本实用新型属于信号采集技术领域，涉及一种信号输入装置，特别是涉及一种热电阻信号输入装置。
背景技术：
dcs是分布式控制系统的英文缩写(distributedcontrolsystem)，在国内自控行业又称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机控制系统，综合了计算机、通信、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
该系统由管理层、操作层、控制层和分布式i/o模块所构成，具备良好的开放性和可扩展性。操作站主要完成系统的组态、操作和监视功能，用于显示控制站数据并向控制站发送控制命令。操作站上运行的是可视化的图形界面，通过监视器程序运行所需的工程节点来实现。控制站在整个系统中起着一个承上启下的作用，主要用于对控制系统的数据采集和处理控制以及与操作站之间的数据传送和交换，并根据操作站发送的控制指令进行i/o模块的控制输出，控制站是实现系统控制功能的装置，由嵌入式工业控制计算机和控制软件构成。i/o模块为智能化模块，是一种信号转换处理单元，分为模拟量输入/输出模块和数字量输入/输出模块。
现有的分布式控制系统中的输入模块精度较差，电路结构及连接相对复杂，且可靠性偏低。
因此，如何提供一种热电阻信号输入装置，以解决现有技术分布式控制系统中的输入模块精度较差，电路结构及连接相对复杂，且可靠性偏低等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种热电阻信号输入装置，用于解决现有技术分布式控制系统中的输入模块精度较差，电路结构及连接相对复杂，且可靠性偏低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种热电阻信号输入装置，所述热电阻信号输入装置包括：至少一个信号采集单元、信号处理单元和微控制单元；其中，所述信号采集单元用于采集一热电阻信号，所述热电阻信号用于表示待测温度；所述信号处理单元与至少一个信号采集单元通过一通道切换电路相连，用于对多通道的所述热电阻信号进行滤波、模数转换和/或隔离处理；所述微控制单元通过其模数转换端口与所述信号处理单元相连，用于接收所述信号处理单元处理后的热电阻信号，且通过其地址读取端口与一地址设置电路相连进行地址读取操作，所述地址设置电路通过控制一组拨码开关的状态实现不同地址的设置。
于本实用新型的一实施例中，所述信号采集单元包括：第一信号电路、第二信号电路、共模滤波电路和地电源电路；其中，所述第一信号电路通过三线制输入端接入一三路共模扼流圈，所述三路共模扼流圈输出的第一信号通过第一磁珠连接第一rc低通滤波电路用于对所述第一信号的串模干扰进行滤波，得到第一滤波信号；所述第二信号电路中，所述三路共模扼流圈输出的第二信号通过第二磁珠连接第二rc低通滤波电路用于对所述第二信号的串模干扰进行滤波，得到第二滤波信号；所述共模滤波电路中，所述第一rc低通滤波电路和所述第二rc低通滤波电路之间通过一电容连接，用于对所述第一信号和第二信号的共模干扰进行滤波；所述地电源电路中，所述三路共模扼流圈输出的第三信号通过第三磁珠与地电源连接，用于给所述热电阻提供地电源回路。
于本实用新型的一实施例中，所述三路共模扼流圈输出的第一信号处还通过第四磁珠接入第一恒流源；所述三路共模扼流圈输出的第二信号处还通过第五磁珠接入第二恒流源；所述第一恒流源与第二恒流源由所述热电阻信号输入装置的电源电路产生，并组成双恒流源，用于给所述热电阻提供电流。
于本实用新型的一实施例中，所述通道切换电路包括：第一双路光电继电器、第二双路光电继电器和第三光电继电器；所述第一双路光电继电器与所述第一恒流源和第二恒流源连接，并通过所述微控制单元的第一控制端口实现所述第一恒流源与第二恒流源的供电控制；所述第二双路光电继电器与所述第一滤波信号和与第二滤波信号连接，所述第三双路光电继电器与地电源连接，所述第二双路光电继电器与第三双路光电继电器通过所述微控制单元的第二控制端口实现所述第一滤波信号与第二滤波信号的传输通断和实现地电源的通断。
于本实用新型的一实施例中，所述通道切换电路与信号采集单元的数量相同，用于实现将所有所述信号采集单元轮流切换至信号处理单元进行信号的处理分析。
于本实用新型的一实施例中，所述微控制单元采用一单片机实现对所述热电阻信号输入装置的稳定控制。
于本实用新型的一实施例中，所述微控制单元连接一外部时钟电路，所述外部时钟电路采用皮尔斯振荡器结构，其输出端连接一电阻用于限制电流过大。
于本实用新型的一实施例中，所述微控制单元连接一通信单元，所述通信单元采用一工业级通信芯片抗干扰，实现与所述外部控制器稳定通信。
于本实用新型的一实施例中，所述通信单元与一外部控制器连接，用于向所述外部控制器传输所述地址设置电路设置的地址和微控制单元接收的热电阻信号。
