專利名稱：脈沖量輸入電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輸入電路，特別是指工業(yè)過程自動化控制終端設(shè)備對現(xiàn)場計數(shù)信號采集的脈沖量輸入電路，適用于石化、給排水、電力、冶金等領(lǐng)域的工業(yè)過程自動化控制終端設(shè)備的脈沖量輸入電路。
背景技術(shù)：
目前，在我國應(yīng)用于工業(yè)過程自動化領(lǐng)域控制設(shè)備中的脈沖信號輸入電路，電路中沒有采取隔離設(shè)計，而采集現(xiàn)場又存在信號干擾大的特點，所以不足之處是輸入信號失真、測量數(shù)據(jù)不準確，而且沒有相應(yīng)的斷電保護數(shù)據(jù)功能，給控制系統(tǒng)的整體控制造成極大影響，其可擴展能力差，不能滿足現(xiàn)場脈沖信號點增加的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種脈沖量輸入電路，可實現(xiàn)四路幅度為3～28V，計數(shù)輸入頻率在10KHz以內(nèi)的脈沖信號輸入，輸入脈寬不小于16.7微秒。計數(shù)的最大值為4294967295。當計數(shù)溢出時計數(shù)器將又從0開始計數(shù)；輸入信號與邏輯電路隔離，而且四路信號彼此隔離。輸入脈沖的頻率可以在10KHz內(nèi)調(diào)節(jié)而不會漏計；當使用低速機械觸電脈沖輸入時可選擇去抖動濾波方式防止錯誤的計數(shù)；可以將計數(shù)值在斷電期間存入電可擦編程只讀存儲器EEPROM中；還可以設(shè)定在加電時清除所有計數(shù)，以及當系統(tǒng)讀取計數(shù)后清除計數(shù)；四支發(fā)光二極管顯示每路輸入的狀態(tài)；控制器可以使這些LED使能或失效。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到一種脈沖量輸入電路，該脈沖量輸入電路由整形網(wǎng)絡(luò)、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關(guān)及一組發(fā)光二極管組成，脈沖量輸入電路的元器件連接如下該電路通過接線插座P3外接脈沖源，共四路，在每路的正負端分別并聯(lián)接入一個由分流電阻R6、瞬變二極管CR12、CR13、CR14、CR15組成的電壓保護電路，瞬變管CR12、CR13、CR14、CR15的A極分別接入三極管Q2、Q4、Q6、Q8的發(fā)射極，同時分別通過電阻R16、R17、R18、R19接入Q2、Q4、Q6、Q8的基極和三極管Q1、Q3、Q5、Q7的發(fā)射極，瞬變管的K極分別通過電阻R20、R21、R22、R23接入Q1、Q3、Q5、Q7的基極和光耦U9、U10、U11、U12的管腿2，三極管Q1、Q3、Q5、Q7基極分別與三極管Q2、Q4、Q6、Q8集電極相連，三極管Q1、Q3、Q5、Q7的集電極分別接入光耦U9、U10、U11、U12的管腿3，光耦U9、U10、U11、U12的管腿8分別接入電源Vcc5V，同時接入濾波電容C1、C2、C3、C4后和管腿5共同接地，管腿6分別經(jīng)過上拉電阻R7接入電源Vcc5V，通過限流電阻R4分別接入單片機U13的12、15、16、17管腿，同時分別通過濾波電容C5、C6、C7、C8接入撥碼開關(guān)SW1的12、11、10、9位置；Vcc5V接入能量監(jiān)控器U4 DS1233的3端Vcc，1端GROUND接地，2端RESET通過二極管CR9接入反相器U5A輸出端，其輸入端通過電阻R3接入數(shù)據(jù)總線，以及通過電容C11接電源Vcc5V，同時接入反相器U5F的輸入端，輸出端接入由二極管CR7和電阻R8并聯(lián)后串聯(lián)一個電容C13接地的延時電路接入反相器U5E的輸入端，其輸出端接入由二極管CR8和電阻R9并聯(lián)后串聯(lián)一個電容C14接地的延時電路接入串連的U5B、U5C后接入單片機U13的管腿1復位端，反相器U5E的輸出端接入PIC U13管腿21；PIC的管腿6、7接入U3 EEPROM的管腿6SCL、5SDA，同時通過上拉電阻R1、R2接入Vcc5V，U3的2、8腿短接后接Vcc5V和通過電容C12到地，U3的1、3、4腿接地；PIC的管腿25、26、27、28接入撥碼開關(guān)SW1的16、15、14、13，撥碼開關(guān)SW1的1、2、3、4接地，撥碼開關(guān)SW1的6、7、8接入Vcc5V，發(fā)光二極管LED通過限流電阻R5分別接入PIC的管腿2、3、4、5；PIC的管腿13、14、15通過電阻R27接入電源Vcc5V和數(shù)據(jù)總線，PIC管腿22、23分別接入撥碼開關(guān)SW2位置1COR、位置2COP，撥碼開關(guān)SW2位置9、10、11、12、13、14、15、16接地，撥碼開關(guān)SW2位置3接PIC的11腿，單片機的9、10腿間并聯(lián)晶體振蕩器Y1、各接電容C9、C10組成的振蕩電路到8腿接地。