一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块制造技术

本发明专利技术公开了一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块，包括有隔离电源、微控制单元、RS485接口、数字隔离芯片、隔离三线制4

【技术实现步骤摘要】
一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块


[0001]本专利技术涉及工业自动化现场数据采集领域，具体是一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块。

技术介绍

[0002]应变式传感器主要应用于检测力及与力相关的应用场合，是目前应用最广泛的传感器之一，是组成数据采集系统及自动测控系统的重要组成部分。在某些应变式传感器应用场合，环境较为恶劣，如工作场合包含了大型感性负载、变频器、伺服驱动器等，这些都是属于强干扰源，如果不采取相应的措施，应变式传感器输出信号容易受到这些干扰源的影响，造成信噪比降低甚至可能会造成系统工作不正常。目前抗干扰常用的方法为屏蔽、隔离等，其中屏蔽的效果在某些场合效果不是太理想，比如强磁场干扰下，某些设备因为没有可靠的接地，对于磁信号的屏蔽效果不佳；现有应变式传感器的信号隔离手段最常用的采用模拟隔离方法：如隔离放大器隔离、线性光耦隔离、变压器式磁耦合隔离等，这些通常采用调制解调技术，一般而言实现难度较大且成本较高，同时采用这些模拟隔离的方法不具备智能化特点，且输出变送信号的标定一般采用人工调节电位器和相应的检测设备配合使用，而当没有检测设备如电流表时则无法实现。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是提供一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块，采用简单易实现的数字信号隔离方法实现模拟信号的隔离输出，同时输出的三线制4
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20mA电流变送信号可以在线自动校准。
[0004]本专利技术的技术方案为：
[0005]一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块，包括有隔离电源、微控制单元、RS485接口、数字隔离芯片、隔离三线制4
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20mA发生电路和自校准控制电路，所述的隔离电源用于对微控制单元、RS485接口、数字隔离芯片、隔离三线制4
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20mA发生电路和自校准控制电路进行供电，应变式传感器的输出信号传输给微控制单元，所述的微控制单元包括有混合信号系统级MCU芯片；
[0006]所述的RS485接口包括有RS485接口隔离芯片，RS485接口隔离芯片与混合信号系统级MCU芯片连接，连接于RS485接口隔离芯片上的RS485总线用于RS485通信；
[0007]所述的隔离三线制4
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20mA发生电路包括有传感器调理变送芯片和V/I转换电路，所述的混合信号系统级MCU芯片通过数字隔离芯片与传感器调理变送芯片连接，V/I转换电路的电压信号输入端与传感器调理变送芯片连接；
[0008]所述的自校准控制电路包括有光电耦合器、继电器和精密采样电阻，所述的光电耦合器的输入端与混合信号系统级MCU芯片连接，光电耦合器的输出端与继电器的线圈连接，继电器常开触点的固定端与V/I转换电路的电流变送信号输出端连接，继电器常开触点的活动端与精密采样电阻的一端连接，精密采样电阻的另一端连接与传感器调理变送芯片
的模拟信号输入端连接。
[0009]所述的隔离电源包括有DC/DC隔离电源芯片U1、LDO电源芯片U2和LDO电源芯片U3，DC/DC隔离电源芯片U1的输入端连接24V直流电源24Vin,DC/DC隔离电源芯片U1的输出端输出5V直流电压，LDO电源芯片U2和LDO电源芯片U3的输入端均连接5V直流电压，LDO电源芯片U2的输出端输出VCC1，VCC1给混合信号系统级MCU芯片和RS485接口隔离芯片的数字电路供电，DO电源芯片U3的输出端输出VA1，VA1用于给传感器、混合信号系统级MCU芯片和RS485接口隔离芯片的模拟电路供电。
[0010]所述的混合信号系统级MCU芯片的模拟信号输入端上连接有二阶RC低通滤波电路，应变式传感器的差分输出信号分别经对应的二阶RC低通滤波电路进行滤波后输入给混合信号系统级MCU芯片。
[0011]所述的数字隔离芯片选用型号为NSi8241的四通道高速数字隔离芯片。
[0012]所述的RS485接口隔离芯片选用型号为NiRS485的RS485接口隔离芯片。
[0013]所述的传感器调理变送芯片选用型号为NSA2860的传感器调理变送芯片。
