专利名称：用于公变终端的直流模拟信号采集电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信号采集电路，特别涉及一种用于公变终端的直流模拟信号采集电路。
背景技术：
在目前的现有技术方案中，直流模拟量输入(电流、电压)通过电阻分压后输入给CPU中AD模块进行模数转换，CPU通过读取AD模块的电压数值来计算出输入电流值或电压值。公变终端技术规范要求具有2路模拟量输入(一路为电流信号和一路为电压信号)电流信号取值范围为4-20mA，电压信号取值范围为0-5V，误差不超过5%。根据公变终端对这2路模拟输入量的电气要求可以1. OkV的电快速瞬变脉冲群及1. OkV (共模)的雷击浪涌抗扰度。由此我们不难看出，目前现有技术对于模拟量的输入都是直接输入系统CPU的AD转换口，模拟量输入与CPU处在同一个电源信号内，模拟量输入与CPU系统之间未实行隔离，外界干扰很容易通过模拟量输入口进入公变终端进行干扰，使公变终端无法正常运行，甚至损坏。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能提高CPU模拟信号采样端抗干扰能力的直流信号采集电路。本实用新型提供的这种用于公变终端的直流模拟信号采集电路，包括电压电流采样电路和CPU，在电压电流采样电路后连接一光耦隔离电路，电压电流采样电路将采集到的模拟信号经过光耦隔离电路进行信号隔离，再将信号传至CPU的AD采样端。为了提高CPU中AD采样端的抗干扰能力，所述光耦隔离电路由运算放大器D13D、光耦D14和运算放大器D15组成，运算放大器D13D的反相输入端通过电阻Rl与模拟信号Vin相连，其同相输入端与其接地端共同接地，其电源端接电源V5P0_IS0，电容C26接于其反相输入端与输出端之间，其输出端通过电阻R2与光耦D14的I脚相连；光耦D14的2脚接电源V5P0_IS0，其3脚与运算放大器D13D的反相输入端相连，其4脚接地，其6脚与运算放大器D15的反相输入端相连,其5脚与运算放大器D15的同相输入端相连后接于模拟地；电容C32与电阻R3并联后接于运算放大器D15的反相输入端和其输出端之间，其电源端接电源V3P3，其接地端接模拟地，其输出端将信号Vtjut传送至CPU的AD采样端。所述光耦是采用Agilent公司出产的光耦D14，其型号为HCNR200，所述运算放大器D13D和所述运算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，所述运算放大器D13D的型号为MCP604，所述运算放大器D15的型号为MCP601。所述电阻Rl与所述电阻R2相等。本实用新型解决了公变终端模拟量输入端口与公变终端系统之间的隔离问题，使公变终端模拟量输入端可以承受1. OkV的电快速瞬变脉冲群及1. OkV (共模)的雷击浪涌等强电信号的干扰，从而有效保证了 AD采样电路的精度，并且大幅提高了公变终端在各种环境中运行的稳定性，有效满足各公变终端使用部门对公变终端直流模拟量信号采样的要求，确保了公变终端正常、安全运行。
图1是本实用新型的工作原理框图。图2是本实用新型的电压电流采样电路图。图3是本实用新型的光耦隔离电路图。图4是本实用新型的光耦隔离前级运放电路图。
具体实施方式
本实用新型是将直流电流输入信号(4_20mA)及直流电压输入信号(0_5V)转换为CPU中AD模块可采集的电压信号，同时通过线性光耦将直流电流、直流电压输入信号与系统信号进行电气隔离。本实用新型的电路由二部分组成，第一部分是电压电流采样电路；第二部分是光耦隔离电路。如图2所示，所述电压电流采样电路中，在采样电路后接一个采样保持电路。第I路为4-20mA直流电流信号输入，然后经过运算放大器DlA (型号为MCP604)，输出至模拟开关芯片(型号为⑶4051)的相关弓丨脚。第2路为0-5V电压采样电路，0-5V输入电压在V2处的电压为0-3. 3V电压，然后经过放大比较器D2A (型号为MCP604)输出至同一模拟开关芯片的相关引脚。为了能有效虑除高频杂散电压，防止直流量输入端误接交流220V电压后电路的损坏，在电流信号、电压信号的采样输入端后各增加了一个瞬态放电管(图2中的Vl和V4)。然后，在运算放大器DlA和运算放大器D2A的同相输入端各加了两个二极管(型号为L4148，图2中的V2和V3、V5和V6)，以确保输入电压不高于5V。同时，这样也可以保护电路在直流电流或直流电压输入接反的情况下不会对采样电路造成损坏。所述电压电流采样电路中运算放大器DlA和运算放大器D2A作为电压跟随器使用，即Uin=U0Ut。