CN211427101U - 一种io端口控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种IO端口控制电路，包括若干现场仪表和MCU，还包括模拟量调理单元、AD转换电路、光耦隔离单元、以太网单元和外部存储器，现场仪表的输出端分别与模拟量调理单元和光耦隔离单元的输入端电性连接，模拟量调理单元的输出端与AD转换电路的输入端电性连接，AD转换电路的输出端和光耦隔离单元的输出端均与MCU的GPIO端口电性连接，以太网单元与MCU的UART端口电性连接，外部存储器与MCU的外部存储器端口电性连接。本实用新型通过将现场仪表的输出按类型分类进行调理后送至MCU中，数据处理过程统一在MCU内部完成，处理的及时性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及输出监控设备技术领域，尤其涉及一种IO端口控制电路。
背景技术
电力监测终端普遍设置在配电柜附近，用于对配电柜内各主要耗能设备的状态进行监控。现有的电力监测终端能够通过感应检测等手段检测一些状态参数并及时发出告警信息，但是其维护复杂，监测的变量较少，不能全面覆盖柜内重要设备的运行状态，且检测结果存储在本地，不利于管理者实时远程分析，难以做到及时维护的管理，而且传统的IO模块的扩展依赖CAN总线，从而受到空间的制约，扩展很不灵活。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种能对各种检测设备的输出信号进行同步调理和远程输出、易于扩展的IO端口控制电路。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种IO端口控制电路，包括若干现场仪表和MCU，还包括模拟量调理单元(1)、AD转换电路(2)、光耦隔离单元(3)、以太网单元(4)和外部存储器(5)，现场仪表的输出端分别与模拟量调理单元(1)和光耦隔离单元(3)的输入端电性连接，模拟量调理单元(1)的输出端与AD转换电路(2)的输入端电性连接，AD转换电路(2)的输出端和光耦隔离单元(3)的输出端均与MCU的GPIO端口电性连接，以太网单元(4)与MCU的UART端口电性连接，外部存储器(5)与MCU的外部存储器端口电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述模拟量调理单元(1)包括若干电压调理电路(11)和若干电流调理电路(12)，电压调理电路(11)和电流调理电路(12)的输入端分别与现场仪表的输出端以电性连接，电压调理电路(11)和电流调理电路(12)的输出端均与AD转换电路(2)的输入端电性连接；电压调理电路(11)和电流调理电路(12)将现场仪表输出的模拟电压信号和模拟电流信号均调理为符合AD转换电路(2)输入规范的电压信号。
进一步优选的，所述电压调理电路(11)包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，现场仪表输出的模拟电压信号通过电阻R1串联在第一运算放大器A1的反相输入端电性连接，第一运算放大器A1的同相输入端接地，第一运算放大器A1的输出端通过电阻R3与第二运算放大器A2的反相输入端串联，第一运算放大器A1的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R2；第二运算放大器A2的同相输入端接地，第二运算放大器A2的输出端与AD转换电路(2)的输入端电性连接，第二运算放大器A2的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R4。
进一步优选的，所述电流调理电路(12)包括采样电阻R5、第三运算放大器A3和第四运算放大器A4，现场仪表输出的模拟电流信号流经采样电阻R5，采样电阻R5的一端通过电阻R6与第三运算放大器A3的同相输入端电性连接，第三运算放大器A3的输出端通过电阻R8与第四运算放大器A4的同相输入端电性连接，第三运算放大器A3的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R7；第四运算放大器A4的同相输入端还与电阻R9的一端并联，电阻R9的另一端与+5V电压电性连接；第四运算放大器A4的输出端与AD转换电路(2)的输入端电性连接，第四运算放大器A4的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R10，第四运算放大器A4的反相输入端还与电阻R11的一端并联，电阻R11的另一端接地。
更进一步优选的，所述AD转换电路(2)为四通道AD转换芯片AD974。
更进一步优选的，所述光耦隔离单元(3)包括稳压二极管D1和光耦合器T1，现场仪表输出的开关信号与光耦合器T1的引脚1电性连接，光耦合器T1的引脚2和引脚4接地，光耦合器T1的引脚3与MCU的GPIO端口电性连接；光耦合器T1的引脚1和引脚2之间反向并联有稳压二极管D1。
更进一步优选的，所述以太网单元(4)包括网络透传芯片CH9192和网络接口HR911105A，网络透传芯片CH9192的串行端口与MCU的UART端口电性连接，网络透传芯片CH9192的以太网信号端口与网络接口HR911105A的以太网信号接口一一对应电性连接。
更进一步优选的，所述外部存储器(5)包括MMC卡座51和随机存储器52，MMC卡座51和随机存储器52均与MCU的外部存储器端口电性连接，MMC卡座51内还插接有Micro SD卡。
再进一步优选的，所述MMC卡座51为SCHA5B0200，随机存储器52为DDR3 RAM。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述MCU为基于ARM Cortex—A8的AM3358处理器。
进一步优选的，还包括RTC时钟芯片，RTC时钟芯片与MCU的GPIO端口电性连接。
