直流模拟量采集系统中的隔离设计与应用
基于STM32的多功能模拟量输入输出系统设计
基于STM32的多功能模拟量输入输出系统设计夏好广【摘要】为满足列车网络中信号采集及控制的需求,设计了一种基于STM32微控制器的多通道、多功能的模拟量输入输出系统,其中输入通道可采集电流或电压信号,并由STM32微控制器控制高精度采样芯片AD7606对模拟输入信号进行转换.另外,模拟输出信号通过STM32微控制器控制精密电压/电流输出驱动器AD5750输出.每个输出通道可通过编程实现-10 V至+10 V的电压连续输出或-20 mA至+20 mA的电流连续输出.该系统还集成了INTERBUS模块,可通过INTERBUS总线进行远程通信.实验结果表明,该系统具有精度高、体积小的优点,有广阔的应用前景.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】4页(P19-22)【关键词】STM32;输入输出;电压源;电流源【作者】夏好广【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U266.2现代化高速动车组普遍采用列车网络控制管理系统对车辆进行检测、控制和诊断，其中，网络系统中经常会用到模拟量输入输出模块，如一些温度传感器需要模拟输入模块来采集电压信号或电流信号。
然而，对车辆侧的一些控制则需要模拟输出模块来实现，即通过将中央控制器或司机室指令转换为模拟信号来对一些传感器进行控制。
模拟信号可以是电压信号也可以是电流信号，其中，电压信号一般应用于短距离传输，电流信号用于远距离传输(常用4～20 mA的电流环[1-2])。
目前，大多数模块或系统只针对某一种信号类型进行了设计，而现场设备往往具有多种需求，特别需要通用性更强的模拟量模块。
针对模拟量模块多功能化的需求，设计了一种基于STM32的便携式、多功能模拟量模块。
该模块可提供两通道输入信号采集(电流电压模式可切换)，四通道输出(电流电压模式可切换)，电流范围-20～20 mA连续可调，电压范围-10～10 V可调。
4~20 mA电流环隔离模块的研究与设计
前 常 用 的 隔 离 模 块 的 类 型 、工 作 原 理 和 特 点 ，介 绍 了 一 种 独 特 的 电 磁 隔 离 、后 级 馈 电 、接 收 型 隔 离 电 路 ，并 设 计 了 一
款由分立元件搭建的低成本 4~20 mA 无源电流环隔离模块。
关键词： 4~20 mA；抗干扰；电磁隔离；无源模块
电路原理介绍 3.2
（1）硬件电路框图，如图 6 所示。
图 6 硬件电路框图
（2）电 源 电 路 工 作 原 理 ：电 流 环 在 输 入 端 形 成 的 电 压 降 ，加 载 到 由 三 极 管 、变 压 器 构 成 的 推 挽 自 激 振 荡 电 路 上 ，微 调 电 容 可 调 节 振 荡 频 率 在 100 kHz 左 右 。 示 波 器 实 测 振 荡 电 路 输 出 波 ，形 如 图 7 所示。电流互感线圈的初级从振荡线圈的次级取 出 振 荡 信 号 ，电 流 互 感 器 输 出 后 ，采 用 2 个 肖 特 基 二 极 管 进 行 整 流 ，再 进 行 电 容 滤 波 ，输 出 的 直 流 电 压 最 终 给 用 户 现 场 侧 两 线 制 变 送 器 供 电 ，同 时 实 现 了向后级的信号反馈。
ห้องสมุดไป่ตู้
such as signal crosstalk，ground line interference，common-mode and differential mode noise. So 4~20 mA current
loop isolation modules are frequently used. This paper analyzes the types，working principles and characteristics of the
模拟量采集模块4通道 0-10v的电路原理
模拟量采集模块4通道 0-10v的电路原理一、概述1. 介绍模拟量采集模块的作用和应用场景模拟量采集模块是指通过电路和传感器将实际的模拟信号转换成数字信号，以便计算机或控制器进行采集和处理。
在工业自动化控制系统中，模拟量采集模块广泛应用于温度、压力、流量等参数的实时监测和反馈控制。
2. 模拟量采集模块的基本结构和特点模拟量采集模块通常由传感器、信号调理电路、A/D转换器和数据接口等部分组成。
其特点是能够实时高精度地采集和转换模拟信号，并通过数字接口将数据传输给上位机或控制器。
3. 本文要讨论的主题和目的本文将重点介绍模拟量采集模块4通道0-10v的电路原理，包括信号调理电路的设计原理和A/D转换原理，以帮助读者更好地理解和应用模拟量采集模块。
二、模拟量采集模块4通道0-10v的电路原理4. 信号调理电路的设计原理模拟量采集模块的信号调理电路是将传感器输出的模拟信号进行放大、滤波和隔离处理，以适应A/D转换器的输入范围，并提高信噪比和抗干扰能力。
对于4通道0-10v的模拟信号，信号调理电路需要对每个通道的信号进行单独处理，以保证采集的准确性和稳定性。
5. A/D转换原理A/D转换器是模拟量采集模块的核心部件，其作用是将模拟信号转换成相应的数字信号，并输出给上位机或控制器进行处理。
在4通道0-10v的电路中，A/D转换器需要具备较高的分辨率和采样率，以保证准确地采集和转换模拟信号。
6. 0-10v的电路原理设计在设计4通道0-10v的电路原理时，需要考虑信号调理电路和A/D转换器的匹配性和稳定性，以及整体电路的抗干扰能力和可靠性。
还需要注意功耗和成本的控制，以满足实际应用的需求。
7. 结论模拟量采集模块4通道0-10v的电路原理设计涉及到信号调理电路和A/D转换器的匹配和稳定性，需要综合考虑多种因素，以保证采集的准确性和稳定性。
还需要根据实际应用的需求进行功耗和成本的控制，以提高整体电路的性能和实用性。
DAS数据采集系统及与DCS的通讯
前端组态
• 设置状态显示及操作 • a. 进入设置状态后， 首先显示输入密码， 格式如下：
PASSWORD: 00000
b. 按“∧、∨”键输入 00012后按“S”键，将显示 本机地址：
Address： 001
此时，可按“∧、∨” 键修改地址
c. 再次按“S” 键，显示波特 率：
Baud： 9600
IDCB-1A电流量测量前端
直流电流的测量是通过在被测电流回路中串入一标准电阻（200Ω）， 然后由前端测得该电阻上的电压，再经过前端本身的函数运算功能，将 电压值转换为电流值得出的。 该型号为10路3端子直流电流输入，其中每一路均可提供隔离的24V 变送器供电电源。对一个输入点而言，有三个接线端子，“V、H、L”， 其中V和L之间为24V电源，H和L之间是200欧姆取样电阻。
•
• 冷端位于温槽中，采用恒温补偿方式(图15b)。 • 采用恒温补偿方式时，可设定范围是0~60℃。 • 冷端位于未知温度的非恒温接线箱中，应采用其它通道 补偿。 • 当热电偶的冷端接入一个非恒温的未知温度的接线箱时 （15c），必须使用本前端的另外一个模入通道对该接线 箱的温度进行实时测量，并以此测量结果作为热电偶的冷 端补偿。通常可使用热电阻完成接线箱内的温度测量。 • 例如：在网络中某IDCB-4C型前端2号模入接Ｅ型热电偶 测温，以6号模入的结果作为其冷端温度，6号模入接 Pt100型热电阻，其感温点放置在热电偶的冷端处。则2号 通道工作模式应设置为“E分度、6通道补偿”。关于热电 阻测温的接线方法参见下面的介绍。 • 为保证测量精度，热电阻和热电偶的冷端应接入同一个接 线箱内，且测量冷端温度的热电阻应尽量靠近热电偶的冷 端。
dasdas数据采集系统及与数据采集系统及与dcsdcs的通讯的通讯上位机组态简介简介我厂1到4机组数据采集系统采用华东电站自动化仪表厂idcb智能数据采集网络系统该网络主要完成一些温度料位流量等参数的监测与显示大大减少了dcs的工作负荷同时也因为采集前端可以安装在现场从而降低了安装与平时维护检修的工作量节约了成本
模拟量隔离电路
模拟量隔离电路模拟量隔离电路是一种常用的电路设计，在工业自动化控制系统和电子设备中被广泛应用。
它的主要作用是实现输入信号和输出信号之间的电气隔离，以保证系统的稳定性和安全性。
本文将介绍模拟量隔离电路的工作原理、常见的隔离电路形式以及应用案例。
一、工作原理模拟量隔离电路通过电气隔离的方式，将输入信号和输出信号之间的直流电气隔离开，从而避免了信号互相干扰和传输时的电气噪声。
它采用了光电耦合器、变压器和差动放大器等元件来实现电气隔离。
光电耦合器是模拟量隔离电路中最常用的元件之一。
它由一个发光二极管和一个光敏三极管组成。
输入信号通过发光二极管转换为光信号，然后光敏三极管将光信号转换为输出电压信号。
由于光信号不受电气干扰的影响，因此能够实现输入信号和输出信号的电气隔离。
二、常见的隔离电路形式1. 光耦合隔离电路光耦合隔离电路是一种基于光电耦合器的隔离电路。
它通过光电耦合器将输入信号和输出信号之间隔离开，从而实现电气隔离。
该电路结构简单、成本较低，因此被广泛应用于工业控制系统和电子仪器仪表中。
2. 变压器隔离电路变压器隔离电路是一种基于变压器的隔离电路。
它通过变压器将输入信号和输出信号之间的电气隔离开，从而实现隔离。
该电路具有高隔离效果和较低的传输损耗，适用于一些对信号传输质量要求较高的场合。
3. 差动放大器隔离电路差动放大器隔离电路是一种基于差动放大器的隔离电路。
它通过差动放大器将输入信号和输出信号之间的电气隔离开，从而实现隔离。
该电路具有良好的信号传输特性和较低的传输损耗，适用于一些对信号传输精度要求较高的场合。
三、应用案例1. 工业自动化控制系统模拟量隔离电路在工业自动化控制系统中起到了重要的作用。
它能够将传感器采集到的模拟量信号与控制系统之间进行电气隔离，从而保证了控制系统的稳定性和可靠性。
例如，在温度控制系统中，通过模拟量隔离电路将温度传感器采集到的模拟信号与控制系统之间隔离开，可以防止传感器信号对控制系统的干扰，确保温度控制的精度和稳定性。
线性光耦原理与电路设计,4-20mA模拟量隔离模块,PLC采集应用
1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。
常用光耦器件及其外围电路组成。
由于光耦电路简单，在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。
对于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在模拟信号隔离的应用。
对于高频交流模拟信号，变压器隔离是最常见的选择，但对于支流信号却不适用。
一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案，如ADI的AD202，能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度，但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生的交流信号进行变压器隔离，然后进行频率-电压转换得到隔离效果。
集成的隔离放大器内部电路复杂，体积大，成本高，不适合大规模应用。
模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。
线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。
这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，这样，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。
市场上的线性光耦有几中可选择的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。
这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。
1、2引脚之间的电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。
输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流IF上，IPD1和IPD2基本与IF成线性关系，线性系数分别记为K1和 K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间），但芯片的设计使得 K1和K2相等。
4~20mA电流环与信号隔离器原理及应用
4~20mA电流环工作原理2008-04-07 22:40在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，见图1。
在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。
由于TI的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。
图1 (略)电桥传感器的大多数应用是用于测量压力。
在一个实际电路中，如果惠斯登电桥每条臂上的电阻为2k ，那么无论从激励电压端或差分输出端看进去，它的等效电阻都是2k 。
在没有压力的时候，它的电桥是平衡的，输出电压为0。
当施加压力时，由于电桥失衡，会产生一个差分电压，差分电压便会反映这个压力的大小。
满度和色调是压力传感器的两个主要技术指标，现实世界里使用着的传感器都存在着一定的非线性，它的输出电压会随着温度的变化而变化。
输出电压随温度的变化不是线性的，满度和色调都具有这种性质。
第二章-变电站综合自动化系统的间隔层装置
第二章变电站综合自动化系统间隔层装置第一节间隔层装置简述一、间隔层装置配置间隔层装置在设计和配置方面，原则上与电气间隔之间存在密切关系。
根据间隔层装置按电气间隔配置的原则和站内一次设备规模,可以方便地确定变电站综合自动化系统所需间隔层装置的数量.电气间隔是一个强电即一次接线系统的概念，通常把断路器或电气元件(如主变压器、母线等）作为电气间隔划分的依据.一个典型高压变电站内主要包括线路间隔、母联（分段)间隔、主变压器间隔、电容（电抗)间隔、站用变压器间隔、母线间隔等.其中，主变压器按其绕组涉及的电压等级可分为高、中、低压间隔和本体间隔.一般认为，间隔层装置是指按变电站内电气间隔配置，实现对相应电气间隔的测量、监视、控制、保护及其他一些辅助功能的自动化装置.间隔层装置直接采集和处理现场的原始数据，通过网络传送给站控级计算机,同时接收站控层发出的控制操作命令,经过有效性判断、闭锁检测和同步检测后，实现对装置的操作控制.间隔层也可独立完成对断路器和隔离开关的控制操作。
间隔层装置通常安装在各继电器小室，测控装置按电气设备间隔配置,各测控装置相对独立，通过通信网互联.间隔层装置具有以下优点：按电气间隔配置的原则使得因间隔层装置故障产生的影响被限定在本间隔范围内，不会波及其他电气间隔；监控对象由整个变电站缩小为某个电气间隔，单个装置所需配备的I／O点数量较少，减小了装置体积的同时也使装置安装方式更加灵活；间隔层装置除具备传统的输入输出功能外,还集成了同期合闸、防误联锁等高级功能，保护测控综合装置更是把监控功能和微机保护功能合而为一，降低了装置成本.二、间隔层装置分类在分层分布式变电站综合自动化系统中，间隔层装置（或称为间隔层单元），即前面所说的IED，大致可分成以下几类:（1）保护测控综合装置。
也可简称为保护测控装置,一般用于中低压（110Kv以下)系统中，例如输电线路保护测控装置、变压器后备保护测控装置、站用变压器保护测控装置、电容器保护测控装置、电抗器保护测控装置等等，它们主要用于完成相应的电气间隔中设备的保护、测量及断路器、隔离开关等的控制以及其它与其对应的电气间隔相关的任务，降低了装置成本并减少了二次电缆使用数量.对于110kV及以上电压等级的高压和超高压间隔,为避免可能受到的干扰，保证保护功能的可靠性，目前仍采用保护和测控功能各自独立配置的模式。