工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路制造技术

本实用新型专利技术涉及信号采集电路领域，特别涉及一种工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，用于采集工业现场总线多个电流环通讯通道输出的电流信号，包含：分别与多个电流环通讯通道中相应传输通道相连用于电路电压转换的多个电流电压转换电路；分别与多个电流电压转换电路相连用于阻抗匹配的多个初级电压跟随器；与多个初级电压跟随器相连用于集中并择一输出的多路复用器；与多路复用器相连用于阻抗匹配输出的电压跟随器；及与电压跟随器相连用于模数转换输出的ADC采集电路。本实用设计科学、合理，电路结构简单，减少电路器件数目和成本，可满足4~20mA电流环路通信方式在工业现场数据采集和控制类场景的应用需求，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路
本技术涉及信号采集电路领域，特别涉及一种工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路。
技术介绍
在工业现场，如果采集的信号经过调理后是电压信号并且进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线很容易受到噪声干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降，限制了传输的最大距离和信号质量；第三，设备不容易区分通信故障和无数据传输的状态。为了解决上述问题，出现了4~20mA电流环路这一工业现场总线。由于电流信号不容易受到空气中电磁波的干扰，并且采用电流源输出信号可以一定程度上克服通信线缆寄生电阻对信号的衰减问题。因此，4~20mA电流环路通信方式广泛应用于工业现场的数据采集和控制类应用场景。由于优点很多，4~20mA电流环路通信被广泛和大量的应用在工业自动化现场。对于多路4~20mA信号的采集成为了必须要解决的问题。在常规的电路方案中，对多路4~20mA信号的采集需要多个ADC转换单元，每个单元独立的转换一路由采样电路采集为电压信号的4~20mA信号。ADC转换单元可以是独立的ADC芯片，或者集成了多通道ADC外设的微控制器。要采集和转换的4~20mA信号路数越多，就需要使用越多的ADC转换单元。无论是使用更多颗专用的ADC芯片或者使用拥有较多ADC输入通道的微处理器，都要付出更多的硬件成本，即，要采集和转换的4~20mA信号路数越多，由ADC单元带来的硬件成本也就越高。
技术实现思路
为此，本技术提供一种工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，设计科学、合理，降低多路4~20mA信号的采集和转换成本。按照本技术所提供的设计方案，一种工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，用于采集工业现场总线多个电流环通讯通道输出的电流信号，包含：分别与多个电流环通讯通道中相应传输通道相连用于电路电压转换的多个电流电压转换电路；分别与多个电流电压转换电路相连用于阻抗匹配的多个初级电压跟随器；与多个初级电压跟随器相连用于集中并择一输出的多路复用器；与多路复用器相连用于阻抗匹配输出的电压跟随器；及与电压跟随器相连用于模数转换输出的ADC采集电路。作为本技术工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，进一步地，所述电流电压转换电路包含用于将多个电流环通讯通道中相应传输通道电流信号转换为电压信号的采样电阻。作为本技术工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，进一步地，在所述电流电压转换电路和所述初级电压跟随器之间还串联有低通滤波器。作为本技术工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，进一步地，所述多路复用器采用模拟多路复用器芯片或模拟开关芯片实现。本技术的有益效果：本技术结构简单，设计新颖、合理，使用前级和后级电压跟随器进行阻抗匹配，使前、后输入输出电路之间互不影响，模拟多路复用器或者模拟开关在接于两者之间，前后级电压跟随器之间基本没有电流流动，即由于电流流过模拟复用器或者模拟开关引起的信号衰减极小；同时由于初级电压跟随器输入阻抗极大，减小了ADC采集等信号处理对采样电阻采集精度的影响，有效减低多通道信号采集成本，电路结构简单、效率高，具有较强的推广应用价值。附图说明：图1为实施例中信号采集电路原理框图；图2为实施例中信号采集电路原理示意图。具体实施方式：下面结合附图和技术方案对本技术作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本技术的实施方式，但本技术的实施方式并不限于此。