入转换电路1、CPU2-3、输出转换电路3、CPU指示灯和通讯指示灯供电；CPU2-3的CPU状态指示控制信号输出端连接CPU指示灯的CPU状态指示控制信号输入端，CPU2-3的通讯状态指示控制信号输出端连接通讯指示灯的通讯状态指示控制信号输入端；
输入转换电路1的信号输出端插拔式连接CPU2-3的信号输入端，CPU2-3的8个信号输出端与8个输出转换电路3的信号输入端一一插拔式连接。
输入转换电路1采用AD转换电路实现，8个输出转换电路3均采用DA转换电路实现。
通讯单元2-2采用RS485通讯驱动单元和RS485通讯接线端子实现。RS485通讯驱动单元的型号为THVD1452DR。
本实施例的装置实现模拟信号扩展功能，将一路输入的模拟信号经处理后扩展成8路模拟信号输出。其中输入转换电路1具有AD转换功能，处理电路2通讯采用RS485通讯，输出转换电路3具有DA转换功能，设置为8通道输出。
其中输入转换电路1接线端子包含1路模拟量输入信号，端子为AI+、AI-和屏蔽三个端子。处理电路2接线端子包含RS485通讯接线端子和隔离电源接线端子。RS485通讯接线端子为RS485+、R+、R-、RS485-、COM和屏蔽，隔离电源接线端子为24V+、0V-和接地。输出转换电路3输出模拟量信号，端子为AO+、AO-和屏蔽。
输入信号的参数：
·1路
·电流范围：4-20mA
·四线制(Self-Power)，不需外部提供24VDC
·信号反接保护，过流保护范围(30mA和±7.5V)
·AD转换电路的采样(数据更新)时间<50ms
·AD转换电路精度：<全量程的1％,在最坏情况
·AD转换：12bit
·输入阻抗：200Ω
·隔离：信号负与电源地之间隔离
·电压有效值：1000Vrms(通道与地之间)
·滤波：一阶滤波，截至频率33Hz
·输入信号断线检测报警
输出信号的参数：
·8路
·短接保护,每路信号的正负短接后与地短接后，系统不会损坏
·驱动周期<50ms
·最大负载500Ω
·DA转换电路的精度：<全量程的1％,在最坏情况
·DA转换：12bit
·隔离:信号负与电源地之间隔离
·电压有效值:1000Vrms(通道与地之间)
实施例2
参照图4具体说明本实施例，本实施例的一种多功能信号扩展装置，包括输入转换电路1、处理电路2和8个输出转换电路3；
处理电路2包括时钟单元2-1、通讯单元2-2、CPU2-3、隔离电源2-4、CPU指示灯和通讯指示灯；
时钟单元2-1的时钟信号输出端连接CPU2-3的时钟信号输入端，CPU2-3通过通讯单元2-2与外部通讯，隔离电源2-4为输入转换电路1、CPU2-3、输出转换电路3、CPU指示灯和通讯指示灯供电；CPU2-3的CPU状态指示控制信号输出端连接CPU指示灯的CPU状态指示控制信号输入端，CPU2-3的通讯状态指示控制信号输出端连接通讯指示灯的通讯状态指示控制信号输入端；
输入转换电路1的信号输出端插拔式连接CPU2-3的信号输入端，CPU2-3的8个信号输出端与8个输出转换电路3的信号输入端一一插拔式连接。
输入转换电路1采用光耦隔离器实现，8个输出转换电路3均采用DO驱动电路实现。
通讯单元2-2采用RS485通讯驱动单元和RS485通讯接线端子实现。RS485通讯驱动单元的型号为THVD1452DR。
本实施例的装置实现开关量扩展功能，将一路输入的开关量信号经处理后扩展成8路开关量输出。其中输入转换电路1具有光耦隔离功能，处理电路2通讯采用RS485通讯，输出转换电路3具有DO驱动功能，设置为8通道输出。
其中输入转换电路1接线端子包含一路开关量输入信号，端子为DI+和DI-两个端子。处理电路2接线端子包含RS485通讯接线端子和隔离电源接线端子。RS485通讯接线端子为RS485+、R+、R-、RS485-、COM和屏蔽，隔离电源接线端子为24V+、0V-和接地。输出转换电路3输出数字量输出，端子为ON和COM。
输入信号的参数：
·1路干接点
·光耦隔离
·CPU检测到的信号反应时间＜20ms
输出信号的参数：
·8路
·驱动周期＜20ms
·触点容量：30VDC/220VAC,电流0.5A
·固态继电器
实施例3
参照图5具体说明本实施例，本实施例的一种多功能信号扩展装置，包括输入转换电路1、处理电路2和8个输出转换电路3；
处理电路2包括时钟单元2-1、通讯单元2-2、CPU2-3、隔离电源2-4、CPU指示灯和通讯指示灯；