本实用新型提供的一种IO端口控制电路，相对于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本实用新型通过将现场仪表的输出按类型分类进行调理后送至MCU中，数据处理过程统一在MCU内部完成，处理的及时性好；
(2)模拟电压信号经过二次放大得到符合AD转换电路要求的电压信号；
(3)模拟电流信号经过I/V变换、电压跟随和同相比例放大后得到符合AD转换电路要求的电压信号；
(4)以太网单元能直接将MCU的输出直接透传至远程计算机；
(5)通过RTC时钟芯片可以与以太网进行时间同步，便于实现IO模块的以太网扩展。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种IO端口控制电路的结构框图；
图2为本实用新型一种IO端口控制电路的模拟量调理单元与AD转换电路的接线图；
图3为本实用新型一种IO端口控制电路的光耦隔离单元的接线图；
图4为本实用新型一种IO端口控制电路的以太网单元的接线图；
图5为本实用新型一种IO端口控制电路的部分外部存储器的接线图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型提供了一种IO端口控制电路，包括若干现场仪表、MCU、模拟量调理单元1、AD转换电路2、光耦隔离单元3、以太网单元4、外部存储器5和RTC时钟芯片，现场仪表的输出端分别与模拟量调理单元1和光耦隔离单元3的输入端电性连接，模拟量调理单元1的输出端与AD转换电路2的输入端电性连接，AD转换电路2的输出端和光耦隔离单元3的输出端均与MCU的GPIO端口电性连接，以太网单元4与MCU的UART端口电性连接，外部存储器5与MCU的外部存储器端口电性连接。由图可知，根据现场仪表的输出类型，如开关量、模拟电压信号和模拟电路信号等，分别进行了单独的处理，最终将处理后的数字信号输入MCU的GPIO端口中，MCU将上述处理后的信息经以太网单元4相远程计算机发送，部分结果可以存储在外部存储器5中暂存。
如图1结合图2所示，模拟量调理单元1包括若干电压调理电路11和若干电流调理电路12，电压调理电路11和电流调理电路12的输入端分别与现场仪表的输出端以电性连接，电压调理电路11和电流调理电路12的输出端均与AD转换电路2的输入端电性连接；电压调理电路11和电流调理电路12将现场仪表输出的模拟电压信号和模拟电流信号均调理为符合AD转换电路2输入规范的电压信号。
具体的，如图2所示，电压调理电路11包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，现场仪表输出的模拟电压信号通过电阻R1串联在第一运算放大器A1的反相输入端电性连接，第一运算放大器A1的同相输入端接地，第一运算放大器A1的输出端通过电阻R3与第二运算放大器A2的反相输入端串联，第一运算放大器A1的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R2；第二运算放大器A2的同相输入端接地，第二运算放大器A2的输出端与AD转换电路2的输入端电性连接，第二运算放大器A2的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R4。第一运算放大器A1和第二运算放大器A2构成两级连续的反向比例放大电路。将现场仪表输出的模拟电压信号由0—10V调节为0—5V。
电流调理电路12包括采样电阻R5、第三运算放大器A3和第四运算放大器A4，现场仪表输出的模拟电流信号流经采样电阻R5，采样电阻R5的一端通过电阻R6与第三运算放大器A3的同相输入端电性连接，第三运算放大器A3的输出端通过电阻R8与第四运算放大器A4的同相输入端电性连接，第三运算放大器A3的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R7；第四运算放大器A4的同相输入端还与电阻R9的一端并联，电阻R9的另一端与+5V电压电性连接；第四运算放大器A4的输出端与AD转换电路2的输入端电性连接，第四运算放大器A4的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R10，第四运算放大器A4的反相输入端还与电阻R11的一端并联，电阻R11的另一端接地。采样电阻R5将4—20mA的输入电流信号转换位电压信号，送入第三运算放大器A3中，电阻C1对对输入电压进行滤波处理。电容C2对第四运算放大器A4反馈的信号进行滤波。
本实用新型中，AD转换电路2为四通道AD转换芯片AD974，可根据需要最多配置4路模拟电压或者模拟电流的模拟量输入。当然也可以是其他通道数的AD转换芯片，可根据实际需要选择，在此不做限定。
如图3所示，光耦隔离单元3包括稳压二极管D1和光耦合器T1，现场仪表输出的开关信号与光耦合器T1的引脚1电性连接，光耦合器T1的引脚2和引脚4接地，光耦合器T1的引脚3与MCU的GPIO端口电性连接；光耦合器T1的引脚1和引脚2之间反向并联有稳压二极管D1。开关量通过电阻R12分压后由电容C3滤除开关波动。
如图4所示，以太网单元4包括网络透传芯片CH9192和网络接口HR911105A，网络透传芯片CH9192的串行端口与MCU的UART端口电性连接，网络透传芯片CH9192的以太网信号端口与网络接口HR911105A的以太网信号接口一一对应电性连接。网络透传芯片CH9192能够实现串口数据与网络接口数据的双向透明传输。网络接口HR911105A为RJ45接口，可通过网线连接交换机或者路由器等设备。网络透传芯片CH9192单独配备了晶振X1；网络透传芯片CH9192与网络接口HR911105A通信端口之间设置有上拉电阻R13、R14、R15和R16。
