专利名称：信号隔离转换输出模块的制作方法
技术领域：
信号隔离转换输出模块
技术领域：
本实用新型涉及工业设备控制领域，尤其涉及一种RS-232或RS-485信号隔离转 换成模拟信号输出模块。
背景技术：
随着科学技术的发展，工业现场、电力监控、医疗设备、试验研究等领域对远程设 备控制的需求也越来越多。鉴于对其结果的重视度，而对远程设备控制模块的控制精度，抗 干扰能力，安全可靠性，智能化程度，通讯协议，安装方式等都有比较高的要求。在通常的现场应用中，执行器和执行设备都接受4_20mA的电流信号，而一般用作 上位机的电脑并没有4-20mA模拟信号输出的接口，因此应用RS-232或RS-485信号隔离转 换成模拟信号输出模块可以很方便地解决这个问题。目前RS-232是电脑与通信工业中应 用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端 标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。而RS-485则不仅可以实现点对点的 通信方式而且能实现联网功能。另外，由于信号的长距离传输，上位机和执行设备的地线之间的电压差可能达到 几十伏、几百伏、甚至是几千伏，如果直接采用数模转换而不进行隔离，就会有数据错误，不 准确，跳动等现象，严重的时候还会损坏上位机通讯口和执行设备，所以实现模块的通讯接 口和模拟输出相互隔离是必然趋势。
发明内容本实用新型针对以上的问题特别提出了一种RS-232或RS-485通讯接口、隔离输 出模拟电流信号、输出信号准确、不容易受到干扰、可靠性大为提高的RS-232或RS-485信 号隔离转换输出模块。本实用新型的技术方案是所述信号隔离转换输出模块包括了总线通讯处理模 组、单片机、数字信号隔离模组、供电电源隔离模组、数模转换模组和信号输出调理模组。其 特点在于，所述总线通讯处理模组包含有一个TTL电平转RS-232电平芯片U5和一个TTL 电平转RS-485电平芯片TO，所述数字信号隔离模组由高速光电耦合隔离芯片IS01，IS02， IS03，IS04组成；所述供电电源隔离模组包括一个过压以及防反接保护电路，滤波电路和 一个降压开关稳压电路以及一个DC-DC隔离模块电源U ；所述数模转换模组由数模转换芯 片Ul和门电路芯片U15组成。所述供电电源隔离模组的过压以及防反接保护电路包括一个防反接保护二极管 D81和一个TVS管ZD81。所述滤波电路包括电解电容C81和陶瓷电容C82，所述电解电容 C81和陶瓷电容C82是并联接入到电路中。所述降压开关稳压电路包括降压稳压芯片U8、 二极管D82，一个电感L81，一个电感电容C83。所述总线通讯处理模组的物理层采用的是RS-232或RS-485协议。本实用新型的有益效果是实现了 RS-232或RS-485信号到4-20mA模拟信号的可靠转换，控制远程设备更加方便。由于RS-232或RS-485通讯接口电路和模拟信号输出电 路之间互相隔离且隔离电压高达3000VDC，所以执行远程信号控制时地线之间不会因为压 差而产生环流等干扰信号，使整个信号控制系统抗干扰性能更强。本发明有效抑制远程控 制的互相干扰和电源上的EMC干扰，提高了控制的精度，智能化程度高，成本更低。可广泛 用于工业自动化设备、工控仪器仪表、及其他生产制造业，实现RS-232或RS-485信号隔离 转换成模拟信号输出。
图1是本实用新型整体原理流程图；图2(a)是本实用新型供电电源隔离模组一部分电路图；图2(b)是本实用新型供电电源隔离模组另一部分电路图；图3是本实用新型信号输出调理模组电路图。其中1、总线通讯处理模块；2、单片机；3、数字信号隔离模组；4、供电电源隔离模 块；5、数模转换模组；6、信号输出调理模组。
