CN221263794U - 一种多用途传感器传输转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多用途传感器传输转换装置，包括传感器接口，用于连接到传感器的信号输出端口，以接收来自所述传感器的模拟量信号；模拟量类型选择电路，通过模拟开关来选择接通来自所述传感器接口的电压型或电流型信号；可调放大电路，对来自所述模拟量类型选择电路的输出信号进行放大和调整；滤波降噪电路，用于消除所述可调放大电路输出信号中的噪声和干扰；数据采集电路，包括模数转换器和控制器，本实用新型具有通用性强、高精度和稳定性高等优点，可以接收不同类型模拟传感器的信号，可实时数字化转换并传输，且易于集成和扩展，可解决工业现场测试时由于不能预先确定被测量信号类型及参数而导致测量不准确甚至无法测量的难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器检测技术领域，特别是涉及一种多用途传感器传输转换装置。
背景技术
自动化控制系统中，主控系统多由PLC、通用计算机、微处理器等组成，底层有众多接口类型不同的传感器。传感器输出信号主要有电流型、电压型，电流型主要有0-20mA、4-20mA，电压型主要有各种量级的电压信号，信号类型不统一，对上层主控系统完成信号采集带来了难度。
如果采集模块量程过大，则造成实际信号误差增大、分辨率降低，如果采集模块量程过小，则造成实际采集中信号饱和造成采集数据不准确。目前常用的方法是采用不同的适配模块对传感器输出信号进行调理使之满足主控系统的采集需求，针对每种类型的传感器，需要搭配特定的硬件适配电路才能完成信号转换，硬件适配电路的不统一造成系统的复杂性及维护难度大幅度上升，并且模拟信号传输距离短，只能布设在主控系统附近，给现场实施带来更多的限制。因此需要一种设备对多种传感器输出模拟信号进行调理，实现数据采集的准确可靠。
所以本实用新型提供一种新的方案来解决此问题。
实用新型内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的在于提供一种多用途传感器传输转换装置。
其解决的技术方案是：一种多用途传感器传输转换装置，包括：传感器接口，用于连接到传感器的信号输出端口，以接收来自所述传感器的模拟量信号；模拟量类型选择电路，通过模拟开关来选择接通来自所述传感器接口的电压型或电流型信号；可调放大电路，对来自所述模拟量类型选择电路的输出信号进行放大和调整；滤波降噪电路，用于消除所述可调放大电路输出信号中的噪声和干扰；数据采集电路，包括模数转换器和控制器，所述模数转换器用于对模拟信号进行数字化转换，并送入所述控制器中分析处理，所述控制器用于控制所述模拟开关的选通状态；以及传输控制接口，用于将所述控制器与外部终端设备建立连接，以供后续分析和应用。
优选的，所述可调放大电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端通过电阻R2连接电阻R1的一端和所述模拟量类型选择电路的信号输出端，运放器AR1的反相输入端连接电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C1的一端，电阻R1与电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端连接电位器RP1的调节端，电位器RP1的一端连接电源VCC，电位器RP1的另一端接地，电阻R5和电容C1的另一端通过电位器RP2连接运放器AR1的输出端。
优选的，所述滤波降噪电路包括低通滤波器和π型RC滤波器，所述低通滤波器用于对所述可调放大电路的输出信号去除高频成分，然后再由所述π型RC滤波器进一步降噪，以去除交流成分噪声干扰。
优选的，所述低通滤波器包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端通过电阻R7连接电阻R6和电容C2的一端，并通过电容C3接地，电阻R6的另一端连接运放器AR1的输出端，电容C2的另一端连接运放器AR2的反相输入端和输出端。
优选的，所述π型RC滤波器包括电阻R8、电容C4和电容C5，电阻R8和电容C4的一端连接运放器AR2的输出端，电阻R8的另一端连接电容C5的一端和所述模数转换器的输入端，电容C4和电容C5的另一端接地。
优选的，所述模拟量类型选择电路为模拟多路复用器。
