CN220292012U - 一种模拟转数字信号模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟转数字信号模块，包括3路信号量输入电路、8路AC电压输入电路、采集单元、信号处理和曼彻斯特编码单元和485信号输出单元；3路信号量输入电路判别输入设备的状态信号，输入有效电平状态信号，经信号量输入保护后由光电耦合器隔离输出高低电平信号，曼彻斯特编码单元识别处理转换成十六进制数字信号通过485信号输出单元输出；8路AC电压输入电路将输入信号经模拟输入保护隔离后输出8路模拟信号；采集单元将8路模拟信号量化转换为数字信号，信号处理和曼彻斯特编码单元依曼彻斯特编码方式编码，重新组成新的十六进制数据并由485输出单元输出；本实用新型实现0‑3.25V模拟信号远距离传输，可应用于多通道长距离小信号采集系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及模数转换技术领域，更具体的说是涉及一种模拟转数字信号模块。
背景技术
目前，模拟信号使用的是振幅和相位都连续的电信号，可以直接对信号进行处理，如放大，相加，相乘等，在理想的状态下有着无穷大的精确分辨率并且不存在量化误差。
但是，受环境影响模拟信号总是收到各种电频干扰影响信号，被多次复制或进行长距离传输之后，这些随机的噪声会变得十分显著，信号被干扰影响后几乎不可能再次被还原，即使使用屏蔽线缆作为传输介质在实际应用中还是不能避免干扰等问题。
相比模拟信号，数字信号具有更强的抗干扰能力，即使因干扰信号的值超过临界值范围而出现误码，采样编码技术也很容易将出错的信号检测出来并加以修正，因此与模拟信号相比，数字信号在传输过程中具有更高的抗干扰能力，更远的传输距离，且失真幅度小。
随着技术的飞速发展，长距离模拟信号采集由于线路过长传输损耗较大也逐步向着数字信号发展
因此，如何将模拟小信号转换成数字信号并高速输出，实现小信号远距离传输是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种模拟转数字信号模块，将0-3.25V的模拟小信号转换成数字信号并通过高速485输出，实现小信号远距离传输，可应用于多通道长距离小信号采集系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种模拟转数字信号模块，包括3路信号量输入电路、8路AC电压输入电路、采集单元、信号处理和曼彻斯特编码单元和485信号输出单元；
3路信号量输入电路与信号处理和曼彻斯特编码单元相连；
3路信号量输入电路用于判别输入设备的状态信号，输入有效电平状态信号，经信号量输入保护后由光电耦合器隔离输出高低电平信号至曼彻斯特编码单元；
8路AC电压输入电路、采集单元与信号处理和曼彻斯特编码单元依次相连；
8路AC电压输入电路，用于将输入信号经模拟输入保护隔离后输出8路模拟信号至采集单元；
采集单元，用于将8路模拟信号量化转换为数字信号并传输给信号处理和曼彻斯特编码单元；
信号处理和曼彻斯特编码单元与485信号输出单元相连；
信号处理和曼彻斯特编码单元，用于将3路模拟信号量和8路模拟信号量输入电路的模拟信号识别处理转换成十六进制数字信号依曼彻斯特编码方式编码通过485信号输出单元输出。
优选的，3路信号量输入电路用于判别输入设备的24V电平状态信号。
优选的，信号量输入保护的具体内容为：瞬变抑制二极管并联于光电耦合器的输入端。
优选的，8路AC电压输入电路的输入信号具体为4路0V-3.25V交流电压和4路0V-1V交流电压，每路电压信号单独占用采集单元一个采样通道。
优选的，模拟输入保护隔离的具体内容为：
压敏电阻和瞬时二极管依次并联于8路AC电压输入电路的两端；
OPA4171电压跟随电路的输入端与8路AC电压输入电路的正负极连接，输出端与采集单元连接。
优选的，采集单元为ADC芯片AD7606，包括8通道DAS，支持16位、同步采样。
优选的，485输出单元采用SIT3088E芯片。
优选的，信号量输入保护的瞬变抑制二极管为SMBJ5.0A瞬变抑制二极管。
优选的，模拟输入保护隔离的压敏电阻为10D681K压敏电阻，瞬时二极管为SMBJ20CA瞬时二极管。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种模拟转数字信号模块，共有8路电压输入通道和3路信号量输入通道，3路信号量通道用于判别输入设备状态，8路电压输入通道可输入4路0V-3.25V和4路0V-1V电压信号，信号由16位的AD7606芯片量化转换为数字信号，依据曼彻斯特编码方式进行编码，编码完成后放入缓存由高速485芯片输出，实现小信号远距离传输，可应用于多通道长距离小信号采集系统；
8路电压模拟量信号输入分别由压敏电阻和瞬时二极管保护防止外部干扰损坏采样电路并有电压跟随电路作为缓冲隔离消除信号之间的相互影响；3路信号量输入使用光电耦合器隔离处理，并在光电耦合器前增加瞬时二极管保护提高电路可靠性。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本实用新型提供的一种模拟转数字信号模块总体示意图；
图2附图为实用新型提供的3路信号量输入电路示意图；
图3附图为实用新型提供的8路AC电压输入电路示意图；
图4附图为实用新型提供的485输出单元电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例公开了一种模拟转数字信号模块，包括3路信号量输入电路、8路AC电压输入电路、采集单元、信号处理和曼彻斯特编码单元和485信号输出单元；
3路信号量输入电路与信号处理和曼彻斯特编码单元相连；
3路信号量输入电路用于判别输入设备的状态信号，输入有效电平状态信号，经信号量输入保护后由光电耦合器隔离输出高低电平信号至曼彻斯特编码单元；
