抗干扰数据传输电路的制作方法

本实用新型涉及超声波应用技术领域，特别是涉及一种抗干扰数据传输电路。

背景技术：

近些年来，数字超声波技术的快速发展使得超声波技术的应用变得越来越广泛。超声波由于其方向性好、穿透能力强，常常被应用于清洗、材料制备、焊接、破碎等。超声波加工技术因其操作简单、易于控制、效率高等优点，在机床加工领域已经有了许多应用，并取得了良好的效果。高精确度、高稳定性是现代数控机床努力追求的目标，而尽量减少，甚至消除外界的各类干扰，无疑是提升数控机床精度与稳定性重要途径。但数控机床在生产过程中往往会受到一些强干扰源的影响，使得机床生产产生误差，甚至产生误动作。而且随着现代工业高速的发展，谐波干扰也日益突显出来。虽然干扰是数控机床设备所不可避免的。

传统超声波加工机床的抗干扰电路往往在设计上过于简单，没有充分考虑接地干扰等因素，同时传统的抗干扰电路在接口保护电路的设计中通常只考虑使用简单的滤波、过压保护，尽管在多数情况下具有较高稳定性和抗干扰性，但遇到较强脉冲干扰时，电路会易受很大冲击，从而使得超声波机床加工产生较大误差，甚至损坏工件，对生产造成极大影响。

综上所述，传统的应用于超声波加工机床的抗干扰电路还存在上述缺陷。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的应用于超声波加工机床的抗干扰电路还存在的缺陷，提供一种抗干扰数据传输电路。

一种抗干扰数据传输电路，包括超声波换能模块、谐振模块和滤波模块；

超声波换能模块的输入端用于连接超声波加工机床的通信芯片；

超声波换能模块的输出端通过谐振模块连接滤波模块的输入端；

滤波模块的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片。

利用超声波具备强抗干扰性和隔绝干扰源的特点，通过超声波换能模块和谐振模块将通信芯片的信号转换为超声波信号，并将超声波信号传输至滤波模块，滤波模块用于抑制脉冲干扰信号，并滤除电源杂波。基于此，提高超声波加工机床在工作中信号传输的稳定性和安全性，以提高超声波加工机床在工作中的稳定性，同时延长超声波加工机床的使用寿命。

在其中一个实施例中，还包括光电耦合模块和数据收发模块；

光电耦合模块连接数据收发模块的数据收发端，并用于连接超声波加工机床的通信芯片；

数据收发模块的输出端连接超声波换能模块的输入端。

上述抗干扰数据传输电路，各超声波加工机床的通信芯片通过结合光电耦合模块和数据收发模块完成数据传输，电源信号和传输信号通过光电耦合模块实现光电隔离可阻止电流在任何节点与数据收发模块的参考地间流通，避免了地环路干扰，也避免了隔离内侧自身电源系统的噪声对传输信号的影响。同时，在抗干扰数据传输电路遇到大电流负载、雷击闪电等情况时，通过光耦隔离模块和通信芯片的连接，有效地防止数据收发模块受较大电位差的影响。基于此，降低超声波加工机床间信号传输所受到的影响，提高超声波加工机床在工作中的稳定性。

在其中一个实施例中，还包括第一防护模块和第二防护模块；

数据收发模块的输出端分别连接第一防护模块的第一端和第一防护模块的第二端；

第一防护模块的第一端通过第二防护模块连接超声波换能模块的输入端；

第一防护模块的第二端通过第二防护模块连接超声波换能模块的输入端。

通过第一防护模块，以吸收接口电路的浪涌电压；同时，通过第二防护模块，抑制高频噪声和尖峰干扰。基于此，通过第一防护模块和第二防护模块的两级防护进行防护，降低超声波加工机床间信号传输所受到的影响，提高超声波加工机床在工作中的稳定性。