优选的，所述控制器选用嵌入式DSP处理器。
通过以上技术方案，本实用新型的有益效果为：本实用新型提出的多用途传感器传输转换装置具有通用性强、高精度和稳定性高等优点，可以接收不同类型模拟传感器的信号，数据采集电路可实时数字化转换并传输，且易于集成和扩展，可解决工业现场测试时由于不能预先确定被测量信号类型及参数而导致测量不准确甚至无法测量的难题。
附图说明
图1为本实用新型的系统控制模块图。
图2为本实用新型的可调放大电路原理图。
图3为本实用新型的滤波降噪电路原理图。
具体实施方式
有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本实用新型的各示例性的实施例。
如图1所示，一种多用途传感器传输转换装置，包括：传感器接口，用于连接到传感器的信号输出端口，以接收来自所述传感器的模拟量信号；模拟量类型选择电路，通过模拟开关来选择接通来自所述传感器接口的电压型或电流型信号；可调放大电路，对来自所述模拟量类型选择电路的输出信号进行放大和调整；滤波降噪电路，用于消除所述可调放大电路输出信号中的噪声和干扰；数据采集电路，包括模数转换器(ADC)和控制器，所述模数转换器用于对模拟信号进行数字化转换，并送入所述控制器中分析处理，所述控制器用于控制所述模拟开关的选通状态；以及传输控制接口，用于将所述控制器与外部终端设备建立连接，以供后续分析和应用。
具体的，传感器接口对外提供三个端子，包括电源正VDD、信号SIGN和电源地VSS，对于电压型传感器，三个端子分别对应接传感器的VDD、SIGN和VSS端子；对于电流型传感器，使用VDD和SIGN两个端子。
模拟量类型选择电路可选用模拟多路复用器，可以实现多个模拟信号的选择和切换，具体使用时，通过控制器来控制模拟多路复用器内部模拟开关的通断状态，从而选择不同类型的模拟量输入信号。
可调放大电路对模拟量类型选择电路的输出信号进行放大和调整，使其满足后级采样电路输入端的要求，具体的，如图2所示，可调放大电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端通过电阻R2连接电阻R1的一端和所述模拟量类型选择电路的信号输出端，运放器AR1的反相输入端连接电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C1的一端，电阻R1与电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端连接电位器RP1的调节端，电位器RP1的一端连接电源VCC，电位器RP1的另一端接地，电阻R5和电容C1的另一端通过电位器RP2连接运放器AR1的输出端；
在可调放大电路工作过程中，运放器AR1用于对传感器输出信号进行同相放大处理，在同相放大过程中，电源VCC通过电位器RP1与电阻R4向运放器AR1的反相输入端提供偏置电流，对不过零的电流型传感器进行调零，提高信号采样精度。同时，在运放器AR1的反馈端加入电容C1进行补偿，降低信号失真，改善信号放大输出波形，另外，通过调节电位器RP2的阻值可调整运放器AR1的放大倍数，从而改变输出信号的幅度范围，以适配控制器的标准信号识别要求。
进一步的，滤波降噪电路包括低通滤波器和π型RC滤波器，所述低通滤波器用于对所述可调放大电路的输出信号去除高频成分，然后再由所述π型RC滤波器进一步降噪，以去除交流成分噪声干扰；
具体的，如图3所示，低通滤波器包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端通过电阻R7连接电阻R6和电容C2的一端，并通过电容C3接地，电阻R6的另一端连接运放器AR1的输出端，电容C2的另一端连接运放器AR2的反相输入端和输出端；其中，二阶RC滤波网络在运放器AR2的驱动下进行滤波，有效消除传感器信号传输过程中侵入的高频噪声，只保留有用的低频信号；
其次，π型RC滤波器包括电阻R8、电容C4和电容C5，电阻R8和电容C4的一端连接运放器AR2的输出端，电阻R8的另一端连接电容C5的一端和所述模数转换器的输入端，电容C4和电容C5的另一端接地；利用π型RC滤波器原理进一步消除电路中的噪声，去除交流干扰，改善传感器信号采集质量，提升电路的稳定性。
