CN2580682Y - 脉冲量输入电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种脉冲量输入电路，该电路由整形网络、倍压电路、单片机PIC、光耦、反相器、地址拨码开关及发光二极管组成。将四路高速计数输入I/O系统中。在I/O BUS总线上可安装16个相同的电路，得到64个计数点。计数器的寄存器为32位，最大计数值为4294967295。计数电压为3～28V。输入信号与逻辑电路隔离，四路信号彼此隔离。脉冲的频率可以在10KHz内调节而不会漏计。当使用低速机械触电脉冲输入时可选择去抖动滤波方式，防止错误的计数。可将计数值在断电期间存入EEPROM。可设定在加电时清除所有计数，系统读取计数后清除计数。四支发光二极管显示每路输入的状态。控制器使这些LED使能或失效。

Description

脉冲量输入电路

技术领域

本实用新型涉及一种输入电路，特别是指工业过程自动化控制终端设备对现场计数信号采集的脉冲量输入电路，适用于石化、给排水、电力、冶金等领域的工业过程自动化控制终端设备的脉冲量输入电路。

背景技术

目前，在我国应用于工业过程自动化领域控制设备中的脉冲信号输入电路，电路中没有采取隔离设计，而采集现场又存在信号干扰大的特点，所以不足之处是输入信号失真、测量数据不准确，而且没有相应的断电保护数据功能，给控制系统的整体控制造成极大影响，其可扩展能力差，不能满足现场脉冲信号点增加的需要。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种脉冲量输入电路，可实现四路幅度为3～28V，计数输入频率在10KHz以内的脉冲信号输入，输入脉宽不小于16.7微秒。计数的最大值为4294967295。当计数溢出时计数器将又从0开始计数；输入信号与逻辑电路隔离，而且四路信号彼此隔离。输入脉冲的频率可以在10KHz内调节而不会漏计；当使用低速机械触电脉冲输入时可选择去抖动滤波方式防止错误的计数；可以将计数值在断电期间存入电可擦编程只读存储器EEPROM中；还可以设定在加电时清除所有计数，以及当系统读取计数后清除计数；四支发光二极管显示每路输入的状态；控制器可以使这些LED使能或失效。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：

一种脉冲量输入电路，

该脉冲量输入电路由整形网络、倍压电路、单片机PIC、光耦、反相器、地址拨码开关及一组发光二极管组成，

脉冲量输入电路的元器件连接如下：

该电路通过接线插座P3外接脉冲源，共四路，在每路的正负端分别并联接入一个由分流电阻R6、瞬变二极管CR12、CR13、CR14、CR15组成的电压保护电路，瞬变管CR12、CR13、CR14、CR15的A极分别接入三极管Q2、Q4、Q6、Q8的发射极，同时分别通过电阻R16、R17、R18、R19接入Q2、Q4、Q6、Q8的基极和三极管Q1、Q3、Q5、Q7的发射极，瞬变管的K极分别通过电阻R20、R21、R22、R23接入Q1、Q3、Q5、Q7的基极和光耦U9、U10、U11、U12的管腿2，三极管Q1、Q3、Q5、Q7基极分别与三极管Q2、Q4、Q6、Q8集电极相连，三极管Q1、Q3、Q5、Q7的集电极分别接入光耦U9、U10、U11、U12的管腿3，光耦U9、U10、U11、U12的管腿8分别接入电源Vcc5V，同时接入滤波电容C1、C2、C3、C4后和管腿5共同接地，管腿6分别经过上拉电阻R7接入电源Vcc5V，通过限流电阻R4分别接入单片机U13的12、15、16、17管腿，同时分别通过滤波电容C5、C6、C7、C8接入拨码开关SW1的12、11、10、9位置；

