專利名稱：脈沖量輸入電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輸入電路，特別是指工業過程自動化控制終端設備對現場計數信號采集的脈沖量輸入電路，適用于石化、給排水、電力、冶金等領域的工業過程自動化控制終端設備的脈沖量輸入電路。
背景技術：
目前，在我國應用于工業過程自動化領域控制設備中的脈沖信號輸入電路，電路中沒有采取隔離設計，而采集現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、測量數據不準確，而且沒有相應的斷電保護數據功能，給控制系統的整體控制造成極大影響，其可擴展能力差，不能滿足現場脈沖信號點增加的需要。
發明內容
本實用新型的目的在于避免上述現有技術中的不足之處而提供一種脈沖量輸入電路，可實現四路幅度為3～28V，計數輸入頻率在10KHz以內的脈沖信號輸入，輸入脈寬不小于16.7微秒。計數的最大值為4294967295。當計數溢出時計數器將又從0開始計數；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內調節而不會漏計；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；可以將計數值在斷電期間存入電可擦編程只讀存儲器EEPROM中；還可以設定在加電時清除所有計數，以及當系統讀取計數后清除計數；四支發光二極管顯示每路輸入的狀態；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絡、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關及一組發光二極管組成，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SW1的12、11、10、9位置；Vcc5V接入能量監控器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接入數據總線，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并聯后串聯一個電容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并聯后串聯一個電容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SW1的16、15、14、13，撥碼開關SW1的1、2、3、4接地，撥碼開關SW1的6、7、8接入Vcc5V，發光二極管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和數據總線，PIC管腿22、23分別接入撥碼開關SW2位置1COR、位置2COP，撥碼開關SW2位置9、10、11、12、13、14、15、16接地，撥碼開關SW2位置3接PIC的11腿，單片機的9、10腿間并聯晶體振蕩器Y1、各接電容C9、C10組成的振蕩電路到8腿接地。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點該電路將四路高速計數輸入加到I/O系統中，可根據現場要求，設置電路地址，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；計數器的寄存器為32位，最大計數值為4294967295；輸入信號與電路內部邏輯電路隔離，而且四路信號彼此隔離；輸入脈沖的頻率可以在10KHz內調節而不會漏計；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；可以將計數值在斷電期間進行保存；還可以設定在加電時清除，從而可達到節能的作用；四支發光二極管顯示每路輸入的狀態；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級元器件，可適應的溫度范圍為-40℃～70℃，能夠在較惡劣的環境下工作。
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絡、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關及一組發光二極管組成。可通過數據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這一區間內，瞬變管CR12-CR15的A極分別接入三極管Q(2、4、6、8)的發射極，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SW1的12、11、10、9位置，當SW1的12、11、10、9斷開時，關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，抖動濾波器電容C5-C8有效，此時，最大計數頻率為60Hz，最小脈沖寬度為8.3毫秒。總線接口提供了5V電源，通過三端穩壓電路提供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的并聯電路接入反相器U5E、U5B、U5C接入單片機U13的管腿1復位端，產生一個復位信號，當輸入低于要求的電壓值時或斷電時，產生一個復位信號，通過在反相器U5E的輸出端產生一個中斷信號，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，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利用儲存在三端穩壓電路中的電容儲存的能量將計數數據發送到U3EEPROM進行儲存，PIC的管腿25、26、27、28接入撥碼開關SW1的16、15、14、13，確定該電路在總線中的地址，從而實現電路的擴展；發光二極管LED通過限流電阻R5分別接入PIC的管腿2、3、4、5，四支發光二極管顯示每路輸入的狀態。控制器可以使這些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，將信號通過數據總線發送給主控制器；PIC管腿22、23分別接入撥碼開關SW2位置1COR、位置2COP，當主控制器讀取該電路的計數時，該電路可以保存或清除每個計數器中的計數，通過讀數后清除COR開關決定是否使用讀數后清除計數值這種模式。當斷開時，讀數后保存歷史計數值將撥碼，當閉合時，讀數后清除歷史計數值；模塊通過加電清除COP開關決定是否使用加電清除計數值模式，在加電期間可以保存或清除歷史計數值。斷開時，加電保存歷史計數值，閉合時，加電清除歷史計數值。
脈沖量輸入電路在總線中的地址由四位撥碼開關來選擇地址。
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I/O BUS總線上。
E107模塊提供四路計數輸入，用接線端子與外圍電路連接。推薦使用22～12AWG的標準電線。用地址開關來設置模塊在I/O BUS總線上的地址，共可安裝16個E107模塊，得到64個計數點。
運行模式選擇加電清除計數值E107模塊在加電期間可以保存或清除歷史計數值。模塊通過加電清除(COP)開關決定是否使用這種模式。
讀數后清除計數值當主控制器讀取E107的計數，E107模塊可以保存或清除每個計數器中的計數。模塊通過讀數后清除(COR)開關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常會出現開關抖動，它會在開關閉合和開啟時產生成倍的多余的脈沖。為了防止開關抖動產生錯誤的計數，可以將去抖動濾波器設為有效(每一路都有一個濾波器)。濾波器通過撥碼開關設置。為了除去錯誤的計數，將撥碼撥向右邊使能去抖動濾波器。
操作與維護E107模塊計數輸入頻率在10KHz以內。輸入脈寬不小于16.7微秒。計數的最大值為4294967295。當計數溢出時計數器將又從0開始計數。
當電源斷電或系統重置，模塊將計數值儲存在EEPROM中。如果關閉COP功能，系統在重置或電源恢復時，系統會將EEPROM中的記錄讀出并恢復。如果開啟COP功能，系統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，當控制器讀取計數器值的時候，被讀的計數器自動清空。
高頻信號輸入當使用高頻信號輸入時，必須關閉去抖動濾波器。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，去抖動濾波器有效。此時，最大計數頻率為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的發紅光的LED。當輸入電壓超過3VDC，LED發光。如果去抖濾波器有效，計數頻率必須小于60Hz，LED才會顯示計數的狀態。控制器可以控制這些LED使它們有效或無效。
現場應用表明，脈沖量輸入電路具有抗干擾能力強，可靠性高，兼容性好，應用靈活，操作方便等特點，且能夠適應惡劣的現場環境。
權利要求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絡、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關及一組發光二極管組成，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SW1的12、11、10、9位置；Vcc5V接入能量監控器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接入數據總線，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并聯后串聯一個電容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并聯后串聯一個電容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SW1的16、15、14、13，撥碼開關SW1的1、2、3、4接地，撥碼開關SW1的6、7、8接入Vcc5V，發光二極管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和數據總線，PIC管腿22、23分別接入撥碼開關SW2位置1COR、位置2COP，撥碼開關SW2位置9、10、11、12、13、14、15、16接地，撥碼開關SW2位置3接PIC的11腿，單片機的9、10腿間并聯晶體振蕩器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，該電路由整形網絡、倍壓電路、單片機PIC、光耦、反相器、地址撥碼開關及發光二極管組成。將四路高速計數輸入I/O系統中。在I/O BUS總線上可安裝16個相同的電路，得到64個計數點。計數器的寄存器為32位，最大計數值為4294967295。計數電壓為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內調節而不會漏計。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。可將計數值在斷電期間存入EEPROM。可設定在加電時清除所有計數，系統讀取計數后清除計數。四支發光二極管顯示每路輸入的狀態。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 優先權日2002年10月17日
發明者俞凌, 莊貴林 申請人:北京安控科技發展有限公司