在数据采集电路中，模数转换器将模拟信号转换成数字信号，而控制器负责控制模数转换器的工作并处理转换后的数字信号；同时，控制器可以通过输出电平信号来控制模拟多路复用器的开关状态，实现对电压型和电流型模拟量信号的选择和切换；具体的，控制器可选用嵌入式DSP处理器，具有高速度、强大的数据处理能力和灵活的扩展能力。控制器还可通过传输控制接口与外部终端设备进行交互，例如可采用RS-485、以太网或无线RF等接口，分别使用通用工业协议MODBUS、OPCUA对外提供通用的访问接口。
综上所述，本实用新型提出的多用途传感器传输转换装置具有通用性强、高精度和稳定性高等优点，可以接收不同类型模拟传感器的信号，数据采集电路可实时数字化转换并传输，且易于集成和扩展，可解决工业现场测试时由于不能预先确定被测量信号类型及参数而导致测量不准确甚至无法测量的难题。
以上所述是结合具体实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施仅局限于此；对于本实用新型所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本实用新型技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本实用新型保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多用途传感器传输转换装置，其特征在于，包括：
传感器接口，用于连接到传感器的信号输出端口，以接收来自所述传感器的模拟量信号；
模拟量类型选择电路，通过模拟开关来选择接通来自所述传感器接口的电压型或电流型信号；
可调放大电路，对来自所述模拟量类型选择电路的输出信号进行放大和调整；
滤波降噪电路，用于消除所述可调放大电路输出信号中的噪声和干扰；
数据采集电路，包括模数转换器和控制器，所述模数转换器用于对模拟信号进行数字化转换，并送入所述控制器中分析处理，所述控制器用于控制所述模拟开关的选通状态；以及
传输控制接口，用于将所述控制器与外部终端设备建立连接，以供后续分析和应用。
2.根据权利要求1所述一种多用途传感器传输转换装置，其特征在于：所述可调放大电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端通过电阻R2连接电阻R1的一端和所述模拟量类型选择电路的信号输出端，运放器AR1的反相输入端连接电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C1的一端，电阻R1与电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端连接电位器RP1的调节端，电位器RP1的一端连接电源VCC，电位器RP1的另一端接地，电阻R5和电容C1的另一端通过电位器RP2连接运放器AR1的输出端。
3.根据权利要求2所述一种多用途传感器传输转换装置，其特征在于：所述滤波降噪电路包括低通滤波器和π型RC滤波器，所述低通滤波器用于对所述可调放大电路的输出信号去除高频成分，然后再由所述π型RC滤波器进一步降噪，以去除交流成分噪声干扰。
4.根据权利要求3所述一种多用途传感器传输转换装置，其特征在于：所述低通滤波器包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端通过电阻R7连接电阻R6和电容C2的一端，并通过电容C3接地，电阻R6的另一端连接运放器AR1的输出端，电容C2的另一端连接运放器AR2的反相输入端和输出端。
5.根据权利要求4所述一种多用途传感器传输转换装置，其特征在于：所述π型RC滤波器包括电阻R8、电容C4和电容C5，电阻R8和电容C4的一端连接运放器AR2的输出端，电阻R8的另一端连接电容C5的一端和所述模数转换器的输入端，电容C4和电容C5的另一端接地。
6.根据权利要求1所述一种多用途传感器传输转换装置，其特征在于：所述模拟量类型选择电路为模拟多路复用器。
7.根据权利要求1所述一种多用途传感器传输转换装置，其特征在于：所述控制器选用嵌入式DSP处理器。
Publications (1)
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| CN221263794U true CN221263794U (zh) | 2024-07-02 |
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