于本实用新型的一实施例中，所述微控制单元在上电后、读取地址设置电路的地址之前，执行一预定延时，用于消除所述热电阻信号输入装置插拔引起的抖动干扰和冲击干扰。
如上所述，本实用新型所述的热电阻信号输入装置，具有以下有益效果：
通过精准的时钟电路设计使得系统具有较好的稳定性；可实现较强抗干扰能力的快速通信；通过延时地址读取的动作消除模块插拔硬件抖动；通过改进的通道切换方法降低了通道切换时元件和电路对于小信号的干扰，且提高了采集精度。
附图说明
图1显示为本实用新型的热电阻信号输入装置的结构示意图。
图2显示为本实用新型的热电阻信号输入装置在一个具体实例中的信号采集单元电路图。
图3显示为本实用新型的热电阻信号输入装置在一个具体实例中的通道切换电路图。
图4显示为本实用新型的热电阻信号输入装置在一个具体实例中的晶振电路原理图。
图5显示为本实用新型的热电阻信号输入装置在一个具体实例中的地址设置电路图。
元件标号说明
1热电阻信号输入装置
11信号采集单元
12通道切换电路
13信号采集单元n
14通道切换电路n
15信号处理单元
16微控制单元
17地址设置电路
18通信单元
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实用新型提供一种热电阻信号输入装置，用于解决现有技术中存在的信号采集精度较低的问题。以下将详细阐述本实用新型的一种热电阻信号输入装置的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实用新型的一种热电阻信号输入装置。
下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明。
本实施例提供热电阻信号输入装置，如图1所示，所述热电阻信号输入装置1包括：
至少一个信号采集单元11、信号处理单元15和微控制单元16。
本实施例所述的热电阻信号输入装置的具体实现过程如下：
所述信号采集单元11用于采集一热电阻信号，所述热电阻信号用于表示待测温度。
请参阅图2，显示为本实用新型的热电阻信号输入装置在一个具体实例中的信号采集单元电路图，所述信号采集单元11包括：第一信号电路、第二信号电路、共模滤波电路和地电源电路；其中，所述第一信号电路通过三线制输入端a端接入一三路共模扼流圈gl，所述三路共模扼流圈gl第3引脚输出的第一信号通过第一磁珠l1连接第一rc低通滤波电路用于对所述第一信号的串模干扰进行滤波，得到第一滤波信号ch ，所述第一rc低通滤波电路包括r01和c01；所述第二信号电路中，三线制输入端b端通过所述三路共模扼流圈gl第2引脚输出的第二信号通过第二磁珠l2连接第二rc低通滤波电路用于对所述第二信号的串模干扰进行滤波，得到第二滤波信号ch-，所述第二rc低通滤波电路包括r02和c02；所述共模滤波电路中，所述第一rc低通滤波电路和所述第二rc低通滤波电路之间通过一电容c3连接，用于对所述第一信号和第二信号的共模干扰进行滤波；所述地电源电路中，三线制输入端c端通过所述三路共模扼流圈gl第1引脚输出的第三信号通过第三磁珠l3与地电源agnd连接，用于给所述热电阻提供地电源回路。
在本实施例中，所述三路共模扼流圈gl输出的第一信号处即第3引脚处还通过第四磁珠l4接入第一恒流源i1；所述三路共模扼流圈gl输出的第二信号处即第2引脚处还通过第五磁珠l5接入第二恒流源i2；所述第一恒流源i1与第二恒流源i2由所述热电阻信号输入装置的电源电路产生，并组成双恒流源，用于给所述热电阻提供电流。
所述信号处理单元15与至少一个信号采集单元11通过一通道切换电路12相连，用于对多通道的所述热电阻信号进行滤波、模数转换和/或隔离处理；请参阅图1，所述热电阻信号输入装置1由信号采集单元11到信号采集单元n13分别连接所对应的通道切换电路12和通道切换电路n14，组成n个通道的信号采集电路。
在本实施例中，图3显示为本实用新型的热电阻信号输入装置在一个具体实例中的通道切换电路图。所述通道切换电路12包括：第一双路光电继电器a1、第二双路光电继电器a2和第三光电继电器a3；所述第一双路光电继电器a1与所述第一恒流源i1和第二恒流源i2连接，并通过所述微控制单元16的第一控制端口单片机io1实现所述第一恒流源i1与第二恒流源i2的供电控制；所述第二双路光电继电器与所述第一滤波信号和与第二滤波信号连接，所述第三双路光电继电器与地电源连接，所述第二双路光电继电器与第三双路光电继电器通过所述微控制单元的第二控制端口实现所述第一滤波信号与第二滤波信号的传输通断和实现地电源的通断。