Vcc5V接入能量监控器U4 DS1233的3端Vcc，1端GROUND接地，2端RESET通过二极管CR9接入反相器U5A输出端，其输入端通过电阻R3接入数据总线，以及通过电容C11接电源Vcc5V，同时接入反相器U5F的输入端，输出端接入由二极管CR7和电阻R8并联后串联一个电容C13接地的延时电路接入反相器U5E的输入端，其输出端接入由二极管CR8和电阻R9并联后串联一个电容C14接地的延时电路接入串连的U5B、U5C后接入单片机U13的管腿1复位端，反相器U5E的输出端接入PIC U13管腿21；

PIC的管腿6、7接入U3 EEPROM的管腿6SCL、5SDA，同时通过上拉电阻R1、R2接入Vcc5V，U3的2、8腿短接后接Vcc5V和通过电容C12到地，U3的1、3、4腿接地；

PIC的管腿25、26、27、28接入拨码开关SW1的16、15、14、13，拨码开关SW1的1、2、3、4接地，拨码开关SW1的6、7、8接入Vcc5V，发光二极管LED通过限流电阻R5分别接入PIC的管腿2、3、4、5；

PIC的管腿13、14、15通过电阻R27接入电源Vcc5V和数据总线，PIC管腿22、23分别接入拨码开关SW2位置1COR、位置2COP，拨码开关SW2位置9、10、11、12、13、14、15、16接地，拨码开关SW2位置3接PIC的11腿，单片机的9、10腿间并联晶体振荡器Y1、各接电容C9、C10组成的振荡电路到8腿接地。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：该电路将四路高速计数输入加到I/O系统中，可根据现场要求，设置电路地址，易于电路的扩展；在每路输入端都装有瞬间抑制保护二极管，进行过压保护；计数器的寄存器为32位，最大计数值为4294967295；输入信号与电路内部逻辑电路隔离，而且四路信号彼此隔离；输入脉冲的频率可以在10KHz内调节而不会漏计；当使用低速机械触电脉冲输入时可选择去抖动滤波方式防止错误的计数；可以将计数值在断电期间进行保存；还可以设定在加电时清除，从而可达到节能的作用；四支发光二极管显示每路输入的状态；控制器可以使这些LED使能或失效。该电路制成模块，安装方便快捷，安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上，连接到系统总线。输入电压超过额定电压的150％也不会损坏电路。由于本实用新型采用的都是工业级元器件，可适应的温度范围为-40℃～70℃，能够在较恶劣的环境下工作。

