磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路的制作方法

本實用新型涉及磁致伸縮位移傳感器領域，特別是涉及一種磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路。

背景技術：

磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮效應研制的傳感器,常用于較高精度的位移檢測場合，在工業領域使用非常廣泛。目前的磁致伸縮位移傳感器對外輸出一般以模擬的工業變送信號為主，如0—5V、4—20mA等，或者對外輸出單一的總線接口。模擬信號在環境惡劣的工業應用場合容易受到外界干擾源的干擾，造成模擬輸出信號的波動，抗干擾性能不強。在實際的應用過程中，磁致伸縮位移傳感器主要用于現場位移量的數據采集，一般情況下需要和上位機之間進行數據通信，而在不同的應用系統中，上位機可以有多種選擇，如PLC，PC機、智能儀器儀表等，這些上位機基本上都具有常用的對外數據通信接口如RS232或RS485總線等，但不同的上位機對外的總線接口也可能不同，同時在某些應用系統中，該類型的傳感器可能需要同時與多個上位機進行通信，這時單一的數據通信接口則不能適應該類應用系統的要求。而磁致伸縮位移傳感器內部的核心器件一般為MCU，可以充分利用該類型傳感器的MCU內部資源，采用多總線的對外數據接口，一方面可避免模擬輸出信號在環境惡劣的工業場合抗干擾性能差的缺點，另一方面可適應上位機總線接口類型多樣的實際情況，同時可滿足該類型傳感器與多個上位機通信的應用場合，從而提高其適應性。

然而，在目前的總線接口電路設計中，為了提高總線的工作穩定性和MCU系統的抗干擾性能，一般采用隔離電路將MCU應用系統與外部系統進行電氣隔離，隔離電路的設計一般采用常用的隔離器件如光電耦合器等實現MCU應用系統與外界的電氣隔離，同時在接口總線的保護上常采用分立器件如瞬態抑制管、感性元件等對接口電路進行保護，采用該類型電氣隔離和總線接口電路保護的方式雖然有一定的效果，但是其電路的復雜性提高、集成度相對較低，可能對總線接口電路的工作穩定性有一定程度的影響。

因此亟需提供一種新型的磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路來解決上述問題。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種集成度高的磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路，能夠提高接口電路的工作穩定性和可靠性。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是：提供一種磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路，磁致伸縮位移傳感器包括MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器信號調理電路、電源模塊，MCU采用32位的ARM Cortex—M0芯片NUC130，其內部包括時鐘振蕩器、三個UART控制器、一個CAN總線控制器；多總線接口電路包括RS232總線接口電路、RS485總線接口電路、CAN總線接口電路，其時鐘源由MCU的時鐘振蕩器提供；RS232總線接口電路包括單芯片隔離式收發器ADM3251E，總線控制器采用MCU的一個UART控制器；RS485總線接口電路包括半雙工隔離式收發器ADM2481，總線控制器采用MCU的一個UART控制器；CAN總線接口電路包括隔離式CAN收發器ADM3054，總線控制器采用MCU的CAN總線控制器；電源模塊采用隔離DC/DC模塊，分別為MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器信號調理電路、多總線接口電路供電。

在本實用新型一個較佳實施例中，電源模塊包括DC/DC隔離模塊電源U1、LDO直流穩壓芯片U2、U3、PWM型DC/DC變換器U4，DC/DC隔離模塊電源U1的輸出為6V的直流電源；LDO直流穩壓芯片U2、U3的輸入端與DC/DC隔離模塊電源U1的輸出端并聯，LDO直流穩壓芯片U2的輸出為3.3VCC1，LDO直流穩壓芯片U3的輸出為5V的直流電源；PWM型DC/DC變換器U4的輸入為12—30VDC，輸出為5V的直流電源。電源模塊采用隔離DC/DC模塊實現MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器的信號調理電路與多總線接口電路的電源隔離。

進一步的，DC/DC隔離模塊電源U1的輸出電源及LDO直流穩壓芯片U2、U3的輸出電源與MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器信號調理電路相連；LDO直流穩壓芯片U2的輸出電源還與多總線接口電路的輸入端相連，PWM型DC/DC變換器U4的輸出電源與多總線接口電路的輸出端相連。

本實用新型的有益效果是：本實用新型利用MCU內部集成的各類總線控制器及高精度低漂移時鐘振蕩器，采用隔離DC/DC模塊實現MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器的調理電路與多總線接口電路的電源隔離，各個總線接口電路分別采用高集成度的隔離型總線收發器實現數據隔離，可明顯降低系統電路的復雜性，顯著提高了接口電路的工作穩定性和可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路的原理框圖；

