专利名称：一种AS-i高精度模拟量输出模块的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业自动化控制领域，具体涉及一种AS-i高精度模拟量输出模块。
背景技术：
在一些厂矿的大型仪器设备上、在一些企业的现代化生产线中、在工业控制领域、仪器仪表领域等，通常都需要进行大量数字量、模拟量等各种 数据的采集、传输和交换，系统通过对这些数据的处理、分析、判断来完成整个系统得运行和控制。那怎样实现对模拟量信号的处理呢，底层模拟量信号处理模块应运而生，它负责对各种底层现场的电压，电流等模拟量信号进行采集，处理、传输和输出等。在工业领域，负责信息处理的模拟量模块种类很多，有电压型，电流型的、有输入输出型的、也有基于各类总线传输的等各种类模块，而且普遍精度不高。AS-i模拟量输出模块就是这样一种基于新型现代化工业控制AS-i总线来传输信号的高精度模拟量输出模块。它是AS-i总线类模块产品中的一种模拟量从站，在AS-i系统中主要实现将AS-i主机的模拟量信号进行编解码，然后转换成相应模拟电压或电流进行输出，并确保系统精度。相对于AS-i其他数字量模块，其在编码方式，模拟量传输方面都较为复杂，因此现有的AS-i模拟量输出模块技术还不成熟。
发明内容本实用新型目的是提供一种基于AS-i总线的模拟量数据输出，从而完成对自动化现场一些执行和传输设备的控制和数据交换的AS-i高精度模拟量输出模块。本实用新型的技术方案是一种AS-i高精度模拟量输出模块，包括AS-i信号滤波电路，对AS-i总线传递来的信号进行滤波处理，去除AS-i总线上的噪音和谐波干扰；AS-i信号编解码电路，接收AS-i总线数上的正弦波电压信号，分析数据包，将AS-i总线发送的数值信号分离并传递给后级控制电路，同时向AS-i总线发送从站需求信号，进行回码确认；主控电路模块，将AS-i解码电路传递过来的数据信号进行组合，分析处理，将数据转换成实际所要输出的数据，通过信号隔离电路传递给数模转换器；信号隔离电路，实现主控电路和数模转换电路的数字信号隔离，以及对AS-i数字和模拟信号进行隔离；D/A转换电路，将数字信号转换为模拟信号；电源模块，提供稳定的电源。进一步的，所述电源模块包括4-20mA输出电路、电源滤波和保护电路以及传感器电源切换电路。进一步的，所述AS-i信号滤波电路包括模扼制电感线圈、电阻、稳压管、电容和瞬态抑制二极管，通过共模扼制电感线圈滤除总线上的高频电流干扰，然后再通过电阻、稳压管、电容进行低频信号滤波，去除总线上的低频电流干扰。进一步的，所述AS-i信号编解码电路包括ASI4U芯片。进一步的，所述主控电路模块包括单片机控制芯片和滤波器件。进一步的，所述信号隔离电路为两种，一种是采用高速光耦以及电阻、电容构成的隔离电路；另一种是采用开关电源模块构成的隔离电路。进一步的，所述D/A转换电路为16位DA转换芯片。进一步的，所述电源滤波和保护电路是TVS管、共模滤波电感、反向保护二极管、差模滤波电感、电容和三端可调正稳压器集成电路组成的限流保护电路。该模拟量从站主要实现将总线传递来的数值信号，转换处理后，然后将数值信号通过一定的接口电路转换成模拟4-20mA电流输出信号。同时，模块可以给下级传感器提供一定负载能力的电源支持，并且可以实现AS-i系统电源和外部辅助24V电源之间自由切换，该电源电路具备短路和限流等保护功能。本实用新型的优点是本使用新型把AS-i电缆上的信号转换成传感器和执行器等设备所能够识别的电压信号，以及把传感器和执行器的信号转成AS-i主站可识别的信号，并反馈到AS-i电缆上，使传感器和执行器等设备得以通过AS-i总线与主站通信，实现自动化控制。另外，该模块输出电流分辨率高，系统反应速度快，应用环境温度较宽，抗干扰性能较强，而且其防护等级达到IP67的标准。
