一种PLC主机的模拟量输入设备的制作方法

本实用新型属于可编程控制器芯片技术领域，涉及一种输入设备，特别是涉及一种PLC主机的模拟量输入设备。

背景技术：

目前，国内外的PLC(可编程控制器)模拟量输入模块，大部分的模拟量输入模块，采用分立方式进行模块设计，使用模拟开关切换模拟通道信号采集，增加了设计难度和成本，降低了模块的可靠性，增加产品体积。

因此，如何提供一种PLC主机的模拟量输入设备，以解决现有技术使用模拟开关切换模拟通道信号采集，导致增加设计难度和成本，降低设备的可靠性，增加产品体积等种种缺陷，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种PLC模拟量输入设备，用于解决现有技术使用模拟开关切换模拟通道信号采集，导致增加设计难度和成本，降低设备的可靠性，增加产品体积的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种PLC主机的模拟量输入设备，所述PLC主机的模拟量输入设备包括：滤波单元；模数转换单元，与所述滤波单元电性连接；微控制单元，与所述模数转换单元通过隔离串行外设接口总线通信连接；主控单元，通过隔离串行外设接口总线与所述微控制单元通信连接；通过并行总线接口总线与所述PLC主机连接。

于本实用新型的一实施例中，所述主控单元与所述微控制单元还通过时钟信号总线连接，用于为所述微控制单元提供时钟参考。

于本实用新型的一实施例中，所述滤波单元包括：高频滤除电路；抗浪涌电路，与所述高频滤除电路电性连接；共模电路，与所述抗浪涌电路电性连接；PI型滤波电路，与所述抗浪涌电路电性连接；第一RC滤波电路，与所述PI型滤波电路电性连接；第二RC滤波电路，与所述第一RC滤波电路电性连接。

于本实用新型的一实施例中，所述滤波单元还包括：所述模拟信号的第一输入端和与所述第一输入端的并行的第二输入端；所述滤波后的模拟信号的第一输出端与所述第一输出端的并行的第二输出端。

于本实用新型的一实施例中，所述高频滤除电路包括对称设置的第一磁珠和第二磁珠；其中，所述第一磁珠的一端与所述模拟信号的第一输入端连接；所述第二磁珠的一端与所述第二输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述抗浪涌电路采用双向TVS管；所述双向TVS管的一端与所述第一磁珠的另一端连接；所述双向TVS管的另一端与所述第二磁珠的另一端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述PI型滤波电路包括第一电容，第二电容，第三电容，第四电容及所述共模电路；其中，所述共模电路的四个端分别连接所述第一电容，第二电容，第三电容，第四电容的一端，所述第一电容，第二电容，第三电容，第四电容的另一端接地。

于本实用新型的一实施例中，所述第一RC滤波电路包括第一电阻、第二电阻，第五电容及第六电容；其中，第一电阻和第二电阻的一端与所述共模电路的第二端及第四端连接，第一电阻的另一端与第五电容的一端连接，所述第五电容的另一端接地，所述第二电阻的另一端与第六电容的一端连接，所述第六电容的另一端接地。

于本实用新型的一实施例中，所述第二RC滤波电路包括第三电阻、第四电阻，第七电容及第八电容；其中，第三电阻和第四电阻的一端与所述共模电路的第二端及第四端连接，第三电阻的另一端与第七电容的一端连接，所述第七电容的另一端接地，所述第四电阻的另一端与第八电容的一端连接，所述第八电容的另一端接地。

于本实用新型的一实施例中，所述PLC模拟量输入设备还包括与所述滤波单元、模数转换单元、微控制单元及主控单元电性连接的电源单元

如上所述，本实用新型所述的PLC主机的模拟量输入设备，具有以下有益效果：

本实用新型所述PLC主机的模拟量输入设备采用集成ADC芯片设计模拟量的输入，同时支持双极性和单极性模拟信号输入，减少外围电路设计成本，同时降低了模拟信号的温漂，提高模拟信号的精度。