圖2是所述電源模塊的電路圖；

圖3是所述MCU模塊的電路圖；

圖4是所述RS232總線接口電路的電路圖；

圖5是所述RS485總線接口電路的電路圖；

圖6是所述CAN總線接口電路的電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

請參閱圖1，本實用新型實施例包括：

一種磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路，磁致伸縮位移傳感器包括MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器信號調理電路、電源模塊，利用磁致伸縮位移傳感器中的MCU內部資源，搭建多總線的數據接口，接口包含常用的RS232總線、RS485總線和CAN總線。結合圖3，MCU采用32位基于ARM Cortex—M0核的微控制器NUC130，其內部集成了高精度低漂移的時鐘振蕩器，可為各總線提供穩定的時鐘源，并包含了三個UART控制器、一個CAN總線控制器，內部資源非常豐富。為提高MCU應用系統及各總線接口電路的工作穩定性和抗干擾性，總線接口電路輸出端和MCU應用系統之間采用隔離的電源模塊供電，各個總線接口電路分別采用集成度高且保護措施完備的隔離總線收發芯片實現MCU與各總線接口電路間的電氣隔離，各總線的時鐘源由集成于MCU內部的高精度低漂移時鐘振蕩器提供，各總線控制器采用MCU內部的集成總線控制器。

下面具體描述所述磁致伸縮位移傳感器的多總線接口電路的各模塊電路結構：

請參閱圖2，磁致伸縮位移傳感器的電源模塊供電為12—30V的直流電源，分別為MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器信號調理電路、多總線接口電路供電，電源模塊采用隔離DC/DC模塊實現MCU模塊及磁致伸縮位移傳感器的信號調理電路與多總線接口電路的電源隔離，其包括DC/DC隔離模塊電源U1、LDO直流穩壓芯片U2、U3、PWM型DC/DC變換器U4。U1為定制的小體積DC/DC隔離模塊電源，功率為10W，9—36V的寬電壓輸入，輸出為直流6V，為磁致伸縮位移傳感器的信號調理電路中的波導絲提供激勵電源；LDO直流穩壓芯片U2、U3的輸入端與DC/DC隔離模塊電源U1的輸出端并聯，LDO直流穩壓芯片U2的輸出為3.3VCC1，為磁致伸縮位移傳感器內部的MCU、信號調理電路中的計時電路以及多總線接口電路的輸入端供電；LDO直流穩壓芯片U3的輸出為5V的直 流電源(圖中標示為5V1)，為信號調理電路中的扭轉波回波檢測電路供電；PWM型DC/DC變換器U4的輸入為24VDC，輸出為5V的直流電源(圖中標示為5V2)；為各總線接口輸出端電路供電，TPS5420能提供2A的負載電流，其轉換效率可達95％，采用SOIC—8封裝，同時具備熱保護、過載保護等功能。D1為防反二極管，D2為肖特基二極管，D2與L1、C5、C17—C19及R1—R2配合可獲得穩定的5V直流電源輸出。

請參閱圖4，RS232總線接口電路由單芯片隔離式收發器ADM3251E實現接口電路與MCU之間的完全隔離，其數據傳輸速率最高可達460kbps，并具有完備的保護措施如Tout和Rin與電源短接保護、ESD保護等。RS232總線控制器采用MCU內部的UART0控制器，通過隔離型收發芯片ADM3251E實現數據隔離，其TTL邏輯電平端與RS232邏輯電平端分別用隔離的3.3VCC1和5V2供電。R3—R4為低歐姆阻值的能量吸收電阻，用于總線數據傳輸時由于信號反射可能產生的能量吸收。

請參閱圖5，RS485總線接口電路采用半雙工隔離式收發器ADM2481，其最高傳輸速率可達500kbps，可提供高達256個標準RS485負載，具有瞬時上電和斷電保護、熱關斷保護、短路保護及ESD保護等。RS485總線控制器采用MCU內部的UART1控制器，選用隔離型收發芯片半雙工ADM2481實現數據隔離，其TTL邏輯電平端與RS485邏輯電平端分別用隔離的3.3VCC1和5V2供電。RS485的數據傳輸方向控制由MCU的PA8管腳控制。R6和R7分別為上下拉電阻，R5為終端匹配電阻。

請參閱圖6，CAN總線接口電路選用隔離式CAN收發器ADM3054，其數據傳輸速率最高可達1Mbps，可支持高達110個及以上的節點，其總線輸出集成有保護功能，可防止總線短接到系統電源中的電源和地，并具備熱關斷、高共模瞬變抗干擾、ESD等保護功能。CAN總線控制器采用MCU內部的CAN控制器，采用隔離型收發芯片ADM3054實現數據隔離，其TTL邏輯電平端與RS485邏輯電平端分別用隔離的3.3VCC1和5V2供電，R8和R9及C32用于提高接口電路的EMI性能。

本實用新型利用MCU內部集成的各類總線控制器及高精度低漂移時鐘振蕩器，結合集成度高的各總線單芯片隔離解決方案，可明顯降低系統電路的復雜性，顯著提高了接口電路的工作穩定性和可靠性。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。