案例展示

磁致伸缩位移传感器的多总线接口电路的制作方

发布日期:2020-10-25 19:30

  本实用新型涉及磁致伸缩位移传感器领域,特别是涉及一种磁致伸缩位移传感器的多总线接口电路。

  磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩效应研制的传感器,常用于较高精度的位移检测场合,在工业领域使用非常广泛。目前的磁致伸缩位移传感器对外输出一般以模拟的工业变送信号为主,如0—5V、4—20mA等,或者对外输出单一的总线接口。模拟信号在环境恶劣的工业应用场合容易受到外界干扰源的干扰,造成模拟输出信号的波动,抗干扰性能不强。在实际的应用过程中,磁致伸缩位移传感器主要用于现场位移量的数据采集,一般情况下需要和上位机之间进行数据通信,而在不同的应用系统中,上位机可以有多种选择,如PLC,PC机、智能仪器仪表等,这些上位机基本上都具有常用的对外数据通信接口如RS232或RS485总线等,但不同的上位机对外的总线接口也可能不同,同时在某些应用系统中,该类型的传感器可能需要同时与多个上位机进行通信,这时单一的数据通信接口则不能适应该类应用系统的要求。而磁致伸缩位移传感器内部的核心器件一般为MCU,可以充分利用该类型传感器的MCU内部资源,采用多总线的对外数据接口,一方面可避免模拟输出信号在环境恶劣的工业场合抗干扰性能差的缺点,另一方面可适应上位机总线接口类型多样的实际情况,同时可满足该类型传感器与多个上位机通信的应用场合,从而提高其适应性。

  然而,在目前的总线接口电路设计中,为了提高总线的工作稳定性和MCU系统的抗干扰性能,一般采用隔离电路将MCU应用系统与外部系统进行电气隔离,隔离电路的设计一般采用常用的隔离器件如光电耦合器等实现MCU应用系统与外界的电气隔离,同时在接口总线的保护上常采用分立器件如瞬态抑制管、感性元件等对接口电路进行保护,采用该类型电气隔离和总线接口电路保护的方式虽然有一定的效果,但是其电路的复杂性提高、集成度相对较低,可能对总线接口电路的工作稳定性有一定程度的影响。

  因此亟需提供一种新型的磁致伸缩位移传感器的多总线接口电路来解决上述问题。

  本实用新型所要解决的技术问题是提供一种集成度高的磁致伸缩位移传感器的多总线接口电路,能够提高接口电路的工作稳定性和可靠性。

  为解决上述技术问题,本实用新型采用的一个技术方案是:提供一种磁致伸缩位移传感器的多总线接口电路,磁致伸缩位移传感器包括MCU模块及磁致伸缩位移传感器信号调理电路、电源模块,MCU采用32位的ARM Cortex—M0芯片NUC130,其内部包括时钟振荡器、三个UART控制器、一个CAN总线控制器;多总线总线总线接口电路、CAN总线接口电路,其时钟源由MCU的时钟振荡器提供;RS232总线接口电路包括单芯片隔离式收发器ADM3251E,总线控制器采用MCU的一个UART控制器;RS485总线接口电路包括半双工隔离式收发器ADM2481,总线控制器采用MCU的一个UART控制器;CAN总线接口电路包括隔离式CAN收发器ADM3054,总线控制器采用MCU的CAN总线控制器;电源模块采用隔离DC/DC模块,分别为MCU模块及磁致伸缩位移传感器信号调理电路、多总线接口电路供电。

  在本实用新型一个较佳实施例中,电源模块包括DC/DC隔离模块电源U1、LDO直流稳压芯片U2、U3、PWM型DC/DC变换器U4,DC/DC隔离模块电源U1的输出为6V的直流电源;LDO直流稳压芯片U2、U3的输入端与DC/DC隔离模块电源U1的输出端并联,LDO直流稳压芯片U2的输出为3.3VCC1,LDO直流稳压芯片U3的输出为5V的直流电源;PWM型DC/DC变换器U4的输入为12—30VDC,输出为5V的直流电源。电源模块采用隔离DC/DC模块实现MCU模块及磁致伸缩位移传感器的信号调理电路与多总线接口电路的电源隔离。

  进一步的,DC/DC隔离模块电源U1的输出电源及LDO直流稳压芯片U2、U3的输出电源与MCU模块及磁致伸缩位移传感器信号调理电路相连;LDO直流稳压芯片U2的输出电源还与多总线接口电路的输入端相连,PWM型DC/DC变换器U4的输出电源与多总线接口电路的输出端相连。

  本实用新型的有益效果是:本实用新型利用MCU内部集成的各类总线控制器及高精度低漂移时钟振荡器,采用隔离DC/DC模块实现MCU模块及磁致伸缩位移传感器的调理电路与多总线接口电路的电源隔离,各个总线接口电路分别采用高集成度的隔离型总线收发器实现数据隔离,可明显降低系统电路的复杂性,显著提高了接口电路的工作稳定性和可靠性。