8路AC电压输入电路、采集单元与信号处理和曼彻斯特编码单元依次相连；
8路AC电压输入电路，用于将输入信号经模拟输入保护隔离后输出8路模拟信号至采集单元；
采集单元，用于将8路模拟信号量化转换为数字信号并传输给信号处理和曼彻斯特编码单元；
信号处理和曼彻斯特编码单元与485信号输出单元相连；
信号处理和曼彻斯特编码单元，用于将3路模拟信号量和8路模拟信号量输入电路的模拟信号识别处理转换成十六进制数字信号依曼彻斯特编码方式编码通过485信号输出单元输出。
为了进一步实施上述技术方案，3路信号量输入电路用于判别输入设备的24V电平状态信号。
为了进一步实施上述技术方案，信号量输入保护的具体内容为：瞬变抑制二极管并联于光电耦合器的输入端。
在本实施例中，输入有效电平为DC24V，当产生输入状态信号DC24V，经过L16电感隔离滤波后再经串联电阻分压限流，使电路正常工作并在电路中加入SMBJ5.0A瞬变抑制二极管对光电耦合器做保护处理，后级信号由光电耦合器隔离输出。
为了进一步实施上述技术方案，8路AC电压输入电路的输入信号具体为4路0V-3.25V交流电压和4路0V-1V交流电压，每路电压信号单独占用采集单元一个采样通道。
为了进一步实施上述技术方案，模拟输入保护隔离的具体内容为：
压敏电阻和瞬时二极管依次并联于8路AC电压输入电路的两端；
OPA4171电压跟随电路的输入端与8路AC电压输入电路的正负极连接，输出端与采集单元连接。
在本实施例中，4路0V-3.25V交流电压和4路0V-1V交流电压输入信号经过10D681K压敏电阻和SMBJ20CA瞬时二极管保护防止输入干扰对电路的冲击，信号输入经R17和R18形成回路，经OPA4171电压跟随电路隔离消除信号之间的相互影响后输出到AD7606输入采集端。
为了进一步实施上述技术方案，采集单元为ADC芯片AD7606，包括8通道DAS，支持16位、同步采样。
在本实施例中，ADC芯片AD7606通过SPI接口传输给信号处理和曼彻斯特编码单元。
为了进一步实施上述技术方案，485输出单元采用SIT3088E芯片。
在实际应用中，SIT3088E是一款3.0V-5.5V宽电源供电、总线端口ESD保护能力HBM达到15KV以上、总线耐压范围达到±15V、半双工、低功耗，功能完全满足TIA/EIA-485标准要求的RS-485收发器，可实现高达14Mbps的无差错数据传输。
为了进一步实施上述技术方案，信号量输入保护的瞬变抑制二极管为SMBJ5.0A瞬变抑制二极管。
为了进一步实施上述技术方案，模拟输入保护隔离的压敏电阻为10D681K压敏电阻，瞬时二极管为SMBJ20CA瞬时二极管。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种模拟转数字信号模块，其特征在于，包括3路信号量输入电路、8路AC电压输入电路、采集单元、信号处理和曼彻斯特编码单元和485信号输出单元；
3路信号量输入电路与信号处理和曼彻斯特编码单元相连；
3路信号量输入电路用于判别输入设备的状态信号，输入有效电平状态信号，经信号量输入保护后由光电耦合器隔离输出高低电平信号至曼彻斯特编码单元；
8路AC电压输入电路、采集单元与信号处理和曼彻斯特编码单元依次相连；
8路AC电压输入电路，用于将输入信号经模拟输入保护隔离后输出8路模拟信号至采集单元；
采集单元，用于将8路模拟信号量化转换为数字信号并传输给信号处理和曼彻斯特编码单元；
信号处理和曼彻斯特编码单元与485信号输出单元相连；
信号处理和曼彻斯特编码单元，用于将3路模拟信号量和8路模拟信号量输入电路的模拟信号识别处理转换成十六进制数字信号依曼彻斯特编码方式编码通过485信号输出单元输出。
2.根据权利要求1所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，3路信号量输入电路用于判别输入设备的24V电平状态信号。
3.根据权利要求1所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，信号量输入保护的具体内容为：瞬变抑制二极管并联于光电耦合器的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，8路AC电压输入电路的输入信号具体为4路0V-3.25V交流电压和4路0V-1V交流电压，每路电压信号单独占用采集单元一个采样通道。
5.根据权利要求1所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，模拟输入保护隔离的具体内容为：
压敏电阻和瞬时二极管依次并联于8路AC电压输入电路的两端；
OPA4171电压跟随电路的输入端与8路AC电压输入电路的正负极连接，输出端与采集单元连接。
6.根据权利要求1所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，采集单元为ADC芯片AD7606，包括8通道DAS，支持16位、同步采样。
7.根据权利要求1所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，485输出单元采用SIT3088E芯片。
8.根据权利要求3所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，信号量输入保护的瞬变抑制二极管为SMBJ5.0A瞬变抑制二极管。
9.根据权利要求5所述的一种模拟转数字信号模块，其特征在于，模拟输入保护隔离的压敏电阻为10D681K压敏电阻，瞬时二极管为SMBJ20CA瞬时二极管。
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