附图说明

图1显示为本实用新型的PLC主机的模拟量输入设备于一实施例中的原理结构示意图。

图2显示为本实用新型的PLC主机的模拟量输入设备中滤波单元于一实施例中的实施电路图。

元件标号说明

1 PLC主机的模拟量输入设备

11 滤波单元

12 模数转换单元

13 微控制单元

14 主控单元

15 电源单元

111 高频滤除电路

112 抗浪涌电路

113 共模电路

114 PI型滤波电路

115 第一RC滤波电路

116 第二RC滤波电路

131 复位引脚

132 DEBUG引脚

133 LED指示引脚

141 复位引脚

142 DEBUG引脚

143 FLASH引脚

144 时钟引脚

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型所述的PLC主机的模拟量输入设备的技术原理：

本实用新型解决其技术问题说采用的技术方案是：本输入设备采用国产FPGA作为主控芯片，提供并行总线接口，与PLC主机进行通信,与协处理MCU通过SPI总线通信。同时协处理器MCU通过隔离SPI总线通信方式与ADC芯片进行直接数据交互，传递主机的输出数据信号(包括ADC采集的模拟信号，以及读取ADC回传的状态信号)，ADC负责将采集到的模拟信号转化成数字信号并传递给协处理MCU信号，实现16bit分辨率电压信号输出(0～5V/1～5V/0～10V/-10～+10V)和电流信号输出(0～20mA/4～20mA)，精度达到±0.1％。

本实施例提供一种PLC主机的模拟量输入设备，用于与所述PLC主机连接；所述PLC主机的模拟量输入设备包括：

滤波单元；

模数转换单元，与所述滤波单元电性连接；

微控制单元，与所述模数转换单元通过隔离串行外设接口总线通信连接；

主控单元，通过隔离串行外设接口总线与所述微控制单元通信连接；通过并行总线接口总线与所述PLC主机连接。

以下将结合图示对本实施例所提供的PLC主机的模拟量输入设备进行详细描述。本实施例所提供的PLC主机的模拟量输入设备采用集成ADC芯片设计模拟量的输入，同时支持双极性和单极性模拟信号输入，减少外围电路设计成本，同时降低了模拟信号的温漂，提高模拟信号的精度。

请参阅图1，显示为PLC主机的模拟量输入设备于一实施例中的原理结构示意图。如图1所示，所述PLC主机的模拟量输入设备1包括滤波单元11、模数转换单元12、微控制单元13、主控单元14及电源单元15。

所述滤波单元11用于接收若干所述模拟信号，并对所述模拟信号进行滤波，形成滤波后的模拟信号。

如图1所示，所述滤波单元11接收4路模拟信号AI0，AI1，AI2及AI3，并对4路所述模拟信号进行滤波，以消除或者减少外部的干扰，使到达ADC芯片的模拟信号干扰降低到最少，保证AD的精度。磁珠滤出高频信号，共模电路滤除共模干扰，TVS降低浪涌干扰，PI型滤波电路，RC低通滤波电路，还有X，Y电容也是针对差模和共模的干扰，在PCB布局布线的时候，还需要进行对称放置，采用差分走线方式。

请参阅图2，显示为滤波单元于一实施例中的实施电路图。如图2所示，所述滤波单元11包括：

模拟信号的第一输入端AIN0+和与所述第一输入端AIN0+的并行的第二输入端AIN0-。

所述滤波后的模拟信号的第一输出端AINOP与所述第一输出端AINOP的并行的第二输出端AINON。

高频滤除电路111用于从接收的所述模拟信号中滤出高频信号。

与所述高频滤除电路111电性连接的抗浪涌电路112用于降低浪涌干扰。

与所述抗浪涌电路112电性连接的共模电路113用于滤除共模干扰。

与所述抗浪涌电路112电性连接的PI型滤波电路114用于对模拟信号进行滤波。

与所述PI型滤波电路114电性连接第一RC滤波电路115对模拟信号进一步滤波。

与所述第一RC滤波电路115电性连接第二RC滤波电路116对模拟信号进一步滤波。

具体地，所述高频滤除电路111采用磁珠滤除，包括对称设置的第一磁珠L1和第二磁珠L2。其中，所述第一磁珠L1的一端与所述模拟信号的第一输入端AIN0+连接，所述第二磁珠L2的一端与所述第二输入端连接AIN0-。