以下结合附图
及实施例对本实用新型作进一步描述图I为本实用新型的AS-i高精度模拟量输出模块电路原理框图。图2为AS-i信号滤波电路。图3为AS_i /[目号编解码电路。图4为模块主控电路。图5为信号电源隔离、数字模拟转换、4_20mA输出电路原理框图。图6电源滤波和保护电路。图7传感器电源切换电路。
具体实施方式
实施例如图I所示的AS-i高精度模拟量输出模块由结构件和电路部分组成，电气部分安装在结构件内部。电气部分包括以下几部分电路:AS-i信号滤波电路、AS-i信号编解码电路、模块主控电路、信号电源隔离电路、数字模拟转换电路、4-20mA输出电路、电源滤波和保护电路、传感器电源切换电路等。该模拟量从站主要实现将总线传递来的数值信号，转换处理后，然后将数值信号通过一定的接口电路转换成模拟4-20mA电流输出信号。同时，模块可以给下级传感器提供一定负载能力的电源支持，并且可以实现AS-i系统电源和外部辅助24V电源之间自由切换，该电源电路具备短路和限流等保护功能。AS-i信号滤波后，信号直接进入AS-i信号编解码电路。AS-i信号编解码电路采用解码专用芯片ASI4U，由其控制全部信号处理，将数据分时传送给主控电路。主控电路单片机控制时序接收数据，然后通过信号隔离电路将数据发送给D A转换器。是DA转换器将隔离电路传递来的数字量转换成电压信号输出给4-20mA电路转换成电流。如图2所示的AS-i信号滤波电路主要由共模扼制电感线圈、电阻、稳压管、电容等滤波器件和瞬态抑制二极管组成，通过共模扼制电感线圈滤除总线上的高频电流干扰，然后再通过电阻稳压管电容等组成低频信号滤波，去除总线上的低频电流干扰。瞬态抑制二极管主要完成对总线上的突发瞬态脉冲的抑制，滤波后的信号直接传输给解码电路，完成
信号处理。如图3所示的AS-i信号编解码电路主要由AS-i专用芯片ASI4U及其附属电路组成，该芯片首先实现对AS-i数据桢信号的接收确认和对波形故障的判断处理，而后对接收的数据地址和本模块地址进行比较，确认是和本地址通信后，然后对主机进行回码确认，表示该数据接收正确。ASI4U芯片将接收来的数据直接分配到相应的数据线输出，传递给主控 电路。如图4所示的模块主控是由单片机控制芯片和滤波器件组成，该电路结合其内部软件控制着整个系统数据组合和数据输出的时序。接收编解码电路的传输信号，软件根据一定的数学算法来完成数据的处理和转换，同时，将数据通过软件模拟方式与数模转换芯片的通信。如图5所示的信号电源隔离电路主要包括两部分，一部分是实现数字信号的隔离，主要由高速光耦HCPL0631和电阻电容等分立器件组成；另一部分是实现数字和模拟部分的电源隔离，主要是通过高性能、纹波小、各种保护齐全开关电源模块构成。通过这个隔离电路主要是防止数字部分和电源部分对模拟电路带来的谐波干绕，使电路更加可靠、稳定的运行。数字模拟转换电路主要由高精度，高分辨率，转换速度快的16位DA转换芯片构成，主要实现将单片机传递来的数字量转换相应模拟量电压信号，然后作为4-20mA电路的输入，通过其转换成相应得电流输出。输出电路主要由失调小、低飘逸、高精度运算放大器和精密电阻构成，同时通过温度漂移小的场效应管来完成4-20mA的驱动输出，该电路精度等级高，工作温度宽，可以达至IJ零下25摄氏度到零上85摄氏度，在其温度范围内都可以达到0. 5级的精度。