  下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述,以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

  一种磁致伸缩位移传感器的多总线接口电路,磁致伸缩位移传感器包括MCU模块及磁致伸缩位移传感器信号调理电路、电源模块,利用磁致伸缩位移传感器中的MCU内部资源,搭建多总线的数据接口,接口包含常用的RS232总线位基于ARM Cortex—M0核的微控制器NUC130,其内部集成了高精度低漂移的时钟振荡器,可为各总线提供稳定的时钟源,并包含了三个UART控制器、一个CAN总线控制器,内部资源非常丰富。为提高MCU应用系统及各总线接口电路的工作稳定性和抗干扰性,总线接口电路输出端和MCU应用系统之间采用隔离的电源模块供电,各个总线接口电路分别采用集成度高且保护措施完备的隔离总线收发芯片实现MCU与各总线接口电路间的电气隔离,各总线的时钟源由集成于MCU内部的高精度低漂移时钟振荡器提供,各总线控制器采用MCU内部的集成总线控制器。

  请参阅图2,磁致伸缩位移传感器的电源模块供电为12—30V的直流电源,分别为MCU模块及磁致伸缩位移传感器信号调理电路、多总线接口电路供电,电源模块采用隔离DC/DC模块实现MCU模块及磁致伸缩位移传感器的信号调理电路与多总线接口电路的电源隔离,其包括DC/DC隔离模块电源U1、LDO直流稳压芯片U2、U3、PWM型DC/DC变换器U4。U1为定制的小体积DC/DC隔离模块电源,功率为10W,9—36V的宽电压输入,输出为直流6V,为磁致伸缩位移传感器的信号调理电路中的波导丝提供激励电源;LDO直流稳压芯片U2、U3的输入端与DC/DC隔离模块电源U1的输出端并联,LDO直流稳压芯片U2的输出为3.3VCC1,为磁致伸缩位移传感器内部的MCU、信号调理电路中的计时电路以及多总线接口电路的输入端供电;LDO直流稳压芯片U3的输出为5V的直 流电源(图中标示为5V1),为信号调理电路中的扭转波回波检测电路供电;PWM型DC/DC变换器U4的输入为24VDC,输出为5V的直流电源(图中标示为5V2);为各总线接口输出端电路供电,TPS5420能提供2A的负载电流,其转换效率可达95%,采用SOIC—8封装,同时具备热保护、过载保护等功能。D1为防反二极管,D2为肖特基二极管,D2与L1、C5、C17—C19及R1—R2配合可获得稳定的5V直流电源输出。

  请参阅图4,RS232总线接口电路由单芯片隔离式收发器ADM3251E实现接口电路与MCU之间的完全隔离,其数据传输速率最高可达460kbps,并具有完备的保护措施如Tout和Rin与电源短接保护、ESD保护等。RS232总线控制器采用MCU内部的UART0控制器,通过隔离型收发芯片ADM3251E实现数据隔离,其TTL逻辑电平端与RS232逻辑电平端分别用隔离的3.3VCC1和5V2供电。R3—R4为低欧姆阻值的能量吸收电阻,用于总线数据传输时由于信号反射可能产生的能量吸收。

  请参阅图5,RS485总线接口电路采用半双工隔离式收发器ADM2481,其最高传输速率可达500kbps,可提供高达256个标准RS485负载,具有瞬时上电和断电保护、热关断保护、短路保护及ESD保护等。RS485总线控制器采用MCU内部的UART1控制器,选用隔离型收发芯片半双工ADM2481实现数据隔离,其TTL逻辑电平端与RS485逻辑电平端分别用隔离的3.3VCC1和5V2供电。RS485的数据传输方向控制由MCU的PA8管脚控制。R6和R7分别为上下拉电阻,R5为终端匹配电阻。

  请参阅图6,CAN总线接口电路选用隔离式CAN收发器ADM3054,其数据传输速率最高可达1Mbps,可支持高达110个及以上的节点,其总线输出集成有保护功能,可防止总线短接到系统电源中的电源和地,并具备热关断、高共模瞬变抗干扰、ESD等保护功能。CAN总线控制器采用MCU内部的CAN控制器,采用隔离型收发芯片ADM3054实现数据隔离,其TTL逻辑电平端与RS485逻辑电平端分别用隔离的3.3VCC1和5V2供电,R8和R9及C32用于提高接口电路的EMI性能。

  本实用新型利用MCU内部集成的各类总线控制器及高精度低漂移时钟振荡器,结合集成度高的各总线单芯片隔离解决方案,可明显降低系统电路的复杂性,显著提高了接口电路的工作稳定性和可靠性。

  以上所述仅为本实用新型的实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。