附图说明

图1.脉冲量输入电路电原理图。

具体实施方式

下面结合图1脉冲量输入电路电原理图，对本实用新型作进一步说明。

脉冲量输入电路由整形网络、倍压电路、单片机PIC、光耦、反相器、地址拨码开关及一组发光二极管组成。可通过数据总线与主控制器相连。

该电路通过接线插座P3外接脉冲源，可以提供四路脉冲信号的采集，在每路的正负端分别接入一个由分流电阻、瞬变二极管组成的防止电压过高的保护电路，然后接入由电阻和三极管组成的整形电路，把过高或过低的电压信号屏蔽掉，使输入信号必须在3～28V这一区间内，瞬变管CR12-CR15的A极分别接入三极管Q(2、4、6、8)的发射极，同时通过电阻R16-R19接入Q(2、4、6、8)的基极和三极管Q(1、3、5、7)的发射极，瞬变管的K极通过电阻R20-R23分别接入Q(1、3、5、7)的基极和光耦U9-U12的管腿2，三极管Q(1、3、5、7)基极与Q(2、4、6、8)集电极相连，三极管Q(1、3、5、7)的集电极接入光耦U9-U12的管腿3，光耦U9-U12的管腿8接入电源Vcc5V，同时接入滤波电容C1-C4后和管腿5共同接地，信号从管腿6出来，经过上拉电阻R7接入电源Vcc5V，通过限流电阻R4分别接入单片机U13 12、15、16、17管腿，使信号流入单片机，同时通过滤波电容C5-C8接入拨码开关SW1的12、11、10、9位置，当SW1的12、11、10、9断开时，关闭去抖动滤波器电容C5-C8，为高频信号输入，最高频率为10KHz，最小脉冲宽度为16.7微秒；当闭合时，为了去掉错误的计数，抖动滤波器电容C5-C8有效，此时，最大计数频率为60Hz，最小脉冲宽度为8.3毫秒。总线接口提供了5V电源，通过三端稳压电路提供5V的电压给单片机，作为PIC的电源，Vcc5V接入能量监控器U4 DS1233的3端Vcc，1端GROUND接地，2端RESET通过二极管CR9接入反相器U5A和电阻R3接入总线P16，同时通过反相器U5F，二极管CR7和电阻R8的并联电路接入反相器U5E、U5B、U5C接入单片机U13的管腿1复位端，产生一个复位信号，当输入低于要求的电压值时或断电时，产生一个复位信号，通过在反相器U5E的输出端产生一个中断信号，传送给PIC U13管腿21，使PIC中断，这时，储存在三端稳压电路中的电容储存的能量，通过Vcc为单片机提供电源，维持一定时间的电能供应，PIC的管腿6、7接入U3电可擦编程只读存储器EEPROM的管腿6SCL、5SDA，当电压过低或断电时，PIC利用储存在三端稳压电路中的电容储存的能量将计数数据发送到U3EEPROM进行储存，PIC的管腿25、26、27、28接入拨码开关SW1的16、15、14、13，确定该电路在总线中的地址，从而实现电路的扩展；发光二极管LED通过限流电阻R5分别接入PIC的管腿2、3、4、5，四支发光二极管显示每路输入的状态。控制器可以使这些LED使能或失效；由一个晶体与两个电容组成的晶体振荡电路接入单片机PIC的9、10管腿，为单片机PIC提供工作频率；PIC管腿13、14、15通过电阻接电源Vcc5V和总线，将信号通过数据总线发送给主控制器；PIC管腿22、23分别接入拨码开关SW2位置1COR、位置2COP，当主控制器读取该电路的计数时，该电路可以保存或清除每个计数器中的计数，通过读数后清除COR开关决定是否使用读数后清除计数值这种模式。当断开时，读数后保存历史计数值将拨码，当闭合时，读数后清除历史计数值；模块通过加电清除COP开关决定是否使用加电清除计数值模式，在加电期间可以保存或清除历史计数值。断开时，加电保存历史计数值，闭合时，加电清除历史计数值。

脉冲量输入电路在总线中的地址由四位拨码开关来选择地址。

该脉冲量输入电路已制成模块，本厂型号及名称为E107脉冲量输入电路，模块外形尺寸为：(长)216mm×(宽)118mm×(高)44mm，采用ECHO B型盒封装，安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上，连接到系统I/O BUS总线上。

E107模块提供四路计数输入，用接线端子与外围电路连接。推荐使用22～12AWG的标准电线。用地址开关来设置模块在I/O BUS总线上的地址，共可安装16个E107模块，得到64个计数点。

运行模式选择：

加电清除计数值：

E107模块在加电期间可以保存或清除历史计数值。模块通过加电清除(COP)开关决定是否使用这种模式。

读数后清除计数值：

当主控制器读取E107的计数，E107模块可以保存或清除每个计数器中的计数。模块通过读数后清除(COR)开关决定是否使用这种模式。

去抖动滤波器的选择：

机械触点输入经常会出现开关抖动，它会在开关闭合和开启时产生成倍的多余的脉冲。为了防止开关抖动产生错误的计数，可以将去抖动滤波器设为有效(每一路都有一个滤波器)。滤波器通过拨码开关设置。为了除去错误的计数，将拨码拨向右边使能去抖动滤波器。

操作与维护：

E107模块计数输入频率在10KHz以内。输入脉宽不小于16.7微秒。计数的最大值为4294967295。当计数溢出时计数器将又从0开始计数。

当电源断电或系统重置，模块将计数值储存在EEPROM中。如果关闭COP功能，系统在重置或电源恢复时，系统会将EEPROM中的记录读出并恢复。如果开启COP功能，系统在重置或电源恢复时，EEPROM中的记录将被删除。