如图6所示的电源滤波和保护电路、如图7所示的传感器电源切换电路等两部分电路分别由TVS管，共模滤波电感，反向保护二极管，差模滤波电感，电容和LM317组成的限流保护电路，及电源自动切换二极管等器件组成。电源滤波和保护电路实现对电源线和电源自身所带来的干扰进行抑制，以保证后级工作电路的正常，同时实现过流，短路等保护；传感器电源切换电路主要实现外部辅助24V电源和AS-i供电电源的自动切换，提供更加灵活的供电方式。当外部接入辅助电源时，传感器供电采用辅助24V，当辅助24V电源撤销时，AS-I电源将为传感器提供供电支持。
权利要求1.一种AS-i高精度模拟量输出模块，包括 AS-i信号滤波电路，对AS-i总线传递来的信号进行滤波处理，去除AS-i总线上的噪音和谐波干扰； AS-i信号编解码电路，接收AS-i总线数上的正弦波电压信号，分析数据包，将AS-i总线发送的数值信号分离并传递给后级控制电路，同时向AS-i总线发送从站需求信号，进行回码确认； 主控电路模块，将AS-i解码电路传递过来的数据信号进行组合，分析处理，将数据转换成实际所要输出的数据，通过信号隔离电路传递给数模转换器； 信号隔离电路，实现主控电路和数模转换电路的数字信号隔离，以及对AS-i数字和模拟信号进行隔离； D/A转换电路，将数字信号转换为模拟信号； 电源模块，提供稳定的电源。
2.根据权利要求I所述的AS-i高精度模拟量输出模块，其特征在于，所述电源模块包括4-20mA输出电路、电源滤波和保护电路以及传感器电源切换电路。
3.根据权利要求2所述的AS-i高精度模拟量输出模块，其特征在于，所述AS-i信号滤波电路包括模扼制电感线圈、电阻、稳压管、电容和瞬态抑制二极管，通过共模扼制电感线圈滤除总线上的高频电流干扰，然后再通过电阻、稳压管、电容进行低频信号滤波，去除总线上的低频电流干扰。
4.根据权利要求2所述的AS-i高精度模拟量输出模块，其特征在于，所述AS-i信号编解码电路包括ASI4U芯片。
5.根据权利要求2所述的AS-i高精度模拟量输出模块，其特征在于，所述主控电路模块包括单片机控制芯片和滤波器件。
6.根据权利要求2所述的AS-i高精度模拟量输出模块，其特征在于，所述信号隔离电路为两种，一种是采用高速光耦以及电阻、电容构成的隔离电路；另一种是采用开关电源模块构成的隔离电路。
7.根据权利要求2所述的AS-i高精度模拟量输出模块，其特征在于，所述D/A转换电路为16位DA转换芯片。
8.根据权利要求2所述的AS-i高精度模拟量输出模块，其特征在于，所述电源滤波和保护电路是TVS管、共模滤波电感、反向保护二极管、差模滤波电感、电容和三端可调正稳压器集成电路组成的限流保护电路。
专利摘要本实用新型公开了一种AS-i高精度模拟量输出模块，由结构件和电路部分组成，电气部分安装在结构件内部。电气部分包括以下几部分电路AS-i信号滤波电路、AS-i信号编解码电路、模块主控电路、信号电源隔离电路、数字模拟转换电路、4-20mA输出电路、电源滤波和保护电路、传感器电源切换电路等。该模拟量从站主要实现将总线传递来的数值信号，转换处理后，然后将数值信号通过一定的接口电路转换成模拟4-20mA电流输出信号。同时，模块可以给下级传感器提供一定负载能力的电源支持，并且可以实现AS-i系统电源和外部辅助24V电源之间自由切换，该电源电路具备短路和限流等保护功能。
文档编号G05B19/418GK202512413SQ20112043896
公开日2012年10月31日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者陈柏志 申请人:伊玛精密电子(苏州)有限公司