本技术实施例，参见图1所示，提供一种工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，用于采集工业现场总线多个电流环通讯通道输出的电流信号，包含：分别与多个电流环通讯通道中相应传输通道相连用于电路电压转换的多个电流电压转换电路；分别与多个电流电压转换电路相连用于阻抗匹配的多个初级电压跟随器；与多个初级电压跟随器相连用于集中并择一输出的多路复用器；与多路复用器相连用于阻抗匹配输出的电压跟随器；及与电压跟随器相连用于模数转换输出的ADC采集电路。为了降低多路4~20mA信号的采集和转换成本，可使用模拟多路复用器或者模拟开关芯片来完成多路4~20mA信号的切换，理论上无论需要采集多少路4~20mA信号，只要使用一个ADC转换单元即可完成设计，将ADC转换单元接通模拟多路复用器或者模拟开关的公共输出引脚，然后通过控制模拟多路复用器或者模拟开关芯片将输入引脚的信号依次选通到公共输出引脚，就可以实现一个ADC转换单元采集转换所有通道上的4~20mA信号的目的。本案实施例中，为了解决低成本的模拟多路复用器或者模拟开关内阻较大的问题，使用前级和后级电压跟随器，模拟多路复用器或者模拟开关在接于两者之间。由于电压跟随器输入阻抗极大，而输出阻抗极小，前后级电压跟随器之间基本没有电流流动，即由于电流流过模拟复用器或者模拟开关引起的信号衰减极小，在对精度要求不是非常苛刻的应用场景下，该信号衰减可以忽略不计。同时由于初级电压跟随器输入阻抗极大，减小了ADC采集等信号处理对采样电阻采集精度的影响。作为本技术实施例中的工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，进一步地，所述电流电压转换电路包含用于将多个电流环通讯通道中相应传输通道电流信号转换为电压信号的采样电阻。通过特定阻值的采样电阻，将4~20mA的电流信号，转换为后端电路可以处理的电压信号。作为本技术实施例中的工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，进一步地，在所述电流电压转换电路和所述初级电压跟随器之间还串联有低通滤波器。作为本技术实施例中的工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，进一步地，所述多路复用器采用模拟多路复用器芯片或模拟开关芯片实现。前级电压跟随器和后级电压跟随器由集成运算放大器组成。模拟多路复用模块在前级电压跟随器和后级电压跟随器之间。利用前级电压跟随器和后级电压跟随器输入阻抗极大，输出阻抗极小的特点，减小模拟多路复用器模块中，模拟多路复用器或者模拟开关内阻对信号的衰减所用。电压跟随器输出的信号，由ADC采集电路进行模拟数字转换，进而得到每个通道的4~20mA信号的具体值。参见图2所示，给出4通道4~20mA采集电路的实施例：由接线端子P1、电阻R1R2、电容C2C1、芯片U1A组成了一路4~20mA电路输入和前级信号处理模块。由U4组成多路模拟复用模块。由U3A组成次级电压跟随器。在本实施例中，运算放大器芯片U1A、U1B、U2A、U2B、U3A可使用成本较低的通用运放LM358。多路模拟复用芯片U4可使用成本较低的CD4052。R2为第一路4~20mA电流信号采集电阻，4~20mA电流信号流过R2后，在R2一端产生一个与R2阻值成比例的电压信号。该电压信号经过由R1C2组成的低通滤波器，进入由运算放大器U1A组成的初级电压跟随器。多路模拟复用器U4的引脚A、B为通道选通控制引脚，可控制X0~X3引脚分别与X引脚接通。U1A输出的信号经过U4选通后，通过X引脚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，用于采集工业现场总线多个电流环通讯通道输出的电流信号，其特征在于，包含：/n分别与多个电流环通讯通道中相应传输通道相连用于电路电压转换的多个电流电压转换电路；/n分别与多个电流电压转换电路相连用于阻抗匹配的多个初级电压跟随器；/n与多个初级电压跟随器相连用于集中并择一输出的多路复用器；/n与多路复用器相连用于阻抗匹配输出的电压跟随器；/n及与电压跟随器相连用于模数转换输出的ADC采集电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种工业现场总线多通道电流环通讯信号采集电路，用于采集工业现场总线多个电流环通讯通道输出的电流信号，其特征在于，包含：
分别与多个电流环通讯通道中相应传输通道相连用于电路电压转换的多个电流电压转换电路；
分别与多个电流电压转换电路相连用于阻抗匹配的多个初级电压跟随器；
与多个初级电压跟随器相连用于集中并择一输出的多路复用器；
与多路复用器相连用于阻抗匹配输出的电压跟随器；
及与电压跟随器相连用于模数转换输出的ADC采集电路。


2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东，刘铭，杨魁，王旭东，陈传伟，
申请(专利权)人：春泉智源科技信息有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41