附图说明

图1为实施例一的抗干扰数据传输电路结构框图；

图2为实施例一中一具体应用例的抗干扰数据传输电路的电路图；

图3为实施例二的抗干扰数据传输电路结构框图；

图4为实施例二中一具体应用例的抗干扰数据传输电路的电路图；

图5为实施例三的抗干扰数据传输电路结构框图；

图6为实施例三中一具体应用例的抗干扰数据传输电路的电路图；

图7为实施例四的抗干扰数据传输电路结构框图；

图8为实施例五的抗干扰数据传输电路结构框图；

图9为实施例六的抗干扰数据传输电路结构框图；

图10为实施例七的抗干扰数据传输电路结构框图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

图1为实施例一的抗干扰数据传输电路结构框图，如图1所示，抗干扰数据传输电路包括光电耦合模块100和数据收发模块101；

光电耦合模块100连接数据收发模块101的数据收发端a，并用于连接超声波加工机床的通信芯片；

其中，光电耦合模块100与通信芯片连接，可接收通信芯片发送的信号，可也向通信芯片发送信号，实现与通信芯片的双向交互。

其中，光电耦合模块100用于对信号进行光电耦合和隔离处理，可包括光电耦合电路或光电耦合器。在其中一个实施例中，光电耦合模块100选用TLP521-2光电耦合器，以大幅提高信号传输中的信噪比。

在其中一个实施例中，光电耦合模块100包括多个光电耦合器，光电耦合器的数量与通信芯片需进行信号交互的端口数相同，各通信芯片的端口通过一个光电耦合器连接数据收发模块101种的对应的数据收发端a。

数据收发模块101的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片。

其中，数据收发模块101用于实现不同通信芯片间的信号通信方式，包括半双工与全双工通信方式。在其中一个实施例中，数据收发模块101选用半双工通信方式的RS485收发器，以实现各通信芯片间的半双工485通信。在其中一个实施例中，RS485收发器的接收器输出端通过一个光电耦合器连接通信芯片的数据接收端；RS485收发器的接收器输出使能端和驱动器输出使能通过同一个光电耦合器连接通信芯片的收发转换端；RS485收发器的驱动器输入端通过一个光电耦合器连接通信芯片的数据发送端；RS485收发器的两个输出端互相连接，作为数据收发模块101的输出端。

图2为实施例一中一具体应用例的抗干扰数据传输电路的电路图，如图2所示，抗干扰数据传输电路包括第一光电耦合器U1、第二光电耦合器U3、第三光电耦合器U4、MAX485ESA收发器U2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一电容C1、第二电容C2、第七电容C7、第八电容C8；MCU主控芯片U0型号为STM32F417VG、第一光电耦合器U1选用型号为TLP521-2的光电耦合器、RS485收发器U2选用型号为MAX485ESA的收发器。

通信芯片U0的数据接收端RXD与第一光电耦合器U1的引脚2连接；通信芯片U0的收发转换端R/D与第二光电耦合器U3的引脚2连接；通信芯片U0的数据发送端TXD与第三光电耦合器U4的引脚2连接；第二电阻R2的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第十一电阻R11的一端、第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端、第二光电耦合器U3的引脚3、第一电容C1的一端、RS485收发器U2的引脚8分别与电源VCC相连接；第一光电耦合器U1的引脚4与RS485收发器U2的引脚1连接；第二光电耦合器U3的引脚4与RS485收发器U2的引脚2、引脚3、第七电阻R7连接；第三光电耦合器U4的引脚4与第八电容R8的一端连接；第三光电耦合器U4的引脚3与第十电阻R10的另一端、RS485收发器U2的引脚4连接；第四电阻R4的另一端与第一光电耦合器U1的引脚1连接、第二电阻R2的另一端与第一光电耦合器U1的引脚3连接；第五电阻R5的另一端和第二光电耦合器U3的引脚1连接；第十一电阻R11的另一端和第三光电耦合器U4的引脚1连接；接地GND和第七电阻R7的另一端、第八电容C8的另一端、第二电容C2的一端、第七电容C7的一端连接；第一电容C1的另一端与第三电阻R3的一端、第二电容C2的另一端连接；RS485收发器U2的引脚7与第三电阻R3的另一端、第六电阻R6的一端连接；RS485收发器U2的引脚6与第九电阻R9的另一端和第六电阻R6的另一端、数据收发模块101的输出端Port1连接；RS485收发器U2的引脚5与第七电容C7的另一端连接。