所述抗浪涌电路112采用双向TVS管D1，所述双向TVS管D1的一端与所述第一磁珠L1的另一端连接，所述双向TVS管D1的另一端与所述第二磁珠L2的另一端连接。

所述共模电路113采用共模电感L13，共模电感L13具有4个端1，2，3，4。

所述PI型滤波电路114包括第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4及所述共模电路L13。其中，所述共模电路L13的四个端分别连接所述第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4的一端，所述第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4的另一端接地。

所述第一RC滤波电路115包括第一电阻R1、第二电阻R2，第五电容C5及第六电容C6，其中，第一电阻R1和第二电阻R2的一端与所述共模电路的第二端及第四端连接，第一电阻R1的另一端与第五电容C5的一端连接，所述第五电容C5的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与第六电容C6的一端连接，所述第六电容C6的另一端接地。

所述第二RC滤波电路116包括第三电阻R3、第四电阻R4，第七电容C7及第八电容C8，其中，第三电阻R3和第四电阻R4的一端与所述共模电路的第二端及第四端连接，第三电阻R3的另一端与第七电容C7的一端连接，所述第七电容C7的另一端接地，所述第四电阻R4的另一端与第八电容C8的一端连接，所述第八电容C8的另一端接地。

为了差模所接收到的模拟信号中的干扰信号，所述滤波单元111还在模拟信号的第二输入端AIN0-出连接第五电阻R5，在第一磁珠FB1和第二磁珠FB2的另一端跨接第九电容C9，在共模电感L13的第二端和第四端之间跨接第十电容C10。在第三电阻R3和第四电阻R4的一端之间跨接第十一电容C11，在滤波后的模拟信号的第一输出端AINOP与所述第一输出端AINOP的并行的第二输出端AINON之间跨接第十二电容C12。

在本实施例中，在实现基本模拟信号采集的功能的同时，本模块为了增加抗干扰性能，在软件上面实施CRC-8分组错误校验，提高数据的可靠性。在硬件方面设计共模滤波电路、钳位电路、ADC隔离设计、RC低通滤波电路，使用完全隔离的设计方式，抗脉冲群干扰、静电干扰，高于行业标准2个等级，在实际应用中，具有极高的抗干扰特性。

与所述滤波单元11连接的模数转换单元12用于将滤波后的模拟信号转换为数字信号。

与所述模数转换单元12连接的微控制单元13，与所述模数转换单元12通过隔离串行外设接口总线(隔离SPI1总线)通信连接，与所述模数转换单元12进行数据交互。在本实施例中，所述微控制单元13(MCU)为单片机。在本实施例中，所述微控制单元13(MCU)具有复位引脚131，用于输入计算机程序的DEBUG引脚132，用于与LED连接的，指示LED的LED指示引脚133。

与所述微控制单元13连接的主控单元14通过隔离串行外设接口总线(隔离SPI2总线)与所述微控制单元通信连接，与所述微控制单元进行数据交互；通过时钟信号总线(SYS_OSC)连接，用于为所述微控制单元提供时钟参考(以节省一颗晶体的成本)。通过并行总线接口总线，与所述PLC主机通信连接。在本实施例中，所述主控单元14采用FPGA芯片，具有复位引脚141，用于输入计算机程序的DEBUG引脚142，与FLASH连接的FLASH引脚143，时钟引脚144。

与所述滤波单元11、模数转换单元12、微控制单元13及主控单元14电性连接的电源单元15用于为滤波单元11、模数转换单元12、微控制单元13及主控单元14供电。在本实施例中，所述电源单元15使用5V单极性电源供电，功耗仅仅65Mw，进使整个输入设备功耗最小。对比以前的设计，要达到双极性和单极性模拟信号的采集，需要用到双极性的电源提供给运放工作，以及单极性电源给ADC工作，可以节约大量电源设计成本，并提高了设计的可靠性。

综上所述，本实用新型所述PLC主机的模拟量输入设备采用集成ADC芯片设计模拟量的输入，同时支持双极性和单极性模拟信号输入，减少外围电路设计成本，同时降低了模拟信号的温漂，提高模拟信号的精度。本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。