时钟单元2-1的时钟信号输出端连接CPU2-3的时钟信号输入端，CPU2-3通过通讯单元2-2与外部通讯，隔离电源2-4为输入转换电路1、CPU2-3、输出转换电路3、CPU指示灯和通讯指示灯供电；CPU2-3的CPU状态指示控制信号输出端连接CPU指示灯的CPU状态指示控制信号输入端，CPU2-3的通讯状态指示控制信号输出端连接通讯指示灯的通讯状态指示控制信号输入端；
输入转换电路1的信号输出端插拔式连接CPU2-3的信号输入端，CPU2-3的8个信号输出端与8个输出转换电路3的信号输入端一一插拔式连接。
输入转换电路1采用AD转换电路实现，8个输出转换电路3均采用脉冲转换电路实现。
通讯单元2-2采用RS485通讯驱动单元和RS485通讯接线端子实现。RS485通讯驱动单元的型号为THVD1452DR。
本实施例的装置实现脉冲转换及扩展功能，将一路输入的模拟量信号经处理后扩展成相应的8路脉冲信号输出。其中输入转换电路1具有AD转换功能，处理电路2通讯采用RS485通讯，输出转换电路3具有脉冲转换功能，设置为8通道输出。
其中输入转换电路1接线端子包含一路模拟量输入信号，端子为AI+、AI-和屏蔽三个端子。处理电路2接线端子包含RS485通讯接线端子和隔离电源接线端子。RS485通讯接线端子为RS485+、R+、R-、RS485-、COM和屏蔽，隔离电源接线端子为24V+、0V-和接地。输出转换电路3输出脉冲信号，端子为MPU+、MPU-和屏蔽。
输入信号的参数：
·1路
·电流范围：4-20mA
·四线制(Self-Power),不需向外部提供24VDC.
·信号反接保护,过流保护范围(30mA和±7.5V)
·AD转换电路的采样(数据更新)时间<50ms
·AD转换电路的精度：<全量程的1％,在最坏情况
·AD转换：12bit
·输入阻抗：200Ω
·隔离：信号负与电源地之间隔离
·电压有效值：：1000Vrms(通道与地之间)
·滤波：一阶滤波,截至频率33Hz
·输入信号断线检测报警
输出信号的参数：
·8路
·输出信号类似脉冲波形
·峰峰值>5V,可以软件设置或者通过跳线在5VAC,12AC,24VAC之间选择
·频率在100Hz到10KHz之间可控
·短接保护,每路信号的正负短接后与地短接后，系统不会损坏
·采样时间<50ms
·精度±1％
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (3)
1.一种多功能信号扩展装置，其特征在于，包括输入转换电路(1)、处理电路(2)和N个输出转换电路(3)；N为大于1小于9的正整数；
处理电路(2)包括时钟单元(2-1)、通讯单元(2-2)、CPU(2-3)和隔离电源(2-4)；
时钟单元(2-1)的时钟信号输出端连接CPU(2-3)的时钟信号输入端，CPU(2-3)通过通讯单元(2-2)与外部通讯，隔离电源(2-4)为输入转换电路(1)、CPU(2-3)和输出转换电路(3)供电；
输入转换电路(1)的信号输出端插拔式连接CPU(2-3)的信号输入端，CPU(2-3)的N个信号输出端与N个输出转换电路(3)的信号输入端一一插拔式连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能信号扩展装置，其特征在于，所述输入转换电路(1)采用AD转换电路或光耦隔离器实现，输出转换电路(3)采用DA转换电路、DO驱动电路或脉冲转换电路实现；
当输入信号为模拟信号时，输入转换电路(1)采用AD转换电路实现，当输出信号为模拟信号时，多个输出转换电路(3)均采用DA转换电路实现，当输出信号为脉冲信号时，多个输出转换电路(3)均采用脉冲转换电路实现；
当输入信号为数字信号时，输入转换电路(1)采用光耦隔离器实现，多个输出转换电路(3)均采用DO驱动电路实现。
3.根据权利要求1或2所述的一种多功能信号扩展装置，其特征在于，所述处理电路(2)还包括CPU指示灯和通讯指示灯；
CPU(2-3)的CPU状态指示控制信号输出端连接CPU指示灯的CPU状态指示控制信号输入端，CPU(2-3)的通讯状态指示控制信号输出端连接通讯指示灯的通讯状态指示控制信号输入端。
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190705 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |