CN207718203U - 一种全隔离24通道4-20mA数据采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种全隔离24通道4‑20mA数据采集器，包括DC/DC电源隔离电路、正负5V输出单元、光耦继电器切换矩阵、CAN总线隔离电路、中央处理器单元和电压检测单元，DC/DC电源隔离电路的输出端与光耦继电器切换矩阵的输入端相连，光耦继电器切换矩阵的正输出端连接外部电流信号，光耦继电器切换矩阵的负输出端与电压检测单元的输入端相连，电压检测单元的输出端与中央处理器单元的输入端电连接，中央处理器单元还与DC/DC电源隔离电路和CAN总线隔离电路相连，电压检测单元与正负5V输出单元相连。本装置可实时监控24通道，4‑20MA电流数据，每个通道之间相互隔离，非常适合装配于多通道电流检测的场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及模拟电流信号检测技术领域，尤其涉及一种全隔离24通道4-20mA数据采集器。
背景技术
一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA。在信号传输的时候，如果采用电压传输，会在导线上产生一定的压降，造成得到的数据不准。由于电流信号对噪声不敏感，因此用电流信号传输会使干扰大大降低。针对这种应用场合，为了解决检测信号多但是数模转换通道不够的问题，需要对通道之间的隔离技术进行创新。因此，研发一种可接入24路温度、湿度、液位、压力、流量等传感器输出的4～20mA模拟量信号，并进行实时检测的数据采集器，是个亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型要解决以上技术问题，提供一种全隔离24通道4-20MA数据采集器，以解决上述背景技术中提出了现有技术存在的多通道电流需要检测，但是ADC的位数有限的时候，想精确的测量某一电流值就比较困难了的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，包括DC/DC电源隔离电路、正负5V输出单元、光耦继电器切换矩阵、CAN总线隔离电路、中央处理器单元和电压检测单元，所述DC/DC电源隔离电路的输出端与光耦继电器切换矩阵的输入端电连接，所述光耦继电器切换矩阵的正输出端通过系统接口接外部电流信号，所述光耦继电器切换矩阵的负输出端与电压检测单元的输入端电连接，所述电压检测单元的输出端与中央处理器单元的输入端电连接，所述中央处理器单元还与DC/DC电源隔离电路和CAN总线隔离电路电连接，所述电压检测单元与正负5V输出单元电连接。
进一步的，所述光耦继电器切换矩阵包括8路光耦继电器切换电路。
进一步的，所述光耦继电器切换矩阵包括8个切换光耦继电器，每个所述切换光耦继电器的正输入端均与上拉电阻Rk的一端电连接，所述上拉电阻Rk的另一端接电源，每个所述切换光耦继电器的负输入端与DC/DC电源隔离电路相应的输出端电连接，所述切换光耦继电器的正输出端通过系统接口连接于外部电流信号，所述切换光耦继电器的负输出端与电压检测单元的输入端电连接，所述光耦继电器切换矩阵中相邻的光耦的正输出之间接限流电阻。
进一步的，所述电压检测单元包括24位模数转换芯片与外围电路，所述24位模数转换芯片的电源引脚与正负5V输出单元的输出端电连接，所述24位数模转换芯片的REFP引脚与限流电阻R7的一端电连接，所述限流电阻R7的另一端与24位数模转换芯片的REFN引脚电连接，所述24位模数转换芯片的输出引脚与中央处理器单元的输入端电连接。所述24位模数转换芯片的输入端U1与所述光耦继电器切换矩阵所有编号为偶数的切换光耦继电器的负输出端电连接，所述24位模数转换芯片的另一输入端U2与所述光耦继电器切换矩阵所有编号为奇数的切换光耦继电器的负输出端电连接。
进一步的，所述正负5V输出单元包括负电压输出芯片ICL7660和外围电路，所述负电压输出芯片的输出端接旁路电容，所述旁路电容的另一端接地。
进一步的，所述CAN总线隔离电路包括CAN总线收发器IOS1050与外围电路。所述CAN总线收发器的一端与中央处理器的IO口电连接，所述CAN总线收发器的另一端连接于总线输入输出端口。通过ISO1050芯片实现CAN总线与处理器的隔离。
进一步的，所述中央处理器单元为STM32F105RBT6。
进一步的，所述切换光耦继电器的型号为TLP521_2。
进一步的，所述24位模数转换芯片的型号为ADS1220。
进一步的，所述DC/DC电源隔离电路、中央处理器单元和光耦继电器切换矩阵均采用浮地工作模式。所述电压检测单元采用差分输入模式。
本实用新型具有的优点和积极效果是：本数据采集器使用低成本的光耦继电器实现将单通道的电压切换到电压检测单元，通过精确测量电阻上的电压来计算电流，并可通过CAN总线直接连接到显示单元，解决了需要同时对多组电流的检测，但是ADC引脚不够的问题，成本低廉，精度高，通道之间相互隔离。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型中光耦继电器切换矩阵的原理图；
图3是本实用新型中电压检测单元的电路图；
图4是本实用新型中正负5V输出单元的电路图；
图5是本实用新型中CAN总线隔离电路的电路图；
图6是本实用新型中光耦继电器切换矩阵(前8节电池)的电路图；
图7是本实用新型中DC/DC电源隔离电路的电路图。
图中：1-光耦继电器切换矩阵，2-电压检测单元，3-正负5V输出单元，4-中央处理器单元，5-CAN总线隔离电路，6-DC/DC电源隔离电路，Rk-切换上拉电阻，Tk-切换光耦继电器，U1-电压检测单元输入1，U2-电压检测单元输入2
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
如图1所示，一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，包括DC/DC电源隔离电路、正负5V输出单元、光耦继电器切换矩阵、CAN总线隔离电路、中央处理器单元和电压检测单元，所述DC/DC电源隔离电路的输出端与光耦继电器切换矩阵的输入端电连接，所述光耦继电器切换矩阵的正输出端通过系统接口接外部电流信号，所述光耦继电器切换矩阵的负输出端与电压检测单元的输入端电连接，所述电压检测单元的输出端与中央处理器单元的输入端电连接，所述中央处理器单元还与DC/DC电源隔离电路和CAN总线隔离电路电连接，所述电压检测单元与正负5V输出单元电连接。所述中央处理器单元为STM32F105RBT6。所述DC/DC电源隔离电路的主芯片型号为：74HC595。所述DC/DC电源隔离电路、中央处理器单元和光耦继电器切换矩阵均采用浮地工作模式。
如图2和6所示，所述光耦继电器切换矩阵包括8路光耦继电器切换电路。所述光耦继电器切换矩阵包括8个切换光耦继电器TLP521_2，每个所述切换光耦继电器的正输入端均与上拉电阻Rk的一端电连接，所述上拉电阻Rk的另一端接电源，每个所述切换光耦继电器的负输入端与DC/DC电源隔离电路相应的节点输出端电连接，所述切换光耦继电器的正输出端通过系统接口连接外部电流信号，所述切换光耦继电器的负输出端与电压检测单元的输入端电连接，所述光耦继电器切换矩阵中相邻的光耦的正输出之间接限流电阻。
如图3所示，所述电压检测单元包括24位模数转换芯片ADS1220与外围电路，所述24位模数转换芯片的电源引脚与正负5V输出单元的输出端电连接，所述24位数模转换芯片的检测引脚与限流电阻的一端电连接，所述限流电阻的另一端与24位数模转换芯片的另一检测引脚电连接，所述24位模数转换芯片的输出引脚与中央处理器单元的输入端电连接。所述24位模数转换芯片ADS1220的输入端U1与所述光耦继电器切换矩阵所有编号为偶数的切换光耦继电器的负输出端电连接，所述24位模数转换芯片ADS1220的另一输入端U2与所述光耦继电器切换矩阵所有编号为奇数的切换光耦继电器的负输出端电连接。所述电压检测单元采用差分输入模式。
如图4所示，所述正负5V输出单元包括负电压输出芯片ICL7660和外围电路，所述负电压输出芯片的输入端接电源，所述负电压输出芯片的输出端接旁路电容，旁路电容的另一端接地。所述正负5V输出单元的正输出端与电压检测单元的正电源电连接，所述正负5V输出单元的负输出端与电压检测单元的负电源电连接。
如图5所示，所述CAN总线隔离电路包括CAN总线收发器IOS1050与外围电路。所述CAN总线收发器的一端与中央处理器的IO口电连接，所述CAN总线收发器的另一端连接于总线输入输出端口。通过ISO1050芯片实现CAN总线与处理器的隔离。
光耦继电器切换矩阵的所有编号为偶数的光耦的负输出端连接于电压检测单元输入端U1，光耦继电器切换矩阵的所有编号为奇数的光耦的负输出端连接于电压检测单元的另一输入端U2。所有电流检测通道之间均由光耦继电器隔离(即全隔离)。通过DC/DC电源隔离电路导通相邻的两个切换光耦，使外部电流通过限流电阻形成电压信号，由电压检测单元检测采集到电压信号，再通过中央处理单元器换算成电流数据。DC/DC电源隔离电路导通的下一组相邻的切换光耦将不会包括上一组切换光耦的任何一个，以达到通道之间全隔离的效果。