在本实施例中，所述通道切换电路与信号采集单元的数量相同，用于实现将所有所述信号采集单元轮流切换至信号处理单元进行信号的处理分析。例如，一个模块有8个热电阻信号采集单元的通道。而恒流源电路，cpu控制口线等其它资源无需设计同样8个，通过所述通道切换电路将8个通道的信号轮流切换到后续电路进行处理。工作过程为：当单片机io1为高的时候，三极管q1导通，第一双路光电继电器a1工作。这时内部双恒流源i1和i2切换到通道上，通过i1_out和i2_out分别输出。同样的当单片机io2为高的时候，三极管q2导通，第二双路光电继电器a2和第三双路光电继电器a3工作，a2把热电阻检测通道ch 和ch-切换为接通状态，由ch _out和ch-_out输出并连接后续电路，a3把电源地agnd切换到后续公用地agnd_out，公用地agnd_out按3线制原理通过一预设阻值的电阻后连到电源模拟地。当3个光电继电器都动作后，我们就把1路热电阻检测信号切换到了后级电路。通过所述通道切换电路的设计可以有效滤除串共模干扰，也可以降低后续成本，同时可以保证信号的检测精度，使得精度可以达到1‰左右。
所述微控制单元16通过其模数转换端口与所述信号处理单元15相连，用于接收所述信号处理单元15处理后的热电阻信号，且通过其地址读取端口与一地址设置电路17相连进行地址读取操作，所述地址设置电路17通过控制一组拨码开关的状态实现不同地址的设置。
在本实施例中，所述微控制单元采用一单片机实现对所述热电阻信号输入装置的稳定控制。具体地，单片机与外围电路连接可实现状态灯控制、通道信号采集、对上级的控制器通信和地址读取功能。
在本实施例中，所述微控制单元连接一外部时钟电路，所述外部时钟电路采用皮尔斯振荡器结构，其输出端连接一电阻用于限制电流过大。
于实际应用中，所述皮尔斯振荡器结构具有低功耗、低成本及良好的稳定性等特点。请参阅图4，其中，inv为内部反向器，作用等同于放大器。g为石英或陶瓷晶振。rf为内部反馈电阻。rl为外部限流电阻。c1、c2为负载电容。cs为等效分布电容。内部反向器和内部反馈电阻在内嵌于单片机中，功能和参数已设计好。负载电容是指连接到晶振两端的电容，其值取决于c1，c2和cs。
由于晶振工作时有电流流过，所以有功率损耗。这个功耗必须限制在制造商给出的安全范围内，否则晶振可能由于过度振动而不能正常工作或损坏。因此，设计一限流电阻rl，它串联在回路中限制电流过大，同时又与c2组成一个低通rc滤波器使得振荡器的起振点在基频。
在本实施例中，所述微控制单元连接一通信单元，所述通信单元采用一工业级通信芯片抗干扰，实现与所述外部控制器稳定通信。所述通信单元与一外部控制器连接，用于向所述外部控制器传输所述地址设置电路设置的地址和微控制单元接收的热电阻信号。
具体地，所述通信单元用于对上和控制器进行信息交换，把采集数据的动态值上传，同时接收控制器下传的经过现场工艺要求的算法计算后的输出值。所述工业级通信芯片包括sn65hvd06d，其信号速度达10mbps,最大可驱动256个标准总线节点，管脚esd保护能力达到16kvhbm,工作温度为-40℃～85℃。此外，其信号变换有个skew，时间是14ns。在电路电源端加一10uf的电容，以保护电源系统里的其它芯片，否则一些敏感芯片容易损毁。所述工业级通信芯片控制端端加一电阻下拉到地。此电阻的作用有两个，一是在上电瞬间保证芯片处于接收状态，从而本模块不会往总线上发东西而拉胯rs-485总线，二是本模块故障，单片机坏等情况，也使芯片处于接收状态而不影响总线。
在本实施例中，所述微控制单元在上电后、读取地址设置电路的地址之前，执行一预定延时，用于消除所述热电阻信号输入装置插拔引起的抖动干扰和冲击干扰。
具体地，请参阅图5，由于总线可连接多个模块，每个模块在总线上需要有一个地址作标识用于上位控制器通信和识别，比如1号～96号，由此设计所述地址设置电路。
在本实施例中，通过七个电阻分别接7位拨码开关sw的7个位的一边。另一边短接连接地电源。电阻另一端(上端)，短接后连系统供电电源vcc。每一路电阻和sw之间连接到单片机io口上，标为addr0～addr6，当sw某一位拨到on时，表示导通，相当于这位对应电阻下端直接接地，这时连接此处的io口上读到的电平为0，反之，这位拨到关时，这里断开，对应电阻和地之间断开，io口上读到高电平1(vcc)。将addr0～addr6进行高低位排布，则每个模块单片机能到7位的地址信号。
更进一步的，本实施例中，将电阻设置于所述热电阻输入装置的电路板上，拨码开关设置于底座上，当底座安装到机柜后，接好现场信号线等后，根据要求拨号地址，模块插入底座后即可工作。换模块时，把对应型号模块直接插上即可。此外，当插拔瞬间，io口上的信号会产生抖动和冲击，从而读取地址错误，所以，当模块没插到底座前，模块没上电，cpu不工作。上电瞬间，cpu上电复位后软件延时读取地址，进而消除抖动干扰。