实施例一的抗干扰数据传输电路，各超声波加工机床的通信芯片通过结合光电耦合模块100和数据收发模块101完成数据传输，电源信号和传输信号通过光电耦合模块100实现光电隔离可阻止电流在任何节点与数据收发模块101的参考地间流通，避免了地环路干扰，也避免了隔离内侧自身电源系统的噪声对传输信号的影响。同时，在抗干扰数据传输电路遇到大电流负载、雷击闪电等情况时，通过光耦隔离模块和通信芯片的连接，有效地防止数据收发模块101受较大电位差的影响。基于此，降低超声波加工机床间信号传输所受到的影响，提高超声波加工机床在工作中的稳定性。

实施例二

图3为实施例二的抗干扰数据传输电路结构框图，如图3所示，抗干扰数据传输电路包括第一防护模块200和第二防护模块201；

其中，第一防护模块200的第一端和第一防护模块200的第二端均用于连接超声波加工机床的通信芯片；

其中，第一防护模块200的第一端和第一防护模块200的第二端与通信芯片连接，可接收通信芯片发送的信号，可也向通信芯片发送信号，实现与通信芯片的双向交互。

第一防护模块200的第一端通过第二防护模块201连接另一超声波加工机床的通信芯片；

其中，第一防护模块200并接在接口输入端两端，用于吸收输入端上的浪涌电压，包括浪涌吸收电路或放电电路。在其中一个实施例中，第一防护模块200包括多个放电管，各放电管两端分别并接在第一输出端两端，以吸收输入端上的浪涌电压。在其中一个实施例中，放电管选用BS0060M半导体放电管，BS0060M半导体放电管具有很高绝缘电阻和很小的寄生电容，可使浪涌电压被大大削弱。

第一防护模块200的第二端通过第二防护模块201连接另一超声波加工机床的通信芯片。

其中，第二防护模块201用于抑制高频噪声和尖峰干扰,包括滤波电路和耦合电路。在其中一个实施例中，第二防护模块201选用RLC滤波电路。第一防护模块200的第一端通过RLC滤波电路连接第一输出端，第一防护模块200的第二端通过RLC滤波电路连接第二输出端。

图4为实施例二中一具体应用例的抗干扰数据传输电路的电路图，如图4所示，抗干扰数据传输电路包括第一半导体放电管D1、第二半导体放电管D2、第三半导体放电管D3、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电阻R1、第八电阻R8、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6；半导体放电管型号为BS0060M。

接口输入端Port1与第四电容C4、第五电容C5、第二半导体放电管D2的两端连接；接口输入端Port1与第一半导体放电管D1的一端、第一电阻R1的一端、第三半导体放电管D3的一端、第八电阻R8的一端连接；第一半导体放电管D1的另一端与第三半导体放电管D3的另一端、第三电容C3的一端连接；第三电容C3的另一端与接地GND连接；第一电阻R1的另一端与第一电感L1的一端连接；第八电阻R8的另一端与第三电感L3的一端连接；第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端、第六电容C6的一端连接、第三电感L3的另一端与第六电容C6的另一端、第四电感L4的一端连接；第二电感L2的另一端与第一输出端Port2连接；第四电感L4的另一端与第二输出端Port3连接。

实施例二的抗干扰数据传输电路，通过并联在接口输入端的第一防护模块200，以吸收接口输入端上的浪涌电压；同时，通过串接在输入端的第二防护模块201，抑制输入端到第一输出端和第二输出端上的高频噪声和尖峰干扰。基于此，通过第一防护模块200和第二防护模块201的两级防护进行防护，降低超声波加工机床间信号传输所受到的影响，提高超声波加工机床在工作中的稳定性。

实施例三

图5为实施例三的抗干扰数据传输电路结构框图，如图5所示，抗干扰数据传输电路包括超声波换能模块300、谐振模块301和滤波模块302；

超声波换能模块300的输入端用于连接通信芯片，其输出端通过谐振模块301连接滤波模块302的输入端；

其中，超声波换能模块300的输入端包括两路输入端口。当接入超声波换能模块300的信号为一路时，两路输入端口均连接同一路信号，当接入超声波换能模块300的信号为如差分信号的两路信号时，两路输入端口分别连接各一路信号。