本数据采集器可接入24路温度、湿度、液位、压力、流量等传感器输出的4～20mA模拟量信号，并进行实时检测。可以同时对24个通道的数据范围在4-20MA的电流数据进行采集，并可通过CAN总线对接人机界面，方面监控、管理和设置。本装置可实时监控24通道，4-20MA电流数据，每个通道之间相互隔离。设计原理上具有先进性和实用性，计量精确，造价低廉，非常适合装配于多通道电流检测的场合。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：包括DC/DC电源隔离电路、正负5V输出单元、光耦继电器切换矩阵、CAN总线隔离电路、中央处理器单元和电压检测单元，所述DC/DC电源隔离电路的输出端与光耦继电器切换矩阵的输入端电连接，所述光耦继电器切换矩阵的正输出端连接外部电流信号，所述光耦继电器切换矩阵的负输出端与电压检测单元的输入端电连接，所述电压检测单元的输出端与中央处理器单元的输入端电连接，所述中央处理器单元还与DC/DC电源隔离电路和CAN总线隔离电路电连接，所述电压检测单元与正负5V输出单元电连接。
2.根据权利要求1所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述光耦继电器切换矩阵包括8路光耦继电器切换电路。
3.根据权利要求2所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述光耦继电器切换矩阵包括8个切换光耦继电器，每个所述切换光耦继电器的正输入端均与上拉电阻Rk的一端电连接，所述上拉电阻Rk的另一端接电源，每个所述切换光耦继电器的负输入端与DC/DC电源隔离电路的输出端电连接，所述切换光耦继电器的正输出端连接外部电流信号，所述切换光耦继电器的负输出端与电压检测单元的输入端电连接，所述光耦继电器切换矩阵中相邻的光耦的正输出之间接限流电阻。
4.根据权利要求3所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述电压检测单元包括24位模数转换芯片，所述24位模数转换芯片的电源引脚与正负5V输出单元的输出端电连接，所述24位数模转换芯片的REFP引脚与限流电阻R7的一端电连接，所述限流电阻R7的另一端与24位数模转换芯片的REFN引脚电连接，所述24位模数转换芯片的输出引脚与中央处理器单元的输入端电连接；所述24位模数转换芯片的输入端U1与所述光耦继电器切换矩阵所有编号为偶数的切换光耦继电器的负输出端电连接，所述24位模数转换芯片的另一输入端U2与所述光耦继电器切换矩阵所有编号为奇数的切换光耦继电器的负输出端电连接。
5.根据权利要求1所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述正负5V输出单元包括负电压输出芯片ICL7660，所述负电压输出芯片的输出端接旁路电容，所述旁路电容的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述CAN总线隔离电路包括CAN总线收发器IOS1050，所述CAN总线收发器的一端与中央处理器的IO口电连接，所述CAN总线收发器的另一端连接于总线输入输出端口。
7.根据权利要求1所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述中央处理器单元为STM32F105RBT6。
8.根据权利要求3所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述切换光耦继电器的型号为TLP521_2。
9.根据权利要求4所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述24位模数转换芯片的型号为ADS1220。
10.根据权利要求1所述的一种全隔离24通道4-20mA数据采集器，其特征在于：所述DC/DC电源隔离电路、中央处理器单元和光耦继电器切换矩阵均采用浮地工作模式，所述电压检测单元采用差分输入模式。
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| CN113671357A (zh) * | 2021-10-21 | 2021-11-19 | 南京宏泰半导体科技有限公司 | 一种浮地时间测量装置 |
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