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點該電路將四路高速計數(shù)輸入加到I/O系統(tǒng)中，可根據(jù)現(xiàn)場要求，設(shè)置電路地址，易于電路的擴展；在每路輸入端都裝有瞬間抑制保護二極管，進行過壓保護；計數(shù)器的寄存器為32位，最大計數(shù)值為4294967295；輸入信號與電路內(nèi)部邏輯電路隔離，而且四路信號彼此隔離；輸入脈沖的頻率可以在10KHz內(nèi)調(diào)節(jié)而不會漏計；當使用低速機械觸電脈沖輸入時可選擇去抖動濾波方式防止錯誤的計數(shù)；可以將計數(shù)值在斷電期間進行保存；還可以設(shè)定在加電時清除，從而可達到節(jié)能的作用；四支發(fā)光二極管顯示每路輸入的狀態(tài)；控制器可以使這些LED使能或失效。該電路制成模塊，安裝方便快捷，安裝在7.5mm×35mm的DIN導軌上，連接到系統(tǒng)總線。輸入電壓超過額定電壓的150％也不會損壞電路。由于本實用新型采用的都是工業(yè)級元器件，可適應(yīng)的溫度范圍為-40℃～70℃，能夠在較惡劣的環(huán)境下工作。


圖1.脈沖量輸入電路電原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合圖1脈沖量輸入電路電原理圖，對本實用新型作進一步說明。
脈沖量輸入電路由整形網(wǎng)絡(luò)、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關(guān)及一組發(fā)光二極管組成?？赏ㄟ^數(shù)據(jù)總線與主控制器相連。
該電路通過接線插座P3外接脈沖源，可以提供四路脈沖信號的采集，在每路的正負端分別接入一個由分流電阻、瞬變二極管組成的防止電壓過高的保護電路，然后接入由電阻和三極管組成的整形電路，把過高或過低的電壓信號屏蔽掉，使輸入信號必須在3～28V這一區(qū)間內(nèi)，瞬變管CR12-CR15的A極分別接入三極管Q(2、4、6、8)的發(fā)射極，同時通過電阻R16-R19接入Q(2、4、6、8)的基極和三極管Q(1、3、5、7)的發(fā)射極，瞬變管的K極通過電阻R20-R23分別接入Q(1、3、5、7)的基極和光耦U9-U12的管腿2，三極管Q(1、3、5、7)基極與Q(2、4、6、8)集電極相連，三極管Q(1、3、5、7)的集電極接入光耦U9-U12的管腿3，光耦U9-U12的管腿8接入電源Vcc5V，同時接入濾波電容C1-C4后和管腿5共同接地，信號從管腿6出來，經(jīng)過上拉電阻R7接入電源Vcc5V，通過限流電阻R4分別接入單片機U13 12、15、16、17管腿，使信號流入單片機，同時通過濾波電容C5-C8接入撥碼開關(guān)SW1的12、11、10、9位置，當SW1的12、11、10、9斷開時，關(guān)閉去抖動濾波器電容C5-C8，為高頻信號輸入，最高頻率為10KHz，最小脈沖寬度為16.7微秒；當閉合時，為了去掉錯誤的計數(shù)，抖動濾波器電容C5-C8有效，此時，最大計數(shù)頻率為60Hz，最小脈沖寬度為8.3毫秒?？偩€接口提供了5V電源，通過三端穩(wěn)壓電路提供5V的電壓給單片機，作為PIC的電源，Vcc5V接入能量監(jiān)控器U4 DS1233的3端Vcc，1端GROUND接地，2端RESET通過二極管CR9接入反相器U5A和電阻R3接入總線P16，同時通過反相器U5F，二極管CR7和電阻R8的并聯(lián)電路接入反相器U5E、U5B、U5C接入單片機U13的管腿1復位端，產(chǎn)生一個復位信號，當輸入低于要求的電壓值時或斷電時，產(chǎn)生一個復位信號，通過在反相器U5E的輸出端產(chǎn)生一個中斷信號，傳送給PIC U13管腿21，使PIC中斷，這時，儲存在三端穩(wěn)壓電路中的電容儲存的能量，通過Vcc為單片機提供電源，維持一定時間的電能供應(yīng)，PIC的管腿6、7接入U3電可擦編程只讀存儲器EEPROM的管腿6SCL、5SDA，當電壓過低或斷電時，PIC利用儲存在三端穩(wěn)壓電路中的電容儲存的能量將計數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到U3EEPROM進行儲存，PIC的管腿25、26、27、28接入撥碼開關(guān)SW1的16、15、14、13，確定該電路在總線中的地址，從而實現(xiàn)電路的擴展；發(fā)光二極管LED通過限流電阻R5分別接入PIC的管腿2、3、4、5，四支發(fā)光二極管顯示每路輸入的狀態(tài)?？