CN112953501B - 一种智能仪表通用型信号输入电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能仪表通用型信号输入电路，属于信号输入电路技术领域，包括输入端子1、输入端子2和输入端子3；输入信号为电流信号，信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3，控制信号SW0为低电平，SW1，SW2为高电平，MOS管Q1，Q2，Q3，Q5导通，Q4断开。本发明通过电路简洁，可靠性高，性能稳定，生产成本低；输入信号类型多样，包括0～20mA之间的直流电流信号、0～10V之间的直流电压信号、8种热电阻信号、0～5KΩ之间的电位器信号、8种热电偶信号、‑100mV～+100mV之间的直流mV信号；输入信号类型和量程范围可通过上位机进行更改，便于批量生产和用户批量备货及设备管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号输入电路，特别是涉及一种智能仪表通用型信号输入电路，属于信号输入电路技术领域。
背景技术
工业现场仪表应用中，输入信号类型种类繁多。常见的有电流信号(4～20mA、0~20mA)、电压信号(0～5V、0～10V)、热电阻、热电偶信号等，现有的信号隔离器、变送器等工业现场仪表往往只能测量单一类型的模拟量输入信号，且量程范围固定，不能修改，给生产使用，设备管理等造成不便。
现有的通用型输入智能仪表普遍存在电路复杂，生产成本高等缺点，不利于大规模普及。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现有技术的不足，而提供一种智能仪表通用型信号输入电路。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种智能仪表通用型信号输入电路，包括输入端子1、输入端子2和输入端子3；
输入信号为电流信号，信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3，控制信号SW0为低电平，SW1，SW2为高电平，MOS管Q1，Q2，Q3，Q5导通，Q4断开；
输入信号为电压信号，信号正负两端分别连接输入端子1和输入端子3，控制信号SW0和SW2为低电平，SW1为高电平，MOS管Q1，Q3，Q5导通，Q2，Q4断开；
输入信号为热电阻信号，采用3线制接法，热电阻的一端接在输入端子1上，热电阻另外一端的两根线分别接在输入端子2和输入端子3上，控制信号SW0为高电平，SW1，SW2为低电平，MOS管Q1，Q2，Q3，Q5断开，Q4导通；
输入信号为热电偶信号，信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3；
输入为mV信号，信号正负两端分别连接输入端子2和3；
输入信号为电压信号时：信号正端连接输入端子1，信号负端连接输入端子3；输入端子1连接电阻R1的一端,MOS管Q4的D极；Q4的S极连接电阻R4,R6的一端和Q5的S极；电阻R6的另一端连接电容C1,C3的一端以及U1的8脚；输入端子3连接电阻R3,R8的一端,电阻R8的另一端连接电容C2,C5的一端和U1的7脚；电阻R1的另一端连接Q1的D极；Q1的S极连接电阻R2的一端，Q2的D极,电阻R5、R10、R7的一端；电阻R7的另一端连接电容C1、C2的一端,C4的另一端和U1的6,9脚；Q1的G极的一端连接Q3的G极的一端；Q4的G极连接Q5的G极；Q5的D极连接电阻R10的另一端，C3、C4、C5、R5的另一端接地，R4的另一端接参考电压Vref；
输入信号为热电阻信号时：采用3线制接法，热电阻的一端接在输入端子1上，热电阻另外一端的两根线分别接在输入端子2和输入端子3上，输入端子1连接电阻R1的一端,MOS管Q4的D极；Q4的S极连接电阻R4,R6的一端和Q5的S极；电阻R6的另一端连接电容C1,C3的一端和U1的8脚；输入端子3连接电阻R3,R8的一端；电阻R8的另一端连接电容C2,C5的一端和U1的7脚；电阻R1的另一端连接Q1的D极；输入端子2连接Q1的S极，Q2的D极，电阻R2、电阻R5、R10、R7的一端；电阻R7的另一端连接电容C1,C2,C4的另一端和U1的6,9脚；Q1的G极连接Q3的G极；Q4的G极连接Q5的G极；Q5的D极连接电阻R10的另一端，C3、C4、C5、R5的另一端接地，R4的另一端接参考电压Vref；
输入信号为热电偶、mV和电流信号时：信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3；输入端子2连接Q1的S极，Q2的D极，电阻R2、电阻R5、R10、R7的一端;电阻R7的另一端连接电容C1,C2,C4的一端和U1的6,9脚；输入端子3连接电阻R3,R8的一端；电阻R8的另一端连接电容C2的一端，C5的一端和U1的7脚；电阻R1的一端连接MOS管Q4的D极；Q4的S极连接电阻R4,R6的一端和Q5的S极；电阻R6的另一端连接电容C1的另一端,C3的一端和U1的8脚；Q1的D极连接电阻R1；Q1的G极连接Q3的G极；Q4的G极连接Q5的G极；Q5的D极连接电阻R10的另一端，C3、C4、C5、R5的另一端接地，R4的另一端接参考电压Vref。