在开启COR功能时，当控制器读取计数器值的时候，被读的计数器自动清空。

高频信号输入：

当使用高频信号输入时，必须关闭去抖动滤波器。最高频率为10KHz，最小脉冲宽度为16.7微秒。

机械触点输入：

为了去掉错误的计数，去抖动滤波器有效。此时，最大计数频率为60Hz。最小脉冲宽度为8.3毫秒。

LED指示：

E107模块每一路输入都有一支显示它状态的发红光的LED。当输入电压超过3VDC，LED发光。如果去抖滤波器有效，计数频率必须小于60Hz，LED才会显示计数的状态。控制器可以控制这些LED使它们有效或无效。

现场应用表明，脉冲量输入电路具有抗干扰能力强，可靠性高，兼容性好，应用灵活，操作方便等特点，且能够适应恶劣的现场环境。

Claims (1)

1.一种脉冲量输入电路，其特征在于：

该脉冲量输入电路由整形网络、倍压电路、单片机PIC、光耦、反相器、地址拨码开关及一组发光二极管组成，

脉冲量输入电路的元器件连接如下：

该电路通过接线插座P3外接脉冲源，共四路，在每路的正负端分别并联接入一个由分流电阻R6、瞬变二极管CR12、CR13、CR14、CR15组成的电压保护电路，瞬变管CR12、CR13、CR14、CR15的A极分别接入三极管Q2、Q4、Q6、Q8的发射极，同时分别通过电阻R16、R17、R18、R19接入Q2、Q4、Q6、Q8的基极和三极管Q1、Q3、Q5、Q7的发射极，瞬变管的K极分别通过电阻R20、R21、R22、R23接入Q1、Q3、Q5、Q7的基极和光耦U9、U10、U11、U12的管腿2，三极管Q1、Q3、Q5、Q7基极分别与三极管Q2、Q4、Q6、Q8集电极相连，三极管Q1、Q3、Q5、Q7的集电极分别接入光耦U9、U10、U11、U12的管腿3，光耦U9、U10、U11、U12的管腿8分别接入电源Vcc5V，同时接入滤波电容C1、C2、C3、C4后和管腿5共同接地，管腿6分别经过上拉电阻R7接入电源Vcc5V，通过限流电阻R4分别接入单片机U13的12、15、16、17管腿，同时分别通过滤波电容C5、C6、C7、C8接入拨码开关SW1的12、11、10、9位置；

Vcc5V接入能量监控器U4 DS1233的3端Vcc，1端GROUND接地，2端RESET通过二极管CR9接入反相器U5A输出端，其输入端通过电阻R3接入数据总线，以及通过电容C11接电源Vcc5V，同时接入反相器U5F的输入端，输出端接入由二极管CR7和电阻R8并联后串联一个电容C13接地的延时电路接入反相器U5E的输入端，其输出端接入由二极管CR8和电阻R9并联后串联一个电容C14接地的延时电路接入串连的U5B、U5C后接入单片机U13的管腿1复位端，反相器U5E的输出端接入PIC U13管腿21；

PIC的管腿6、7接入U3 EEPROM的管腿6SCL、5SDA，同时通过上拉电阻R1、R2接入Vcc5V，U3的2、8腿短接后接Vcc5V和通过电容C12到地，U3的1、3、4腿接地；

PIC的管腿25、26、27、28接入拨码开关SW1的16、15、14、13，拨码开关SW1的1、2、3、4接地，拨码开关SW1的6、7、8接入Vcc5V，发光二极管LED通过限流电阻R5分别接入PIC的管腿2、3、4、5；

PIC的管腿13、14、15通过电阻R27接入电源Vcc5V和数据总线，PIC管腿22、23分别接入拨码开关SW2位置1COR、位置2COP，拨码开关SW2位置9、10、11、12、13、14、15、16接地，拨码开关SW2位置3接PIC的11腿，单片机的9、10腿间并联晶体振荡器Y1、各接电容C9、C10组成的振荡电路到8腿接地。

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