其中，超声波换能模块300的输入端与通信芯片连接，可接收通信芯片发送的信号，可也向通信芯片发送信号，实现与通信芯片的双向交互。

其中，超声波换能模块300用于将通信芯片的信号转换为超声波信号，包括超声波换能装置或电路。在其中一个实施例中，超声波换能模块300选用超声波换能器，通过超声波换能器整合晶振，以稳定地将通信芯片的信号转换为超声波信号。

其中，谐振模块301用于将超声波信号调制为特定频率的信号。滤波模块302用于抑制脉冲干扰信号，并滤除电源杂波。

滤波模块302的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片。

在其中一个实施例中，超声波换能模块300包括第一输出端和第二输出端，谐振模块301包括第一谐振电路和第二谐振电路，滤波模块302包括第一滤波电路和第二滤波电路；

超声波换能模块300的输入端用于连接通信芯片，其第一输出端通过第一谐振电路连接第一滤波电路的输入端，其第二输出端通过第二谐振电路连接第二滤波电路的输入端；

第一滤波电路的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片，第二滤波电路的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片。

第一滤波电路和第二滤波电路将超声波信号转换为差分信号，通过差分信号与另一通信芯片完成信号传输，通过将信号分为两路，并分别依次转换为超声波信号和差分信号，进一步提高信号传输的稳定性。

图6为实施例三中一具体应用例的抗干扰数据传输电路的电路图，如图6所示，所述的超声抗干扰传输模块包括超声波换能器Y1、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第五电感L5、第六电感L6、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18和第十九电容C19。

超声波换能模块300的第一输入端Port2与超声波换能器Y1引脚1连接、超声波换能模块300的第二输入端Port3与超声波换能器Y1引脚2连接、超声波换能器Y1引脚3与第十五电容C15的一端、第六电感L6的一端、第十七电阻R17的一端连接；声波换能器Y1的引脚4和第十二电阻R12的一端、第五电感L5的一端、第十三电容C13的一端连接；电源VCC与第十二电阻R12的另一端连接；第五电感L5的另一端与第十三电容C13的另一端、第九电容C9的一端、第十电容C10的一端连接；第六电感L6与第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的一端、第十七R17电容的一端、第十六电阻R16的一端连接；第十三电阻R13与第十一电容C11的一端、第十二电容C12的一端、第十四电容C14的一端、第十四电阻R14的一端、第一滤波电路的输出端Port4连接；第十六电阻R16的另一端与第十八电容C18的一端、第十九电容C19的一端、第十四电容C14的另一端、第十四电阻R14的另一端、第二滤波电路的输出端Port5连接；第一滤波电路的输出端Port4的通过远距离线路连接另一抗干扰数据传输电路的第一滤波电路的输出端Port6；第二滤波电路的输出端Port5另一端通过远距离线路连接另一抗干扰数据传输电路的第二滤波电路的输出端Port7；另一抗干扰数据传输电路的第一滤波电路的输出端Port6的另一端与第十五电阻R15连接；另一抗干扰数据传输电路的第二滤波电路的输出端Port7的另一端与第十五电阻R15的另一端连接。

实施例三的抗干扰数据传输电路，利用超声波具备强抗干扰性和隔绝干扰源的特点，通过超声波换能模块300和谐振模块301将通信芯片的信号转换为超声波信号，并将超声波信号传输至滤波模块302，滤波模块302用于抑制脉冲干扰信号，并滤除电源杂波。基于此，提高超声波加工机床在工作中信号传输的稳定性和安全性，以提高超声波加工机床在工作中的稳定性，同时延长超声波加工机床的使用寿命。

实施例四

图7为实施例四的抗干扰数据传输电路结构框图，如图7所示，抗干扰数据传输电路包括光电耦合模块100、数据收发模块101、第一防护模块200和第二防护模块201；

所述数据收发模块101的输出端分别连接所述第一防护模块200的第一端和所述第一防护模块200的第二端；

所述第一防护模块200的第一端通过所述第二防护模块201连接另一超声波加工机床的通信芯片；

所述第一防护模块200的第二端通过所述第二防护模块201连接另一超声波加工机床的通信芯片。

一般地，第一防护模块200的输出端和第二防护模块201的输出端易受雷击浪涌的影响，在瞬间产生能量较大的过压和过流，超过数据收发模块101所能承受的范围，以损坏数据收发模块101。基于此，通过第一防护模块200吸收雷击浪涌，有效地保护数据收发模块101。