优选的，所述输入信号为电流信号时，输入电流经过取样电阻R3形成回路，R3上的采样电压通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
优选的，所述输入电压经过电阻R1，R2，R3组成的分压电路形成回路，电阻R2+R3上的采样电压通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
优选的，所述输入信号为热电阻信号时的具体测量步骤如下：
首先测量总电阻，包括热电阻和引线电阻；
然后测量引线电阻；
最后通过计算消除引线电阻，从而得到热电阻的阻值。
具体测量方法为：
总电阻测量：基准电压Vref加到电阻R4上 ,R4 ,R5和待测的热电阻RTD组成分压电 路，RTD上分得的电压通过2根引线进入输入端子1和2，然后经R6，R7，C1，C3，C4组成的RC滤 波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第二路放大电路的输入端AIN2+和AIN2-实现信号 的测量；
引线电阻测量：连接输入端子2脚的引线上的电压通过连接输入端子3脚的引线进入输入端子3，然后经R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现连接输入端子2的引线电阻的测量。
优选的，所述热电偶的电压信号通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
优选的，所述R4，Q5，R10，R5组成冷端补偿电路，R10为NTC热敏电阻，基准电压Vref加到R4上，R4，R5，R10组成分压电路，R10上的电压通过R6，R7，C1，C3，C4组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第二路放大电路的输入端AIN2+和AIN2-实现冷端温度的测量。
优选的，所述mV电压信号通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
优选的，所述电流信号的范围在0～20mA，电压信号的范围在0～10V。
根据权利要求7所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，所述mV信号的范围在-100mV～+100mV。
优选的，所述Q1～Q5为MOS管，用于信号切换，SW0～SW2是MCU输出的控制信号。
本发明的有益技术效果：按照本发明的智能仪表通用型信号输入电路，电路简洁，可靠性高，性能稳定，生产成本低；输入信号类型多样，包括0～20mA之间的直流电流信号、0~10V之间的直流电压信号、8种热电阻信号、0～5KΩ之间的电位器信号、8种热电偶信号、-100mV～+100mV之间的直流mV信号；输入信号类型和量程范围可通过上位机进行更改，便于批量生产和用户批量备货及设备管理。
附图说明
图1为按照本发明的智能仪表通用型信号输入电路的一优选实施例的整体结构立体示意图。
实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的智能仪表通用型信号输入电路，包括输入端子1、输入端子2和输入端子3；
输入信号为电流信号，信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3，控制信号SW0为低电平，SW1，SW2为高电平，MOS管Q1，Q2，Q3，Q5导通，Q4断开；
输入信号为电压信号，信号正负两端分别连接输入端子1和输入端子3，控制信号SW0和SW2为低电平，SW1为高电平，MOS管Q1，Q3，Q5导通，Q2，Q4断开；
输入信号为热电阻信号，采用3线制接法，热电阻的一端接在输入端子1上，热电阻另外一端的两根线分别接在输入端子2和输入端子3上，控制信号SW0为高电平，SW1，SW2为低电平，MOS管Q1，Q2，Q3，Q5断开，Q4导通；采用3线制接法，热电阻的一端接在输入端子1上，热电阻另外一端的两根线分别接在输入端子2和3上。
输入信号为热电偶信号，信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3。电路简洁，可靠性高， 性能稳定，生产成本低；输入信号类型多样，包括0～20mA之间的直流电流信号、0～10V之间 的直流电压信号、8种热电阻信号、0～5KΩ之间的电位器信号、8种热电偶信号、-100mV～+ 100mV之间的直流mV信号；输入信号类型和量程范围可通过上位机进行更改，便于批量生产 和用户批量备货及设备管理。
输入为mV信号，信号正负两端分别连接输入端子2和3。