在本实施例中，所述热电阻输入装置还包括独立供电的系统电源，现场电源电路和点灯功能。所述系统电源和现场电源电路通过电源芯片及外围电路实现，点灯功能通过mcu的io口去控制三极管来实现点灯动作。
本实用新型所述的热电阻信号输入装置通过精准的时钟电路设计使得系统具有较好的稳定性；可实现较强抗干扰能力的快速通信；通过延时地址读取的动作消除模块插拔硬件抖动；通过改进的通道切换方法降低了通道切换时元件和电路对于小信号的干扰，且提高了采集精度。
综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
1.一种热电阻信号输入装置，其特征在于，所述热电阻信号输入装置包括：
至少一个信号采集单元、信号处理单元和微控制单元；其中，
所述信号采集单元用于采集一热电阻信号，所述热电阻信号用于表示待测温度；
所述信号处理单元与至少一个信号采集单元通过一通道切换电路相连，用于对多通道的所述热电阻信号进行滤波、模数转换和/或隔离处理；
所述微控制单元通过其模数转换端口与所述信号处理单元相连，用于接收所述信号处理单元处理后的热电阻信号，且通过其地址读取端口与一地址设置电路相连进行地址读取操作，所述地址设置电路通过控制一组拨码开关的状态实现不同地址的设置。
2.根据权利要求1所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述信号采集单元包括：第一信号电路、第二信号电路、共模滤波电路和地电源电路；其中，
所述第一信号电路通过三线制输入端接入一三路共模扼流圈，所述三路共模扼流圈输出的第一信号通过第一磁珠连接第一rc低通滤波电路用于对所述第一信号的串模干扰进行滤波，得到第一滤波信号；
所述第二信号电路中，所述三路共模扼流圈输出的第二信号通过第二磁珠连接第二rc低通滤波电路用于对所述第二信号的串模干扰进行滤波，得到第二滤波信号；
所述共模滤波电路中，所述第一rc低通滤波电路和所述第二rc低通滤波电路之间通过一电容连接，用于对所述第一信号和第二信号的共模干扰进行滤波；
所述地电源电路中，所述三路共模扼流圈输出的第三信号通过第三磁珠与地电源连接，用于给所述热电阻提供地电源回路。
3.根据权利要求2所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述三路共模扼流圈输出的第一信号处还通过第四磁珠接入第一恒流源；
所述三路共模扼流圈输出的第二信号处还通过第五磁珠接入第二恒流源；
所述第一恒流源与第二恒流源由所述热电阻信号输入装置的电源电路产生，并组成双恒流源，用于给所述热电阻提供电流。
4.根据权利要求3所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述通道切换电路包括：第一双路光电继电器、第二双路光电继电器和第三双路光电继电器；
所述第一双路光电继电器与所述第一恒流源和第二恒流源连接，并通过所述微控制单元的第一控制端口实现所述第一恒流源与第二恒流源的供电控制；
所述第二双路光电继电器与所述第一滤波信号和与第二滤波信号连接，所述第三双路光电继电器与地电源连接，所述第二双路光电继电器与第三双路光电继电器通过所述微控制单元的第二控制端口实现所述第一滤波信号与第二滤波信号的传输通断和实现地电源的通断。
5.根据权利要求4所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述通道切换电路与信号采集单元的数量相同，用于实现将所有所述信号采集单元轮流切换至信号处理单元进行信号的处理分析。
6.根据权利要求4所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述微控制单元采用一单片机实现对所述热电阻信号输入装置的稳定控制。
7.根据权利要求6所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述微控制单元连接一外部时钟电路，所述外部时钟电路采用皮尔斯振荡器结构，其输出端连接一电阻用于限制电流过大。
8.根据权利要求1所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述微控制单元连接一通信单元，所述通信单元采用一工业级通信芯片抗干扰，实现与一外部控制器稳定通信。
9.根据权利要求8所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述通信单元与所述外部控制器连接，用于向所述外部控制器传输所述地址设置电路设置的地址和微控制单元接收的热电阻信号。
10.根据权利要求9所述的热电阻信号输入装置，其特征在于，
所述微控制单元在上电后、读取地址设置电路的地址之前，执行一预定延时，用于消除所述热电阻信号输入装置插拔引起的抖动干扰和冲击干扰。
技术总结