刂破骺梢允惯@些LED使能或失效；由一個晶體與兩個電容組成的晶體振蕩電路接入單片機PIC的9、10管腿，為單片機PIC提供工作頻率；PIC管腿13、14、15通過電阻接電源Vcc5V和總線，將信號通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送給主控制器；PIC管腿22、23分別接入撥碼開關(guān)SW2位置1COR、位置2COP，當主控制器讀取該電路的計數(shù)時，該電路可以保存或清除每個計數(shù)器中的計數(shù)，通過讀數(shù)后清除COR開關(guān)決定是否使用讀數(shù)后清除計數(shù)值這種模式。當斷開時，讀數(shù)后保存歷史計數(shù)值將撥碼，當閉合時，讀數(shù)后清除歷史計數(shù)值；模塊通過加電清除COP開關(guān)決定是否使用加電清除計數(shù)值模式，在加電期間可以保存或清除歷史計數(shù)值。斷開時，加電保存歷史計數(shù)值，閉合時，加電清除歷史計數(shù)值。
脈沖量輸入電路在總線中的地址由四位撥碼開關(guān)來選擇地址。
該脈沖量輸入電路已制成模塊，本廠型號及名稱為E107脈沖量輸入電路，模塊外形尺寸為(長)216mm×(寬)118mm×(高)44mm，采用ECHO B型盒封裝，安裝在7.5mm×35mm的DIN導軌上，連接到系統(tǒng)I/O BUS總線上。
E107模塊提供四路計數(shù)輸入，用接線端子與外圍電路連接。推薦使用22～12AWG的標準電線。用地址開關(guān)來設(shè)置模塊在I/O BUS總線上的地址，共可安裝16個E107模塊，得到64個計數(shù)點。
運行模式選擇加電清除計數(shù)值E107模塊在加電期間可以保存或清除歷史計數(shù)值。模塊通過加電清除(COP)開關(guān)決定是否使用這種模式。
讀數(shù)后清除計數(shù)值當主控制器讀取E107的計數(shù)，E107模塊可以保存或清除每個計數(shù)器中的計數(shù)。模塊通過讀數(shù)后清除(COR)開關(guān)決定是否使用這種模式。
去抖動濾波器的選擇機械觸點輸入經(jīng)常會出現(xiàn)開關(guān)抖動，它會在開關(guān)閉合和開啟時產(chǎn)生成倍的多余的脈沖。為了防止開關(guān)抖動產(chǎn)生錯誤的計數(shù)，可以將去抖動濾波器設(shè)為有效(每一路都有一個濾波器)。濾波器通過撥碼開關(guān)設(shè)置。為了除去錯誤的計數(shù)，將撥碼撥向右邊使能去抖動濾波器。
操作與維護E107模塊計數(shù)輸入頻率在10KHz以內(nèi)。輸入脈寬不小于16.7微秒。計數(shù)的最大值為4294967295。當計數(shù)溢出時計數(shù)器將又從0開始計數(shù)。
當電源斷電或系統(tǒng)重置，模塊將計數(shù)值儲存在EEPROM中。如果關(guān)閉COP功能，系統(tǒng)在重置或電源恢復時，系統(tǒng)會將EEPROM中的記錄讀出并恢復。如果開啟COP功能，系統(tǒng)在重置或電源恢復時，EEPROM中的記錄將被刪除。
在開啟COR功能時，當控制器讀取計數(shù)器值的時候，被讀的計數(shù)器自動清空。
高頻信號輸入當使用高頻信號輸入時，必須關(guān)閉去抖動濾波器。最高頻率為10KHz，最小脈沖寬度為16.7微秒。
機械觸點輸入為了去掉錯誤的計數(shù)，去抖動濾波器有效。此時，最大計數(shù)頻率為60Hz。最小脈沖寬度為8.3毫秒。
LED指示E107模塊每一路輸入都有一支顯示它狀態(tài)的發(fā)紅光的LED。當輸入電壓超過3VDC，LED發(fā)光。如果去抖濾波器有效，計數(shù)頻率必須小于60Hz，LED才會顯示計數(shù)的狀態(tài)?？刂破骺梢钥刂七@些LED使它們有效或無效。
現(xiàn)場應(yīng)用表明，脈沖量輸入電路具有抗干擾能力強，可靠性高，兼容性好，應(yīng)用靈活，操作方便等特點，且能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。