实施例四的抗干扰数据传输电路，通过光电耦合模块100和数据收发模块101有效地防止大电流和电源噪声对信号传输的影响，结合第二防护模块201，进一步有效地抑制电路上的高频噪声和尖峰干扰，并通过第一防护模块200，吸收电路的浪涌电压。基于此，有效地降低超声波加工机床间信号传输所受到的影响，提高超声波加工机床在工作中的稳定性。

实施例五

图8为实施例五的抗干扰数据传输电路结构框图，如图8所示，抗干扰数据传输电路包括光电耦合模块100、数据收发模块101、超声波换能模块300、谐振模块301和滤波模块302；

所述数据收发模块101的输出端连接所述超声波换能模块300的输入端；

所述超声波换能模块300的输出端通过所述谐振模块301连接所述滤波模块302的输入端；

所述滤波模块302的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片。

其中，超声波换能模块300将数据收发模块101传输的信号转换为超声波信号。

实施例五的抗干扰数据传输电路，通过光电耦合模块100和数据收发模块101有效地防止大电流和电源噪声对信号传输的影响，并利用超声波具备强抗干扰性和隔绝干扰源的特点，通过超声波换能模块300和谐振模块301将通信芯片的信号转换为超声波信号，再将超声波信号传输至滤波模块302，滤波模块302用于抑制脉冲干扰信号，并滤除电源杂波。基于此，有效地消除信号传输所受到的影响，以提高超声波加工机床在工作中的稳定性，同时延长超声波加工机床的使用寿命。

实施例六

图9为实施例六的抗干扰数据传输电路结构框图，如图9所示，抗干扰数据传输电路包括光电耦合模块100、数据收发模块101、第一防护模块200、第二防护模块201、超声波换能模块300、谐振模块301和滤波模块302；

所述第一防护模块200的第一端通过所述第二防护模块201连接所述超声波换能模块300的输入端；

所述第一防护模块200的第二端通过所述第二防护模块201连接所述超声波换能模块300的输入端；

所述超声波换能模块300的输出端通过所述谐振模块301连接所述滤波模块302的输入端；

所述滤波模块302的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片。

实施例六的抗干扰数据传输电路，通过光电耦合模块100和数据收发模块101有效地防止大电流和电源噪声对信号传输的影响，结合第二防护模块201，进一步有效地抑制电路上的高频噪声和尖峰干扰，并通过第一防护模块200，吸收电路的浪涌电压。同时，进一步地利用超声波具备强抗干扰性和隔绝干扰源的特点，通过超声波换能模块300和谐振模块301将通信芯片的信号转换为超声波信号，再将超声波信号传输至滤波模块302，滤波模块302用于抑制脉冲干扰信号，并滤除电源杂波。基于此，有效地消除信号传输所受到的影响，以提高超声波加工机床在工作中的稳定性，同时延长超声波加工机床的使用寿命。

实施例七

图10为实施例七的抗干扰数据传输电路结构框图，如图10所示，抗干扰数据传输电路包括第一防护模块200、第二防护模块201、超声波换能模块300、谐振模块301和滤波模块302；

所述第一防护模块200的第一端通过所述第二防护模块201连接所述超声波换能模块300的输入端；

所述第一防护模块200的第二端通过所述第二防护模块201连接所述超声波换能模块300的输入端；

所述超声波换能模块300的输出端通过所述谐振模块301连接所述滤波模块302的输入端；

所述滤波模块302的输出端用于连接另一超声波加工机床的通信芯片。

实施例七的抗干扰数据传输电路，通过第一防护模块200和第二防护模块201为超声波换能模块300的输入端提供接口保护，并在第一防护模块200和第二防护模块201已有效地抑制高频噪声和尖峰干扰及吸收电路的浪涌电压的条件下，提高超声波换能器工作的稳定性，通过超声波换能模块300和谐振模块301将通信芯片的信号转换为超声波信号，再将超声波信号传输至滤波模块302，滤波模块302用于抑制脉冲干扰信号，并滤除电源杂波。基于此，有效地消除信号传输所受到的影响，以提高超声波加工机床在工作中的稳定性，同时延长超声波加工机床的使用寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。