输入信号为电流信号时，输入电流经过取样电阻R3形成回路，R3上的采样电压通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。输入电压经过电阻R1，R2，R3组成的分压电路形成回路，电阻R2+R3上的采样电压通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。输入信号为热电阻信号时的具体测量步骤如下：首先测量总电阻，包括热电阻和引线电阻；然后测量引线电阻；最后通过计算消除引线电阻，从而得到热电阻的阻值。具体测量方法为：总电阻测量：基准电压Vref加到电阻R4上,R4,R5和待测的热电阻RTD组成分压电路，RTD上分得的电压通过2根引线进入输入端子1和2，然后经R6，R7，C1，C3，C4组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第二路放大电路的输入端AIN2+和AIN2-实现信号的测量；由于热电阻是采用的三线制接法，3根线的线径，长度，材质都是一样的，可以认为这3根线的引线电阻也是相等的。测量出任意一根导线的引线电阻即可知道另外两根引线电阻的阻值。
引线电阻测量：连接输入端子2脚的引线上的电压通过连接输入端子3脚的引线进入输入端子3，然后经R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现连接输入端子2的引线电阻的测量。热电偶的电压信号通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。R4，Q5，R10，R5组成冷端补偿电路，R10为NTC热敏电阻，基准电压Vref加到R4上，R4，R5，R10组成分压电路，R10上的电压通过R6，R7，C1，C3，C4组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第二路放大电路的输入端AIN2+和AIN2-实现冷端温度的测量。Q1～Q5为MOS管，在这里作为电子开关使用，用于信号切换。SW0～SW2是MCU输出的控制信号，用于控制MOS管的开关状态。MCU根据设定的输入信号类型控制相应的MOS管导通，从而实现不同类型的信号采集。
mV电压信号通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。电流信号的范围在0～20mA，电压信号的范围在0～10V。根据权利要求7的一种智能仪表通用型信号输入电路，mV信号的范围在-100mV～+100mV。Q1～Q5为MOS管，用于信号切换，SW0～SW2是MCU输出的控制信号。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的智能仪表通用型信号输入电路，本实施例提供的智能仪表通用型信号输入电路，只需3个输入端子即可接入常用的电流、电压、热电阻、热电偶等多种模拟量信号类型。用户可通过上位机自行修改输入信号的类型和量程范围，便于批量备货，也便于批量生产。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，包括输入端子1、输入端子2和输入端子3；
输入信号为电流信号，信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3，控制信号SW0为低电平，SW1，SW2为高电平，MOS管Q1，Q2，Q3，Q5导通，Q4断开；
输入信号为电压信号，信号正负两端分别连接输入端子1和输入端子3，控制信号SW0和SW2为低电平，SW1为高电平，MOS管Q1，Q3，Q5导通，Q2，Q4断开；
输入信号为热电阻信号，采用3线制接法，热电阻的一端接在输入端子1上，热电阻另外一端的两根线分别接在输入端子2和输入端子3上，控制信号SW0为高电平，SW1，SW2为低电平，MOS管Q1，Q2，Q3，Q5断开，Q4导通；
输入信号为热电偶信号，信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3；
输入为mV信号，信号正负两端分别连接输入端子2和3；
输入信号为电压信号时：信号正端连接输入端子1，信号负端连接输入端子3；输入端子1连接电阻R1的一端,MOS管Q4的D极；Q4的S极连接电阻R4,R6的一端和Q5的S极；电阻R6的另一端连接电容C1,C3的一端以及U1的8脚；输入端子3连接电阻R3,R8的一端,电阻R8的另一端连接电容C2,C5的一端和U1的7脚；电阻R1的另一端连接Q1的D极；Q1的S极连接电阻R2的一端，Q2的D极,电阻R5、R10、R7的一端；电阻R7的另一端连接电容C1、C2的一端,C4的另一端和U1的6,9脚；Q1的G极的一端连接Q3的G极的一端；Q4的G极连接Q5的G极；Q5的D极连接电阻R10的另一端，C3、C4、C5、R5的另一端接地，R4的另一端接参考电压Vref；