權(quán)利要求1.一種脈沖量輸入電路，其特征在于該脈沖量輸入電路由整形網(wǎng)絡(luò)、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關(guān)及一組發(fā)光二極管組成，脈沖量輸入電路的元器件連接如下該電路通過接線插座P3外接脈沖源，共四路，在每路的正負端分別并聯(lián)接入一個由分流電阻R6、瞬變二極管CR12、CR13、CR14、CR15組成的電壓保護電路，瞬變管CR12、CR13、CR14、CR15的A極分別接入三極管Q2、Q4、Q6、Q8的發(fā)射極，同時分別通過電阻R16、R17、R18、R19接入Q2、Q4、Q6、Q8的基極和三極管Q1、Q3、Q5、Q7的發(fā)射極，瞬變管的K極分別通過電阻R20、R21、R22、R23接入Q1、Q3、Q5、Q7的基極和光耦U9、U10、U11、U12的管腿2，三極管Q1、Q3、Q5、Q7基極分別與三極管Q2、Q4、Q6、Q8集電極相連，三極管Q1、Q3、Q5、Q7的集電極分別接入光耦U9、U10、U11、U12的管腿3，光耦U9、U10、U11、U12的管腿8分別接入電源Vcc5V，同時接入濾波電容C1、C2、C3、C4后和管腿5共同接地，管腿6分別經(jīng)過上拉電阻R7接入電源Vcc5V，通過限流電阻R4分別接入單片機U13的12、15、16、17管腿，同時分別通過濾波電容C5、C6、C7、C8接入撥碼開關(guān)SW1的12、11、10、9位置；Vcc5V接入能量監(jiān)控器U4 DS1233的3端Vcc，1端GROUND接地，2端RESET通過二極管CR9接入反相器U5A輸出端，其輸入端通過電阻R3接入數(shù)據(jù)總線，以及通過電容C11接電源Vcc5V，同時接入反相器U5F的輸入端，輸出端接入由二極管CR7和電阻R8并聯(lián)后串聯(lián)一個電容C13接地的延時電路接入反相器U5E的輸入端，其輸出端接入由二極管CR8和電阻R9并聯(lián)后串聯(lián)一個電容C14接地的延時電路接入串連的U5B、U5C后接入單片機U13的管腿1復位端，反相器U5E的輸出端接入PIC U13管腿21；PIC的管腿6、7接入U3 EEPROM的管腿6SCL、5SDA，同時通過上拉電阻R1、R2接入Vcc5V，U3的2、8腿短接后接Vcc5V和通過電容C12到地，U3的1、3、4腿接地；PIC的管腿25、26、27、28接入撥碼開關(guān)SW1的16、15、14、13，撥碼開關(guān)SW1的1、2、3、4接地，撥碼開關(guān)SW1的6、7、8接入Vcc5V，發(fā)光二極管LED通過限流電阻R5分別接入PIC的管腿2、3、4、5；PIC的管腿13、14、15通過電阻R27接入電源Vcc5V和數(shù)據(jù)總線，PIC管腿22、23分別接入撥碼開關(guān)SW2位置1COR、位置2COP，撥碼開關(guān)SW2位置9、10、11、12、13、14、15、16接地，撥碼開關(guān)SW2位置3接PIC的11腿，單片機的9、10腿間并聯(lián)晶體振蕩器Y1、各接電容C9、C10組成的振蕩電路到8腿接地。
專利摘要本實用新型涉及一種脈沖量輸入電路，該電路由整形網(wǎng)絡(luò)、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關(guān)及發(fā)光二極管組成。將四路高速計數(shù)輸入I/O系統(tǒng)中。在I/O BUS總線上可安裝16個相同的電路，得到64個計數(shù)點。計數(shù)器的寄存器為32位，最大計數(shù)值為4294967295。計數(shù)電壓為3～28V。輸入信號與邏輯電路隔離，四路信號彼此隔離。脈沖的頻率可以在10KHz內(nèi)調(diào)節(jié)而不會漏計。當使用低速機械觸電脈沖輸入時可選擇去抖動濾波方式，防止錯誤的計數(shù)。可將計數(shù)值在斷電期間存入EEPROM?？稍O(shè)定在加電時清除所有計數(shù)，系統(tǒng)讀取計數(shù)后清除計數(shù)。四支發(fā)光二極管顯示每路輸入的狀態(tài)。控制器使這些LED使能或失效。
文檔編號H03K5/00GK2580682SQ0228227
公開日2003年10月15日 申請日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者俞凌, 莊貴林 申請人:北京安控科技發(fā)展有限公司