如图5所示，外部存储器5包括MMC卡座51和随机存储器52，MMC卡座51和随机存储器52均与MCU的外部存储器端口电性连接，MMC卡座51内还插接有Micro SD卡。MMC卡座51为SCHA5B0200，随机存储器52为DDR3RAM。随机存储器52可以作为临时数据存储。MMC卡座51配合Micro SD卡可作为临时数据的备份。如图所示，MCU的F18、F17、G18、G17、G16和G15端口分别与MMC卡座51的引脚1、引脚2、引脚3、引脚5、引脚7和引脚8电性连接，其中MMC卡座51引脚1、引脚2、引脚3、引脚7和引脚8上均设置有上拉电阻。
本实用新型的MCU为基于ARM Cortex—A8的AM3358处理器。本实用新型还包括RTC时钟芯片，RTC时钟芯片与MCU的GPIO端口电性连接。可以与以太网进行时间同步，也便于实现IO模块基于的以太网扩展。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种IO端口控制电路，包括若干现场仪表和MCU，其特征在于：还包括模拟量调理单元(1)、AD转换电路(2)、光耦隔离单元(3)、以太网单元(4)和外部存储器(5)，现场仪表的输出端分别与模拟量调理单元(1)和光耦隔离单元(3)的输入端电性连接，模拟量调理单元(1)的输出端与AD转换电路(2)的输入端电性连接，AD转换电路(2)的输出端和光耦隔离单元(3)的输出端均与MCU的GPIO端口电性连接，以太网单元(4)与MCU的UART端口电性连接，外部存储器(5)与MCU的外部存储器端口电性连接。
2.如权利要求1所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述模拟量调理单元(1)包括若干电压调理电路(11)和若干电流调理电路(12)，电压调理电路(11)和电流调理电路(12)的输入端分别与现场仪表的输出端以电性连接，电压调理电路(11)和电流调理电路(12)的输出端均与AD转换电路(2)的输入端电性连接；电压调理电路(11)和电流调理电路(12)将现场仪表输出的模拟电压信号和模拟电流信号均调理为符合AD转换电路(2)输入规范的电压信号。
3.如权利要求2所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述电压调理电路(11)包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，现场仪表输出的模拟电压信号通过电阻R1串联在第一运算放大器A1的反相输入端电性连接，第一运算放大器A1的同相输入端接地，第一运算放大器A1的输出端通过电阻R3与第二运算放大器A2的反相输入端串联，第一运算放大器A1的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R2；第二运算放大器A2的同相输入端接地，第二运算放大器A2的输出端与AD转换电路(2)的输入端电性连接，第二运算放大器A2的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R4。
4.如权利要求2所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述电流调理电路(12)包括采样电阻R5、第三运算放大器A3和第四运算放大器A4，现场仪表输出的模拟电流信号流经采样电阻R5，采样电阻R5的一端通过电阻R6与第三运算放大器A3的同相输入端电性连接，第三运算放大器A3的输出端通过电阻R8与第四运算放大器A4的同相输入端电性连接，第三运算放大器A3的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R7；第四运算放大器A4的同相输入端还与电阻R9的一端并联，电阻R9的另一端与+5V电压电性连接；第四运算放大器A4的输出端与AD转换电路(2)的输入端电性连接，第四运算放大器A4的输出端与其反相输入端之间还并联有电阻R10，第四运算放大器A4的反相输入端还与电阻R11的一端并联，电阻R11的另一端接地。
5.如权利要求2所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述AD转换电路(2)为四通道AD转换芯片AD974。
6.如权利要求2所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述光耦隔离单元(3)包括稳压二极管D1和光耦合器T1，现场仪表输出的开关信号与光耦合器T1的引脚1电性连接，光耦合器T1的引脚2和引脚4接地，光耦合器T1的引脚3与MCU的GPIO端口电性连接；光耦合器T1的引脚1和引脚2之间反向并联有稳压二极管D1。
7.如权利要求2所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述以太网单元(4)包括网络透传芯片CH9192和网络接口HR911105A，网络透传芯片CH9192的串行端口与MCU的UART端口电性连接，网络透传芯片CH9192的以太网信号端口与网络接口HR911105A的以太网信号接口一一对应电性连接。
8.如权利要求2所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述外部存储器(5)包括MMC卡座51和随机存储器52，MMC卡座51和随机存储器52均与MCU的外部存储器端口电性连接，MMC卡座51内还插接有Micro SD卡。
9.如权利要求8所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述MMC卡座51为SCHA5B0200，随机存储器52为DDR3 RAM。
10.如权利要求1所述的一种IO端口控制电路，其特征在于：所述MCU为基于ARMCortex—A8的AM3358处理器。
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2019
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