输入信号为热电阻信号时：采用3线制接法，热电阻的一端接在输入端子1上，热电阻另外一端的两根线分别接在输入端子2和输入端子3上，输入端子1连接电阻R1的一端,MOS管Q4的D极；Q4的S极连接电阻R4,R6的一端和Q5的S极；电阻R6的另一端连接电容C1,C3的一端和U1的8脚；输入端子3连接电阻R3,R8的一端；电阻R8的另一端连接电容C2,C5的一端和U1的7脚；电阻R1的另一端连接Q1的D极；输入端子2连接Q1的S极，Q2的D极，电阻R2、电阻R5、R10、R7的一端；电阻R7的另一端连接电容C1,C2,C4的另一端和U1的6,9脚；Q1的G极连接Q3的G极；Q4的G极连接Q5的G极；Q5的D极连接电阻R10的另一端，C3、C4、C5、R5的另一端接地，R4的另一端接参考电压Vref；
输入信号为热电偶、mV和电流信号时：信号正负两端分别连接输入端子2和输入端子3；输入端子2连接Q1的S极，Q2的D极，电阻R2、电阻R5、R10、R7的一端;电阻R7的另一端连接电容C1,C2,C4的一端和U1的6,9脚；输入端子3连接电阻R3,R8的一端；电阻R8的另一端连接电容C2的一端，C5的一端和U1的7脚；电阻R1的一端连接MOS管Q4的D极；Q4的S极连接电阻R4,R6的一端和Q5的S极；电阻R6的另一端连接电容C1的另一端,C3的一端和U1的8脚；Q1的D极连接电阻R1；Q1的G极连接Q3的G极；Q4的G极连接Q5的G极；Q5的D极连接电阻R10的另一端，C3、C4、C5、R5的另一端接地，R4的另一端接参考电压Vref。
2.根据权利要求1所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述输入信号为电流信号时，输入电流经过取样电阻R3形成回路，R3上的采样电压通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
3.根据权利要求1所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述输入信号经过电阻R1，R2，R3组成的分压电路形成回路，电阻R2+R3上的采样电压通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
4.根据权利要求1所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述输入信号为热电阻信号时的具体测量步骤如下：
首先测量总电阻，包括热电阻和引线电阻；
然后测量引线电阻；
最后通过计算消除引线电阻，从而得到热电阻的阻值；
具体测量方法为：
总电阻测量：基准电压Vref加到电阻R4上 ,R4 ,R5和待测的热电阻RTD组成分压电路，RTD上分得的电压通过2根引线进入输入端子1和2，然后经R6，R7，C1，C3，C4组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第二路放大电路的输入端AIN2+和AIN2-实现信号的测量；
引线电阻测量：连接输入端子2脚的引线上的电压通过连接输入端子3脚的引线进入输入端子3，然后经R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现连接输入端子2的引线电阻的测量。
5.根据权利要求1所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述热电偶的电压信号通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
6.根据权利要求4所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述R4，Q5，R10，R5组成冷端补偿电路，R10为NTC热敏电阻，基准电压Vref加到R4上，R4，R5，R10组成分压电路，R10上的电压通过R6，R7，C1，C3，C4组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第二路放大电路的输入端AIN2+和AIN2-实现冷端温度的测量。
7.根据权利要求1所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述mV信号通过R7，R8，C2，C4，C5组成的RC滤波电路滤除干扰后进入ADC芯片U1内部的第一路放大 电路的输入端AIN1+和AIN1-实现信号的测量。
8.根据权利要求1所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述电流信号的范围在0～20mA，电压信号的范围在0～10V。
9.根据权利要求7所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述mV信号的范围在-100mV～+100mV。
10.根据权利要求1所述的一种智能仪表通用型信号输入电路，其特征在于，所述Q1~Q5为MOS管，用于信号切换，SW0～SW2是MCU输出的控制信号。
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