[0014]所述的传感器调理变送芯片的调压端、NPN型三极管Q1的基极均通过电阻R8与24Vin连接，NPN型三极管Q1的集电极与24Vin连接，NPN型三极管Q1的发射极输出5V电源VA2，传感器调理变送芯片的电源输入端与5V电源VA2连接，5V电源VA2通过π型RC滤波产生数字电路电源VCC2。
[0015]所述的V/I转换电路包括有双运放U7、NPN型三极管Q2和NPN型三极管Q3，双运放U7包括有运算放大器U7A和运算放大器U7B，运算放大器U7A的正相输入端与传感器调理变送芯片的电压信号输出端连接，运算放大器U7A的输出端与NPN型三极管Q2的基极连接，运算放大器U7A的反相输入端与NPN型三极管Q2的发射极均通过电阻R17后接模拟地，NPN型三极管Q2的集电极与运算放大器U7B的正相输入端连接，运算放大器U7B的输出端与NPN型三极管Q3的基极，NPN型三极管Q3的集电极输出电流变送信号，运算放大器U7B的反相输入端与NPN型三极管Q3的发射极均与24Vin连接。
[0016]本专利技术的优点：
[0017]本专利技术混合信号系统级MCU芯片输出的模拟变送信号采用数字隔离芯片NSi824实现隔离，数字隔离芯片NSi824通过UL1577安全认证，支持5kVrms的绝缘耐压，且产品的数据速率高达150Mbps；本专利技术RS485接口摒弃常用的高速光耦隔离方法，采用更为紧凑和高可靠性的RS485接口隔离芯片产生隔离的RS485总线，型号为NiRS485的RS485接口隔离芯片是隔离半双工RS
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485集成芯片，通过UL1577安全认证，支持3kVrms绝缘耐压及很强的抗电磁干扰能力；本专利技术设置有自校准控制电路，只要通过RS485接口向微控制单元下发相应的校准指令，利用传感器调理变送芯片采集精密采样电阻两端的电压差，混合信号系统级MCU芯片获取传感器调理变送芯片模数转换后的数字转换结果并计算出当前的电流变送信号大小，记录对应的4mA和20mA的数字量配合其他的参数即可完成模拟输出变送信号的校准。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的原理框图。
[0019]图2是本专利技术隔离电源的电路图。
[0020]图3是本专利技术微控制单元的最小系统电路图。
[0021]图4是本专利技术RS485接口的电路图。
[0022]图5是本专利技术数字隔离芯片的电路图。
[0023]图6是本专利技术隔离三线制4
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20mA发生电路和自校准控制电路的电路连接图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块，其特征在于：包括有隔离电源、微控制单元、RS485接口、数字隔离芯片、隔离三线制4
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20mA发生电路和自校准控制电路，所述的隔离电源用于对微控制单元、RS485接口、数字隔离芯片、隔离三线制4
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20mA发生电路和自校准控制电路进行供电，应变式传感器的输出信号传输给微控制单元，所述的微控制单元包括有混合信号系统级MCU芯片；所述的RS485接口包括有RS485接口隔离芯片，RS485接口隔离芯片与混合信号系统级MCU芯片连接，连接于RS485接口隔离芯片上的RS485总线用于RS485通信；所述的隔离三线制4
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20mA发生电路包括有传感器调理变送芯片和V/I转换电路，所述的混合信号系统级MCU芯片通过数字隔离芯片与传感器调理变送芯片连接，V/I转换电路的电压信号输入端与传感器调理变送芯片连接；所述的自校准控制电路包括有光电耦合器、继电器和精密采样电阻，所述的光电耦合器的输入端与混合信号系统级MCU芯片连接，光电耦合器的输出端与继电器的线圈连接，继电器常开触点的固定端与V/I转换电路的电流变送信号输出端连接，继电器常开触点的活动端与精密采样电阻的一端连接，精密采样电阻的另一端连接与传感器调理变送芯片的模拟信号输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种自校准型应变式传感器隔离信号调理模块，其特征在于：所述的隔离电源包括有DC/DC隔离电源芯片U1、LDO电源芯片U2和LDO电源芯片U3，DC/DC隔离电源芯片U1的输入端连接24V直流电源24Vin,DC/DC隔离电源芯片U1的输出端输出5V直流电压，LDO电源芯片U2和LDO电源芯片U3的输入端均连接5V直流电压，LDO电源芯片U2的输出端输出VCC1，VCC1给混合信号系统级MCU芯片和RS485接口隔离芯片的数字电路供电，DO电源芯片U3的输出端输出VA1，VA1用于给传感器、混合信号系统级MCU芯片和RS485接口隔离芯片的模拟电路供电。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔爱民，罗少轩，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：