具体实施方式为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。参考附图可见本实用新型包括了总线通讯处理模组1、单片机2、数字信号隔离模 组3、供电电源隔离模组4、数模转换模组5和信号输出调理模组6。其特点在于，所述总线 通讯处理模组包含有一个TTL电平转RS-232电平芯片U5和一个TTL电平转RS-485电平 芯片U6，负责和上位机进行通讯。所述单片机U2对输入的上位机信号进行处理，包括有零 点校准，满度校准，数据格式变换，通讯协议设置，波特率设置，复位值设定等等。当要求设 定输出数据时，单片机2输出一组数字信号，经过数字信号隔离模组3进行隔离，所述数字 信号隔离模组3由高速光电耦合隔离芯片IS01，IS02, IS03, IS04组成，完成4路数字信号 的隔离。隔离后的数字信号进入到数模转换模组5进行数模转换，所述数模转换模组5由 数模转换芯片U1和门电路芯片U15组成，数字信号隔离模组3输出的信号经过门电路芯 片U15整形处理后进入数模转换芯片U1转换成模拟电压信号。模拟电压信号经过信号输 出调理模组6转换成电流信号，所述信号输出调理模组6接收到模拟电压信号后，经过电阻 R72和电容C73的一阶滤波后进入运放U7A的同相端，运放的反相端连接有电阻R71到地 线和电阻R73到运放的输出端，由运放U7A和电阻R71和电阻R73组成的放大电路将输入 的电压信号放大。放大后的电压信号输入到运放U10B的同相端，运放U10B的输出端输出 电流信号，电阻R102用来采样输出的电流，运放U12A、运放U12B和电阻R120、R121、R122、 R123、R124、R125、R126、R127、R128、R129组成一个差分放大器对电阻R102两端的电压进行 差分放大，然后输出到运放U10B的反相端，作为反馈来控制输出电流随输入电压变化。电 容C104用来滤除输出电流的纹波。所述供电电源隔离模组4包括一个过压以及防反接保护电路、滤波电路和一个降 压开关稳压电路以及一个DC-DC隔离模块电源U9，模块电源U9将输入的电源信号隔离输出 一组正电源和一组负电源，电源经过滤波后给输出端的运放和数模转换芯片供电。所述供
4电电源隔离模组的过压、过流以及防反接保护电路包括一个防反接保护二极管D81和一个TVS管ZD81，来实现防止尖峰干扰信号干扰的目的。所述滤波电路包括电解电容C81和陶 瓷电容C82，所述电解电容C81和陶瓷电容C82是并联接入到电路中。接下来直接连接到降 压开关稳压芯片U8，开关稳压芯片U8和一个二极管D82，一个电感L81，一个电解电容C83 组成一个开关稳压电路，由该开关稳压电路输出一个稳定的电源电压到一个DC-DC隔离模 块电源U9，模块电源U9将输入的电源信号隔离输出一组正电源和一组负电源，其中正电源 经过电解电容C86和陶瓷电容C88滤波，而负电源经过电解电容C87和陶瓷电容C89滤波。
权利要求一种信号隔离转换输出模块，包括了总线通讯处理模组、单片机、数字信号隔离模组、供电电源隔离模组、数模转换模组和信号输出调理模组，其特征在于，所述总线通讯处理模组包含有一个TTL电平转RS-232电平芯片和一个TTL电平转RS-485电平芯片，所述数字信号隔离模组由四个高速光电耦合隔离芯片组成；所述供电电源隔离模组包括一个过压以及防反接保护电路、滤波电路和一个降压开关稳压电路以及一个DC-DC隔离模块电源；所述数模转换模组由数模转换芯片和门电路芯片组成。
2.根据权利要求1所述信号隔离转换输出模块，其特征在于，所述供电电源隔离模组 的过压以及防反接保护电路包括一个防反接保护二极管和一个TVS管，所述滤波电路包括 电解电容和陶瓷电容，所述电解电容和陶瓷电容是并联接入到电路中；所述降压开关稳压 电路包括降压稳压芯片、二极管、电感、电感电容。
3.根据权利要求1所述信号隔离转换输出模块，其特征在于，所述总线通讯处理模组 的物理层采用的是RS-232或RS-485协议。
专利摘要一种信号隔离转换输出模块包括了总线通讯处理模组、单片机、数字信号隔离模组、供电电源隔离模组、数模转换模组和信号输出调理模组，其特点在于，所述总线通讯处理模组包含有一个TTL电平转RS-232电平芯片和一个TTL电平转RS-485电平芯片，所述数字信号隔离模组由四个高速光电耦合隔离芯片组成；所述供电电源隔离模组包括一个过压以及防反接保护电路，滤波电路和一个降压开关稳压电路以及一个DC-DC隔离模块电源；所述数模转换模组由数模转换芯片和门电路芯片组成。实现了RS-232或RS-485信号到4-20mA模拟信号的可靠转换，控制远程设备更加方便，整个信号控制系统抗干扰性能更强，有效抑制电源上的EMC干扰，提高了控制的精度，智能化程度高，成本更低。
文档编号G05B19/418GK201616023SQ20102013427
公开日2010年10月27日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者于广沅, 周卫 申请人:周卫;于广沅