由于电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低，使得电压跟随器具有缓冲、隔离、提高带载能力的作用。使用时，电压电流采样电路后接模拟开关，通过此模拟开关的第11脚AD_SWTICH来切换直流电流和电压间的输入。当AD_SWTICH为高电平时，AD采样电流信号通过第3脚COM 口输出至光耦隔离电路。当AD_SWTICH为低电平时，AD采样电压信号通过第3脚COM口输出至光耦隔离电路。如图3所示，所述光耦隔离电路主要是为了保证直流电流、电压采集输入信号与公变终端系统信号之间有效隔离。此电路主要是通过线性光耦来实现信号间的隔离。所述光耦隔离电路由运算放大器D13D、光耦D14和运算放大器D15组成，运算放大器D13D的反相输入端通过电阻Rl与模拟信号Vin相连，其同相输入端与其接地端共同接地，其电源端接电源V5P0_IS0，电容C26接于其反相输入端与输出端之间，其输出端通过电阻R2与光耦D14的I脚相连；光耦D14的2脚接电源V5P0_IS0，其3脚与运算放大器D13D的反相输入端相连，其4脚接地，其6脚与运算放大器D15的反相输入端相连，其5脚与运算放大器D15的同相输入端相连后接于模拟地；电容C32与电阻R3并联后接于运算放大器D15的反相输入端和其输出端之间，其电源端接电源V3P3，其接地端接模拟地，其输出端将信号Vtjut传送至CPU的AD采样端。所述光耦是采用Agilent公司出产的光耦，其型号为HCNR200，运算放大器D13D和运算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，运算放大器D13D的型号为MCP604，运算放大器D15的型号为MCP601。下面根据具体电路对输出信号与输入信号的关系进行推导。设输入端电压为Vin，输出端电压为Vrat,光耦保证的输入输出电流相等，即光耦的传递系数Kl = K2，显然Vin和Vtjut之间的关系取决于Rl和R3之间的关系。将图3的运放电路提出来看，得到等效电路如图4所示，设运算放大器D13D的反相输入端的电压为V1，运算放大器D13D的输出端电压为Vtl，在运放不饱和的情况下二者满
足如下关系
权利要求1.一种用于公变终端的直流模拟信号采集电路，包括电压电流采样电路和CPU，其特征在于，在电压电流采样电路后连接一光耦隔离电路，电压电流采样电路将采集到的模拟信号通过光耦隔离电路进行隔离后传至CPU的AD采样端。
2.根据权利要求1所述的用于公变终端的直流模拟信号采集电路，其特征在于，所述光耦隔离电路由运算放大器D13D、光耦D14和运算放大器D15组成，运算放大器D13D的反相输入端通过电阻Rl与模拟信号Vin相连，其同相输入端与其接地端共同接地，其电源端接电源V5P0_IS0，电容C26接于其反相输入端与输出端之间，其输出端通过电阻R2与光耦D14的I脚相连；光耦D14的2脚接电源V5P0_IS0，其3脚与运算放大器D13D的反相输入端相连，其4脚接地，其6脚与运算放大器D15的反相输入端相连，其5脚与运算放大器D15的同相输入端相连后接于模拟地；电容C32与电阻R3并联后接于运算放大器D15的反相输入端和其输出端之间，其电源端接电源V3P3，其接地端接模拟地，其输出端将信号Vtjut传送至CPU的AD采样端。
3.根据权利要求1或2所述的用于公变终端的直流模拟信号采集电路，其特征在于，所述光耦是采用Agilent公司出产的光耦D14，其型号为HCNR200，所述运算放大器D13D和所述运算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，所述运算放大器D13D的型号为MCP604，所述运算放大器D15的型号为MCP601。
4.根据权利要求1或2所述的用于公变终端的直流模拟信号采集电路，其特征在于，所述电阻Rl与所述电阻R2相等。
专利摘要本实用新型公开了一种用于公变终端的直流模拟信号采集电路，包括电压电流采样电路、光耦隔离电路和CPU，在电压电流采样电路后连接一光耦隔离电路，电压电流采样电路将采集到的模拟信号经过光耦隔离电路进行信号隔离，再将信号传至CPU的AD采样端。本实用新型解决了公变终端模拟量输入端口与公变终端系统之间的隔离问题，大幅提高了公变终端在各种环境中运行的稳定性，满足了各公变终端使用部门对公变终端直流模拟量信号采样的要求，确保了公变终端正常、安全运行。
文档编号G01R19/00GK202870145SQ20122042880
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者张奇亮, 汤可, 肖林松 申请人:长沙威胜信息技术有限公司